TWI776946B - 圖案描繪裝置 - Google Patents

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TWI776946B
TWI776946B TW107131429A TW107131429A TWI776946B TW I776946 B TWI776946 B TW I776946B TW 107131429 A TW107131429 A TW 107131429A TW 107131429 A TW107131429 A TW 107131429A TW I776946 B TWI776946 B TW I776946B
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鬼頭義昭
加藤正紀
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日商尼康股份有限公司
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Abstract

本發明之圖案描繪裝置EX，係將作為點光SP’投射於基板P之描繪光束LBn之強度，一邊根據以多數個像素PIC規定之圖案之描繪資料進行調變、一邊將點光SP’之投射位置在基板P上沿像素PIC之2維排列相對掃描。圖案描繪裝置EX，具備：根據描繪資料，對相對掃描中點光SP’照射之曝光像素之各個射出作為描繪光束以既定週期Tf振盪之脈衝光之既定數，對相對掃描中不被點光SP’照射之非曝光像素之各個則係中斷既定數脈衝光之射出的光源裝置LS，以及根據描繪資料，以使對曝光像素中對應圖案邊緣部之邊緣部曝光像素PIC’射出之脈衝光之數量，相對既定數增減之方式控制光源裝置LS的描繪控制裝置200。

Description

圖案描繪裝置
本發明係關於在被照射體上照射點光以描繪微細圖案之圖案描繪裝置。
於電子元件之製程中，為進行在被處理基板選擇性的塗以塗布液時之遮蔽(masking)、於被處理基板表面蒸鍍材料物質時之遮蔽、或對積層在被處理基板表面之材料層選擇性的進行蝕刻時之遮蔽等，係使用在薄金屬板(箔狀)選擇性的形成有微細開口圖案之金屬遮罩(電鑄遮罩)。於金屬遮罩之製造雖有若干方法，在開口圖案之最小尺寸例如為20μm以下之情形時，係使用所謂的微影法。此方法，係於金屬製母材基板上形成感光層(光阻劑)，於該感光層照射對應微細開口圖案之紫外波長帶(波長190~440nm程度之範圍)之光圖案後，藉顯影處理除去感光層之開口圖案的部分，於感光層之被除去的部分(開口圖案部)藉由電鑄(電鍍)分離出鎳或銅等之金屬，並於母材基板上剝離分離出之金屬層而成為金屬遮罩的方法。使用此種微影法之金屬遮罩之一製造方法例，揭示於下述專利文獻1。
於特開2002-187374號公報，揭示了抗蝕劑積層步驟及圖案化步驟，抗蝕劑積層步驟，係於作為母材基板之電鑄基質表面積層高曝光感度之負型第1光阻劑層、再於其表面積層低曝光感度之負型第2光阻劑層，圖案化步驟，係在第2光阻劑層上配置圖案薄膜(光罩)並進行曝光、顯影處理以於電鑄基質 表面設置獨立具有由相當於各通孔之向上漸窄形狀之第1抗蝕劑部、與在第1抗蝕劑部上端連續形成筆直狀之第2抗蝕劑部構成之多數個抗蝕劑體的圖案抗蝕劑膜。專利文獻1中，第1光阻劑層之曝光感度相較於第2光阻劑層之曝光感度，被設定為高3~30倍之範圍。採此方式，藉由將感光層以不同曝光感度之抗蝕劑形成多層，據以將顯影後形成之抗蝕劑膜層之通孔(開口部)剖面做成向上漸窄形狀、亦即將抗蝕劑膜層之通孔(開口部)邊緣部做成相對電鑄母型(母材基板)表面從垂直狀態成為往通孔(開口部)內側傾斜之錐狀(倒錐狀)。
本發明第1態樣之圖案描繪裝置，係一邊根據以多數個像素規定之圖案之描繪資料對作為點光投射於基板之描繪光束之強度進行調變、一邊將該點光之投射位置於該基板上沿該像素之2維的排列進行相對掃描，據以在該基板上描繪出圖案，其具備：光源裝置，其根據該描繪資料，對在該相對掃描中被照射該點光之曝光像素之各個，係作為該描繪光束射出以既定週期振盪出之脈衝光之既定數量，對在該相對掃描中非照射該點光之非曝光像素之各個，則中斷該既定數之脈衝光之射出；以及描繪控制裝置，係該描繪資料控制該光源裝置，以使對該曝光像素中之對應該圖案邊緣部之邊緣部曝光像素射出之該脈衝光之數量，相對該既定數增加或減少。
60a‧‧‧光束送光系統
60b‧‧‧光束受光系統
120‧‧‧控制電路
120a‧‧‧訊號發生部
130、132‧‧‧DFB半導體雷射元件
134、138‧‧‧偏光分束器
135‧‧‧種光產生部
136‧‧‧光電元件
136a‧‧‧驅動電路
140‧‧‧吸收體
142‧‧‧激勵光源
142a‧‧‧光纖
144‧‧‧結合器
146‧‧‧光纖光增幅器
146a‧‧‧射出端
148‧‧‧第一波長轉換光學元件
150‧‧‧第二波長轉換光學元件
200‧‧‧描繪控制裝置
202‧‧‧光量測量部
204‧‧‧載台控制裝置
210‧‧‧旋轉機構
212‧‧‧移動機構
AMA、AMB‧‧‧對準系統
EX‧‧‧圖案描繪裝置(曝光裝置)
LBn(LB1~LB6)‧‧‧光束
LS‧‧‧光源裝置
OFp‧‧‧OFF脈衝光
ONp‧‧‧ON脈衝光
OSn(OS1~OS6)‧‧‧選擇用光學元件
P‧‧‧基板
PIC‧‧‧像素
PIC’‧‧‧邊緣部曝光像素
SLnA~SLnR‧‧‧描繪線
SP、SP’‧‧‧點光
Un(U1~U6)‧‧‧描繪單元
Yp1、Yp2‧‧‧掃描線之Y方向位置
圖1係顯示第1實施形態之圖案描繪裝置之概略整體構成的圖。
圖2係顯示圖1所示之6個描繪單元之具體配置的立體圖。
圖3係顯示圖1、圖2所示之描繪單元內之具體之光學構成的立體圖。
圖4係顯示將來自圖1所示之光源裝置之光束供應至各個描繪單元之作為光束切換部而設置之6個選擇用光學元件等之配置例、與光源裝置、描繪控制裝置(描繪控制部)及光量測量部之連接關係的方塊圖。
圖5係顯示圖1、圖4所示之光源裝置內部具體之光學構成與控制電路部的圖。
圖6係說明以圖1~圖5所示之圖案描繪裝置在標準設定之描繪條件下於感光層進行圖案曝光之情形時之狀態的圖。
圖7係顯示感光層反應波長之光吸收率變化特性之一例的圖表。
圖8係以示意方式顯示藉由第1實施形態曝光之圖案顯影後之感光層邊緣部分之剖面狀態的圖。
圖9係以示意方式顯示為了在圖8所示之感光層之邊緣部分形成傾斜之曝光用光之一強度分布例的圖。
圖10係以示意方式顯示於圖8所示之感光層形成具有傾斜邊緣部之開口部時所設定之曝光用光之一強度分布例的圖。
圖11係模擬將描繪用之脈衝狀光束之點光之直徑標準設定，於基板上形成相當於2像素分(8μm線寬)之4脈衝分之未曝光部之情形時所得之規格化曝光用光之一強度分布例的圖表。
圖12係模擬與圖11同樣的將點光直徑標準設定，於基板上形成相當於2像素分(8μm線寬)之4脈衝分之未曝光部之情形時，將對邊緣部曝光像素之2脈衝分點光中之1脈衝分去除時之所得之規格化曝光用光之一強度分布例的圖表。
圖13係與圖12同樣的，模擬將對邊緣部曝光像素之2脈衝分點光中之1脈衝分去除、並將點光直徑放大到標準設定值之2倍程度之情形時所得之規格化曝光用光之一強度分布例的圖表。
圖14係顯示在基板(感光層)上描繪於主掃描方向4像素、副掃描方向5像 素之矩形未曝光圖案時，點光之ON脈衝光(照射)與OFF脈衝光(非照射)之2維排列圖的圖。
圖15係顯示為了使點光直徑成為可變，於圖3所示之描繪單元內設置之擴束器之具體構成的圖。
圖16係顯示為了使點光直徑成為可變，於圖1所示之光束調整系統內設置之光學系之構成的圖。
圖17係用以說明投射於基板之描繪用光束之光腰狀態與焦點位置之關係的圖。
圖18係顯示相對圖14所示之點光排列圖，將1個曝光像素以3×3之9脈衝之點光加以描繪之方式變形之情形時之一排列圖例的圖。
圖19係顯示第2實施形態中之圖案描繪時之點光一照射排列例，將對對應圖案邊緣部之曝光像素照射之脈衝數，相對於對對應邊緣部以外之曝光像素照射之脈衝數予以增加之例的圖。
圖20係以示意方式顯示在以圖19之點光照射排列對基板(感光層)賦予之曝光用光之分布中，將對應圖案邊緣部之曝光像素之強度較其他曝光像素增加的圖。
圖21係以示意方式顯示在與圖19相同之點光照射條件下，於圖案邊緣部延伸於主掃描方向之部分，對對應邊緣部之曝光像素於副掃描方向增加脈衝數之狀態的圖。
圖22係顯示對排列於副掃描方向之像素，如圖21所示般，為了於副掃描方向改變對曝光像素照射之點光脈衝數之一位元圖例的圖。
圖23係顯示為了使描繪用光束之孔徑數及光束剖面內之強度分布變形之各種構成的圖。
圖24係以較誇張方式顯示使顯影後之感光層殘留作為絕緣層，於其上積層 配線等圖案之情形時之一例的剖面圖。
圖25係以示意方式顯示第3實施形態中之標準曝光模式時之描繪位元列資料SDn與點光SP之脈衝發光時序之關係的圖。
圖26係顯示相對圖25之標準曝光模式，以描繪速度降低至1/10之多重曝光模式進行空間圖案之描繪曝光之狀態的圖。
圖27係說明使藉由圖26之多重曝光模式進行之空間圖案之曝光變形，用以在圖案邊緣部之抗蝕劑像形成傾斜成倒錐狀之側壁之特殊曝光模式下之描繪曝光之狀態的圖。
圖28係顯示於圖27所設定之特殊曝光模式在基板P上描繪之空間圖案之累計光量(強度)分布之模擬結果得圖表。
圖29係以示意方方式顯示以圖26所示之特殊曝光模式於感光層(抗蝕劑層)曝光之線與空間圖案之顯影後，殘膜之狀態的圖。
圖30係以圖28中模擬之光量分布，於負型抗蝕劑層光出線寬14μm之圖案並使其顯影後，殘膜之抗蝕劑像之SEM觀察相片。
以下，針對本發明態樣之圖案描繪裝置，舉較佳實施形態，一邊參照附圖一邊加以詳細說明之。當然，本發明之態樣不限於此等實施形態，亦包含各種變更或施以改良者。亦即，於以下記載之構成要素中，包含發明所屬技術領域中具有通常知識者易於設想到之物、以及實質相同之物，以下記載之構成要素可適當加以組合。又，亦可在不脫離本發明要旨範圍內，進行構成要素之各種省略、置換或變更。
[第1實施形態]
圖1概略顯示第1實施形態之圖案描繪裝置(曝光裝置)EX之全體構成的圖， 圖2係顯示圖1之圖案描繪裝置EX中所組裝之描繪單元之配置的立體圖。圖1、圖2中，在未特別說明之情形下，設定一以重力方向為Z方向之XYZ正交座標系，依圖中所示之箭頭分別設定為X方向、Y方向及Z方向。
本實施形態中之圖案描繪裝置EX，係對可撓性基板P施以曝光處理，主要係使用於製造電子元件之元件製造系統，但亦用作為製造精密金屬硬光罩之光罩製造系統。由於基板P在製造系統內實施之各處理中會有受熱之情形，因此選擇熱膨脹係數不會明顯變大之材質較佳。例如，可藉由將無機填料混入樹脂薄膜中，據以抑制熱膨脹係數。無機填料，可以是例如氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁、或氧化矽等。又，基板P，可以是以浮式法等製造之厚度100μm程度之極薄玻璃之單層體，亦可以是於此極薄玻璃貼合上述樹脂薄膜或箔等之積層體。再者，基板P亦可以是不鏽鋼(SUS)等之金屬薄板(厚度為1mm程度)。作為基板P，當使用含有奈米級纖維素(CNF)之厚度數百μm以下之薄膜(以下，亦稱CNF片基板)時，與PET(聚對酞酸乙二酯)等薄膜相較不僅耐高温(例如200℃程度)處理，藉提高CNF之含有率可使線熱膨脹係數達到銅或鋁之程度。
如圖1所示，長片狀之基板P，係以真空吸附等方式平坦的被保持在藉由包含馬達等驅動單元DU而能在XY面內2維移動之載台機構ST上。在被載台機構ST支承之基板P表面之感光層，藉由從如圖2所示之配置的6個描繪單元U1~U6之各個投射之各個光束LB1~LB6形成之點光描繪出所欲圖案。6個描繪單元U1~U6各個之內部構成相同，如圖1所示，包含多面鏡PM與遠心的掃描用透鏡系統(例如，fθ透鏡系統)FT。以描繪單元U1~U6之各個之多面鏡PM掃描之光束LB1~LB6，藉由fθ透鏡系統FT在基板P上聚光成直徑數μm程度之點光，於Y方向一維掃描。設以多面鏡PM進行之點光之掃描方向(Y方向)為主掃描方向、與此正交之X方向為副掃描方向。在基板P描繪圖案時，載台機構ST使基板P於副掃描方向(X方向)等速度移動。6個描繪單元U1~U6之各個，如圖1、圖 2所示，係在XZ面內之剖面形狀為角柱狀而延伸設置於Y方向之基準柱構件CF2之X方向兩側，透過延伸設置於Z軸方向之旋轉軸部LEn(圖2中，僅顯示與描繪單元U1對應之旋轉軸部LE1)被軸支。
在基準柱構件CF2之-X方向側，於Y方向以一定間隔配置奇數號之描繪單元U1、U3、U5，於基準柱構件CF2之+X方向側，則於Y方向以一定間隔配置偶數號描繪單元U2、U4、U6。此種將複數個描繪單元U1~U6之各個，以旋轉軸部Len加以軸支而能在XY面內微幅旋轉之構成的具體例，例如以揭露於國際公開第2016/152758號小冊子。又，如圖2中代表性所示，將從描繪單元U1投射於基板P之點光於主掃描方向(Y方向)掃描時之軌跡設為描繪線SL1時，以其他奇數號描繪單元U3、U5之各個形成之點光之掃描軌跡描繪線SL3、SL5，係與描繪線SL1同軸的配置在延伸於Y方向之線上，同樣的，以偶數號描繪單元U2、U4、U6之各形成之點光之掃描軌跡描繪線SL2、SL4、SL6之各個，配置在延伸於Y方向之線上。以6個描繪線SL1~SL6之各個在基板P上描繪之圖案，可在基板P上於Y方向接合。
如圖1、圖2所示，在基準柱構件CF2之Y方向兩端部附近，固定有作為用以測量載台機構ST之X方向移動位置之測距用干涉儀IFSx之基準的固定鏡MRx。干涉儀IFSx，係對在載台機構ST之X方向端部於Y方向延伸為棒狀設置之移動鏡(棒狀反射鏡)SMx與固定鏡MRx之各個投射雷射光束，以固定鏡MRx為基準測量移動鏡SMx(亦即載台機構ST)之X方向移動位置、及在XY面內之微小旋轉誤差(yawing量)。又，圖1中雖省略圖示，但亦設有用以測量載台機構ST之Y方向移動位置之測距用干涉儀IFSy，干涉儀IFSy對在載台機構ST之Y方向端部於X方向延伸成棒狀設置之移動鏡(棒狀反射鏡)SMy、與設在基準柱構件CF2之Y方向中央內部之固定鏡MRy的各個投射雷射光束，以固定鏡MRy為基準測量移動鏡SMy(亦即載台機構ST)之Y方向移動位置。如圖2所示， 固定鏡MRx之反射面與YZ面平行，從干涉儀IFSx朝向固定鏡MRx之光束(及反射光束)IBrx係設定成與X軸平行。又，設在基準柱構件CF2之Y方向中央內部之固定鏡MRy之反射面與XZ面平行，從干涉儀IFSy朝向固定鏡MRy之光束(及反射光束)IBry，被配置成通過從基準柱構件CF2之Y方向端部朝中央部貫穿之貫通部CF2a。除此之外，亦設有測量載台機構ST之俯仰(pitching，例如繞Y軸之微小傾斜)量與橫搖(rolling，例如繞X軸之微小傾斜)量之各個的干涉儀單元，以測量載台機構ST(基板P)之3維姿勢變化。
如以上之構成，作為干涉儀IFSx之測量基準之固定鏡MRx之反射面，在XY面內觀察時，係配置在奇數號描繪線SL1、SL3、SL5所通過之與Y軸平行之線、與偶數號描繪線SL2、SL4、SL6所通過之與Y軸平行之線的X方向中間位置，作為干涉儀IFSy之測量基準之固定鏡MRy之反射面，在XY面內觀察時，係配置在將6個描繪線SL1~SL6在Y方向加以接合之全長(全寬)的中間位置。因此，以干涉儀IFSx、IFSy測量之載台機構ST之2維移動位置，在XY面內觀察時，係以6個描繪線SL1~SL6所圍成之長方形區域(光束投射區域)之幾何學中心點為基準加以測量。又，如圖1所示，於載台機構ST之周邊部，固定有被設定成與載置之基板P表面相同高度之基準板FM。於基準板FM之表面，形成有能以從描繪單元U1~U6之各個投射之點光掃描的基準圖案、及可藉由用以檢測基板P上之標記之對準系統(標記檢測單元)AMA、AMB檢測之基準標記等。對準系統AMA、AMB，具備：將對基板P上之感光層幾乎不具有感度之波長帶(波長500nm以上)之照明光照射於基板P上之標記(基板標記)或基準板FM上之基準標記的照明系統、以及包含接收來自基板標記或基準標記之反射光以拍攝各標記之放大像之攝影元件的檢測系統。
如圖1所示，射入6個描繪單元U1~U6之各個之光束LB1~LB6，係將來自安裝在柱平台CF1上之光源裝置LS之紫外波長帶之雷射光束LB高速地 切換為時間分割進行供應。光源裝置LS，於本實施形態，雖然後續將個別說明之，係射出以頻率(振盪頻率、既定頻率)Fa脈衝狀發光之光束(脈衝光束、脈衝光、雷射)LB。此光束LB，在240~400nm程度之紫外波長帶之任一者具有峰值波長，為波長寬數十pm以下之紫外線光，對基板P之感光層具有感度。本實施形態中之光源裝置LS，例如，係以產生紅外波長帶之脈衝狀種光的半導體雷射元件、光纖增幅器、及將經增幅之紅外波長帶之種光轉換為355nm之紫外波長之脈衝光的波長轉換元件(諧波產生元件)等構成之光纖放大雷射光源。以此方式構成光源裝置LS，可獲得振盪頻率Fa為數百MHZ(例如400MHZ)、1脈衝光之發光時間為數十皮秒以下之高亮度的紫外線脈衝光。從光源裝置LS往X方向產生之光束LB，成為光束直徑為1mm程度之大致平行光束而通過第1光束調整系統BMU，在反射鏡M1反射向-Z方向後，被引導在與XY面平行之面內連續的穿過於柱平台CF1上對應6個描繪單元U1~U6之各個配置之6個選擇用光學元件(聲光調變器：AOM)。藉由將該6個AOM中之任一個設定為ON狀態(偏向狀態)，來自光源裝置LS之光束LB，即依序切換供應至6個描繪單元U1~U6中之任一個。此種將光束LB依序切換供應至複數個描繪單元U1~U6中之任一個的方式，已揭露於例如國際公開第2015/166910號小冊子、或國際公開第2017/057415號小冊子。又，圖1之反射鏡M1係對從第1光束調整系統BMU射出之光束LB具有98%程度之反射率與2%程度之穿透率之介電體多層膜構成的雷射反射鏡，穿透過反射鏡M1之光束LB之一部分(2%程度)，被光電感測器DTa受光，而獲得與光束LB之強度相應之訊號。
在6個AOM之各個中任一個切換之光束LB1~LB6，於-Z方向穿透柱平台CF1之開口部，通過分別與描繪單元U1~U6之各個對應設置之第2光束調整系統BV1~BV6，供應至描繪單元U1~U6。光束調整系統BV1~BV6之各個，除了在內部用以調整光路長之複數個折返反射鏡外，亦具備、透鏡元件、 使光束LB1~LB6各個之行進方向於橫方向微幅位移之可傾斜的石英平行平板、以及使光束LB1~LB6各個之行進方向傾斜微幅角度之可旋轉的角稜鏡等。光束調整系統BV1~BV6之各個，可將射入描繪單元U1~U6之光束LB1~LB6之各個，調整成與Z軸平行之狀態、且通過XY面內之規定位置。6個描繪單元U1~U6之各個，如圖2中以示意方式代表性的作為描繪單元U1內之光束光路所示，具備：使從光束調整系統BV1往-Z方向前進之光束LB1直角反射向-X方向之反射鏡M20、使來自反射鏡M20之光束LB1彎折向-Y方向之反射鏡M20a、使來自反射鏡M20a之光束LB1藉由偏光狀態彎折向-X方向之偏光分束器BS1、使來自偏光分束器BS1之光束LB1彎折向-Z方向之反射鏡M21、使來自反射鏡M21之光束LB1彎折向+X方向之反射鏡M22、使來自反射鏡M22之光束LB1朝向多面鏡PM之反射面在XY面內彎折之反射鏡M23、以及使被多面鏡PM偏向後通過fθ透鏡系統FT(圖2中省略圖示)之光束LB1(於XY面內往Y方向遠心掃描)彎折向-Z方向之反射鏡M24。
〔描繪單元Un之光學構成〕
其次，參照圖3說明描繪單元Un(U1~U6)之光學構成，此處，係假定奇數號描繪單元U1、U3、U5說明其構成。如圖3所示，於描繪單元Un內，沿著從光束LBn之射入位置到被照射面(基板P表面)之光束LBn之進行方向，除圖2所說明之反射鏡M20、反射鏡M20a、偏光分束器BS1、反射鏡M21、反射鏡M22、M23、多面鏡PM、反射鏡M24外，於系統框架內一體的設有透鏡系統Gu1、透鏡系統Gu2、孔徑光闌NPA、第1柱面透鏡CYa、fθ透鏡系統FT及第2柱面透鏡CYb。系統框架係透過旋轉軸部Len安裝在圖1、圖2所示之基準柱構件CF2。被反射鏡M20反射向-X方向而朝向反射鏡M20a之光束LBn之光路中的2個透鏡系統Gu1、Gu2，係構成為將射入之光束LBn(直徑1mm以下)換為剖面直徑放大到數mm(例如8mm)程度之平行光束的擴束器系統。透鏡系統Gu1係使射入之 光束LB1(平行光束)在聚光面Po1收斂成光腰，透鏡系統Gu2則將從聚光面Po1發散行進之光束LBn轉換為平行光束。以擴束器系統放大之光束LBn，被反射鏡M20a反射向-Y方向後，射入偏光分束器BS1。光束LBn被設定為能被偏光分束器BS1有效率的反射向-X方向之直線偏光。又，於偏光分束器BS1之孔徑光闌NPA側之面設有1/4波長板。
被偏光分束器BS1反射之光束LBn(圓偏光)，藉由具有圓形開口之孔徑光闌NPA，將光束LB1之強度輪廓(profile)上周邊部(例如範圍之1/e2以下之強度部分)切除。穿透孔徑光闌NPA後被反射鏡M21反射向-Z方向之光束LBn，射入第1柱面透鏡CYa。又，於描繪單元Un內，設有透過fθ透鏡系統FT、多面鏡PM及偏光分束器BS1等用以檢測在基板P表面(或基準板FM表面)反射之光束LBn之反射光的透鏡系統Gu4與光檢測器(光電感測器)DTo。作為光電感測器DTo，可利用PIN光電二極體、崩潰光電二極體(APD)、金屬-半導體-金屬(MSM)光電二極體等。
射入描繪單元Un之光束LBn，以和旋轉軸部Len之旋轉中心軸同軸之方式往-Z方向行進，射入相對XY平面傾斜45°之反射鏡M20。於反射鏡M20反射之光束LBn，通過透鏡系統Gu1、透鏡系統Gu2朝向在-X方向分離之反射鏡M20a成平行光束前進。反射鏡M20a係相對YZ平面傾斜45°配置，將射入之光束LBn朝偏光分束器BS1反射向-Y方向。偏光分束器BS1之偏光分離面相對YZ平面傾斜45°配置，使P偏光之光束反射，並使往與P偏光正交之方向偏光之直線偏光(S偏光)之光束穿透。當設射入描繪單元Un之光束LBn為P偏光之光束時，偏光分束器BS1將來自反射鏡M20a之光束LBn反射向-X方向透過孔徑光闌NPA導向反射鏡M21側。反射鏡M21相對XY平面傾斜45°配置，將射入之光束LBn以通過第1柱面透鏡CYa之方式朝反射鏡M22反射向-Z方向。反射鏡M22相對XY平面傾斜45°配置，將射入之光束LBn朝反射鏡M23反射向+X方向。反射鏡 M23將射入之光束LBn反射向多面鏡PM。
第1柱面透鏡CYa，係於圖3中具有於X方向(副掃描方向)使光束LBn收斂之折射力、於Y方向(主掃描方向)不具有折射力之方式設定母線方向之具有非等方性折射力的折射光學元件。因此，通過柱面透鏡CYa後之光束LBn，就結果而言，於副掃描方向(圖3所示之多面鏡PM之旋轉軸AXp之方向)成為收斂光束，於主掃描方向(因多面鏡PM形成之光束之偏向方向)成為平行光束。再者，從柱面透鏡CYa射出、透過反射鏡M22、M23照射在多面鏡PM之反射面上之光束LBn，於主掃描方向細長延伸，於副掃描方向則聚光成被收斂之狹縫狀。
多面鏡PM使射入之光束LBn朝具有與X軸平行之光軸AXf的fθ透鏡系統FT反射向+X方向側。多面鏡PM，為了使光束LBn之點光SP在基板P表面上掃描，使射入之光束LBn在與XY平面平行之面內1維偏向(反射)。多面鏡PM，具有繞延伸於Z軸方向之旋轉軸AXp形成之複數個反射面(本實施形態中為正八角形之各邊)，藉由與旋轉軸AXp同軸之旋轉馬達RM而旋轉。旋轉馬達RM，藉由描繪控制裝置200(於其次之圖4後敘)以指定之旋轉速度(例如，3萬~4萬rpm程度)旋轉。回應圖案資料而能實際描繪之描繪線SLn(SL1~SL6)之實效長度(例如50mm)，係設定為藉由此多面鏡PM能掃描點光SP之最大掃描長(例如52mm)以下之長度，初期設定(設計上)係在最大掃描長之中央設定描繪線SLn之中心點(fθ透鏡系統FT之光軸AXf通過之點)。進一步的，於描繪單元Un內，為檢測描繪單元Un之描繪開始時序(點光SP相對fθ透鏡系統FT之光軸AXf達到特定像高位置之瞬間)，設有在多面鏡PM之各反射面之角度達到既定角度位置之瞬間輸出成脈衝狀變化之原點訊號SZn之作為原點感測器(原點檢測器)的光束送光系統60a與光束受光系統60b。在多面鏡PM具有8個反射面之場合，光束受光系統60b在多面鏡PM之1旋轉中輸出8次原點訊號SZn(8次的波形變化)。
藉由第1柱面透鏡CYa，光束LBn在多面鏡PM之反射面上收斂成在與XY平面平行之方向延伸的狹縫狀(長橢圓狀)。藉由配置在fθ透鏡系統FT之後，於副掃描方向具有使光束LBn收斂之折射力而於Y方向(主掃描方向)不具有折射力之第2柱面透鏡CYb與第1柱面透鏡CYa，構成即使多面鏡PM之各反射面從與Z軸(旋轉軸AXp)平行之狀態傾斜，亦能避免照射於基板P表面之光束LBn之點光SP(描繪線SLn)之照射位置往副掃描方向(X方向)偏移的面傾斜修正系統。圖3所示之光束LBn之光路中，於副掃描方向，多面鏡PM之各反射面與基板P表面(或光束LBn作為點光SP而聚光之最佳焦點面)係藉由fθ透鏡系統FT與柱面透鏡CYb之合成光學系設定成光學共軛之關係(成像關係)。因此，透鏡系統Gu1後之聚光面Po1與基板P表面(或最佳焦點面)為光學共軛關係。從而，可藉由調整透鏡系統Gu1之光軸方向之配置，聚光面Po1之位置即在光軸方向被微調整，而能調整在基板P上之點光SP之焦點狀態。又，基板P上之點光SP之焦點狀態，亦可藉由將透鏡系統Gu1後之透鏡系統Gu2在光軸方向進行位置調整來加以改變。
光束LBn射入fθ透鏡系統FT之射入角θ(相對光軸AXf之角度)會因應多面鏡PM之旋轉角(θ/2)而改變。光束LBn對fθ透鏡系統FT之射入角θ為0度時，射入fθ透鏡系統FT之光束LBn沿著光軸AXf上前進。來自fθ透鏡系統FT之光束LBn被反射鏡M24反射向-Z方向，透過第2柱面透鏡CYb投射向基板P。藉由fθ透鏡系統FT及母線與Y方向平行之柱面透鏡CYb、以及擴束器系統(透鏡系統Gu1、Gu2)與孔徑光闌NPA之作用，投射至基板P上之光束LBn，設波長為355nm、孔徑數(NA)為0.06時，在最佳焦點面收斂成直徑2~3μm程度之微小點光SP。以上之圖3所示之描繪單元Un之構成，針對描繪單元U1~U6之各個亦完全同樣的構成。據此，一邊由6個描繪單元U1~U6之各個將光束LB1~LB6之各點光SP於主掃描方向(Y方向)進行一維掃描、一邊使基板P往X方向移動， 基板P表面即被點光SP相對的2維掃描，於基板P上，以描繪線SL1~SL6之各個描繪之圖案即以在Y方向接合之狀態被曝光。
本實施形態之情形，來自光源裝置LS之光束LB因係數十皮秒以下之發光時間之脈衝光，因此在主掃描期間投射至描繪線SLn上之點光SP，會對應光束LB之振盪頻率Fa(例如400MHZ)而成離散的。因此，必須使藉由光束LB之1脈衝光所投射之點光與藉由下一個1脈衝光所投射之點光，在主掃描方向(以及副掃描方向)重疊。此重疊之量，係根據點光之實效尺寸φ、點光之主掃描之速度Vsp、及光束LB之振盪頻率Fa加以設定。點光之實效尺寸(直徑)φ，在點光之強度分布為高斯分布而近似之情形時，係以點光之峰值強度為1/e2(或半值全寬)之強度的寬度尺寸決定。本實施形態中，典型的(標準)裝置設定，係以相對實效尺寸(尺寸)φ，點光SP以φ/2程度重疊之方式，設定點光之掃描速度Vsp(多面鏡PM之旋轉速度)與振盪頻率Fa之關係。因此，脈衝狀點光SP沿主掃描方向之投射間隔為φ/2。因此，於副掃描方向(與描繪線SLn交叉之方向)，沿描繪線SLn之點光之一次掃描與下一次掃描之間，最好是能設定為基板P移動點光之實效尺寸φ之約略1/2之距離較佳。再者，將於Y方向相鄰之描繪線SLn接合於主掃描方向之情形時，亦使之重疊φ/2較佳。本實施形態下之標準裝置規格，係將點光在基板P上之實效尺寸(尺寸)φ與在描繪資料上設定之1像素之尺寸設定為相同程度。不過，若是非標準之特別條件下之描繪模式(特殊曝光模式)之情形時，亦有將1像素之尺寸設定為相對點光之實效尺寸(尺寸)φ小1/2~1/3程度之情形。
舉一例而言，將描繪線SLn(SL1~SL6)之實效掃描長作為LT設定為50mm、點光SP之實效直徑φ為4μm、來自光源裝置LS之光束LB之脈衝發光的振盪頻率Fa為400MHZ，以沿描繪線SLn(主掃描方向)之點光SP各重疊直徑φ之1/2之方式脈衝發光之情形時，點光SP之脈衝發光之主掃描方向之間隔在 基板P上為2μm，此與振盪頻率Fa之週期Tf(=1/Fa)2.5nS(1/400MHZ)對應。又，此場合，將於描繪資料上規定之像素尺寸設為Dpx時，當將Dpx在基板P上設定為4μm方形的話，1像素在主掃描方向與副掃描方向之各個以點光SP之2脈衝分曝光。因此，點光SP之主掃描方向之掃描速度Vsp與振盪頻率Fa，係設定為成Vsp=(φ/2)/Tf=(φ/2)‧Fa之關係。另一方面，掃描速度Vsp係根據多面鏡PM之旋轉速度VR(rpm)、實效掃描長LT、多面鏡PM之反射面數Np(=8)、以及多面鏡PM之1個反射面之掃描效率1/α，以下述方式決定。
Vsp=(8‧α‧VR‧LT)/60〔mm/秒〕...式(1)因此，振盪頻率Fa(週期Tf)與旋轉速度VR(rpm)，係設定成以下關係。
(φ/2)/Tf=(8‧α‧VR‧LT)/60...式(2)
據上所述，將振盪頻率Fa設定為400MHZ(Tf=2.5nS)、點光SP之直徑φ設定為4μm時，從振盪頻率Fa規定之掃描速度Vsp，為0.8μm/nS(=2μm/2.5nS)。為對應此掃描速度Vsp，將掃描效率1/α設定為0.3(α≒3.33)、掃描長LT設定為50mm時，從式2之關係，將8面多面鏡PM之旋轉速度VR設定為36000rpm即可。又，於本實施形態，作為標準裝置規格，雖係將光束LBn之2脈衝分於主掃描方向與副掃描方向之各個，重疊點光SP之直徑φ之1/2以作為1像素，但為提高曝光量(Dose量)，亦可設定為各重疊點光SP之直徑φ之2/3的3脈衝分、或各重疊點光SP之直徑φ之3/4的4脈衝分作為1像素。因此，將每1像素之點光SP之脈衝數設為Nsp時，先前之式2之關係式，可使之一般化而以下述式3表示。
(φ/Nsp)/Tf=(Np‧α‧VR‧LT)/60...式(3)於標準裝置規格(描繪條件)中，係調整光源裝置LS之振盪頻率Fa(週期Tf)與多面鏡PM之旋轉速度VR中之至少一方，以滿足此式3之關係。
〔描繪控制系〕
其次，參照圖4，說明進行本實施形態中之描繪單元U1~U6之各個進行之圖案描繪之控制、以及為調整點光SP之強度及曝光量之控制的描繪控制系統之概略構成。圖4係以示意方式顯示將來自圖1所示之光源裝置LS之光束LB選擇性的供應至描繪單元U1~U6之各個之作為光束切換部而設在圖1之柱平台CF1上的6個選擇用光學元件(AOM)OS1~OS6、反射鏡M1、M7、M8、M13、6個選擇反射鏡IM1~IM6等之配置，並顯示光源裝置LS、描繪控制裝置(描繪控制部)200及光量測量部202的連接關係。描繪控制裝置200，係輸入來自圖3所示之描繪單元Un(U1~U6)之各個之光束受光系統60b的原點訊號SZ1~SZ6，以決定各描繪單元Un之圖案描繪時序，並將為了藉由繞射使射入光束LB偏向之驅動訊號DF1~DF6輸出至選擇用光學元件(AOM)OS1~OS6之各個。如圖1所說明，通過第1光束調整系統BMU之來自光源裝置LS之光束LB，被反射鏡M1反射，依序通過選擇用光學元件OS5、OS6、OS3、OS4、OS1、OS2。在設於柱平台CF1上之光束切換部雖設有多數個折返反射鏡，但圖4中僅顯示光路中之反射鏡M1、M7、M8，在沿光束光路之最後的選擇用光學元件OS2之後，設有反射鏡M13與吸收體(光阱)TR。反射鏡M13，係將未被最後的選擇用光學元件OS2偏向而穿透過之光束LB(0次繞射光束)反射向吸收體TR。
選擇用光學元件OSn之各個，係被設置成使偏向後之1次繞射光描繪用之光束LBn(LB1~LB6)，相對射入之光束LB(0次光束)之中心軸偏向既定角度。被選擇用光學元件OSn之各個偏向之光束LBn(LB1~LB6)，投射至設在與選擇用光學元件OSn之各個分離既定距離之位置的選擇反射鏡IMn(IM1~IM6)。各選擇反射鏡IMn，藉由將射入之光束LBn(LB1~LB6)反射向-Z方向，將光束LBn(LB1~LB6)透過分別對應之光束調整系統BV1~BV6(圖1參照)導向描繪單元Un(U1~U6)。
各選擇用光學元件OSn皆係使用構成、功能、作用等彼此相同之 物。複數個選擇用光學元件OSn之各個，依據來自描繪控制裝置200之驅動訊號(高頻訊號)DF1~DF6之ON/OFF，對使射入之光束LB繞射之繞射光(光束LBn)之產生進行ON/OFF控制。例如，光束光路之最初的選擇用光學元件OS5，在未施加驅動訊號DF5之OFF狀態時，不使射入之來自光源裝置LS之光束LB偏向(繞射)而使之穿透。因此，穿透選擇用光學元件OS5之光束LB，射入下一個選擇用光學元件OS6。另一方面，被施加驅動訊號DF5之選擇用光學元件OS5為ON狀態時，選擇用光學元件OS5使射入之光束LB之1次繞射光束偏向(繞射向)選擇反射鏡IM5。亦即，藉由驅動訊號DF1~DF6之ON/OFF控制以選擇用光學元件OSn進行之切換(光束選擇)動作。以此方式，可使因各選擇用光學元件OSn之切換動作而被偏向之來自光源裝置LS之光束LB，以選擇反射鏡IMn(IM1~IM6)之任一個加以反射，導向對應之描繪單元Un，且能依序切換光束LBn射入之描繪單元Un。如以上所述，將複數個選擇用光學元件OSn串聯(serial)配置成來自光源裝置LS之光束LB依序通過，以時分割將光束LBn供應至對應之描繪單元Un之構成，已揭露於國際公開第2015/166910號小冊子及國際公開第2017/057415號小冊子。又，圖4中，係顯示僅第4層之選擇用光學元件OS4因施加驅動訊號DF4而成為ON狀態，將來自光源裝置LS之光束LB之1次繞射光束作為描繪用光束LB4導向描繪單元U4之狀態。
圖4中，於圖1中亦有顯示，在反射鏡M1之背面側，設有檢測從光源裝置LS射出之光束LB之強度(光量)的光電感測器DTa，在反射鏡M13之背面側，設有檢測所有的選擇用光學元件OS1~OS6為OFF狀態時穿透而來之光束LB之強度(光量)的光電感測器DTb。光電感測器DTa、DTb，與圖3中所示之光電感測器DTo同樣的，由PIN光電二極體、崩潰光電二極體(APD)、金屬-半導體-金屬(MSM)光電二極體之任一者構成。從光電感測器DTa輸出之光電訊號Sa，為監測從光源裝置LS射出之光束LB之原來強度(光量)而被送至光 量測量部202，從光電感測器DTb輸出之光電訊號Sb亦為監測6個選擇用光學元件OS1~OS6之穿透率變動及繞射效率變動而被送至光量測量部202。從光電感測器DTo輸出之光電訊號So，亦為測量形成在載台機構ST之基準板FM的基準圖案及從基準標記之反射光量被送至光量測量部202。
光源裝置LS，係生成為了以頻率Fa脈衝發光出光束LB之時鐘(clock)訊號LTC(例如、400MHZ)，該時鐘訊號LTC被送至描繪控制裝置200與光量測量部202。描繪控制裝置200，將包含與點光SP之1掃描中描繪之像素數分對應之位元數的描繪位元列資料SDn(n係與描繪單元U1~U6之任一者對應之數)送出至光源裝置LS。進一步的，光源裝置LS與描繪控制裝置200，透過介面匯流排(串列匯流排亦可)SJ進行各種控制資訊(指令及參數)之溝通。又，於描繪控制裝置200，連接有用以控制以圖1說明之載台機構ST之移動位置及移動速度的載台控制裝置204。載台控制裝置204根據從描繪控制裝置200送來之指令資訊(位置資訊及速度資訊)、與以圖1說明之干涉儀IFSx、IFSy測量之載台機構ST之位置資訊，進行驅動單元DU之伺服控制。
〔光源裝置LS〕
光源裝置LS，係圖5所示之光纖放大雷射光源(藉光增幅器與波長轉換元件產生紫外脈衝光之雷射光源)。圖5之光纖放大雷射光源(LS)之構成，例如已詳細揭露於國際公開第2015/166910號小冊子，因此，此處僅簡單說明。圖5中，光源裝置LS，包含：含生成為了以頻率Fa脈衝發光出光束LB之時鐘訊號LTC之訊號發生部120a的控制電路120、以及回應時鐘訊號LTC而生成以紅外波長帶脈衝發光之2種類之種光S1、S2的種光產生部135。種光產生部135包含DFB半導體雷射元件130、132、透鏡GLa、GLb、偏光分束器134等，DFB半導體雷射元件130回應時鐘訊號LTC(例如、400MHZ)而產生峰值強度大的陡峭、或尖銳的脈衝狀種光S1，DFB半導體雷射元件132則回應時鐘訊號LTC而產生峰值強度小 的緩慢(時間上寬的)的脈衝狀種光S2。種光S1與種光S2被設定為發光時序同步(一致)且每1脈衝之能量(峰值強度×發光時間)約略相同。進一步的，DFB半導體雷射元件130所產生之種光S1之偏光狀態被設定為S偏光，DFB半導體雷射元件132所產生之種光S2之偏光狀態被設定為P偏光。偏光分束器134使來自DFB半導體雷射元件130之S偏光之種光S1穿透而導向光電元件(勃克爾斯盒(Pockels cell)、克爾盒(Kerr cell)等構成之EO元件)136，並使來自DFB半導體雷射元件132之P偏光之種光S2反射導向光電元件136。
光電元件136對應從圖6之描繪控制裝置200送來之描繪位元列資料SDn，以驅動電路136a高速地切換2種類之種光S1、S2之偏光狀態。在輸入驅動電路136a之描繪位元列資料SDn之1像素分之邏輯資訊為L(「0」)狀態時，光電元件136不改變種光S1、S2之偏光狀態而直接將之導至偏光分束器138，在描繪位元列資料SDn之1像素分之邏輯資訊為H(「1」)狀態時，光電元件136使射入之種光S1、S2之偏光方向旋轉90度旋轉導向偏光分束器138。因此，光電元件136，在描繪位元列資料SDn之像素之邏輯資訊為H狀態(「1」)下，將S偏光之種光S1轉換為P偏光之種光S1，將P偏光之種光S2轉換為S偏光之種光S2。偏光分束器138，係使P偏光之光穿透後透過透鏡GLc將之導向結合器(combiner)144，使S偏光之光反射導向吸收體140之物。設穿透偏光分束器138之種光(S1與S2中之任一方)為種光光束Lse。通過光纖142a被導向結合器144之來自激勵光源142之激勵光(pump light、charge light)，與從偏光分束器138射出來之種光光束Lse合成，射入光纖光增幅器146。
藉由以激勵光激勵摻雜在光纖光增幅器146之雷射介質，在通過光纖光增幅器146內之期間種光光束Lse被增幅。經增幅之種光光束Lse，從光纖光增幅器146之射出端146a伴隨既定發散角射出，通過透鏡GLd以聚光於第1波長轉換光學元件148之方式射入。第1波長轉換光學元件148，藉由二次諧波產生 (Second Harmonic Generation：SHG)相對射入之種光光束Lse(波長λ)生成波長為λ之1/2的二次諧波。種光光束Lse之二次諧波(波長λ/2)與原來之種光光束Lse(波長λ)，透過透鏡GLe以聚光於第2波長轉換光學元件150之方式射入。第2波長轉換光學元件150，藉由二次諧波(波長λ/2)與種光光束Lse(波長λ)之和頻產生(Sum Frequency Generation：SFG)，產生波長為λ之1/3的三次諧波。此三次諧波為在370mm以下之波長帶(例如355nm)具有峰值波長之紫外脈衝光(光束LB)。從第2波長轉換光學元件150產生之光束LB(發散光束)，藉由透鏡GLf，被轉換為光束徑1mm程度之平行光束而從光源裝置LS射出。
施加於驅動電路136a之描繪位元列資料SDn之1像素分之邏輯資訊為L(「0」)之情形時(不曝光該像素之非描繪狀態時)，光電元件136不改變射入之種光S1、S2之偏光狀態而直接將之導向偏光分束器138。因此，射入結合器144之種光光束Lse即成為種光S2由來之源。由於光纖光增幅器146(或波長轉換光學元件148、150)對此種峰值強度低、時間上寬度較鈍特性之種光S2的增幅效率(或波長轉換效率)低，因此從光源裝置LS射出之P偏光之光束LB成為未被增幅到曝光所需能量之脈衝光。此種來自於種光S2而生成之光束LB之能量極低，照射於基板P之點光SP之強度為極低的位準。如上所述，從光源裝置LS在非描繪狀態時亦會持續射出雖然微弱之紫外脈衝光之光束LB，因此將此種非描繪狀態時射出之光束LB稱為OFF光束(OFF脈衝光)。
另一方面，施加於驅動電路136a之描繪位元列資料SDn之1像素分之邏輯資訊為H(「1」)之情形時(曝光該像素之描繪狀態時)，光電元件136改變射入之種光S1、S2之偏光狀態將之導入偏光分束器138。因此，射入結合器144之種光光束Lse即成為種光S1由來之源。來自於種光S1之種光光束Lse之發光輪廓，因峰值強度大且尖銳，因此種光光束Lse被光纖光增幅器146(或波長轉換光學元件148、150)有效的增幅(或波長轉換)，從光源裝置LS輸出之P偏光 之光束LB具有基板P之曝光所需之能量。描繪狀態時從光源裝置LS輸出之光束LB，為了與非描繪狀態時射出之OFF光束(OFF脈衝光)區別，稱為ON光束(ON脈衝光)。如上所述，在作為光源裝置LS之光纖放大雷射光源內，將2種類之種光S1、S2中之任一方以作為描繪用光調變器之光電元件136加以選擇後進行光增幅，即能據以將光纖放大雷射光源，回應描繪位元列資料(SDn)作為高速爆發發光(burst light emission)之紫外脈衝光源。
圖4所示之描繪控制裝置200，亦具備輸入來自描繪單元U1~U6各個之原點訊號SZ1~SZ6，使描繪單元U1~U6各個之多面鏡PM之旋轉速度一致，並使其旋轉角度位置(旋轉之相位)彼此成既定關係之方式進行多面鏡PM旋轉之同步控制的功能。再者，描繪控制裝置200亦包含儲存根據原點訊號SZ1~SZ6，以描繪單元U1~U6各個之點光SP構成之描繪線SL1~SL6描繪之描繪位元列資料SDn的記憶體。於描繪控制裝置200，預先設定有以光束LB之幾脈衝分來描繪儲存在記憶體之描繪位元列資料SDn之1像素分之資料(1位元)。例如，在設定為將1像素以光束LB之2脈衝(於主掃描方向與副掃描方向之各方向以2個點光SP)來進行描繪之情形時，描繪位元列資料SDn之資料係以時鐘訊號LTC之每2時鐘脈衝各讀出1像素分(1位元)，將之施加於圖5之驅動電路136a。
於本實施形態，為了進行射入描繪單元U1~U6之各個之光束LB1~LB6之主掃描的各個多面鏡PM，一邊以相同旋轉速度精密的旋轉、一邊彼此保持一定的旋轉角度相位，以圖4之描繪控制裝置200進行同步控制。據此，即能將從描繪單元U1~U6之各個投射至基板P之各個光束LB1~LB6之主掃描時序(點光SP之主掃描期間)，設定為彼此不重複。從而，藉由將設在光束切換部之選擇用光學元件OSn(OS1~OS6)各個之ON/OFF切換，與6個多面鏡PM各個之旋轉角度位置同步進行控制，而能將來自光源裝置LS之光束LB以時間分割分配至複數個描繪單元Un各個之有效率的曝光處理。
又，本實施形態中，多面鏡PM具有8個反射面，將以該1個反射面進行之掃描效率1/α設為1/3程度，因此多面鏡PM之約15°未滿之旋轉角度範圍及對應在基板P上之點光SP之1掃描的最大掃描長(例如52mm)。因此，將6個多面鏡PM相對各錯開15°之角度相位使之旋轉，並以各多面鏡PM將8個反射面中之跳過1面掃描光束LBn之方式，控制各個選擇用光學元件OSn(OS1~OS6)之ON/OFF切換。此種將多面鏡PM之反射面跳過1面使用之描繪方式，亦已揭露於國際公開第2015/166910號小冊子。
接著，參照圖6，說明在標準裝置規格(描繪條件)下使用圖1之圖案描繪裝置EX進行圖案曝光時之狀態。圖6，係顯示例如使主掃描方向之線寬為16μm且於副掃描方向直線延伸之2條線圖案LTP，於主掃描方向間隔12μm進行描繪時之情形，圖6(A)係顯示對應線圖案LTP之描繪位元列資料SDn之像素位元值之排列，1像素在基板P上之尺寸設為4μm×4μm。各像素之位元值「0」代表非描繪(OFF脈衝光)，位元值「1」則代表描繪(ON脈衝光)。圖6(B)顯示了來自與描繪位元列資料SDn之像素對應之訊號產生部120a的時鐘訊號LTC，圖6(C)係顯示以點光SP之主掃描形成之軌跡掃描線中、例如沿著副掃描方向之4條掃描線SL1a、SL1b、SL1c、SL1d之各個照射ON脈衝光之點光SP的情形。圖6(C)中，點光SP之實效直徑φ被設定為與像素尺寸相同之4μm。如先前之式(1)~(3)之說明，於標準圖案描繪時之設定，在主掃描方向與副掃描方向之各個，點光SP係以各錯開重疊實效直徑φ之1/2之方式脈衝照射。圖6(D)顯示了在基板P表面之感光層為單層的負抗蝕劑、厚度RT為標準1μm程度之情形時，於顯影處理後在基板P上殘膜之線圖案LTP之抗蝕劑像LTP’的剖面，圖6(E)中則顯示了在基板P表面之感光層為單層正抗蝕劑、厚度RT為標準1μm程度之情形時，於顯影處理後在基板P上殘膜之線圖案LTP之抗蝕劑像LTP’的剖面。
如圖6(D)所示，負抗蝕劑之情形時被點光SP之ON脈衝光照射的部分對顯影液為不溶解性而殘留，如圖6(E)所示，正抗蝕劑之情形時未被點光SP之ON脈衝光照射之部分對顯影液為不溶解性而殘留。無論何種情形，在感光層(抗蝕劑)之厚度RT為標準厚度程度(1μm程度)之場合，點光SP之ON脈衝光即使在感光層之光吸收率高且穿透性低，亦能從感光層上面充分到達底面，顯影後之線圖案LTP之抗蝕劑像LTP’之邊緣部分，幾乎成垂直狀態。
如特開2002-187374號公報所揭露，在顯影後感光層之開口部分以電鍍方式沉積出作為金屬遮罩之金屬的情形時，以感光層形成之抗蝕劑像LTP’(殘膜部)將成為間隔壁而規定金屬遮罩中之開口部，因此必須對應金屬遮罩之因電鍍形成之厚度，設定感光層之厚度RT。金屬遮罩之厚度，例如為10μm以上，感光層之厚度RT亦設定為10μm以上。進一步的，在蒸鍍步驟中使用之金屬遮罩雖係在蒸鍍裝置內於被處理基板表面重疊設置，為了使被處理基板上依據金屬遮罩之開口形狀蒸鍍之薄膜的形狀特性、及該薄膜之膜厚均勻性等更佳，於金屬遮罩中之開口部邊緣係賦予較大的傾斜。因此，基板P上以厚度RT為10μm以上形成之感光層之顯影後之抗蝕劑像LTP’之邊緣部(側壁)，亦須控制成為該傾斜。為達成此之例，係同時考慮因感光層種類及材質而不同之光吸收特性，對賦予至相當於感光層之圖案邊緣部之部分的光量(劑量)，亦賦予與邊緣部延伸方向正交之方向之分布(傾斜)。
圖7係顯示於橫軸取照射光(光束LBn)之波長(nm)、於縱軸取規格化之吸收率(0~1)之抗蝕劑光吸收特性之一例。圖7之抗蝕劑之情形時，具有在波長320nm附近產生吸收之峰值、在波長320nm~450nm之間吸收率大致減少成線性之特性，在波長355nm下之吸收率約為0.55。此圖7之特性僅為一例，會因抗蝕劑之材料物質而有大的差異。在感光層之厚度RT大的情形時，為了使抗蝕劑像LTP’之邊緣部(側壁)成為接近垂直之狀態，於使用波長下，使用吸 收率小之抗蝕劑較佳。本實施形態中，係使用吸收率在光束LBn之波長355nm下較大的抗蝕劑。
圖8顯示了藉由本實施形態之圖案描繪裝置EX曝光，顯影後之部分基板P的剖面構成。圖8中，基板P之母材基板LK1為不鏽鋼(SUS)，於其表面以既定厚度積層有以鎳(Ni)形成之基極層(base layer)LK2。於基極層LK2上形成有厚度RT(10μm以上)之負型抗蝕劑層Luv，於顯影後除去抗蝕劑層Luv之未曝光部(非照射部)而形成被邊緣部Ewa、Ewb包夾之開口部HL。製作電鍍光罩之情形時，於該開口部HL露出之基極層LK2上以電鍍沉積金屬層(鎳或銅等)。作為抗蝕劑層Luv之邊緣部Ewa、Ewb的側壁，係形成為朝向開口部HL側傾斜之狀態、亦即所謂的倒錐狀。為賦予此種傾斜之一例，於本實施形態中，如圖9所示，係對照射於邊緣部Ewa、Ewb之曝光用光(光束LBn)之強度分布賦予大的傾斜。圖9係以示意方式說明在圖8中之作為邊緣部Ewa之抗蝕劑層Luv之部分9A的曝光狀態的圖。當抗蝕劑層Luv之光吸收率大的情形時，因曝光用光會隨著從抗蝕劑層Luv之上面Sup往底面Sbm前進而衰減，因此視曝光用光之強度，會成為無法有充分之感光能量被賦予到抗蝕劑層Luv之底面Sbm的狀態。因此，如圖9之上段所示，做成在邊緣部Ewa之部分、使朝向開口部HL側賦予之曝光用光之強度Ip之分布較規定值Th(賦予適當曝光量之強度)減少之特性。如此一來，如圖9下段之黑圓點所示，抗蝕劑層Luv內之感光部分即成為傾斜，成為於顯影後，抗蝕劑層Luv之以黑圓點顯示之部分殘留之傾向。
於是，為了形成如圖8般之朝向開口部HL內側傾斜之邊緣部Ewa、Ewb，將在如圖10所示之開口部HL之邊緣附近具有大傾斜之強度分布的曝光用光照射於抗蝕劑層Luv。此圖10般之曝光用光之強度分布，在將光罩圖案以投影曝光方式曝光至抗蝕劑層Luv之情形時，可藉由使圖案之像散焦，以對邊緣部之曝光用光之強度分布賦予連續之傾斜。不過，如本實施形態之作為光源 裝置LS使用光纖放大雷射光源，以多面鏡PM高速掃描點光SP之ON/OFF(照射/非照射)來描繪圖案之裝置，就每一脈衝大幅變化作為點光SP之脈衝光(ON脈衝光)本身之峰值強度，是非常困難的。因此，於本實施形態，係將對應描繪之圖案邊緣部之像素投射之脈衝光，抽掉1脈衝(原本應係將ON脈衝光切換為OFF脈衝光)。
圖11、圖12、圖13係以模擬方式求出進行抽掉脈衝之情形時之曝光用光強度分布之變化的圖表，各個之上段係以示意方式顯示點光SP之經規格化的強度分布，下段則係以示意方式顯示將上段之點光SP之強度分布合成後之經規格化的強度分布。又，圖11~圖13中，橫軸代表基板P上之主掃描方向之位置(μm)、縱軸表示將規格化之強度Ipr。圖11係設投射於基板P之光束LBn之孔徑數(NA)為0.06、近似於高斯分布之點光SP在基板P上之直徑φ為約4μm、1像素之尺寸為4×4μm，於主掃描方向以φ/2之節距照射點光SP之期間，於中心位置0之附近形成相當於4脈衝分之點光SP之未曝光部(2像素分之8μm線寬)的情形。如圖11之上段所示，點光SP在位置-13μm、-11μm、-9μm、-7μm、-5μm、5μm、7μm、9μm、11μm、13μm之各個係投射ON脈衝光，在相當於2像素分線寬之位置-3μm、-1μm、1μm、3μm之各個，則為OFF脈衝光而未曝光。如圖11之下段所示，相當於以此種點光SP合成之強度分布邊緣部的強度傾斜△IPa，較為陡峭。
因此，如圖12所示，嘗試於主掃描方向，對位在與未曝光之非曝光像素(「0」)相鄰之曝光像素(「1」)賦予之2個點光SP之ON脈衝光中，使未曝光之像素側之一點光SP為ON脈衝光、而使另一方之點光SP為OFF脈衝光般之控制。圖12之上段，係顯示在與圖11相同之光學條件(光束LBn之孔徑數、點光SP之直徑φ)下，描繪與圖11相同之圖案時，使投射至最靠近8μm(2像素分)線寬之邊緣位置之位置處之-5μm、5μm各個之點光為ON，而刻意地使投射至 其相鄰位置處之-7μm、7μm各個之1個點光SP為OFF之情形。此場合，如圖12之下段所示，在合成後之曝光用光之強度分布邊緣部附近，產生相當大的強度不均。此種強度不均，有可能造成抗蝕劑層Luv之邊緣部Ewa、Ewb之側壁輪廓(側壁面形狀)之混亂，因此不佳。
因此，如圖13之上段所示，模擬在使作為光學條件之光束LBn之孔徑數(NA)降低至0.03以將點光SP之直徑φ放大成2倍程度之約8μm之點光SP’，以和圖12相同之方式控制ON脈衝光與OFF脈衝光之情形時，如圖13之下段所示，相當於以點光SP’合成之強度分布邊緣部之強度傾斜△IPb，即變得比較緩和。又，圖13所示之點光SP’之峰值，雖然係在與圖12所示之點光SP之峰值相同規格化強度Ipr上設為1.0，但實際之強度值因放大了點光SP’之直徑φ，因此相對於圖12之點光SP之峰值為一半程度。從而，圖13之下段所示之合成後之強度分布之實際強度值，在規格化強度Ipr上係與圖12之下段所示之合成後之強度分布之規格化強度Ipr為相同程度。根據以上之模擬，在對規定圖案邊緣部之像素(邊緣部曝光像素)照射ON脈衝光時，控制成將對在該邊緣部曝光像素於主掃描方向相鄰位置之未曝光像素(非曝光像素)側照射之點光中之一方設為ON脈衝光、另一他方設為OFF脈衝光，並做成將設定為標準光學條件之點光SP之直徑φ(與1像素之尺寸相同程度)放大至2倍程度之點光SP’較佳。
圖14係以示意方式顯示在以上條件下，將4×4μm方形之像素PIC於主掃描方向(Y方向)排列4像素、於副掃描方向(X方向)排列5像素之作為矩形開口部HL的未曝光圖案描繪至抗蝕劑層(亦稱感光層)Luv時之ON脈衝光與OFF脈衝光在基板P上之照射位置之排列的圖。圖14中，黑圓點代表作為ON脈衝光ONp之點光之中心位置，白圓點代表作為OFF脈衝光OFp之點光之中心位置，於本實施形態，係相對設定成標準之點光SP之直徑φ，將描繪時設定之點光SP’之直徑φ’設定為2倍程度，並將於主掃描方向之點光SP’之脈衝光之照射節距 設定為φ/2(即標準設定之節距之狀態)。又，圖14中，於副掃描方向以一定節距φ/2排列之掃描線SLnA、SLnB、SLnC、...SLnR，係因多面鏡PM之各反射面而偏向掃描之點光SP’之軌跡。
如圖14所示，與排列於主掃描方向之4個像素PIC(非曝光像素)之Y方向外側兩端相鄰之像素PIC之各個，係對應圖案邊緣部之邊緣部曝光像素PIC’(一部分係賦予斜線以虛線顯示)，因此照射於此邊緣部曝光像素PIC’之排列於主掃描方向之2個點光SP’，於主掃描方向與非曝光像素相鄰之側為ON脈衝光ONp(黑圓點)，而與非曝光像素分離之側為OFF脈衝光OFp(白圓點)。亦即，圖14之情形時，照射於於X方向以等節距φ/2排列之掃描線SLnA、SLnB、SLnC、...SLnR中，通過於X方向排列之5像素之未曝光圖案的掃描線SLnE~SLnM之Y方向位置Yp1、Yp2之各個的點光SP’為OFF脈衝光OFp(白圓點)。進一步的，對排列於副掃描方向之5個像素PIC(非曝光像素)於副掃描方向之X方向外側相鄰之曝光像素為邊緣部曝光像素PIC’(一部分係賦予斜線而以虛線顯示)，對X方向兩端之邊緣部曝光像素PIC’之各個照射之排列於副掃描方向之2個點光SP’，於副掃描方向與非曝光像素相鄰之側為ON脈衝光ONp(黑圓點)，而與非曝光像素分離之側為OFF脈衝光OFp(白圓點)。亦即，圖14之情形時，在通過與4×5像素之未曝光圖案之X方向兩端外側相鄰之邊緣部曝光像素PIC’的2條掃描線SLnC、SLnD、與2條掃描線SLnO、SLnP中、與4×5像素之未曝光圖案分離之側之掃描線SLnC上與掃描線SLnP上，與排列於Y方向之非曝光像素PIC對應之範圍為OFF脈衝光OFp(白圓點)。
如先前之圖6所說明，本實施形態中，1像素(PIC、PIC’)係以描繪位元列資料SDn之1位元表示，對應此1位元，係設定成來自光源裝置LS之時鐘訊號LTC之2時鐘脈衝(亦即點光SP’之2脈衝分)與之對應。因此，於本實施形態，為了於時鐘訊號LTC之每1時脈，將振盪出之光束LB切換為ON脈衝光 與OFF脈衝光，係在圖4之描繪控制裝置200內、或圖5之控制電路120內，設置根據描繪位元列資料SDn，做成於主掃描方向將1像素以2位元顯示之脈衝發光用圖資料(圖14中之ON脈衝光ONp或OFF脈衝光OFp之配置列資料)並加以儲存的記憶體部。亦即，與該脈衝發光用圖資料之1條掃描線對應之總位元數，係與描繪位元列資料SDn之1條掃描線對應之總位元數的2倍。於光源裝置LS內之驅動電路136a(圖5)，係取代描繪位元列資料SDn，係施加從記憶體部回應時鐘訊號LTC之時鐘脈衝而讀出之脈衝發光用圖資料之串列的位元流訊號，來自光源裝置LS之光束LB，係控制成就每一時鐘訊號LTC之1時鐘脈衝切換為ON脈衝光與OFF脈衝光中之任一種。
進一步的，於本實施形態，為了將作為光學條件之點光SP’之直徑φ’做成設定為標準之直徑φ之約2倍，設置有將投射至基板P之光束LBn之孔徑數(NA)設定為標準之0.06調整至大致一半之0.03的機構。圖15中顯示了以先前之圖3所示之描繪單元Un內之透鏡系統Gu1與透鏡系統Gu2形成之從擴束器系統到孔徑光闌NPA的光路，圖15(A)顯示將投射至基板P之光束LBn之孔徑數(NA)設定為標準之0.06的狀態，圖15(B)則係顯示將投射至基板P之光束LBn之孔徑數(NA)設定為0.03的狀態。本實施形態中，為進行光束LBn之孔徑數(NA)之調整，係設置可將構成擴束器系統之透鏡系統Gu1之複數片(例如2片)透鏡元件中至少一部分之位置於光軸方向加以調整的可動機構，以做成可改變從透鏡系統Gu2後之孔徑光闌NPA射出之光束LBn之直徑。如圖15(A)所示，於標準光學條件下，藉由在孔徑光闌NPA之位置，將光束LBn之強度分布範圍之1/e2(峰值強度之約13.5%)之強度以孔徑光闌NPA之開口徑φb1去除(cut)，將孔徑數(NA)設為0.06。又，在透鏡系統Gu1後光束LBn成為光腰之聚光面Po1，因係設定在透鏡系統Gu2之前側焦距的位置，因此從透鏡系統Gu2朝向孔徑光闌NPA之光束LBn成為平行光束。又，孔徑光闌NPA係配置在透鏡系統Gu2之後側 焦距的位置。
將孔徑數(NA)從標準設定條件0.06降低至0.03時，如圖15(B)所示，變更構成透鏡系統Gu1之複數片透鏡元件於光軸AXe方向之位置，以使從透鏡系統Gu1’射出之光束LBn在光軸AXe上、在與圖15(A)之聚光面Po1相同位置成光腰之方式使之收斂，並調整為使其收斂度(或從聚光面Po1之發散度)較圖15(A)之場合小。據此，如圖15(B)所示，從孔徑光闌NPA之開口射出之光束LBn，即被調整為較圖15(A)之情形時之直徑φb1更小之直徑φb2(≒φb1/2)。設通過孔徑光闌NPA之光束LBn之直徑為Dφ、圖3所示之描繪單元Un之fθ透鏡系統FT之焦點距離為Fft時，光束LBn在基板P上投射時之孔徑數(NA)即近似的以Dφ/Fft表示，點光SP’之直徑φ’即表示為φ’≒0.6λ/NA(λ為光束LBn之波長)。因此，藉由縮小孔徑數(NA)(縮小直徑Dφ)，即能加大點光SP’之直徑φ’。藉由以上之光學條件(孔徑數或點光之直徑)之調整、與圖14所示之點光SP’之ON脈衝光與OFF脈衝光之設定，對曝光於基板P之感光層Luv之圖案邊緣部，賦予傾斜之強度分布之曝光用光。
以上，本實施形態中，在將作為點光SP’投射於基板P上之描繪光束LBn之強度，一邊根據以多數個像素PIC規定之圖案之描繪資料(描繪位元列資料SDn)調變為ON脈衝光ONp或OFF脈衝光OFp之任一種、一邊將點光SP’之投射位置在基板P上沿像素PIC之2維排列相對掃描於主掃描方向(Y方向)與副掃描方向(X方向)，以於基板P上描繪圖案的圖案描繪裝置，設有：根據描繪位元列資料SDn，對相對掃描中被照射點光SP’之曝光像素之各個係射出作為描繪光束LBn以既定週期Tf振盪出之脈衝光之既定數、而對相對掃描中不被點光SP’照射之非曝光像素之各個則係中斷既定數脈衝光之射出的光源裝置LS，以及根據描繪位元列資料SDn，以使對曝光像素中對應圖案邊緣部之邊緣部曝光像素PIC’射出之脈衝光(ON脈衝光ONp)之數，相對既定數增減之方式控制光源裝 置LS的描繪控制裝置200。
〔變形例1〕
以上之第1實施形態，為放大作為光學條件之點光SP之直徑(亦即，縮小光束LBn之孔徑數)，如圖15所示，必須進行設於6個描繪單元U1~U6之各個之透鏡系統Gu1之位置調整。本變形例1中，則係藉由圖1、圖4所示之第1光束調整系統BMU，調整射入描繪單元U1~U6之各個之光束LBn(平行光束)的直徑。圖16顯示作為變形例1之光束調整系統BMU之概略構成，沿著光源裝置LS射出之光束LB之光路(光軸)，設有構成擴束器之透鏡系統LG1(凹透鏡)與透鏡系統LG2(凸透鏡)、能繞光軸旋轉之波長板QPP、偏光分束器BSp、以及縮小變焦光學系VBC。從光源裝置LS射出之光束LB，從直徑為1mm程度之平行光束，因由透鏡系統LG1、LG2構成之擴束器被轉換為直徑數mm程度之平行光束。波長板QPP，可藉由旋轉機構210使從透鏡系統LG2射出之光束LB之偏光狀態，從縱的直線偏光狀態到橫的直線偏光狀態之間旋轉。偏光分束器BSp具有相對XY面傾斜45°之偏光分離面，將通過波長板QPP之光束LB，因應其偏光狀態分割成穿透偏光分離面之成分與被偏光分離面反射向-Z方向之成分。其分割比率，可視波長板QPP之旋轉角度位置任意調整，據此，可調整穿透偏光分束器BSp之偏光分離面朝向縮小變焦光學系VBC之光束LB之強度。又，在偏光分束器BSp之偏光分離面反射之光束LB之成分，被光吸收體(trap)LTR吸收。
穿透過偏光分束器BSp之光束LB(平行光束)，被縮小變焦光學系VBC轉換成將射入時之光束徑以既定倍率縮小之平行光束後射出。縮小變焦光學系VBC，具備將先前之圖15所示之擴束器之透鏡系統Gu1、Gu2之配置做成相反的透鏡系統，部分透鏡元件(1片或2片)之光軸方向位置能以移動機構212加以調整。據此，從縮小變焦光學系VBC射出之光束LB(平行光束)，以直徑在既定範圍內被變更為任意直徑之狀態，被反射鏡M1反射，射入串聯在圖4所示之 光束切換部之6個選擇用光學元件OSn(OS1~OS6)。因選擇用光學元件OSn之各個而繞射偏向，射入描繪單元Un(U1~U6)之各個之光束LBn(LB1~LB6)，係設定為與從縮小變焦光學系VBC射出之光束LB相同直徑。，如圖15(A)所示，即使描繪單元Un內之擴束器(透鏡系統Gu1、Gu2)之放大倍率為標準值(固定值)，亦能因為將射入透鏡系統Gu1之光束LBn之直徑從標準值縮小，因此能如圖15(B)所示，將通過孔徑光闌NPA之光束LBn從標準直徑φb1縮小至直徑φb2。如以上所述，根據本變形例1，無需個別調整複數個描繪單元Un(U1~U6)各個之透鏡系統Gu1之配置(擴束器之倍率)，僅需調整1處之縮小變焦光學系VBC，即能共通的降低從描繪單元Un(U1~U6)之各個投射至基板P之光束LBn(LB1~LB6)之孔徑數(NA)。
〔變形例2〕
以上之第1實施形態或變形例1，係將作為光學條件之點光SP之直徑，藉由光束LBn之孔徑數之縮小，在最佳焦點位置(光腰位置)放大，但亦可不改變光束LBn之孔徑數而藉由改變焦點位置，據以放大點光SP之直徑φ。圖17係誇張顯示點光SP在基板P上以最佳焦點狀態投射之狀態，光束LBn以既定開角θna決定之孔徑數NA(=sinθna)收斂，到達基板P。於光束LBn，相對光腰位置存在一定寬度之焦深(DOF)範圍，在基板P表面位於該DOF範圍內之情形時，點光SP即被視為以焦點狀態投射於基板P表面。為了於標準設定，基板P表面能位於DOF範圍內，在例如圖1所示之載台機構ST內設有對基板P之高度位置(Z方向位置)進行微調整的焦點調整機構。在進行圖14所示之曝光時，係在將光束LBn之孔徑數(NA)設為標準值0.06的情形下，藉由載台機構ST內之焦點調整機構，設定成基板P表面位在圖17中所示之DOF範圍外側之Z位置+PZ、或Z位置-PZ。如此，投射在基板P表面之點光SP即成為散焦狀態，而能放大點光SP之直徑φ。
此種散焦狀態，亦可藉由將例如圖3、圖15所示之擴束器(透鏡 系統Gu1、Gu2)內之聚光面Po1之位置(光束LBn之光腰位置)從設計上之位置往光軸方向錯開來達成。散焦狀態，可藉由做成使圖15(A)所示之描繪單元Un內之透鏡系統Gu1全體之位置往光軸方向移動之構成、或使圖16所示之第1光束調整系統BMU內之透鏡系統LG1之位置往光軸方向移動之構成來輕易達成。
〔變形例3〕
另一與上述變形例2類似之方法，亦可為了放大投射至基板P上之點光SP之直徑φ，而使從光源裝置LS射出之光束LB之中心波長λo些微的位移、或略微擴大光束LB之波長寬(頻譜寬度)△λ，據以意圖性的產生色像差。圖3所示之描繪單元Un內之折射光學元件(特別是透鏡系統Gu1、Gu2、柱面透鏡CYa、CYb、fθ透鏡系統FT)之玻璃材質，因係對波長355nm之高穿透率石英，因此當使光束LBn之中心波長λo些微的位移時，即會因石英之色像差特性使焦點位置(光腰位置)往光軸方向偏移，基板P上之點光SP即成為散焦狀態。又，由於在不改變中心波長λo而僅擴大波長寬△λ之情形時，亦會因石英之色像差特性使得在光腰位置之光束直徑變粗，因此在基板P上之點光SP之直徑會放大。此種意圖性的調整光束LB之中心波長λo或波長寬△λ，因以圖5所示之光纖放大雷射光源構成光源裝置LS上的限制而非常困難。
不過，若控制成使2台光纖放大雷射光源之各個回應1個時鐘訊號LTC而同步振盪，從各光纖放大雷射光源以相同時序產生ON脈衝光或OFF脈衝光，將從來自各光纖放大雷射光源之光束LB合成為同軸，供應至圖1或圖4之光束調整系統BMU，則是容易的。此種使用2台光纖放大雷射光源之情形時，藉由使從DFB半導體雷射元件130、132脈衝發光出之種光S1、S2之波長、來自激勵光源142之激勵光(pump light、charge light)之波長、以及在波長轉換光學元件148、150之匹配條件，在2台光纖放大雷射光源間些微的不同，即能於同軸獲得中心波長λo些為不同的2本條光束LB。中心波長λo之差，係設定為例如與平均波 長寬△λ(例如為40pm)相同程度、或較其大。當同時使用此種中心波長λo些微不同之2條光束LB之ON脈衝光時，作為光束整體之波長寬變寬，因色像差之影響而使得點光SP之直徑被放大。又，於本變形例，由於係將從2台光纖放大雷射光源之各個射出之光束LB合成為同軸供應至描繪單元Un之各個，因此能使投射至基板P之光束LBn之光能量成為2倍，在感光層Luv之感度低的情形時、感光層Luv之光吸收率高的情形時、或感光層Luv之厚度RT大的情形時，皆能對感光層Luv賦予適當的曝光量。
〔變形例4〕
於以上之第1實施形態及變形例1~3中，如圖14所說明般，作為基板P上尺寸所設定之1個像素PIC之XY方向尺寸、與設定為標準之點光SP之直徑φ係設定為相同程度，1個像素PIC被經放大之直徑φ’之點光SP’之ON脈衝光ONp、或OFF脈衝光OFp，於主掃描方向(Y方向)與副掃描方向(X方向)之各個以φ/2之節距照射。然而，相對像素PIC之尺寸，設定為標準之點光SP之直徑φ小的情形亦是可以的。圖18係以示意方式顯示與圖14同樣的，在以直徑φ’之點光SP’之ON脈衝光ONp(黑圓點)或OFF脈衝光OFp(白圓點)之任一種照射時，設定在X方向與Y方向之尺寸為Dpx(μm)之正方形像素PIC之複數中，以斜線部所示之像素為非曝光像素、其周圍之像素為曝光像素的圖案，在基板P上之照射位置之排列的圖。本變形例4中，相對像素PIC之尺寸Dpx，設定為標準之點光SP之直徑φ設定為φ=(2/3)Dpx，沿掃描線SLnA~SLnH各個之主掃描方向之ON脈衝光ONp或OFF脈衝光OFp之照射節距設定為φ/2，掃描線SLnA~SLnH之副掃描方向之節距亦設定為φ/2。因此，在標準的設定條件下，1個曝光像素PIC係以3×3之9個點光SP(直徑φ)描繪。
如先前之圖14之說明，將直徑φ之點光SP調整為經放大之直徑φ’的點光SP’，與邊緣部曝光像素PIC’相鄰存在非曝光像素時，控制成照射在該邊 緣部曝光像素PIC’內最接近非曝光像素之位置之點光SP’為ON脈衝光ONp，照射在從位置往邊緣部曝光像素PIC’之內側錯開一列分之位置之點光SP’為OFF脈衝光OFp。如上所述，當將設定為標準之點光SP之直徑φ縮小至較1像素之尺寸Dpx小時，照射於曝光像素之每1像素的ON脈衝光ONp為9個，因此可增加對感光層Luv賦予之曝光量。不過，當從光源裝置LS射出之光束LB之脈衝振盪之頻率Fa(週期Tf)固定時，在如圖18所示之描繪控制之際，須將多面鏡PM之旋轉速度設定為如圖14般之以4個ON脈衝光ONp描繪1個曝光像素時之旋轉速度的2/3，以載台機構ST進行之基板P之副掃描方向之移動速度亦須設定為2/3。
〔第2實施形態〕
於以上之第1實施形態及變形例1~4中，係根據圖13所示之模擬結果，如圖14及圖18般，藉由使照射在最接近受曝光用光照射之圖案邊緣位置之位置的點光為ON脈衝光ONp，而其內側本應作為ON脈衝光ONp照射之點光設為OFF脈衝光OFp，據以使橫切過圖案邊緣部分之方向之曝光用光之強度分布，如圖9或圖10般的傾斜。然而，亦有因感光層Luv之化學構造或成分之差異，即使以圖10般之強度分布之曝光用光來描繪圖案，如圖8所示，會有顯影後之感光層Luv中之開口部HL兩側之邊緣部Ewa、Ewb無法成為期待之倒錐狀的情形。對於部分光阻劑、例如化學增幅型之光阻劑，若將光罩上之線與空間狀圖案以高對比像進行投影曝光的話，會有顯影後殘留之線圖案之抗蝕劑像之厚度方向線寬，在表面側粗、而在底面側變細之傾向。亦即，與第1實施形態相反的，對待描繪圖案之邊緣部之像素，必須進行提高曝光用光強度之控制。
因此，於本實施形態，為了使在以具有此種特性之光阻劑作為感光層Luv而形成之基板P曝光之情形時，在顯影後形成之邊緣部為倒錐狀之側壁、或幾乎沒有錐狀之垂直的側壁，而進行描繪條件及光學條件之調整。圖19，與先前之圖14同樣的，係以示意方式顯示像素尺寸Dpx為4×4μm方形之像素PIC 排列於主掃描方向(Y方向)與副掃描方向(X方向)，對斜線部之非曝光像素以外之曝光像素，照射直徑φ與像素PIC之尺寸Dpx同程度之點光SP(光束LBn之孔徑數為0.06)之ON脈衝光之狀態的圖。於本實施形態，根據光源裝置LS之時鐘訊號LTC(週期Tf)調整多面鏡PM之旋轉速度，以使沿掃描線SLnA~SLnE...各個之點光SP之ON脈衝光(或OFF脈衝光)之照射時序，於點光SP之每1/4直徑φ產生，進一步的，同步控制多面鏡PM之旋轉速度與載台機構ST之副掃描方向之移動速度，以使掃描線SLnA~SLnE...於副掃描方向以φ/2之節距排列。此外，描繪位元列資料SDn之1像素之位元資料，係設定為與時鐘訊號LTC之週期Tf之4個分對應。又，本實施形態中，曝光像素於副掃描方向連續時，係設定成各描繪單元Un之多面鏡PM跳過8個反射面之1面以偏向掃描光束LBn，如圖19般相對排列於副掃描方向之像素PIC之各個對應2條掃描線。
在圖4所示之描繪控制裝置200或圖5所示之光源裝置LS內，設有脈衝生成電路，此脈衝生成電路係根據描繪位元列資料SDn，生成將時鐘訊號LTC之時鐘脈衝以每次跳過1個(每次跳過1脈衝)之方式分配之脈衝發光用位元圖資訊，並輸出將該位元圖資訊與時鐘訊號LTC之各時鐘脈衝同步加以讀出之脈衝發光用位元流訊號PTS。此脈衝生成電路，先讀出描繪位元列資料SDn，在著眼之像素為邏輯值「1」之曝光像素、且主掃描方向之前後亦為邏輯值「1」之曝光像素時，生成將著眼之像素於主掃描方向以φ/2間隔之2個ON脈衝光照射般之位元列，而在著眼之像素為邏輯值「1」之曝光像素、且在主掃描方向前後任一方有邏輯值「0」之非曝光像素時，則生成將著眼之像素於主掃描方向以φ/4間隔之3個ON脈衝光照射般之位元列。因此，如圖19所示，對邊緣部以外之曝光像素，雖係每隔1個時鐘訊號LTC之時鐘脈衝(跳過1脈衝)之齒梳狀態照射ON脈衝光ONp，但對相當於圖案主掃描方向邊緣部之曝光像素則以無齒梳之方式追加ON脈衝光ONp。
如以上所述，對多數個像素PIC中之曝光像素中、作為圖案之主掃描方向邊緣部之像素以外之曝光像素之各個，係回應位元流訊號PTS於時鐘訊號LTC之時鐘脈衝之每隔1個照射點光SP之2個ON脈衝光ONp，對作為主掃描方向邊緣部之曝光像素之各個，則回應位元流訊號PTS，藉由時鐘訊號LTC之連續3個時鐘脈衝照射3個ON脈衝光ONp，據以增大對應邊緣部之曝光像素所賦予之曝光用光強度，進行提高圖案邊緣部之對比的邊緣強調。圖20係以示意方式顯示對於主掃描方向連續4個曝光像素、與連續之4個非曝光像素交互排列之線與空間圖案，以圖19般之描繪控制之演算法照射ON脈衝光ONp時所得之於主掃描方向之曝光用光強度分布的圖。據此，在以化學增幅型或含有丙烯酸樹脂之特定光阻劑(負型)形成感光層Luv之情形，顯影後將殘留曝光像素之部分，而感光層Luv之邊緣部(側壁)則是倒錐狀之傾斜更為強調出現。不過，視感光層Luv之種類，亦有側壁接近垂直角度的情形。
以上之圖19中，對排列於主掃描方向之多數個像素PIC中之對應圖案邊緣部之曝光像素，係照射以像素PIC之尺寸Dpx(=點光SP之直徑φ)之1/4之節距排列於主掃描方向之3個ON脈衝光ONp，對其他曝光像素則照射了以像素PIC之尺寸Dpx之1/2之間隔排列於主掃描方向之2個ON脈衝光ONp。另一方面，圖案之邊緣部亦存在於列於副掃描方向之多數個像素PIC中。亦即，存在作為邊緣部之曝光像素(或非曝光像素)於主掃描方向連續排列的部分。圖21顯示在此種部分之一描繪控制例的圖。圖21中，點光SP之直徑φ、像素PIC之尺寸Dpx及沿掃描線SLnA~SLnG之主掃描方向之ON脈衝光ONp與OFF脈衝光OFp之照射之排列控制，與圖19之情形相同。圖21中，作為圖案邊緣部之以斜線部所示之非曝光像素於主掃描方向連續排列，相對該非曝光像素於副掃描方向相鄰之曝光像素於主掃描方向連續排列。作為圖案邊緣部之像素以外之像素PIC，則係於副掃描方向以2條掃描線描繪。
然而，對作為圖案副掃描方向邊緣部之曝光像素，於副掃描方向之曝光用光之強度分布必須設定為較一般大。因此，於本實施形態，係進行將於副掃描方向作為邊緣部之曝光像素以3個掃描線加以描繪之控制。圖21中，如圖19所示，在以節距φ/2排列於副掃描方向之掃描線SLnA~SLnG...中、對應邊緣部之曝光像素之2條掃描線SLnC、SLnD之間設定了追加的掃描線SLnC’，根據與掃描線SLnC(或SLnD)對應之位元流訊號PTS相同之位元資料，進行在掃描線SLnC’上亦能照射點光SP之ON脈衝光ONp與OFF脈衝光OFp的控制。為進行此控制，如先前之圖19所說明般，就每一掃描線SLnA~SLnE...設定之時鐘訊號LTC之時鐘脈衝之每1脈衝，生成設定ON脈衝光ONp(邏輯值「1」)或OFF脈衝光OFp(邏輯值「0」)之位元流訊號PTS。然而，如圖21所示，因存在以間隔φ/4追加之掃描線SLnC’，因此本實施形態中，如圖22所示，在其他的掃描線SLnA與SLnB之間、掃描線SLnB與SLnC之間、掃描線SLnD與SLnE之間、掃描線SLnE與SLnF之間、...之各個，以間隔φ/4設定追加之掃描線SLnA’、掃描線SLnB’、掃描線SLnD’、掃描線SLnE’...，對追加之掃描線SLnA’、掃描線SLnB’、掃描線SLnD’、掃描線SLnE’...之各個亦生成位元流訊號PTS(PTS-A、PTS-A’、PTS-B、PTS-B’、PTS-C、PTS-C’、PTS-D、PTS-D’、PTS-E、PTS-E’、PTS-F、...)。
圖21中，由於2條掃描線SLnA、SLnB於副掃描方向皆位於非曝光像素上，因此與該掃描線SLnA、SLnB之各個對應之位元流訊號PTS-A、PTS-B之位元列為「0」。從而，與在掃描線SLnA與SLnB之間及掃描線SLnB與SLnC之間追加之掃描線SLnA’、SLnB’之各個對應之位元流訊號PTS-A’、PTS-B’之各位元列，皆被設定為「0」。2條掃描線SLnC、SLnD於副掃描方向皆位於作為邊緣部之曝光像素上，因此與掃描線SLnC、SLnD之各個對應之位元流訊號PTS-C、PTS-D之位元列，如圖22所示，係「0」與「1」反覆排列者。掃描線 SLnC、SLnD上之曝光像素由於是邊緣部，因此與在掃描線SLnC與SLnD之間追加之掃描線SLnC’對應之位元流訊號PTS-C’之位元列，係複製與前一個掃描線SLnC對應之位元流訊號PTS-C(或PTS-D)之位元資料之物。進一步的，與位於作為邊緣部之曝光像素往內側之1個曝光像素上之掃描線SLnE、SLnF之各個對應之位元流訊號PTS-E、PTS-F之位元列，如圖22所示，係設定為「0」與「1」反覆而成者，與在掃描線SLnD與SLnE之間追加之掃描線SLnD’、以及與在掃描線SLnE與SLnF之間追加之掃描線SLnE’之各個對應之位元流訊號PTS-D’、PTS-E’之各位元列，則設定為「0」。
以多面鏡PM之8個反射面之各個進行之每一光束LBn之掃描開始之時序，依序讀出位元流訊號PTS-A、PTS-A’、PTS-B、PTS-B’、PTS-C、...，將之施加於光源裝置LS內之驅動電路136a。光源裝置LS，就時鐘訊號LTC之每1時鐘脈衝回應位元流訊號PTS之位元列之各位元值(「0」或「1」)，將光束LB切換為ON脈衝光ONps與OFF脈衝光OFp之任一者進行振盪。據此，於副掃描方向作為邊緣部之曝光像素，即被3條掃描線(SLnC、SLnC’、SLnD)之各個曝光，非邊緣部之內側的曝光像素被2條掃描線(SLnE、SLnF)之各個曝光，因此，可使對與圖21所示之副掃描方向之邊緣部對應之曝光像素賦予之曝光用光之強度較對其他曝光像素賦予之曝光用光之強度大。關於在描繪非邊緣部之內側曝光像素之2條掃描線SLnE、SLnF之間追加之掃描線SLnE’，因對應之位元流訊號PTS-E’之位元列全部為「0」，因此，點光SP係作為OFF脈衝光OFp對沿掃描線SLnE’之所有曝光像素照射。此事，於圖22中，係代表在追加之掃描線SLnA’、SLnB’、SLnD’、SLnE’之各個之掃描期間中，來自光源裝置LS之光束LB對對應之描繪單元Un並未成ON脈衝光ONp而供應，多面鏡PM係跳過1面掃描光束LBn。
又，如圖22般生成之位元流訊號PTS之資料量(位元數)，與將 待描繪圖案之形狀分解為正方形像素PIC，將1個像素PIC以1個位元表示之描繪位元列資料SDn之資料量(位元數)相較，約為16(4×4)倍，暫時儲存位元流訊號PTS之位元圖記憶體，其容量可儲存於副掃描方向一定像素數、例如100像素(掃描線為400條)分，在每次結束1條掃描線之描繪動作時，即寫入新的位元流訊號PTS較佳。
以上，本實施形態亦與先前之第1實施形態同樣的，圖案描繪裝置，係將作為點光SP投射於基板P上之描繪光束LBn之強度，根據以多數個像素規定之圖案之描繪資料(描繪位元列資料SDn)調變為ON脈衝光ONp或OFF脈衝光OFp中之一，藉由在基板P上沿像素之2維排列於主掃描方向(Y方向)與副掃描方向(X方向)相對掃描點光SP之投射位置，據以在基板P上描繪圖案，其設有：光源裝置LS，係根據描繪位元列資料SDn，對相對掃描中照射點光SP之曝光像素之各個，作為描繪光束LBn射出以既定週期Tf振盪之脈衝光之既定數(圖19中為2脈衝)，對相對掃描中不照射點光SP之非曝光像素之各個則中斷既定數之脈衝光之射出；以及描繪控制裝置200，係根據描繪位元列資料SDn，以使對曝光像素中對應圖案邊緣部之邊緣部曝光像素PIC’射出之脈衝光(ON脈衝光ONp)之數，相對既定數(圖19中為2脈衝)增加(設為3脈衝)之方式控制光源裝置LS。
〔變形例5〕
以上之第2實施形態中，雖係將點光SP之直徑φ與像素PIC之尺寸Dpx設定為φ≒Dpx，但在能使對1個曝光像素照射之ON脈衝光ONp之數，如先前之圖18般設定為較多之3×3個之情形時，亦可加大光束LBn之孔徑數(NA)，而做成(Dpx/2)<φ<Dpx之關係。此場合，因光束LBn之孔徑數(NA)變大，而能提高曝光於感光層Luv之圖案邊緣部之對比(強度分布)。光束LBn之孔徑數(NA)之最大值，在如圖3、圖15所示之描繪單元Un內之孔徑光闌NPA將光束LBn之範 圍之1/e2強度以下去掉之情形時，將受孔徑光闌NPA之開口之直徑(φb1)、多面鏡PM之各反射面對應主掃描方向之方向(旋轉之周方向)之尺寸、fθ透鏡系統FT之焦距等限制。然而，若以提高通過孔徑光闌NPA之開口之光束LBn剖面內之強度分布中之徑方向周邊強度之方式進行調整時，即能將投射於基板P上之光束LBn之孔徑數(NA)在外觀上予以加大。
圖23(A)係顯示先前之圖15所示之孔徑光闌NPA與透鏡系統Gu2之配置，本變形例中，如以圖15(B)所說明般，係利用調整透鏡系統Gu1之配置以使從透鏡系統Gu2朝向孔徑光闌NPA之光束LBn(平行光束)之直徑為可變的功能。於標準的光學條件之設定，係將光束LBn之直徑設定為在光束LBn之強度分布上範圍之1/e2強度以下被去掉，孔徑數(NA)則被設定為大致0.06。相對於此，當改變透鏡系統Gu1之配置，調整光束LBn使其成為較標準設定大之直徑時，通過孔徑光闌NPA之開口後的光束LBn’，強度分布上之周邊部較1/e2強度高。因此，於通過孔徑光闌NPA之開口後之光束LBn’中產生了因繞射現象造成的繞射光之擴張(粗)，而能提高孔徑數(NA)。
圖23(B)係配置在圖23(A)之孔徑光闌NPA之位置之環狀光闌NPA’的俯視圖。環狀光闌NPA’，具備：距離光軸AXe通過之中心點一定半徑的圓形遮光部NSa、距離光軸AXe通過之中心點一定半徑並切掉光束LBn(或LBn’)之周邊部的環狀遮光部NSb、以及在圓形遮光部NSa與環狀遮光部NSb之間形成為環狀的穿透部NSc。當使用此種環狀光闌NPA’時，在通過環狀光闌NPA’之穿透部NSc之光束LBn(或LBn’)之剖面內的強度分布，其周邊部較高，最終結果，可提高投射於基板P(感光層Luv)之光束之孔徑數(NA)。
圖23(C)係顯示為了如圖23(B)般將來自光源裝置LS之光束LB之剖面內之強度分布做成環狀，而在圖16所示之第1光束調整系統BMU內之偏光分束器BSp與縮小變焦光學系VBC間之光路中設置之環狀化光學系統的構 成。環狀化光學系統，係由將來自偏光分束器BSp之光束LB(平行光束)整形為剖面內強度分布Ds1中之範圍之1/e2強度以下切掉之強度分布Ds2的環狀光闌NPA’、與沿光軸Axe以適當間隔配置之2個平凸狀的圓錐角稜鏡(圓錐角稜鏡)CP1、CP2構成。2個圓錐角稜鏡CP1、CP2各個之頂點配置在光軸AXe上，前段之圓錐角稜鏡CP1，係使射入之光束LB之光軸AXe上之中心光線到光束LB之通過外周附近之周邊光線，藉由圓錐狀之射入面往光軸Axe之方向以一定角度折射(偏向)。後段之圓錐角稜鏡CP2，則係使被圓錐角稜鏡CP1偏向之中心光線到周邊光線，藉由圓錐狀之射出面而回到與原來之光軸AXe平行的狀態。因此，圓錐角稜鏡CP1之圓錐狀射入面之頂角與圓錐角稜鏡CP2之圓錐狀射出面之頂角係設定為相等。當將圓錐角稜鏡CP1、CP2於光軸AXe方向以適當間隔配置時，通過圓錐角稜鏡CP2之光束LB之剖面內之強度分布Ds3，成為中心部之強度低而周邊部之強度高的環狀。當使圓錐角稜鏡CP1、CP2中之任一方，從圖23(C)之位置往沿光軸Axe之方向移動時，即能將環狀之強度分布Ds3之中心部與周邊部之強度之平衡或環狀之直徑，以整體之光能量無損失的狀態加以調整。
以上，於第1實施形態、第2實施形態及變形例1~5中，作為感光層Luv之光阻劑雖係設定為負型，但即使是正型，在點光掃描之直接描繪方式之曝光機中，亦能將與顯影後圖案之邊緣對應之抗蝕劑像LTP’之側壁之傾斜量控制成所欲狀態。特別是在將待描繪之圖案以像素單位且以脈衝狀點光進行描繪時，藉由調整相對於像素尺寸(Dpx)之點光尺寸(直徑φ)，使對作為圖案邊緣部之邊緣部曝光像素PIC’賦予之複數個脈衝狀點光之數量，相對對其他曝光像素賦予之點光數量加以增減，即能將對對應邊緣部之像素PIC’、或其周圍像素賦予之曝光用光之強度分布以任意狀態加以改變。因此，在感光層Luv之厚度RT大於1像素之尺寸(Dpx)、或待描繪之圖案之最小線寬之情形時，亦能將感光層Luv之殘留部分之邊緣部(圖8中之Ewa、Ewb)之側壁，做成經控制之傾斜量(可 以是倒錐狀與正錐狀之任一種、或幾乎垂直之狀態)。
又，將感光層Luv作為在電鍍光罩製造時或配線層形成時之鍍敷製程時之遮蔽之情形時，可利用遊東京應化工業株式會社作為鍍敷用光阻劑販售之商品名為PMER P-CS系列、PMER P-LA系列、PMER P-HA系列、PMER P-CE系列、或萘酚醌(naphthoquinone)型或化學增幅型之PMER P-WE系列、PMER P-CY系列之光阻劑、商品名PMER-N-HC600PY之負型光阻劑等。除此之外，亦可利用遊山榮化學株式會社販售之商品名為SPR-558C-1、SPR-530CMT-A之鍍敷用抗蝕劑。又，亦可作為感光層Luv塗布在圖案描繪用光束LBn之波長λ具有適當光吸收率並以紫外線硬化型單體寡聚合物(環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate)、聚氨酯丙烯酸酯(Urethane acrylate)、聚酯丙烯酸酯(Polyester acrylate))、光聚和反應起始劑、光增感劑、添加劑等為組成之紫外線硬化型樹脂。
進一步的，在可撓性樹脂薄膜或極薄玻璃板製成之基板上直接形成電子元件之製程中，為了基板上形成之薄膜電晶體電極間之絕緣或多層配線間之絕緣，會有僅在微細區域(局部區域)選擇性的形成絕緣層之情形，亦有作為此種絕緣層而利用之光阻劑。絕緣層會視電子元件之動作性能而以各種厚度形成，但如圖24所示，在以跨於局部絕緣層ISL之方式將配線圖案層PLc形成在局部絕緣層ISL上之情形時，該絕緣層ISL之周邊邊緣之側壁Ewa、Ewb，最好是朝向絕緣層ISL之內側較大幅度的傾斜較佳。此種在將顯影後之感光層Luv利用為電子元件之絕緣層ISL之情形時，根據第1實施形態、第2實施形態及變形例1~5所示之圖案描繪方法，亦能將絕緣層ISL之周邊邊緣部形成為較大的正錐狀，以避免在絕緣層ISL上以橫越過邊緣部(Ewa、Ewb)之方式積層形成之圖案層(配線層或電極層)PLc之斷線或裂痕。
如以上所述，作為感光層Luv可利用各種之物，但光阻劑及紫外 線硬化型樹脂，視其材料成分之不同，感光感度或光吸收特性會有所差異，因此須適當調整描繪用之光束LBn之強度以調整對感光層Luv賦予之曝光量。如先前之圖5所示，將光源裝置LS作為光纖放大雷射光源之情形時，欲大幅變更從光源裝置LS射出之光束LB之強度(power)本身是非常困難的。因此，在降低描繪用光束LBn之強度(減少曝光量)之情形時，以旋轉機構210使圖16所示之光束調整系統BMU內之波長板QPP旋轉，以使穿透偏光分束器BSp之光束LB之強度降低即可。相反的，在使對感光層Luv賦予之曝光量增加之情形時，則係採用增加為描繪1個曝光像素所需之副掃描方向之掃描線之數量的多重曝光模式。於多重曝光模式，相對於以根據多面鏡PM之旋轉速度最少掃描線之數量描繪曝光像素之方式設定之基板P(載台機構ST)之副掃描方向移動速度(設為規定速度)，不改變多面鏡PM之旋轉速度，而藉由使基板P之移動速度降低至規定速度之2/3、1/2、1/3、1/4、...之任一者，對曝光像素之各個分配較多之掃描線(更多的ON脈衝光ONp)以增加曝光量。於多重曝光模式中，基板P(載台機構ST)之移動速度為規定速度之1/2時，對感光層Luv賦予之曝光量即成為2倍，為1/4時曝光量即為4倍。
〔第3實施形態〕
以上之第1實施形態或第2實施形態中，待曝光於基板P之感光層Luv之圖案於主掃描方向(Y方向)或副掃描方向(X方向)之尺寸，係以設計上預先決定之正方形像素PIC(PIC’)之XY方向尺寸Dpx(例如、2μm方形)之整數倍關係設定。因此，將設計上線寬為14μm所規定之圖案一般的描繪於基板P之感光層Luv之情形時，於主掃描方向(Y方向)或副掃描方向(X方向)連接之7像素分之描繪資料係設定為成為ON脈衝光ONp(或OFF脈衝光OFp)。然而，如圖8所示，將感光層Luv之顯影後圖案像之邊緣部Ewa、Ewb形成為倒錐狀之特殊曝光模式之情形時，對於位在待描繪圖案邊緣部之邊緣部曝光像素PIC’，如先前之圖 19~圖21中所說明般，會有脈衝照射更多數之點光SP的情形。
亦即，由於係對描繪之圖案邊緣部之感光層Luv之部分，賦予大的累積曝光量(DOSE量)，因此顯影後形成在感光層Luv之抗蝕劑像LTP’之線寬(邊緣部Ewa、Ewb之間隔等)相對設計上規定之線寬(例如14μm)，會有產生誤差的情形。在感光層Luv為負型抗蝕劑之情形，當曝光量過多(over dose)時，殘膜部擴張到受描繪用之曝光用光(點光SP)照射到之感光層Luv部分之外側(非曝光部)，因此顯影後被除去之感光層Luv之線寬，於圖8中為邊緣部Ewa與邊緣部Ewb之間之線寬，會相對設計上目標值減少。此外，在使負型抗蝕劑之厚度加厚至一般厚度(約1μm)之10倍以上時，亦產生須整體的增加DOSE量的情形。
因此，於本實施形態中，為了使描繪資料上設定之1像素與標準曝光模式時設定之點光SP(SP’)之掃描次數(2次)相較，能以增大MP倍(MP係例如2、3、…8、10等之整數)之掃描次數被描繪，係使點光SP(SP’)之主掃描方向之掃描速度與基板P之副掃描方向之移動速度，相較於標準曝光模式時降低1/MP倍。同時，從圖案之CAD資料生成之描繪位元列資料SDn(或脈衝發光用繪圖(map)資料)，被修正為能在一邊確保線寬忠實度之同時、使感光層Luv之顯影後圖案之邊緣部Ewa、Ewb成為倒錐狀之條件，生成在圖4之描繪控制裝置200內、或圖5之控制電路120內之記憶體部。
圖25係以示意方式顯示，例如點光SP之主掃描方向(Y方向)之線寬Ly為14μm、將於副掃描方向(X方向)直線延伸之線與空間圖案在標準設定之描繪條件下加以曝光之標準曝光模式時之描繪位元列資料SDn與點光SP之脈衝發光時序之關係的圖。圖25(A)係顯示負型抗蝕劑作為感光層Luv之情形時，顯影後作為抗蝕劑像殘留之線圖案部LTPa、與顯影後被除去之空間圖案部LTPb(斜線部)的配置。負型抗蝕劑之情形時，沿掃描線SLn掃描之點光SP成為ON脈衝光ONp(黑點)之部分在顯影後被除去，成為OFF脈衝光OFp(白點) 之部分在顯影後亦殘留。
圖25(B)係顯示將描繪資料上被規定之在基板P上之像素尺寸Dpx，於X方向與Y方向分別為2μm之情形時之空間圖案部(斜線部)LTPb之描繪位元列資料SDn之每一像素的位元圖案(「0」或「1」)、與從圖5之光源裝置LS之訊號發生部120a送出之時鐘訊號LTC、與點光SP之脈衝發光之狀態的圖。本實施形態中，由於像素尺寸Dpx係設為2μm，因此空間圖案部(斜線部)LTPb與線圖案部LTPa，於主掃描方向以7像素(在描繪位元列資料SDn上為7位元分)加以規定，與描繪位元列資料SDn中之空間圖案部LTPb對應之7像素(7位元)被設定為邏輯值「1」，與線圖案部LTPa對應之7像素(7位元)被設定為邏輯值「0」。又，為使點光SP脈衝發光之時鐘訊號LTC之頻率Fa為400MHz(週期Tf=2.5nS)。
標準曝光模式之情形時，當設1像素在主掃描方向與副掃描方向之各個以點光SP之2脈衝(ON脈衝光ONp)分曝光時，根據沿掃描線SLn之點光SP之掃描速度Vsp、點光SP之脈衝振盪之週期Tf、點光SP之實效直徑φ、多面鏡PM之旋轉速度VR(rpm)、多面鏡PM之反射面數Np、多面鏡PM之1個反射面之掃描效率1/α、及掃描線SLn之實效掃描長LT，如以先前之式(2)導出般，設定為(φ/2)/Tf=(8‧α‧VR‧LT)/60...式(2)之關係。
然而，當感光層Luv(負型抗蝕劑等)之厚度厚至10μm以上(例如、10~20μm)時，亦必須考慮在感光層Luv之曝光波長之吸收的影響，而將對曝光像素賦予之ON脈衝光ONp之劑量設定為相當大。當不易使從光源裝置LS射出之光束LB之功率(ON脈衝光ONp之峰值強度)倍增，進而亦不易使振盪頻率Fa倍增之情形時，為增大劑量，係進行不改變振盪頻率Fa，而使點光SP之掃描速度Vsp與基板P之移動速度(副掃描速度)相對標準設定值降低至1/MP之 多重曝光模式的描繪。
圖26係顯示相對於圖25所示之標準曝光模式下之描繪條件，使點光SP之掃描速度Vsp與基板P之移動速度(副掃描速度)降低至1/10(MP=10)，對空間圖案LTPb增大劑量時之脈衝發光用位元列資料Sen之生成狀態、與點光SP之脈衝發光時序之狀態的圖。將點光SP之掃描速度Vsp(亦即，多面鏡PM之旋轉速度VR)相對標準設定值降低至1/10之情形時，根據將1像素之尺寸Dxp以2μm方形規定之描繪位元列資料SDn，生成將描繪位元列資料SDn之1像素(1位元)分當成10位元分(10像素分)之脈衝發光用位元列資料SEn。因此，於描繪位元列資料SDn以7像素(7位元)規定之空間圖案LTPb之主掃描方向之線寬Ly(14μm)，於脈衝發光用位元列資料Sen以70位元(70像素)加以規定。從而，於標準曝光模式，像素尺寸Dpx為2μm方形、點光SP之實效掃描長LT為50mm之情形時，相對於於掃描長LT全長之1條掃描線SLn之描繪位元列資料SDn之全像素數(全位元數)為2萬5千(3125byte)，脈衝發光用位元列資料Sen之全像素數(全位元數)則為其10倍。
於脈衝發光用位元列資料Sen之70像素分(70位元分)之全部設定邏輯值「1」，以使脈衝發光用位元列資料Sen之1像素(1位元)分對應點光SP之1脈衝。如此，線寬Ly為14μm之空間圖案LTPb，即被回應時鐘訊號LTC之連續70個時鐘脈衝之各個而投射之點光SP之ON脈衝光ONp，如圖26所示般每次錯開點光SP之直徑φ之1/10程度而多重曝光，能大幅增大劑量。又，於圖26中，為便於圖示，係將點光SP之實效直徑φ(亦稱為以峰值強度之1/e2強度規定之空氣環直徑)，顯示為與以描繪位元列資料SDn規定之像素之尺寸Dpx(2μm方形)相同程度。然而，亦如以先前圖14、圖15所說明般，點光SP之直徑φ，因投射於基板P之光束LBn之孔徑數(NA)與光束LBn之波長λ(例如、355nm)而為φ≒0.6λ/NA之關係，因此可大致無歧異的決定。因此，在設波長λ為355nm、孔徑 數(NA)為0.06之標準設定之情形時，實際之點光SP之實效直徑φ成為約3.55μm，被設定為相對像素尺寸Dpx(2μm方形)大1.8倍程度。縮小點光SP之直徑φ之情形時，則係進行孔徑數(NA)之增大與波長λ之短波長化中之至少一方。
如圖26所示，相對於以描繪位元列資料SDn規定之1像素之像素尺寸Dpx(2μm)，以脈衝發光用位元列資料SEn規定之1像素(1位元)之尺寸，被設定為點光SP之掃描速度Vsp(多面鏡PM之旋轉速度VR)為標準設定值之1/10，因此在基板P上相當於0.2μm。假設，在標準曝光模式之狀態，根據脈衝發光用位元列資料Sen將點光SP之ON脈衝光ONp照射於基板P時，即於基板P上描繪出主掃描方向之線寬為140μm之空間圖案LTPb。如上所述，將對在標準曝光模式時設定之像素尺寸Dpx(例如2μm方形)之1像素賦予之點光SP之ON脈衝光ONp(或OFF脈衝光OFp)之數量，較標準設定值增多之多重曝光模式下，能與其多重次數MP(2、3、4、…之整數)成正比的，增大累積曝光量。此多重曝光模式，縮係將圖案描繪所需之時間(takt time)相較於標準曝光模式增大至MP倍，但在以下說明之特殊曝光模式之情形時，有易於將感光層Luv之圖案之邊緣部Ewa、Ewb(參照圖8)之側壁控制成所欲傾斜角的優點。
圖27係用以說明以圖26說明之修正多重曝光模式用之脈衝發光用位元列資料SEn中之位元圖案(邏輯值「1」、「0」之排列)，使感光層Luv之邊緣部Ewa、Ewb之側壁成為倒錐狀之特殊曝光模式之狀態的圖。圖27中，點光SP之掃描速度Vsp與基板P之移動速度(副掃描速度)，亦係相對標準曝光模式時之設定降低至1/10(MP=10)，於基板P上描繪主掃描方向之線寬Ly為14μm之空間圖案LTPb。圖26中，與脈衝發光用位元列資料SEn中之空間圖案LTPb對應之70像素(70位元)全部係設定於邏輯值「1」(ON脈衝光ONp)。然而，特殊曝光模式下，如圖27所示，則係生成於該70像素(70位元)中之特定像素位置(位 元位置)混有邏輯值「0」(OFF脈衝光OFp)之脈衝發光用位元列資料SEn。模擬結果，於本實施形態，為了將空間圖案LTPb之線寬Ly設定為14μm，以形成倒錐狀之側壁，而將脈衝發光用位元列資料SEn中之70像素(70位元)之左端設定為第1像素(1位元)、將右端設定為第70像素(70位元)時，像素位置之1~5像素(5位元分)、16~25像素(10位元分)、31~40像素(10位元分)、46~55像素(10位元分)、66~70像素(5位元分)之各個係設定於邏輯值「0」，6~15像素(10位元分)、26~30像素(5位元分)、41~45像素(5位元分)、56~65像素(10位元分)之各個則係設定於邏輯值「1」。又，於對應空間圖案LTPb之兩側邊緣部之最左端之像素位置1~5像素(5位元分)與最右端之像素位置66~70像素(5位元分)之各個，為了使顯影後之抗蝕劑像(殘膜像)之線寬設定為目標值(14μm)，從模擬過程即刻意的設定為邏輯值「0」(OFF脈衝光OFp)。
如圖27所示，標準曝光模式時設定之像素尺寸Dpx為2μm方形之7像素鐘，對應邊緣部之左端的像素1與右端的像素7，相當於邊緣部曝光像素PIC’。本實施形態中，回應設定於與脈衝發光用位元列資料SEn中之空間圖案LTPb對應之70像素(70位元)分之各個之邏輯值「0」、「1」形成之串列的位元圖案，來自光源裝置LS之光束LB，以時鐘訊號LTC之時鐘脈衝之週期Tf被切換為OFF脈衝光OFp與ON脈衝光ONp。又，圖27中，亦為便於圖示，而將點光SP之實效直徑φ設定為與標準曝光模式時設定之像素尺寸Dpx之2μm方形相同程度，但實際之模擬中，係將點光SP之直徑φ以半值全寬(峰值強度之1/2強度的直徑)加以規定而設定為3.6μm。
圖28係顯示與圖27所示之脈衝發光用位元列資料SEn中之空間圖案LTPb(線寬14μm)對應之70像素(70位元)分之ON脈衝光ONp與OFF脈衝光OFp之累積之光量(強度)分布之模擬結果的圖表。圖28中，橫軸代表將空間圖案LTPb之主掃描方向(Y方向)之中心位置設為原点0之線寬值(μm)，縱軸 代表與圖11~圖13相同之規格化強度Ipr。圖28中，閾值係預期使曝光後之感光層(負型抗蝕劑)Luv顯影後出現之做為抗蝕劑像之線寬的相對強度。圖28中之光量分布SCb，係表示以根據圖27所示之脈衝發光用位元列資料Sen之位元圖案脈衝發光之點光SP之ON脈衝光ONp累積的分布。於本實施形態中之特殊曝光模式，可獲得在空間圖案LTPb之邊緣部附近(±5μm之位置)光量為最大(規格化強度Ipr約9.0)、中央部分(±2μm之範圍)光量減少(規格化強度Ipr約5.9)般之雙峰值狀(貓耳狀)分布。又，圖28中之光量分布SCa，係與以圖25(B)之標準曝光模式曝光之空間圖案LTPb對應之光量分布之模擬結果的圖表，為了與特殊曝光模式所得之光量分布SCb比較而一併做了記載。
在將圖25(A)所示之線與空間圖案(LTPa、LTPb)曝光(描繪)於基板P上時，若將對應空間圖案部LTPb之累積光量之分布做成如圖28之光量分布SCb般之雙峰值狀的話，顯影後殘留在基板P上之感光層(抗蝕劑層)Luv之剖面形狀，即成為如圖29所示之輪廓。圖29(A)顯示與先前之圖25(A)相同之線與空間圖案(LTPa、LTPb)，圖29(B)係以示意方式顯示顯影後殘留在基板P上之感光層(負型抗蝕劑)Luv之剖面形狀。於本實施形態，係設感光層Luv具有與空間圖案部LTPb之線寬(14μm)同等厚度(例如15μm)，殘留之感光層Luv之邊緣部Ewa、Ewb之側壁，如圖28中之光量分布SCb般，藉由使空間圖案部LTPb之邊緣部附近之光量相對中央部之光量增大，即能傾斜成倒錐狀。
圖30係實際的將具有圖28中之光量分布SCb之空間圖案部LTPb曝光於感光層Luv並使之顯影後之抗蝕劑像之剖面形狀，以掃描型電子顯微鏡(SEM)測量之SEM觀察圖。此曝光實驗中，基板P係於不鏽鋼製之薄板表面鍍以鎳(Ni)，於其表面以既定厚度(例如15μm)塗布負型光阻之PMER-N-HL600PY(東京應化工業株式會社製，商品名)作為感光層Luv，於既定乾燥時間後，使用圖3之描繪單元Un，以特殊曝光模式曝光出圖25(A)所示之線與空 間圖案(LTPa、LTPb)。曝光時之劑量(從圖27中之脈衝發光用位元列資料Sen之位元圖案與ON脈衝光ONp之強度算出)設為約140mJ/cm2。進一步的，將曝光後之基板P浸漬於顯影液N-A5(東京應化工業株式會社製，商品名)210秒，以進行感光層Luv之光蝕刻。藉由此條件，與基板P上殘留之空間圖案部LTPb對應之感光層Luv之邊緣部Ewa、Ewb之側壁的傾斜角θR，實測結果，為約29°。又，圖30中，在殘留之感光層Luv底部部分之線寬，雖與目標之14μm略短，但此可藉由劑量之微調整或顯影時間之最佳化等來加以改善。
〔變形例6〕
以上之第3實施形態，於圖26所說明之多重曝光模式、或於圖27所說明之特殊曝光模式中，係在將來自光源裝置LS之光束BM之振盪頻率Fa設為400MHz之條件下，將點光SP之掃描速度Vsp(多面鏡PM之旋轉速度VR)與基板P往副掃描方向之移動速度，設定為標準曝光模式時設定之標準值的1/MP(例如MP=10)。若能使光束LB之振盪頻率Fa為2倍的800MHz的話，即能將點光SP之掃描速度Vsp與基板P之移動速度設定為標準值之2/MP(=1/5)，將基板P之每片之的曝光處理時間減半。
然而，如圖5所示的以光纖增幅雷射光源(使用波長轉換光學元件輸出紫外波長帶之雷射光的諧波雷射光源)作為光源裝置LS之情形時，會隨著振盪頻率之增大，而有所得之雷射功率(ON脈衝光ONp之峰值強度)降低之情形。因此，可例如特開2017-067823號公報之揭露，準備2台將光束BM之振盪頻率Fa設為400MHz之光源裝置LS，以來自第1光源裝置LS之光束BM之脈衝光(ON脈衝光ONp與OFF脈衝光OFp)之振盪週期之1/2的時序，使來自第2光源裝置LS之光束BM之脈衝光(ON脈衝光ONp與OFF脈衝光OFp)振盪出之方式進行同步控制，並將來自第1光源裝置LS之光束BM與第2光源裝置LS之光束BM合成為同軸，以獲得以800MHz振盪之光束BM。
SP、SP’‧‧‧點光
PIC‧‧‧像素
PIC’‧‧‧邊緣部曝光像素
OFp‧‧‧OFF脈衝光
ONp‧‧‧ON脈衝光
Yp1、Yp2‧‧‧掃描線之Y方向位置
SLnA~SLnR‧‧‧描繪線

Claims (8)

  1. 一種圖案描繪裝置，係一邊根據以多數個像素規定之圖案之描繪資料對作為點光投射於基板之描繪光束之強度進行調變、一邊將該點光之投射位置於該基板上沿該像素之2維的排列進行相對掃描，據以在該基板上描繪出圖案，其具備：光源裝置，其根據該描繪資料，對在該相對掃描中被照射該點光之曝光像素之各個，係作為該描繪光束射出以既定週期振盪出之脈衝光之既定數量，對在該相對掃描中不被照射該點光之非曝光像素之各個，則中斷該既定數之脈衝光之射出；以及描繪控制裝置，係根據該描繪資料，以使對該曝光像素中對應該圖案邊緣部之邊緣部曝光像素射出之該脈衝光之數量，相對該既定數減少之方式控制該光源裝置。
  2. 如請求項1所述之圖案描繪裝置，其進一步具備：描繪單元，其包含使該點光在該基板上於主掃描方向進行1維掃描之方式使該描繪光束偏向的光學偏向構件、與將偏向後之該描繪光束聚光作為該點光的掃描用透鏡系統；以及移動機構，係使該基板與該描繪單元往與該主掃描方向正交之副掃描方向相對移動。
  3. 如請求項2所述之圖案描繪裝置，其中，對該曝光像素之各個射出之該脈衝光之該既定數，於該像素之排列方向設定為2、且將對該邊緣部曝光像素射出之該脈衝光較該既定數減少之情形時，係相對像素在該基板上之尺寸將該點光之實效直徑設定的較大。
  4. 如請求項3所述之圖案描繪裝置，其中，對該曝光像素之各個射出之該脈衝光之該既定數，於該主掃描方向及該副掃描方向之各方向係設定為 相同值。
  5. 一種圖案描繪裝置，係一邊根據以多數個像素規定之圖案之描繪資料對作為點光投射於基板之描繪光束之強度進行調變、一邊將該點光之投射位置於該基板上沿該像素之2維的排列進行相對掃描，據以在該基板上描繪出圖案，其具備：光源裝置，其根據該描繪資料，對在該相對掃描中被照射該點光之曝光像素之各個，係作為該描繪光束射出以既定週期振盪出之脈衝光之既定數量，對在該相對掃描中不被照射該點光之非曝光像素之各個，則中斷該既定數之脈衝光之射出；以及描繪控制裝置，係根據該描繪資料，以使對該曝光像素中對應該圖案邊緣部之邊緣部曝光像素射出之該脈衝光之數量，相對該既定數增加或減少之方式控制該光源裝置；描繪單元，其包含使該點光在該基板上於主掃描方向進行1維掃描之方式使該描繪光束偏向的光學偏向構件、與將偏向後之該描繪光束聚光作為該點光的掃描用透鏡系統；以及移動機構，係使該基板與該描繪單元往與該主掃描方向正交之副掃描方向相對移動；該描繪控制裝置，在將於該主掃描方向對該邊緣部曝光像素射出之該脈衝光較該既定數增加之情形時，係以對該邊緣部曝光像素以該既定週期連續射出該脈衝光，對該邊緣部曝光像素以外之該曝光像素則中斷該既定週期之每2以上整數倍之週期之該脈衝光之射出的方式控制該光源裝置。
  6. 如請求項2至5中任一項所述之圖案描繪裝置，其中，該描繪單元包含用以調整從該光源裝置射出朝向該光學偏向構件之該描繪光之強度分布的光學構件。
  7. 一種圖案描繪裝置，係一邊根據以多數個像素規定之圖案之描繪資料對作為點光投射於基板之描繪光束之強度進行調變、一邊將該點光之投射位置於該基板上沿該像素之2維的排列進行相對掃描，據以在該基板上描繪出圖案，其具備：光源裝置，其根據該描繪資料，對在該相對掃描中被照射該點光之曝光像素之各個，係作為該描繪光束射出以既定週期振盪出之脈衝光之既定數量，對在該相對掃描中不被照射該點光之非曝光像素之各個，則中斷該既定數之脈衝光之射出；以及描繪控制裝置，係根據該描繪資料，以使對該曝光像素中對應該圖案邊緣部之邊緣部曝光像素射出之該脈衝光之數量，相對該既定數增加或減少之方式控制該光源裝置；描繪單元，其包含使該點光在該基板上於主掃描方向進行1維掃描之方式使該描繪光束偏向的光學偏向構件、與將偏向後之該描繪光束聚光作為該點光的掃描用透鏡系統；以及移動機構，係使該基板與該描繪單元往與該主掃描方向正交之副掃描方向相對移動；該描繪單元包含用以調整從該光源裝置射出朝向該光學偏向構件之該描繪光之強度分布的光學構件；該光學構件係使通過該掃描用透鏡系統照射於該基板之該點光之直徑為可變之能於光軸方向調整位置之透鏡系統。
  8. 一種圖案描繪裝置，係一邊根據以多數個像素規定之圖案之描繪資料對作為點光投射於基板之描繪光束之強度進行調變、一邊將該點光之投射位置於該基板上沿該像素之2維的排列進行相對掃描，據以在該基板上描繪出圖案，其具備： 光源裝置，其根據該描繪資料，對在該相對掃描中被照射該點光之曝光像素之各個，係作為該描繪光束射出以既定週期振盪出之脈衝光之既定數量，對在該相對掃描中不被照射該點光之非曝光像素之各個，則中斷該既定數之脈衝光之射出；以及描繪控制裝置，係根據該描繪資料，以使對該曝光像素中對應該圖案邊緣部之邊緣部曝光像素射出之該脈衝光之數量，相對該既定數增加或減少之方式控制該光源裝置；描繪單元，其包含使該點光在該基板上於主掃描方向進行1維掃描之方式使該描繪光束偏向的光學偏向構件、與將偏向後之該描繪光束聚光作為該點光的掃描用透鏡系統；以及移動機構，係使該基板與該描繪單元往與該主掃描方向正交之副掃描方向相對移動；焦點調整機構，調整該描繪單元之被該掃描用透鏡系統聚光之該描繪光束之光腰位置與該基板之焦點方向相對位置，變更照射於該基板上之該點光之直徑。
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