KR102321222B1 - 공간 광 변조기의 검사 방법 및 장치, 및 노광 방법 및 장치 - Google Patents

공간 광 변조기의 검사 방법 및 장치, 및 노광 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

공간 광 변조기의 검사 방법은, 미러 요소의 어레이의 검사 대상 영역에서, 입사광에 대한 위상의 변화량이 0인 제1 상태의 미러 요소와, 입사광에 대한 위상의 변화량이 180°(π)인 제2 상태의 미러 요소가 체크 무늬형으로 배열된 상태가 되도록 제어하고, 검사 대상 영역을 통과한 광을, 하나의 미러 요소의 상의 폭보다 해상 한계가 거친 투영 광학계에 유도하여 공간 상을 형성하고, 공간 상으로부터 공간 광 변조기의 특성을 검사한다. 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기의 특성의 검사를 용이하게 행할 수 있다.

Description

공간 광 변조기의 검사 방법 및 장치, 및 노광 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR INSPECTING SPATIAL LIGHT MODULATOR, AND EXPOSURE METHOD AND DEVICE}
본 발명은, 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광 변조기의 검사 기술, 이 검사 기술을 이용하여 물체를 노광하는 노광 기술, 및 이 노광 기술을 이용하는 디바이스 제조 기술에 관한 것이다.
예컨대 반도체 소자 또는 액정 표시 소자 등의 디바이스(전자 디바이스 또는 마이크로 디바이스)를 제조하기 위한 리소그래피 공정 중에서, 소정의 패턴을 투영 광학계를 통해 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 기판의 각 샷 영역에 형성하기 위해서, 스테퍼 등의 일괄 노광형의 노광 장치, 또는 스캐닝 스테퍼 등의 주사 노광형의 노광 장치 등이 사용되고 있다.
최근에는, 복수 종류의 디바이스마다, 또한 기판의 복수의 레이어마다 각각 마스크를 준비함에 따른 제조 비용의 증대를 억제하고, 각 디바이스를 효율적으로 제조하기 위해서, 마스크 대신에, 각각 경사각이 가변인 다수의 미소 미러의 어레이를 갖는 공간 광 변조기(spatial light modulators: SLM)를 이용하여, 투영 광학계의 물체면에 가변의 패턴을 생성하는 소위 마스크리스 방식의 노광 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 또한, 공간 광 변조기로서는, 입사하는 광의 위상 분포를 제어하기 위해서, 각각 반사면의 높이가 제어 가능한 다수의 미소 미러의 어레이를 갖는 타입도 제안되어 있다(예컨대, 비특허문헌 1 참조).
특허문헌1 : 미국 특허 출원 공개 제2008/0309898호 명세서
비특허문헌1 : D. Lopez et al., "Two-dimensional MEMS array for maskless lithography and wavefront modulation," Proc. of SPIE (미국) Vol. 6589, 65890 S (2007)
다수의 미소 미러의 어레이를 갖는 공간 광 변조기를 이용할 때에, 그 어레이 중에 높이의 제어를 정확히 할 수 없는 미소 미러(결함 소자)가 생기거나, 또는 그 공간 광 변조기의 반사면의 굴곡이 허용 범위를 넘는 등의 현상이 발생하면, 최종적으로 기판의 표면에 형성되는 공간 상(像)의 강도 분포가 목표로 하는 분포로부터 벗어날 우려가 있다.
또한, 공간 광 변조기의 결함 소자 등의 특성의 검사를 행하는 경우에는, 예컨대 노광 장치로부터 제거하지 않고 온바디(on-body)로 용이하게 검사할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여, 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기의 특성의 검사를 용이하게 행하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 광이 조사되는 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기의 검사 방법이 제공된다. 이 검사 방법은, 그 광학 소자의 어레이의 적어도 일부의 검사 대상 영역에서, 입사하는 광의 위상을 제1 위상만큼 변화시켜 통과시키는 제1 상태의 광학 소자와, 입사하는 광의 위상을 그 제1 위상과 180° 상이한 제2 위상만큼 변화시켜 통과시키는 제2 상태의 광학 소자가 체크 무늬형으로 배열된 상태가 되도록 제어하는 것과, 그 검사 대상 영역을 통과한 광을, 하나의 광학 소자의 상의 폭보다 해상 한계가 거친 투영 광학계에 유도하여 공간 상을 형성하는 것과, 그 투영 광학계에 의해서 형성되는 공간 상으로부터 그 공간 광 변조기의 특성을 검사하는 것을 포함하는 것이다.
또한, 제2 양태에 따르면, 광이 조사되는 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기의 검사 장치가 제공된다. 이 검사 장치는, 그 광학 소자의 어레이의 적어도 일부의 검사 대상 영역을 조명하는 조명 장치와, 그 검사 대상 영역에서, 입사하는 광의 위상을 제1 위상만큼 변화시켜 통과시키는 제1 상태의 광학 소자와, 입사하는 광의 위상을 그 제1 위상과 180° 상이한 제2 위상만큼 변화시켜 통과시키는 제2 상태의 광학 소자가 체크 무늬형으로 배열된 상태가 되도록 제어하는 제어 장치와, 그 검사 대상 영역을 통과한 광으로부터 공간 상을 형성하고, 하나의 광학 소자의 상의 폭보다 해상 한계가 거친 투영 광학계와, 그 투영 광학계에 의해서 형성되는 공간 상에 기초하여 그 공간 광 변조기의 검사를 행하는 연산 장치를 구비하는 것이다.
또한, 제3 양태에 따르면, 노광광으로 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기 및 투영 광학계를 통해 기판을 노광하는 노광 방법에 있어서, 본 발명의 공간 광 변조기의 검사 방법에 의해서 그 공간 광 변조기의 검사를 행하는 공정을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
또한, 제4 양태에 따르면, 조명계로부터의 노광광으로 투영계를 통해 기판을 노광하는 노광 장치가 제공된다. 이 노광 장치는, 그 투영계의 물체면측에 배치되어, 각각 그 노광광을 그 투영계에 유도하도록 제어 가능한 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기와, 본 발명의 공간 광 변조기의 검사 장치를 구비하는 것이다.
또한, 제5 양태에 따르면, 본 발명의 노광 방법 또는 노광 장치를 이용하여 기판상에 감광층의 패턴을 형성하는 것과, 그 패턴이 형성된 그 기판을 처리하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 공간 광 변조기의 광학 소자의 어레이의 검사 대상 영역에서, 제1 상태의 광학 소자와 제2 상태의 광학 소자를 체크 무늬형으로 배열하고, 그 검사 대상 영역으로부터의 광을 하나의 광학 소자의 상의 폭보다 해상 한계가 거친 투영 광학계에 유도하여 공간 상을 형성함으로써, 그 광학 소자의 어레이의 특성과 목표로 하는 특성 사이에 차이가 있으면, 그 공간 상의 강도 분포가 대략 일정한 저레벨의 분포로부터 변화된다. 따라서, 그 공간 상을 이용하여 공간 광 변조기의 특성의 검사를 용이하게 행할 수 있다.
도 1은 실시형태의 일례의 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2(A)는 도 1 중의 공간 광 변조기(28)의 일부를 나타내는 확대 사시도, (B)는 도 2(A)의 BB선을 따르는 단면도이다.
도 3(A)는 주사 노광시의 웨이퍼의 샷 영역을 나타내는 도면, (B)는 스텝·앤드·리피트 방식으로 노광할 때의 웨이퍼의 샷 영역을 나타내는 도면이다.
도 4(A)는 공간 광 변조기(28)에 의해서 설정되는 체크 무늬의 제1 위상 분포를 나타내는 부분 확대도, 도 4(B)는 도 4(A)의 위상 분포에 대응하는 공간 상을 나타내는 확대도, 도 4(C)는 도 4(B)의 CC 선상의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 5(A)는 공간 광 변조기(28)에 의해서 설정되는 체크 무늬의 제2 위상 분포를 나타내는 부분 확대도, 도 5(B)는 도 5(A)의 위상 분포에 대응하는 결함부를 포함하는 공간 상을 나타내는 확대도, 도 5(C)는 도 5(B)의 CC 선상의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 6(A), 도 6(B), 도 6(C), 및 도 6(D)는, 각각 공간 광 변조기(28)에 의해서 형성되는 위상 분포 중을 직사각형의 패턴 영역이 Y 방향으로 이동하는 모습을 나타내는 부분 확대도이다.
도 7은 제1 실시형태의 검사 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8(A)는 제2 실시형태에 있어서, 공간 광 변조기(28)의 반사면의 굴곡의 일례를 나타내는 확대도, 도 8(B)는 공간 상의 강도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9(A)는 제3 실시형태에 있어서 공간 광 변조기(28)에 의해서 설정되는 제1 위상 분포를 나타내는 부분도, 도 9(B)는 공간 광 변조기(28)에 의해서 설정되는 제2 위상 분포를 나타내는 부분 확대도, 도 9(C)는 도 9(A)의 위상 분포에 대응하는 공간 상의 강도 분포를 나타내는 도면, 도 9(D)는 도 9(B)의 위상 분포에 대응하는 공간 상의 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 변형예의 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 제4 실시형태의 검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 제4 실시형태의 공간 광 변조기에서 설정되는 위상 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13(A), 도 13(B), 및 도 13(C)는 각각 공간 광 변조기의 미러 요소의 높이의 변동이 1 ㎚, 2 ㎚, 및 4 ㎚인 경우의 높이의 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14(A), 도 14(B), 도 14(C)는 각각 공간 광 변조기의 미러 요소의 높이의 변동이 1 ㎚, 2 ㎚, 및 4 ㎚인 경우의 공간 상의 일례를 나타내는 도면, 도 14(D)는 미러 요소의 높이의 변동과 공간 상의 콘트라스트의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 전자 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
[제1 실시형태]
이하, 제1 실시형태에 관하여 도 1∼도 7을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시형태의 마스크리스 방식의 노광 장치(EX)의 개략 구성을 나타낸다. 도 1에 있어서, 노광 장치(EX)는, 펄스 발광을 행하는 노광용의 광원(2)과, 광원(2)으로부터의 노광용의 조명광(노광광)(IL)으로 피조사면을 조명하는 조명 광학계(ILS)와, 대략 그 피조사면 또는 그 근방의 면 위에 2차원의 어레이 형상으로 배열된 각각 높이가 가변의 미소 미러인 다수의 미러 요소(30)를 구비한 공간 광 변조기(28)와, 공간 광 변조기(28)를 구동하는 변조 제어부(48)와, 공간 광 변조기(28)의 검사 장치(53)를 구비하고 있다. 또한, 노광 장치(EX)는, 다수의 미러 요소(30)에 의해서 생성된 반사형의 가변의 요철 패턴(가변의 위상 분포를 갖는 마스크 패턴)으로 반사된 조명광(IL)을 수광하고, 그 요철 패턴(위상 분포)에 대응하여 형성되는 공간 상(像)(디바이스 패턴)을 웨이퍼(W)(기판)의 표면에 투영하는 투영 광학계(PL)과, 웨이퍼(W)의 위치 결정 및 이동을 행하는 웨이퍼 스테이지(WST)와, 장치 전체의 동작을 통괄 제어하는 컴퓨터로 이루어지는 주제어계(40)와, 각종 제어계 등을 구비하고 있다.
이하, 도 1에 있어서, 웨이퍼 스테이지(WST)의 저면(도시하지 않는 가이드면에 평행한 면)에 수직으로 Z축을 설정하고, Z축에 수직한 평면 내에서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 도 1의 지면에 수직한 방향으로 X축을 설정하여 설명한다. 또한, X축, Y축, Z축의 주위의 각도를 각각 θx 방향, θy 방향, θz 방향의 각도라고도 부른다. 본 실시형태에서는, 노광시에 웨이퍼(W)는 Y 방향(주사 방향)으로 주사된다.
광원(2)으로서는, 파장 193 ㎚에서 펄스폭 50 ns 정도의 대략 직선 편광의 레이저광을 4∼6 kHz 정도의 주파수로 펄스 발광하는 ArF 엑시머 레이저 광원이 사용되고 있다. 또, 광원(2)으로서, 파장 248 ㎚의 KrF 엑시머 레이저 광원, 펄스 점등되는 발광 다이오드, 또는 YAG 레이더 혹은 고체 레이저(반도체 레이저 등)로부터 출력되는 레이저광의 고조파를 생성하는 고체 펄스 레이저 광원 등도 사용할 수 있다. 고체 펄스 레이저 광원은, 예컨대 파장 193 ㎚(이외의 여러 가지의 파장이 가능)이고 펄스폭 1 ns 정도의 레이저광을 1∼2 MHz 정도의 주파수로 펄스 발광 가능하다.
본 실시형태에 있어서는, 광원(2)에는 전원부(42)가 연결되어 있다. 주제어계(40)가, 펄스 발광의 타이밍 및 광량(펄스 에너지)을 지시하는 발광 트리거 펄스(TP)를 전원부(42)에 공급한다. 그 발광 트리거 펄스(TP)에 동기하여 전원부(42)는, 지시된 타이밍 및 광량으로 광원(2)에 펄스 발광을 행하게 한다.
광원(2)으로부터 사출된 단면 형상이 직사각형으로 대략 평행 광속인 펄스 레이저광으로 이루어지는 조명광(IL)은, 한 쌍의 렌즈로 이루어지는 빔 익스펜더(4), 조명광(IL)의 편광 상태를 제어하는 편광 제어 광학계(6) 및 미러(8A)를 통해, Y축에 평행하게, 복수의 회절 광학 소자(diffractive optical element)(10A, 10B) 등으로부터 선택된 회절 광학 소자(도 1에서는 회절 광학 소자(10A))에 입사한다. 편광 제어 광학계(6)는, 예컨대 조명광(IL)의 편광 방향을 회전하는 1/2 파장판, 조명광(IL)을 원편광으로 변환하기 위한 1/4 파장판, 및 조명광(IL)을 랜덤 편광(비편광)으로 변환하기 위한 쐐기형의 복굴절성 프리즘 등을 교환 가능하게 설치 가능한 광학계이다.
회절 광학 소자(10A, 10B) 등은, 회전판(12)의 둘레가장자리부에 대략 등각도 간격으로 고정되어 있다. 주제어계(40)가 구동부(12a)를 통해 회전판(12)의 각도를 제어하고, 조명 조건에 따라서 선택된 회절 광학 소자를 조명광(IL)의 광로 상에 설치한다. 선택된 회절 광학 소자로 회절된 조명광(IL)은, 렌즈(14a, 14b)로 이루어지는 릴레이 광학계(14)에 의해서 마이크로 렌즈 어레이(16)의 입사면에 유도된다. 마이크로 렌즈 어레이(16)에 입사한 조명광(IL)은, 마이크로 렌즈 어레이(16)를 구성하는 다수의 미소한 렌즈 엘리멘트에 의해서 2차원적으로 분할되고, 각 렌즈 엘리멘트의 후측 초점면인 조명 광학계(ILS)의 동공면(瞳面)(조명 동공면 (IPP))에는 2차 광원(면광원)이 형성된다.
일례로서, 회절 광학 소자(10A)는 통상 조명용이고, 회절 광학 소자(10B)는, 작은 코히어런스 팩터(σ값)의 조명광을 생성하는 작은 σ조명용이며, 그외에, 2극 조명용, 4극 조명용, 및 윤대 조명용 등의 회절 광학 소자(도시하지 않음)도 구비되어 있다. 또, 복수의 회절 광학 소자(10A, 10B) 등의 대신에, 각각 경사각이 가변인 다수의 미소 미러의 어레이를 갖는 공간 광 변조기를 사용해도 좋고, 마이크로 렌즈 어레이(16)의 대신에 플라이 아이 렌즈 등도 사용 가능하다.
조명 동공면(IPP)에 형성된 2차 광원으로부터의 조명광(IL)은, 제1 릴레이 렌즈(18), 시야 조리개(20), 광로를 -Z 방향으로 절곡하는 미러(8B), 제2 릴레이 렌즈(22), 콘덴서 광학계(24),및 미러(8C)를 통해, XY 평면에 평행한 피조사면(설계상의 전사용 패턴이 배치되는 면)에 θx 방향으로 평균적인 입사각 α로 입사한다. 다시 말해서, 그 피조사면에 대하여 조명 광학계(ILS)의 광축(AXI)은 θx 방향으로 입사각 α로 교차하고 있다. 입사각 α은 예컨대 수 deg(°)부터 수10 deg이다. 그 피조사면 또는 그 근방의 면에, 공간 광 변조기(28)의 2차원의 어레이 형상으로 배열된 다수의 미러 요소(30)의 전원 오프시의 반사면이 배치된다. 빔 익스펜더(4)로부터 콘덴서 광학계(24) 및 미러(8C)까지의 광학 부재를 포함하여 조명 광학계(ILS)가 구성되어 있다. 조명 광학계(ILS)로부터의 조명광(IL)은, 공간 광 변조기(28)의 다수의 미러 요소(30)의 어레이 위의 X 방향으로 가늘고 긴 장방형상의 조명 영역(26A)을 대략 균일한 조도 분포로 조명한다. 다수의 미러 요소(30)는, 조명 영역(26A)을 포함하는 장방형의 영역에 X 방향 및 Y 방향으로 소정 피치로 배열되어 있다. 조명 광학계(ILS)는 도시하지 않는 프레임에 지지되어 있다.
도 2(A)는, 도 1 중의 공간 광 변조기(28)의 반사면의 일부를 나타내는 확대 사시도, 도 2(B)는 도 2(A)의 BB선을 따르는 단면도이다. 도 2(A)에 있어서, 공간 광 변조기(28)의 반사면에는, X 방향 및 Y 방향으로 각각 피치(주기) px 및 py로, 다수의 미러 요소(30)가 배열되어 있다. 미러 요소(30)의 X 방향 및 Y 방향의 폭은, 각각 피치 px 및 py와 대략 동일하다고 간주할 수 있다. 일례로서 미러 요소(30)는 정방형이며, 피치 px, py는 서로 동일하다. 또, 미러 요소(30)는 장방형 등이라도 좋고, 피치 px, py는 서로 상이해도 좋다.
그 반사면에 있어서, X 방향으로 i 번째(i=1, 2, …, I) 및 Y 방향으로 j 번째(j=1, 2, …, J)의 위치 P(i, j)에 각각 미러 요소(30)가 배치되어 있다. 일례로서, 미러 요소(30)의 Y 방향(웨이퍼(W)의 주사 방향에 대응하는 방향)의 배열수 J는 수100∼수1000이며, X 방향의 배열수 I는 배열수 J의 수배∼수10배이다. 또한, 미러 요소(30)의 배열의 피치 px(=py)는 예컨대 10∼1 ㎛ 정도이다. 또한, 공간 광 변조기(28)는, 다수의 미러 요소(30)와, 각 미러 요소(30)를 각각 가요성(탄성)을 갖는 힌지부(35)(도 2(B) 참조)를 통해 지지하는 베이스 부재(32)를 구비하고 있다.
도 2(B)에 있어서, 베이스 부재(32)는, 예컨대 실리콘으로 이루어지는 평판형상의 기재(32A)와, 기재(32A)의 표면에 형성된 질화규소(예컨대 Si3N4) 등의 절연층(32B)으로 구성되어 있다. 또한, 베이스 부재(32)의 표면에 X 방향, Y 방향으로 소정 피치로 지지부(34)가 형성되고, 인접하는 Y 방향의 지지부(34)의 사이에, 탄성 변형에 의해서 Z 방향으로 가요성을 갖는 한 쌍의 2단의 힌지부(35)를 통해, 미러 요소(30)의 이면측의 볼록부가 지지되어 있다. 지지부(34), 힌지부(35),및 미러 요소(30)는 예컨대 폴리실리콘으로 일체적으로 형성되어 있다. 미러 요소(30)의 반사면(표면)에는, 반사율을 높이기 위해서 금속(예컨대 알루미늄 등)의 박막으로 이루어지는 반사막(31)이 형성되어 있다.
또한, 미러 요소(30)의 저면측의 베이스 부재(32)의 표면에 전극(36A)이 형성되고, 전극(36A)에 대향하도록 힌지부(35)의 저면에 전극(36B)이 형성되어 있다. 베이스 부재(32)의 표면 및 지지부(34)의 측면에는, 미러 요소(30)마다 대응하는 전극(36A, 36B) 사이에 소정의 전압을 인가하기 위한 신호 라인(도시하지 않음)이 매트릭스형으로 설치되어 있다. 이 경우, 전원 오프 상태 또는 전원 온 상태로 전극(36A, 36B) 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 상태(제1 상태)에서는, 조명광(IL2)이 입사하고 있는 위치 P(i, j-1)의 미러 요소(30)로 나타낸 바와 같이, 미러 요소(30)의 반사면은, XY 평면에 평행한 평면인 기준 평면(A1)에 합치하고 있다. 한편, 전원 온 시에 전극(36A, 36B) 사이에 소정의 전압이 인가되어 있는 상태(제2 상태)에서는, 조명광(IL1)이 입사하고 있는 위치 P(i, j)의 미러 요소(30)로 나타낸 바와 같이, 미러 요소(30)의 반사면은, XY 평면에 평행하고 기준 평면(A1)으로부터 Z 방향으로 간격 d1만큼 변위한 평면(A2)에 합치하고 있다. 도 1의 변조 제어부(48)가, 주제어계(40)로부터 설정되는 조명광(IL)의 위상 분포(요철 패턴)의 정보에 따라서, 위치 P(i, j)의 미러 요소(30)마다의 전극(36A, 36B) 사이의 전압을 제어한다. 각 미러 요소(30)는, 그 제1 상태 또는 그 제2 상태 중 어느 하나로 설정된다.
이러한 미소한 입체 구조의 공간 광 변조기(28)는, 예컨대 배경 기술에서 인용한 비특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, MEMS(Microelectromechanical Systems : 미소 전기 기계 시스템) 기술을 이용하여 제조하는 것이 가능하다. 공간 광 변조기(28)의 각 미러 요소(30)는, 평행 이동에 의해서 제1 상태 또는 제2 상태로 설정할 수 있으면 될 뿐이기 때문에, 미러 요소(30)의 소형화 및 미러 요소(30)의 배열수의 증대가 용이하다.
또한, 각 미러 요소(30)의 반사면이 기준 평면(A1)에 합치하고 있는 상태(제1 상태)에서, 해당 미러 요소(30)에 의해서 반사되는 조명광(IL)의 위상의 변화량을 제1 위상 δ1로 하면, 본 실시형태에서는 위상 δ1은 0°이다. 또한, 각 미러 요소(30)의 반사면이 기준 평면(A1)으로부터 간격 d 만큼 변위한 평면(A2)에 합치하고 있는 상태(제2 상태)에서 해당 미러 요소(30)에서 반사되는 조명광(IL)의 위상의 변화량을 제2 위상 δ2라고 하면, 위상 δ2은 위상 δ1에 대하여 180°(π(rad)) 상이하다. 즉, 이하의 관계가 성립한다. 다만, 공간 광 변조기(28)의 제조 오차 및 변조 제어부(48)에 의한 구동 오차 등을 고려하여, 위상 δ2는, 이하의 식에 대하여 수 deg(°) 정도의 오차는 허용된다.
δ1=0° …(1A), δ2=180°=π(rad) …(1B)
또한, 이하에서는, 단위가 없는 위상은 rad를 의미한다. 또한, 위치 P(i, j)의 미러 요소(30)의 반사면이 기준 평면(A1)에 합치하고 있을 때의 점선으로 나타내는 반사광(B1)의 파면의 위상의 변화량과, 그 반사면이 간격 d1의 평면(A2)에 합치하고 있을 때의 반사광(B2)의 파면의 위상의 변화량의 차분이 제2 위상 δ2이다. 일례로서, 입사각 α을 0°로 하고, 미러 요소(30)의 반사면에 입사하는 조명광(IL1)의 파장을 λ(여기서는 λ=193 ㎚)로 하면, 간격 d1은 다음과 같이 된다.
d1=λ/4 …(2)
도 2(A)에 있어서, 공간 광 변조기(28)의 각 미러 요소(30)는 각각 입사하는 조명광(IL)의 위상을 0° 변화시켜 반사하는 제1 상태, 또는 입사하는 조명광(IL)의 위상을 180° 변화시켜 반사하는 제2 상태로 제어된다. 이하에서는, 그 제1 상태로 설정된 미러 요소(30)를 위상 0의 미러 요소, 그 제2 상태로 설정된 미러 요소(30)를 위상 π의 미러 요소라고도 부르는 것으로 한다.
일례로서, 소정 펄스수의 조명광(IL)의 발광마다, 주제어계(40)가 변조 제어부(48)에, 공간 광 변조기(28)에 의해서 설정되는 조명광(IL)의 위상 분포(요철 패턴)의 정보를 공급한다. 이에 따라서 변조 제어부(48)가 공간 광 변조기(28)의 각 미러 요소(30)를 위상 0 또는 위상 π가 되도록 제어한다. 웨이퍼(W)의 표면에는 그 위상 분포에 따른 공간 상이 형성된다.
도 1에 있어서, 공간 광 변조기(28)의 베이스 부재(32)는, 예컨대 동일 직선상에 없는 3개소에 배치된 지지 부재(56)(3번째의 지지 부재는 도시 생략) 및 너트(57)에 의해서 프레임(FL)에 지지되어 있다. 또한, 베이스 부재(32)의 반사면(미러 요소(30)의 어레이의 반사면)에 대향하는 이면이, 복수 개소에서 볼트(58) 및 너트(57)를 통해 프레임(FL)에 연결되어 있다. 이 경우, 볼트(58)의 축방향에 있어서의 2개소의 너트(57)의 위치를 조정함으로써, 베이스 부재(32)의 이면의 응력 분포를 조정하여, 공간 광 변조기(28)의 반사면의 평면도를 조정하는 것이 가능하다.
공간 광 변조기(28)의 조명 영역(26A) 내의 다수의 미러 요소(30)의 어레이에서 반사된 조명광(IL)은, 평균적인 입사각 α로 투영 광학계(PL)에 입사한다. 도시하지 않는 칼럼에 지지된 광축(AXW)을 갖는 투영 광학계(PL)는, 공간 광 변조기(28)(물체면)측에 비텔리센트릭이며, 웨이퍼(W)(상면(像面))측에 텔리센트릭인 축소 투영 광학계이다. 투영 광학계(PL)는, 공간 광 변조기(28)에 의해서 설정되는 조명광(IL)의 위상 분포에 따른 공간 상의 축소 상을, 웨이퍼(W)의 하나의 샷 영역 내의 노광 영역(26B)(조명 영역(26A)과 광학적으로 켤레인 영역)에 형성한다. 투영 광학계(PL)의 투영 배율 β은 예컨대 1/10∼1/100정도이다. 투영 광학계(PL)의 상면측의 개구수를 NA, 조명광(IL)의 파장을 λ로 하고, 조명 조건을 통상 조명이라고 하면, 투영 광학계(PL)의 해상도(Re)(주기적 패턴의 선폭으로 나타낸 해상 한계)는, 다음과 같이 된다.
Re=λ/(2·NA) …(3)
본 실시형태에서는, 해상도(Re)는, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 상의 폭(β·py)보다 크게 설정되어 있다. 일례로서, 해상도(Re)는, 미러 요소(30)의 상의 폭의 2배 정도이다. 예컨대, 미러 요소(30)의 크기(배열의 피치)가 수 ㎛정도, 투영 광학계(PL)의 투영 배율 β이 1/100 정도이면, 해상도(Re)는 수 10 ㎚의 2배 정도이다. 또, 투영 광학계(PL)는 개구 조리개(도시하지 않음)를 구비하고 있기 때문에, 후술의 공간 광 변조기(28)의 검사시에, 그 개구 조리개에 의해서, 투영 광학계(PL)의 해상도를 노광시의 해상도보다 낮게 설정해도 좋다.
또한, 웨이퍼(W)(기판)는, 예컨대 실리콘 또는 SOI(silicon on insulator) 등의 원형의 평판형의 기재의 표면에, 포토레지스트(감광 재료)를 수10 ㎚∼200 ㎚ 정도의 두께로 도포한 것을 포함한다.
본 실시형태와 같이 물체측에 비텔리센트릭의 투영 광학계(PL)를 이용함에 따라, 공간 광 변조기(28)의 다수의 미러 요소(30)의 반사면과 웨이퍼(W)의 노광면(포토레지스트의 표면)을 대략 평행하게 배치할 수 있다. 따라서, 노광 장치의 설계·제조가 용이하다.
또한, 노광 장치(EX)가 액침형인 경우에는, 예컨대 미국 특허 출원 공개 제2007/242247호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 광학계(PL)의 선단의 광학 부재와 웨이퍼(W) 사이에 조명광(IL)을 투과하는 액체(예컨대 순수)를 공급하여 회수하는 국소 액침 장치가 설치된다. 액침형의 경우에는 개구수 NA를 1보다 크게 할 수 있기 때문에, 해상도를 더욱 높일 수 있다.
도 1에 있어서, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더(도시하지 않음)를 통해 웨이퍼 스테이지(WST)의 윗면에 흡착 유지되고, 웨이퍼 스테이지(WST)는, 도시하지 않는 가이드면 상에서 X 방향, Y 방향으로 스텝 이동을 행하고, Y 방향으로 일정 속도로 이동한다. 웨이퍼 스테이지(WST)의 X 방향, Y 방향의 위치, 및 θz 방향의 회전각 등은 레이저 간섭계(45)에 의해서 형성되고, 이 계측 정보가 스테이지 제어계(44)에 공급되어 있다. 스테이지 제어계(44)는, 주제어계(40)로부터의 제어 정보 및 레이저 간섭계(45)로부터의 계측 정보에 기초하여, 리니어 모터 등의 구동계(46)를 통해 웨이퍼 스테이지(WST)의 위치 및 속도를 제어한다. 또, 웨이퍼(W)의 얼라이먼트를 행하기 위해서, 웨이퍼(W)의 얼라이먼트 마크의 위치를 검출하는 얼라이먼트계(도시하지 않음) 등도 구비되어 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지(WST)의 상부의 웨이퍼(W)의 근방에, 노광 영역(26B)에 형성되는 공간 상의 강도 분포를 계측하는 공간 상 계측 장치(54)가 설치되어 있다. 공간 상 계측 장치(54)는, 일례로서, 공간 상을 확대하는 확대 광학계와, 확대된 공간 상을 촬상하는 2차원의 촬상 소자를 구비하고 있다. 공간 상 계측 장치(54)로부터 출력되는 검출 신호는 연산 장치(55)에 공급되고, 연산 장치(55)는, 그 검출 신호를 처리하여 후술하는 바와 같이 공간 광 변조기(28)의 특성을 구하며, 구해진 특성을 주제어계(40)에 공급한다. 주제어계(40)에는, 각종 정보를 입출력하는 입출력 장치(도시하지 않음)도 접속되어 있다. 조명 광학계(ILS), 변조 제어부(48), 투영 광학계(PL), 공간 상 계측 장치(54), 및 연산 장치(55)를 포함하여, 공간 광 변조기(28)의 검사 장치(53)가 구성되어 있다. 또, 공간 상 계측 장치(54)로서는, 핀홀과, 이 핀홀에 입사하는 광을 집광하는 집광 광학계와, 집광된 광을 수광하는 광전 검출기를 포함하는 주사형의 계측 장치를 사용하는 것도 가능하다.
웨이퍼(W)의 노광시에는, 기본적인 동작으로서, 웨이퍼(W)의 얼라이먼트를 행한 후, 조명 광학계(ILS)의 조명 조건을 설정한다. 또한, 주제어계(40)로부터 변조 제어부(48)에, 웨이퍼(W)의 각 샷 영역에 노광되는 패턴에 대응하는 위상 분포의 정보가 공급된다. 그리고, 예컨대 도 3(A)에 나타내는 웨이퍼(W)의 표면에서 Y 방향으로 일렬로 배열된 샷 영역(SA21, SA22, …)에 노광을 행하기 위해서, 웨이퍼(W)를 주사 개시 위치에 위치 결정한다. 그 후, 웨이퍼(W)의 +Y 방향으로의 일정 속도에서의 주사를 개시한다. 또, 도 3(A)의 샷 영역(SA21) 등 중의 화살표는, 웨이퍼(W)에 대한 노광 영역(26B)이 상대적인 이동 방향을 나타내고 있다.
다음으로, 주제어계(40)는, 노광 영역(26B)에 대한 웨이퍼(W)의 샷 영역(SA21)의 상대 위치의 정보를 변조 제어부(48)에 공급하고, 그 상대 위치에 따라서 변조 제어부(48)는, 전사 대상의 부분 위상 분포를 판독하며, 판독한 부분 위상 분포를 공간 광 변조기(28)에서 설정한다. 그리고, 주제어계(40)가 전원부(42)에 발광 트리거 펄스(TP)를 공급함으로써, 웨이퍼(W)상의 노광 영역(26B)에는, Y 방향의 위치에 따라서 목표로 하는 공간 상이 노광된다. 이 동작은, 웨이퍼(W)가 소정량 이동할 때마다, 그리고 샷 영역(SA21)이 노광 영역(26B)를 가로지를 때까지 반복된다.
그 후, 웨이퍼(W)의 샷 영역(SA21)에 인접하는 샷 영역(SA22)에 노광하기 위해서, 웨이퍼(W)를 동일한 방향으로 주사한 채로, 주제어계(40)는, 변조 제어부(48)에 노광 영역(26B)에 대한 샷 영역(SA22)의 상대 위치의 정보를 공급하고, 전원부(42)에 발광 트리거 펄스(TP)를 공급한다. 이와 같이 하여, 마스크리스 방식으로, 샷 영역(SA21)로부터 샷 영역(SA22)에 걸쳐서 연속적으로 노광을 행할 수 있다. 그리고, 도 3(A)의 웨이퍼(W)의 X 방향에 인접하는 샷 영역(SA31, SA32)을 포함하는 열의 노광으로 이행하는 경우에는, 웨이퍼 스테이지(WST)를 구동하여 웨이퍼(W)를 X 방향(주사 방향에 직교하는 비주사 방향)으로 스텝 이동한다. 그리고, 점선으로 나타내는 노광 영역(26B)에 대한 웨이퍼(W)의 주사 방향을 반대의 -Y 방향으로 설정하고, 주제어계(40)로부터 변조 제어부(48)에 노광 영역(26B)에 대한 샷 영역(SA31) 등의 상대 위치의 정보를 공급하여, 전원부(42)에 발광 트리거 펄스(TP)를 공급한다. 이것에 의해서, 샷 영역(SA32)으로부터 샷 영역(SA31)에 걸쳐서 연속적으로 노광을 행할 수 있다. 이 노광 시에 있어서, 샷 영역(SA21, SA22) 등에 서로 상이한 공간 상을 노광하는 것도 가능하다. 그 후, 웨이퍼(W)의 포토레지스트의 현상을 행함으로써, 웨이퍼(W)의 각 샷 영역에 회로 패턴에 대응하는 레지스트 패턴이 형성된다.
다음으로, 본 실시형태의 노광 장치(EX)에 있어서, 공간 광 변조기(28)의 검사 방법의 일례로서, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30) 중의 결함 요소를 특정하는 방법에 관하여 도 7의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 결함 요소란, 변조 제어부(48)로부터 제1 상태(위상 0) 또는 제2 상태(위상 π)가 되도록 제어를 행해도, 각각 제1 상태 또는 제2 상태로 설정되지 않는 미러 요소(30)를 의미한다. 이 검사 방법은 주제어계(40)의 제어를 기초로 실행된다.
우선, 도 7의 단계 102에 있어서, 웨이퍼 스테이지(WST)를 구동하여, 공간 상 계측 장치(54)의 수광면을 노광 영역(26B)(이 단계에서는 조명광(IL)은 조사되어 있지 않음)을 덮는 위치에 이동한다. 또한, 조명 광학계(ILS)의 조명 조건은, 일례로서 σ값이 0.1 정도의 작은 σ 조명이고, 편광 조건은 비편광으로 설정된다. 다음 단계 104에 있어서, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이 중의 조명 영역(26A)이 설정되는 부분을 검사 대상 영역(DA)로 한다. 그리고, 주제어계(40)로부터의 제어 정보에 따라서, 변조 제어부(48)는, 검사 대상 영역(DA)에 있어서, 제1 상태(위상 0)의 미러 요소(30)와 제2 상태(위상 π)의 미러 요소(30)가 제1 체크 무늬형으로 배열되도록 각 미러 요소(30)를 구동한다.
체크 무늬형의 배열이란, 검사 대상 영역(DA)의 X축에 평행한 1행째의 미러 요소(30)에 있어서, 위치 P(1,1)를 포함하는 홀수번째의 미러 요소(30)가 제2 상태(위상 π)이고, 짝수번째의 미러 요소(30)가 제1 상태(위상 0)가 되는 경우, 2행째의 미러 요소(30)에 있어서는, 홀수번째의 미러 요소(30)가 위상 0이고, 짝수번째의 미러 요소(30)가 위상 π이 되며, 이하의 행에서는, 1행째 및 2행째와 동일한 배열이 반복되는 것을 의미한다. 또, 체크 무늬란, 체크 격자 또는 체커보드 패턴(Checkerboard Pattern)이라고도 한다. 또한, 도 4(A)의 배열과 같이, 위치 P(1,1)의 미러 요소(30)가 위상 π인 체크 무늬를, 본 실시형태에서는 제1 체크 무늬라고 부르고 있다.
다음 단계 106에 있어서, 주제어계(40)가 전원부(42)에 발광 트리거 펄스(TP)를 공급함으로써, 미러 요소(30)의 어레이의 조명 영역(26A)에 조명광(IL)이 조사되고, 투영 광학계(PL)를 통해 노광 영역(26B)에, 도 4(A)의 위상 분포에 대응하는 도 4(B)의 공간 상(28P)(확대하여 표시되어 있음)이 형성된다. 또, 설명의 편의상, 공간 상(28P)은 정립 상이라고 하고 있다. 그리고, 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 공간 상(28P)의 X 방향, Y 방향의 강도 분포를 계측하고, 계측된 화상 데이터를 연산 장치(55)에 넣는다.
다음 단계 108에 있어서, 주제어계(40)로부터의 제어 정보에 따라서, 변조 제어부(48)는, 검사 대상 영역(DA)에 있어서, 제1 상태(위상 0)의 미러 요소(30)와 제2 상태(위상 π)의 미러 요소(30)가 도 5(A)에 나타내는 제2 체크 무늬형으로 배열되도록 각 미러 요소(30)를 구동한다. 제2 체크 무늬란, 제1 체크 무늬의 위상 0의 부분과 위상 π의 부분을 교체한 배열이며, 도 5(A)의 위치 P(1,1)의 미러 요소(30)는 위상 0이다. 다음 단계 110에 있어서, 조명 영역(26A)에 조명광(IL)이 조사되고, 투영 광학계(PL)를 통해 노광 영역(26B)에, 도 5(A)의 위상 분포에 대응하는 도 5(B)의 공간 상(28P)이 형성된다. 그리고, 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 공간 상(28P)의 강도 분포를 계측하고, 계측된 화상 데이터를 연산 장치(55)에 넣는다.
다음 단계 112에 있어서, 연산 장치(55)는, 단계 106 및 110에서 계측된 공간 상(28P)의 화상 데이터(강도 분포)를 순차 처리하여, 강도가 미리 정해져 있는 임계치보다 높은 부분을 검출한다. 이 경우, 도 4(A)의 제1 체크 무늬의 배열에서는, 모든 미러 요소(30)의 상태가 설정된 상태이며, 그리고 투영 광학계(PL)의 해상도는 미러 요소(30)의 상의 폭보다 크다(거칠다). 그 때문에, 도 4(B)의 공간 상(28P)은, 전체면이 저레벨이 되고, 도 4(B)의 CC선(중앙 부근의 미러 요소(30)의 가상적인 상의 중심을 지나 Y축에 평행한 직선)을 따르는 강도 분포(INT)는, 도 4(C)에 나타낸 바와 같이 대략 일정한 저레벨이다.
한편, 도 5(A)의 제2 체크 무늬의 배열에서는, 위치 P(i1, j1)(일례로서, i1=11, j1=8)의 미러 요소(30)의 상태(위상 0)가 설정된 상태(위상 π)와 상이하다. 이 때, 위치 P(i1, j1)를 중심으로 하는 X 방향으로 3개의 미러 요소(30) 및 Y 방향으로 3개의 미러 요소(30)의 상의 폭은, 하나의 미러 요소(30)의 상의 폭의 3배가 되기 때문에, 위치 P(i1, j1)의 미러 요소(30)를 포함하는 부분의 상은 투영 광학계(PL)에 의해서 해상된다. 그 때문에, 도 5(B)의 공간 상(28P)은, 위치 P(i1, j1)의 미러 요소(30)의 가상적인 상(30P)의 부분에서 고레벨이 되고, 그 이외의 부분에서 저레벨이 된다. 따라서, 도 5(B)의 CC선(상(30P)의 중심을 지나 Y축에 평행한 직선)을 따르는 강도 분포(INT)는, 도 5(C)에 나타낸 바와 같이, 상(30P)에 대응하는 부분에서 고레벨이다. 이 경우, 단계 112의 임계치는, 일례로서 도 5(C)의 강도 분포(INT)의 저레벨과 고레벨(예컨대 미리 실측으로 정해지는 레벨)의 중간으로 설정되어 있다. 그 때문에, 연산 장치(55)에서는, 상(30P)의 부분을 강도가 그 임계치보다 높은 부분으로서 검출할 수 있다. 또, 강도가 임계치보다 높은 부분이 아닌 경우에는, 동작은 단계 120으로 이행한다.
여기서는, 상(30P)의 부분의 강도가 임계치보다 높기 때문에, 동작은 단계 114로 이행한다. 그리고, 연산 장치(55)는, 공간 상(28P) 중에서 강도가 임계치보다 높은 부분(상(30P))에 대응하는 공간 광 변조기(28)의 위치 P(i1, j1)의 미러 요소(30)를 결함 요소(38)(도 6(A) 참조)로서 특정한다. 결함 요소(38)의 위치의 정보는, 주제어계(40)로부터 변조 제어부(48)에 공급된다.
다음 단계 116에 있어서, 변조 제어부(48)는, 도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 미러 요소(30)의 어레이 중의 검사 대상 영역(DA)(조명 영역(26A))을, Y 방향(웨이퍼(W)의 주사 방향에 대응하는 방향(SD))으로, 결함 요소(38)를 포함하는 통상 영역(37A)과, 결함 요소가 없는 Y 방향에 복수행(도 6(A)에서는 4행)의 예비 영역(37B)으로 나눈다. 예비 영역(37B)은 통상 영역(37B)보다 좁은 영역이다. 다음 단계 118에 있어서, 변조 제어부(48)는, 예비 영역(37B) 내에서, 결함 요소(38)에 대하여 방향(SD)으로 떨어져 배치된 미러 요소(30)를 대체 요소(39)(예비 요소)로서 설정하고 기억한다.
그 후, 단계 120의 노광 공정에 있어서, 웨이퍼(W)의 표면에 형성되는 공간 상에 대응하는 미러 요소(30)의 어레이의 위상 분포가 결함 요소(38)에 의해서 위상 π로 설정되는 부분을 포함하는 경우, 변조 제어부(48)는, 결함 요소(38)의 대신에 대체 용도(39)를 사용한다. 일례로서, 도 6(A)의 X 방향으로 가늘고 긴 패턴 영역(60) 내의 모든 미러 요소(30)의 위상이 π인 위상 분포에 대응하는 공간 상을 웨이퍼(W)의 표면에 형성하는 것으로 한다. 이 때, 패턴 영역(60) 이외의 부분에서는, 미러 요소(30)의 위상 분포는, 위상 0의 미러 요소(30)와 위상 π의 미러 요소(30)가 체크 무늬형으로 설정되고, 패턴 영역(60) 이외의 부분의 공간 상은 저레벨이 된다. 또한, 예비 영역(37B)도, 통상은 위상 0의 미러 요소(30)와 위상 π의 미러 요소(30)가 체크 무늬형으로 설정되고, 대체 요소(39)는 위상 0으로 설정되며, 예비 영역(37B)의 부분의 공간 상은 저레벨이 된다.
이 경우, 주사 노광 시에는, 조명 영역(26A)의 전체에 조명광(IL)이 펄스식으로 조사되고, 웨이퍼(W)가 점차적으로 Y 방향으로 주사되는데 동기하여, 패턴 영역(60)도 점차적으로 Y 방향으로 이동한다. 그리고, 도 6(B)에 나타낸 바와 같이, 패턴 영역(60) 내에 결함 요소(38)가 포함되는 상태에서는, 결함 요소(38)의 위상은 0이기 때문에, 그 부분에 대응하는 웨이퍼(W)의 표면에서는 노광량이 감소한다. 그 후, 도 6(C)에 나타낸 바와 같이, 패턴 영역(60)이 결함 요소(38)를 지나, 도 6(D)에 나타낸 바와 같이, 패턴 영역(60)이 예비 영역(37B) 내의 대체 요소(39)를 포함하는 영역(61)에 도달하면, 변조 제어부(48)는 대체 요소(39)의 위상을 π로 설정한다. 이 때에, 대체 요소(39)를 포함하는 부분의 상에 의한 웨이퍼(W)에 대한 노광량은, 결함 요소(38)에서 감소한 노광량을 상쇄하도록 설정된다. 이것에 의해서, 결함 요소(38)가 발생하여도, 웨이퍼(W)의 표면의 노광량의 균일성이 확보되고, 패턴 영역(60)에 대응하는 공간 상을 웨이퍼(W)의 표면에 정확히 형성할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 포토레지스트의 현상에 의해서 목표로 하는 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있다.
또한, 결함 요소(38)가 예비 영역(37B) 내에 발생했을 때에는, 일례로서, 예컨대 시야 조리개(20)에 의해서 조명 영역(26A)의 Y 방향의 폭을 결함 요소를 포함하지 않도록 설정해도 좋다. 또한, 결함 요소(38)의 갯수는 2개 이상이라도 좋고, 하나의 대체 요소(39)로 복수개의 결함 요소의 대체를 행하는 것도 가능하다.
본 실시형태의 효과 등은 이하와 같다.
(1)본 실시형태의 노광 장치(EX)는, 복수의 미러 요소(30)(광학 요소)의 어레이를 갖는 공간 광 변조기(28)를 구비하고 있다. 또한, 공간 광 변조기(28)의 검사 방법은, 미러 요소(30)의 어레이의 검사 대상 영역(DA)에서, 입사광의 위상을 제1 위상(0°)만큼 변화시켜 반사하는 제1 상태의 미러 요소(30)와, 입사광의 위상을 제2 위상(180°)만큼 변화시켜 반사하는 제2 상태의 미러 요소(30)가 체크 무늬형으로 배열된 상태가 되도록 제어하는 단계 104, 108과, 검사 대상 영역(DA)를 통과한 광을, 하나의 미러 요소(30)의 상의 폭보다 해상 한계가 거친 투영 광학계(PL)에 유도하여 공간 상을 형성하는 단계 106, 110과, 투영 광학계(PL)에 의해서 형성되는 공간 상으로부터 공간 광 변조기(28)의 특성을 검사하는 단계 112, 114를 포함하고 있다.
또한, 공간 광 변조기(28)의 검사 장치(53)는, 미러 요소(30)의 어레이의 검사 대상 영역(DA)을 조명하는 조명 광학계(ILS)와, 검사 대상 영역(DA)에서, 그 제1 상태의 미러 요소(30)와, 그 제2 상태의 미러 요소(30)가 체크 무늬형으로 배열된 상태가 되도록 제어하는 변조 제어부(48)(제어 장치)와, 검사 대상 영역(DA)를 통과한 광으로부터 공간 상을 형성하는 투영 광학계(PL)와, 투영 광학계(PL)에 의해서 형성되는 공간 상에 기초하여 공간 광 변조기(28)의 검사를 행하는 연산 장치(55)를 구비하고 있다.
본 실시형태에 따르면, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이의 검사 대상 영역(DA)에서, 제1 상태의 미러 요소(30)와 제2 상태의 미러 요소(30)를 체크 무늬형으로 배열하고, 검사 대상 영역(DA)로부터의 광을 하나의 미러 요소(30)의 상의 폭보다 해상 한계가 거친 투영 광학계(PL)에 유도하여 공간 상을 형성함으로써, 그 미러 요소(30)의 어레이의 특성과 목표로 하는 특성 사이에 차이가 있으면, 그 공간 상이 대략 일정한 저레벨의 상태로부터 변화된다. 따라서, 그 공간 상을 이용하여 공간 광 변조기(28)의 특성의 검사를 온바디로 용이하게 행할 수 있다.
(2) 또한, 본 실시형태에서는, 공간 광 변조기(28)의 특성으로서, 미러 요소(30) 중의 결함 요소(38)의 유무를 검사하고 있기 때문에, 결함 요소(38)가 존재함으로써, 웨이퍼(W)에 형성되는 패턴에 형상 오차가 생기는 것을 억제할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 결함 요소(38)가 존재하는 경우에는, 대체 요소(39)를 할당하고 있지만, 결함 요소(38)가 존재하는 경우에 공간 광 변조기(28)를 교환해도 좋다. 이 경우, 노광 장치(EX)의 주제어계(40)는, 노광 장치(EX)의 콘솔에 설치된 표시부(모니터)에 공간 광 변조기의 교환을 재촉하는 경고를 표시시켜도 좋다. 또, 결함 요소(38)가 존재하는 경우에 대체 요소(39)를 할당할 때에도, 대체 요소를 할당하고 있는 취지의 주의 정보를 표시부에 표시시켜도 좋다. 또한, 상기의 경고 혹은 주의 정보는, 제조 플랜트에 있어서의 다수의 리소그래피 유닛에 관해서 관리 기능을 갖는 마스터 컴퓨터 시스템에 통지되는 것이라도 좋다.
(3) 또한, 공간 광 변조기(28)는 광학 요소로서 미러 요소(30)(반사 요소)를 갖기 때문에, 조명광(IL)의 이용 효율이 높다. 그러나, 공간 광 변조기(28)의 대신에, 개개의 광학 요소가 각각 투과하는 광의 위상을 소정의 φ1 또는 (φ1+180°)변화시키는 투과형의 공간 광 변조기를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 광학 요소로서는, 전압에 의해서 굴절율이 변화되는 전기 광학 소자 또는 액정 셀 등을 사용할 수 있다.
(4) 또한, 본 실시형태의 노광 장치(EX)의 노광 방법은, 조명광(IL)(노광광)으로 복수의 미러 요소(30)의 어레이를 갖는 공간 광 변조기(28) 및 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W)(기판)를 노광하는 노광 방법에 있어서, 상기의 공간 광 변조기(28)의 검사 방법에 의해서 공간 광 변조기(28)의 검사를 행하는 공정을 포함하고 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치(EX)는, 조명 광학계(ILS)(조명계)로부터의 조명광(IL)(노광광)으로 투영 광학계(PL)(투영계)를 통해 웨이퍼(W)를 노광하는 노광 장치에 있어서, 투영 광학계(PL)의 물체면측에 배치되어, 각각 조명광(IL)을 투영 광학계(PL)에 유도하도록 제어 가능한 복수의 미러 요소(30)의 어레이를 갖는 공간 광 변조기(28)와, 상기의 공간 광 변조기의 검사 장치(53)를 구비하고 있다.
그 노광 방법 또는 노광 장치(EX)에 따르면, 공간 광 변조기(28)를 이용하여 여러 가지의 패턴을 마스크리스 방식으로 웨이퍼(W)의 표면에 형성할 수 있다. 또한, 공간 광 변조기(28)의 특성의 검사를 온바디로 용이하게 행할 수 있기 때문에, 공간 광 변조기(28)의 특성의 검사에 있어서, 노광 공정의 작업 처리량의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 노광 장치(EX)의 조명 광학계(ILS) 및 투영 광학계(PL)가 검사 장치(53)의 조명 광학계(ILS) 및 투영 광학계(PL)로서 겸용되어 있다. 따라서, 검사 장치(53)의 구성이 간단하다. 또, 검사 장치(53)의 조명 장치 및 투영 광학계의 적어도 한쪽을, 조명 광학계(ILS) 및 투영 광학계(PL)와 별도로 착탈 가능하게 설치해도 좋다. 또한, 검사 장치(53)는, 노광 장치(EX)와 독립적으로 공간 광 변조기(28)의 전용의 검사 장치로서 설치해도 좋다.
(5) 또한, 조명 광학계(ILS)로부터의 조명광(IL)은, 복수의 미러 요소(30)(반사 요소)에 대략 입사각 α로 비스듬히 입사하고, 미러 요소(30)로부터의 반사광이, 투영 광학계(PL)에 대하여 투영 광학계(PL)의 광축(AXW)에 교차하도록 입사하고 있다. 따라서, 투영 광학계(PL)는 물체면측에 비텔리센트릭이기 때문에, 공간 광 변조기(28)로부터의 반사광의 전부를 투영 광학계(PL)를 통해 웨이퍼(W)에 조사할 수 있어, 조명광(IL)의 이용 효율이 높다. 또한, 편광 제어 광학계(6)에서 설정되는 조명광(IL)의 편광 상태를 웨이퍼(W)의 표면에서 정확히 재현할 수 있다.
[제2 실시형태]
다음으로, 제2 실시형태에 관하여 도 1 및 도 8을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서도, 도 1의 노광 장치(EX)를 사용하지만, 공간 광 변조기(28)의 특성으로서 반사면의 평면도를 검사하는 점이 상이하다. 이것에 수반하여 연산 장치(55)의 동작이 제1 실시형태와 상이하다.
본 실시형태의 공간 광 변조기(28)의 특성의 검사시에는, 도 7의 단계 102, 104, 106과 동일한 동작을 실행한다. 즉, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 조명 영역(26A) 내의 어레이는, 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 위상 0의 미러 요소(30)와 위상 π의 미러 요소(30)가 체크 무늬형으로 배열되고, 도 4(A)의 위상 분포에 대응하는 공간 상의 강도 분포가 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 계측된다.
도 8(B)의 실선의 강도 분포(64)는, 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 계측되는 공간 상의 X축에 평행한 직선을 따르는 부분의 강도 분포(INT)이다. 실제로는, 그 공간 상의 전체면에 Y 방향으로 소정 간격으로 배치된 복수의 X축에 평행한 직선을 따르는 강도 분포가 계측되고, 계측 결과가 연산 장치(55)에 공급된다. 본 실시형태에서는, 미리 공간 상의 강도 분포(INT)와 대응하는 공간 광 변조기(28)의 반사면의 굴곡의 관계의 정보가 요구되고, 이 정보가 연산 장치(55) 내의 기억 장치에 기억되어 있다. 베이스 부재(32)의 왜곡 정보를 포함하는 강도 분포(64)가, 일례로서 도 8(B)와 같은 구면형의 분포일 때에는, 도 8(A)에 나타낸 바와 같이, 공간 광 변조기(28)의 베이스 부재(32)(나아가서는 미러 요소(30)의 어레이의 반사면)가 구면형으로 만곡하고 있다고 추정된다. 따라서, 연산 장치(55)는, 강도 분포(64) 및 미러 요소(30)의 어레이의 반사면이 평탄한 경우의 기지의 강도 분포(예컨대 강도 분포(65A)와 같은 평탄한 분포)의 정보를, 예컨대 2차원의 화상과 같은 형태로 주제어계(40)를 통해 도시되지 않은 모니터에 표시한다.
이것에 따라서, 예컨대 오퍼레이터는, 도 1의 공간 광 변조기(28)의 베이스 부재(32)의 이면의 볼트(58)를 따른 너트(57)의 위치를 조정하여, 베이스 부재(32)에 작용하는 응력 분포를 제어하여, 계측된 강도 분포(64)가 강도 분포(65A)에 근접하도록 베이스 부재(32)의 평탄도를 조정한다. 이 경우, 베이스 부재(32)의 평탄도를 조정할 때마다, 단계 104, 106의 동작을 실행하고, 공간 상의 강도 분포(INT)를 계측하는 것이 바람직하다. 이 동작을 반복함에 따라, 공간 광 변조기(28)의 베이스 부재(32), 나아가서는 미러 요소(30)의 어레이의 반사면을 2점 쇄선의 위치(65B)에서 나타낸 바와 같이 평탄하게 할 수 있다.
또, 연산 장치(55)로부터, 베이스 부재(32)에 부가하는 응력 분포의 정보를 공급해도 좋다.
또한, 공간 광 변조기(28)의 베이스 부재(32)의 이면에, 베이스 부재(32)에 작용하는 응력 분포를 가변으로 하기 위한 하나 또는 복수의 액츄에이터를 설치하여, 연산 장치(55)로부터의 베이스 부재(32)의 평탄도에 관한 정보, 공간 광 변조기(23)의 반사면의 굴곡에 관한 정보, 또는 공간 상의 위치에서의 광 강도 분포에 관한 정보에 기초하여, 미러 요소(30)의 어레이의 반사면이 평탄해지도록, 액츄에이터를 구동시켜도 좋다.
이 제2 실시형태에 있어서도, 노광 장치(EX)의 주제어계(40)는, 노광 장치(EX)의 콘솔에 설치된 표시부(모니터)에, 미러 요소(30)의 어레이의 반사면이 평탄도에 관한 정보를 표시시켜도 좋고, 마스터 컴퓨터 시스템에 그 정보를 통지해도 좋다. 또, 미러 요소(30)의 어레이의 반사면을 평탄하게 보정할 수 없는 경우는, 그 정보를 표시부에 표시시키거나, 마스터 컴퓨터 시스템에 통지해도 좋다.
[제3 실시형태]
다음으로, 제3 실시형태에 관하여 도 1 및 도 9를 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서도, 도 1의 노광 장치(EX)를 사용하지만, 공간 광 변조기(28)의 특성으로서 미광을 검사하고, 이 검사 결과를 이용하여 투영 광학계(PL)의 플레어를 검사(계측)하는 점이 상이하다. 이것에 수반하여 연산 장치(55)의 동작이 제1 실시형태와 상이하다.
본 실시형태의 공간 광 변조기(28)의 특성의 검사시에는, 우선, 도 7의 단계 102, 104, 106과 동일한 동작을 실행한다. 즉, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 조명 영역(26A) 내의 어레이는, 도 9(A)에 나타낸 바와 같이, 위상 0의 미러 요소(30)와 위상 π의 미러 요소(30)가 체크 무늬형으로 배열되고, 도 9(A)의 위상 분포에 대응하는 공간 상의 강도 분포가 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 계측된다.
도 9(C)의 실선의 강도 분포(68B)는, 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 계측되는 공간 상의 X 방향의 중앙의 부분에서 Y축에 평행한 직선(계측축)을 따르는 부분의 강도 분포(INT)이다. 실제로는, 그 공간 상의 전체면에 X 방향으로 소정 간격으로 배치된 복수의 Y축에 평행한 직선을 따르는 강도 분포를 계측해도 좋다. 그 계측 결과가 연산 장치(55)에 공급된다. 본 실시형태에서는, 미리 조명광(IL)을 조사하지 않는 상태라도, 도 9(A)의 위상 분포에 대응하는 공간 상의 강도 분포(68A)가 계측되고, 계측 결과가 연산 장치(55)에 기억되어 있다. 연산 장치(55)는, 강도 분포(68B)와 강도 분포(68A)의 차분을 위치 Y 마다 계산하고, 계산 결과를 공간 광 변조기(28)의 미광으로서 기억하고, 주제어계(40)에 공급한다.
다음에, 미러 요소(30)의 조명 영역(26A) 내의 어레이의 위상 분포를, 도 9(B)에 나타낸 바와 같이, 중앙의 장방형의 제1 영역(66) 내의 전부의 미러 요소(30)가 위상 π가 되고, 제1 영역(66)을 둘러싸는 프레임 형상의 제2 영역(67) 내에서 위상 0의 미러 요소(30)와 위상 π의 미러 요소(30)가 체크 무늬형으로 배열되도록 설정한다. 그리고, 도 9(B)의 위상 분포에 대응하는 검사용 공간 상의 강도 분포를 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 계측한다. 이 때의 상기의 계측축을 따르는 강도 분포는, 도 9(D)의 사다리꼴 형상의 강도 분포(68C)로 나타낸 바와 같이, 제1 영역(66)에 대응하는 부분에서 고레벨이 된다. 계측 결과는 연산 장치(55)에 공급된다.
그리고, 연산 장치(55)에서는, 강도 분포(68C)의 레벨이 저하된 부분에서, 강도 분포(68C)와 도 9(A)의 위상 분포에 대응하는 공간 상의 강도 분포(68B)의 차분(FR1, FR2)을 계산한다. 그 차분(FR1, FR2)은 투영 광학계(PL)의 플레어를 표시하고 있다. 연산 장치(55)는, 그 차분(FR1, FR2)을 투영 광학계(PL)의 플레어 정보로서 주제어계(40)에 공급한다. 이와 같이 본 실시형태에 따르면, 공간 광 변조기(28)의 미광 및 투영 광학계(PL)의 플레어를 효율적으로 검사할 수 있다.
여기서, 공간 광 변조기(28)의 미광의 양 또는 분포, 혹은 투영 광학계(PL)의 플레어의 양 또는 분포가 허용치를 넘는 경우에는, 노광 장치(EX)의 주제어계(40)는, 노광 장치(EX)의 콘솔에 설치된 표시부(모니터)에, 허용치를 넘어 있다는 취지의 정보를 표시시켜도 좋고, 마스터 컴퓨터 시스템에 그 정보를 통지해도 좋다.
여기서, 상기의 미광 또는 플레어의 허용치는, 그 프로세스에 있어서 허용되는 선폭 오차(OPC 오차를 포함함)에 의해서 정할 수 있다. 이 선폭 오차(OPC 오차)는, 예컨대 노광량의 변경, 동공 휘도 분포 등의 조명 조건의 변경 등에 의해서 어느 정도는 보정하는 것이 가능하기 때문에, 노광 장치(EX)의 주제어계(40)는, 계측된 미광·플레어에 관한 정보에 기초하여, 노광량의 변경이나, 동공 휘도 분포 등의 조명 조건의 변경을 행해도 좋다. 이 경우에 있어서도, 노광 장치(EX)의 주제어계(40)는, 노광 장치(EX)의 콘솔에 설치된 표시부(모니터)에, 이들의 정보를 표시시켜도 좋고, 마스터 컴퓨터 시스템에 그 정보를 통지해도 좋다.
또한, 노광량의 변경이나, 동공 휘도 분포 등의 조명 조건의 변경을 행해도, 공간 광 변조기(28)의 미광의 양 또는 분포, 혹은 투영 광학계(PL)의 플레어의 양 또는 분포가 허용치를 넘어버리는 경우에는, 보정 불가능한 취지의 정보(공간 광 변조기(28)의 교환 등을 재촉하는 정보)를 표시시켜도 좋고, 마스터 컴퓨터 시스템에 그 정보를 통지해도 좋다.
또, 상기한 실시형태에서는 이하와 같은 변형이 가능하다.
상기의 실시형태에서는, 투영 광학계(PL)의 공간 상을 공간 상 계측 장치(54)에 의해서 계측하고 있기 때문에, 효율적으로 공간 광 변조기(28)의 검사를 행할 수 있다. 또, 투영 광학계(PL)의 공간 상의 상태를 계측하기 위해서, 실제로 웨이퍼(W)의 포토레지스트를 노광하고, 포토레지스트의 현상 후에 형성되는 레지스트 패턴의 형상 등을 예컨대 주사형 전자 현미경(SEM) 등을 이용하여 계측해도 좋다.
또한, 상기의 실시형태에서는, 웨이퍼(W)를 연속적으로 이동하여 웨이퍼(W)를 주사 노광하고 있다. 그외에, 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 각 샷 영역(예컨대 SA21)을 Y 방향으로 복수의 부분 영역(SB1∼SB5) 등으로 분할하고, 투영 광학계(PL)의 노광 영역(26B)에 부분 영역(SB1) 등이 도달했을 때에, 조명광(IL)을 소정 펄스수만큼 발광시켜, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이로부터의 반사광으로 부분 영역(SB1) 등을 노광해도 좋다. 이 후, 웨이퍼(W)를 Y 방향으로 스텝 이동시키고, 다음의 부분 영역(SB2) 등이 노광 영역(26B)에 도달하고 나서, 마찬가지로 부분 영역(SB2) 등에 노광이 행해진다. 이 방식은 실질적으로 스텝·앤드·리피트 방식이지만, 부분 영역(SB1∼SB5) 등에는 서로 상이한 패턴이 노광된다.
다음으로, 상기의 실시형태에서는, 물체측에 비텔리센트릭의 투영 광학계(PL)을 이용하고 있다. 그 외에, 도 10의 변형예의 노광 장치(EXA)에서 나타낸 바와 같이, 물체측 및 상면측에 양측 텔리센트릭의 투영 광학계(PLA)를 이용하는 것도 가능하다. 도 10에 있어서, 노광 장치(EXA)는, S 편광의 조명광(IL)을 대략 +Y 방향으로 발생하는 조명 광학계(ILSA)와, 조명광(IL)을 +Z 방향으로 반사하는 편광빔 스플리터(51)와, 편광빔 스플리터(51)로부터의 조명광(IL)을 원편광으로 변환하는 1/4 파장판(52)과, 원편광의 조명광(IL)을 -Z 방향으로 반사하는 다수의 미러 요소(30)의 2차원의 어레이를 갖는 공간 광 변조기(28)와, 미러 요소(30)에서 반사되고 나서, 1/4 파장판(52) 및 편광빔 스플리터(51)를 투과한 조명광(IL)을 수광하여 웨이퍼(W)의 표면의 노광 영역(26B)에 공간 상(패턴)을 투영하는 투영 광학계(PLA)를 구비하고 있다. 조명 광학계(ILSA)는, 도 1의 조명 광학계(ILS)로부터 미러(8B, 8C)를 제외한 광학계이다. 공간 광 변조기(28)의 구성 및 작용은 도 1의 실시형태와 동일하다.
다만, 이 변형예에서는, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)에 대하여 조명광(IL)이 대략 입사각 0으로 입사한다. 그 때문에, 작은 σ조명의 경우에는, 미러 요소(30)로부터의 반사광은, 투영 광학계(PL)의 광축 AX에 대략 평행하게 투영 광학계(PL)에 입사한다. 이 변형예의 노광 장치(EXA)에 따르면, 양측 텔리센트릭의 투영 광학계(PLA)를 사용할 수 있기 때문에, 노광 장치의 구성을 간소화할 수 있다.
또, 조명광(IL)의 이용 효율이 1/2로 저하해도 좋은 경우에는, 편광빔 스플리터(51)의 대신에 통상의 빔 분할기를 사용하여, 1/4 파장판(52)을 생략해도 좋다. 이 경우에는, 편광 조명을 사용할 수 있다.
또한, 도 1의 파면 분할형의 인터그레이터인 마이크로 렌즈 어레이(16) 대신에, 내면 반사형의 옵티컬·인터그레이터로서의 로드형 인터그레이터를 이용할 수도 있다.
[제4 실시형태]
다음에, 제4 실시형태에 관하여 도 11∼도 14를 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 독립의 검사 장치를 이용하여 공간 광 변조기의 각 미러 요소의 높이(반사광의 위상)가 평균적인 설정 오차(목표치에 대한 실제의 설정치의 변동)ΔZ를 계측한다.
도 11은, 본 실시형태의 검사 장치(70)를 나타낸다. 검사 장치(70)는, 검사용의 조명광(ILD)을 발생하는 조명계(71)와, 조명광(ILD)을 절곡하는 하프 미러(72)와, 절곡된 조명광(ILD)을 검사 대상의 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이에 조사하는 제1 대물 렌즈(73A)를 갖는다. 또한, 검사 장치(70)는, 미러 요소(30)의 어레이에서 반사되어 제1 대물 렌즈(73A) 및 하프 미러(72)를 통과한 조명광으로부터 미러 요소(30)의 어레이의 공간 상을 형성하는 제2 대물 렌즈(73B)와, 대물 렌즈(73A, 73B)로 이루어지는 검사 광학계(결상 광학계)의 동공면(사출 동공과 켤레인 면) 또는 이 근방의 면에 배치되는 가변 개구 조리개(74)와, 그 공간 상을 촬상하는 예컨대 CCD형의 2차원의 촬상 소자(75)와, 촬상 소자(75)의 촬상 신호를 처리하여 각 미러 요소(30)의 높이의 평균적인 설정 오차 ΔZ를 구하는 연산 장치(55A)를 갖는다. 공간 광 변조기(28)에는 변조 제어부(48)가 접속되어 있다. 그 검사 광학계의 배율은 저배이며, 예컨대 1배이다. 또한, 그 검사 광학계의 개구수 NA는 가변이다.
본 실시형태에서는, 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 어레이의 높이의 분포(반사광의 위상 분포)는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 일례로서 X 방향으로 N 열에서 Y 방향으로 N 행의 N×N 화소(N은 1 이상의 정수)의 미러 요소(30)를 단위로서 체크 무늬형으로 설정된다. 도 12에 있어서, 전부 M×M 화소(M은 N의 정수배)의 검사 대상인 미러 요소(30)의 어레이를 N×N개씩의 미러 요소(30)를 포함하여 체크 무늬형으로 배열된 화소군(76A, 76B)으로 나누었을 때, 화소군(76A) 내의 모든 미러 요소(30)는, 반사광의 위상을 제1 위상(여기서는 0°로 함)만큼 변화시키는 제1 상태로 설정된다. 그리고, 화소군(76A)과 X 방향 및 Y 방향으로 교대로 배치되는 화소군(76) 내의 모든 미러 요소(30)는, 반사광의 위상을 제1 위상과 180° 상이한 제2 위상(여기서는 180°=π)만큼 변화시키는 제2 상태로 설정된다.
이 경우, 도 11의 검사 광학계의 개구 NA는, 각 화소군(76A, 76B)의 상을 해상하지 않도록 설정된다. 구체적으로, 조명광(ILD)의 파장을 λ, 미러 요소(30)의 배열의 피치를 px라고 하면, 개구수 NA는 다음의 범위이면 좋다.
NA<λ/(21/2·N·px)…(4)
그리고, 도 11의 조명계(71)의 조명 조건을, 일례로서 코히어런스 팩터(비율)(σ값)가 매우 작고(대략 0), 랜덤 편광이라고 하여, 도 12의 정수 N을 10, 정수 M을 100으로 하여, 미러 요소(30)의 어레이의 공간 상을 시뮬레이션에 의해서 평가했다. 이 때에, 각 미러 요소(30)의 높이의 목표치에 대한 실제의 설정치의 설정 오차(변동)ΔZ를 가우스 분포라고 가정하고, 설정 오차 ΔZ의 표준 편차의 3배(이하, ΔZ3σ라고 함)가 도 13(A), 도 13(B), 도 13(C)에 나타내는 값인 경우에 관해서 각각 도 11의 촬상 소자(75)로 검출되는 공간 상을 시뮬레이션에 의해서 구했다. 도 13(A), 도 13(B), 도 13(C)는 각각 ΔZ3σ이 1 ㎚, 2 ㎚, 및 4 ㎚인 경우의 도 12의 미러 요소(30)의 어레이의 설정 오차 Δ의 분포의 일례를 나타낸다. 설정 오차 ΔZ의 분포의 형태는 서로 동일하지만, 설정 오차 ΔZ의 절대치가 ΔZ3σ에 비례하여 크게 설정되어 있다. 또한, 도 11의 검사 광학계의 개구수 NA는, 식(4)를 만족하는 범위에서 대략 가장 큰 값인 0.6으로 설정했다.
도 14(A), 도 14(B), 도 14(C)는, 각각 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 높이의 설정 오차의 표준 편차의 3배(ΔZ3σ)가 1 ㎚, 2 ㎚, 및 4 ㎚인 경우에, 도 11의 검사 장치(70)에 의해서 얻어지는 공간 상(광 강도 분포)을 시뮬레이션으로 구한 결과를 나타낸다. 도 14(A)∼도 14(C)에서, ΔZ3σ이 증가하면, 공간 상의 최대치를 평균치로 나누어 얻어지는 콘트라스트가 커지고 있는 것을 알 수 있다.
도 14(D)는, 도 14(A)∼도 14(C)의 공간 상의 광 강도의 평균치(%)(꺾임선 77C), 이들의 공간 상의 광 강도의 최대치(%)(꺾임선 77B) 및 그 광 강도의 최대치를 평균치로 나눈 콘트라스트(%)(꺾임선 77A)를 나타낸다. 도 14(D)의 꺾임선 77A가 나타내는 콘트라스트는, 대략 ΔZ3σ에 비례하여 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 그래서, 도 11의 연산 장치(55A)의 기억부에는, 도 14(D)의 꺾임선 77A의 정보가 기억되어 있다.
그리고, 실제로 공간 광 변조기(28)의 미러 요소(30)의 높이의 설정 오차를 평가할 때에는, 연산 장치(55A)는, 도 11의 촬상 소자(75)의 촬상 신호로부터 도 12의 미러 요소(30)의 어레이의 상의 콘트라스트를 구한다. 또한, 그 콘트라스트를 꺾임선 77A에 적용함으로써, 용이하게 미러 요소(30)의 어레이의 높이의 설정 오차의 표준 편차의 3배(ΔZ3σ)를 구할 수 있다.
또, 도 11의 검사 장치(70)의 동작을 도 1의 실시형태의 검사 장치(54)에서 행하는 것도 가능하다. 도 1의 실시형태의 검사 장치(54)를 이용하는 경우에는, 미러 요소(30)의 어레이의 높이의 설정 오차에 관한 정보를, 노광 장치(EX)의 표시부에 표시, 혹은 마스터 컴퓨터 시스템에 통지해도 좋다.
또한, 전자 디바이스(또는 마이크로 디바이스)를 제조하는 경우, 전자 디바이스는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 전자 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 단계 221, 이 설계 단계에 기초한 마스크의 패턴 데이터를 실시형태의 노광 장치(EX, EXA)의 주제어계에 기억하는 단계 222, 디바이스의 기재인 기판(웨이퍼)을 제조하여 레지스트를 도포하는 단계 223, 전술한 노광 장치(EX, EXA)(또는 노광 방법)에 의해 공간 광 변조기(28)에서 생성되는 위상 분포의 공간 상을 기판(감응 기판)에 노광하는 공정, 노광한 기판을 현상하는 공정, 현상한 기판의 가열(큐어) 및 에칭 공정 등을 포함하는 기판 처리 단계 224, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 등의 가공 프로세스를 포함함) 225, 및 검사 단계 226 등을 거쳐 제조된다.
이 디바이스의 제조방법은, 상기의 실시형태의 마스크리스 방식의 노광 장치(또는 노광 방법)를 이용하여 웨이퍼(W)를 노광하는 공정과, 노광된 웨이퍼(W)를 처리하는 공정(단계 224)을 포함하고 있다. 따라서, 미세한 회로 패턴을 구비하는 전자 디바이스를 고정밀도로 저렴히 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은, 반도체 디바이스의 제조 프로세스로의 적용에 한정되지 않고, 예컨대, 액정 표시 소자, 플라즈마 디스플레이 등의 제조 프로세스나, 촬상 소자(CMOS형, CCD등), 마이크로머신, MEMS(Microelectromechanical Systems: 미소 전기 기계 시스템), 박막 자기 헤드 및 DNA칩 등의 각종 디바이스(전자 디바이스)의 제조 프로세스에도 널리 적용할 수 있다.
또, 본 발명은 전술의 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 구성을 취할 수 있다.
또한, 본 발명은, 이하의 조항에 따라서 기술할 수도 있다.
1. 광이 조사되는 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기의 검사 방법에 있어서, 상기 광학 소자의 어레이의 적어도 일부의 검사 대상 영역에서, 제1 상태의 광학 소자와, 입사하는 광의 위상을 상기 제1 상태의 광학 소자를 통과한 광의 위상인 제1 위상과 180° 상이한 제2 위상만큼 변화시켜 통과시키는 제2 상태의 광학 소자가 체크 무늬형으로 배열된 상태가 되도록 제어하는 것과,
상기 검사 대상 영역을 통과한 광을, 투영 광학계의 상면에 유도하는 것과,
하나의 상기 광학 소자의 상의 폭보다 해상 한계가 거친 투영 광학계에 유도하여 공간 상을 형성하는 것과,
상기 투영 광학계를 통과한 광으로부터 상기 공간 광 변조기의 특성을 검사하는 것을 포함하고,
λ/(2·NA)>β·py
를 만족하는 공간 광 변조기의 검사 방법.
단,
λ: 상기 광의 파장,
NA: 상기 투영 광학계의 상면에 광을 유도할 때의 상기 투영 광학계의 상기 상면의 측의 개구수, β: 상기 투영 광학계의 배율,
py: 상기 복수의 광학 요소의 어레이의 폭이다.
2. 상기 공간 광 변조기의 특성을 검사하기 위해서, 상기 투영 광학계에 의해서 형성되는 공간 상으로부터 상기 검사 대상 영역 내의 결함이 있는 광학 소자를 특정하는 조항 1에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
3. 상기 결함이 있는 광학 소자를 특정하기 위해서, 상기 검사 대상 영역 내에서, 상기 공간 상 중의 광 강도가 소정의 임계치보다 강한 부분에 대응하는 광학 소자의 위치를 구하는 조항 2에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
4. 상기 검사 대상 영역을 각각 복수의 상기 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 소자의 배열 방향인 제1 방향에 인접하는 제1 영역 및 제2 영역으로 분할하는 것과,
상기 제1 영역 내에 상기 결함이 있는 광학 소자가 배치되어 있을 때에, 상기 제2 영역 내에서 상기 결함이 있는 광학 소자로부터 상기 제1 방향으로 떨어진 광학 소자를 상기 결함이 있는 광학 소자의 대체의 광학 소자로 하는 것을 포함하는 조항 2 또는 3에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
5. 상기 공간 광 변조기의 특성을 검사하기 위해서, 상기 투영 광학계에 의해서 형성되는 공간 상으로부터 상기 검사 대상 영역 내의 복수의 상기 광학 소자의 반사면의 왜곡 정보를 구하는 조항 1에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
6. 상기 반사면의 왜곡 정보에 기초하여, 상기 공간 광 변조기의 상기 검사 대상 영역에 응력을 가하는 것을 포함하는 조항 5에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
7. 상기 공간 광 변조기의 특성을 검사하기 위해서, 상기 투영 광학계에 의해서 형성되는 공간 상으로부터 상기 공간 광 변조기에 기인하는 미광량을 구하는 조항 1에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
8. 상기 검사 대상 영역을, 제1 조명 영역과 이것을 둘러싸는 제2 조명 영역으로 나누고,
상기 제1 조명 영역 내의 복수의 상기 광학 요소를 상기 제1 상태로 설정하고, 상기 제2 조명 영역을, 상기 제1 상태의 광학 소자와 상기 제2 상태의 광학 소자가 체크 무늬형으로 배열된 상태로 설정하는 것과,
상기 검사 대상 영역을 통과한 광에 의해서 상기 투영 광학계를 통해 검사용 공간 상을 형성하는 것과,
상기 투영 광학계에 의해서 형성되는 상기 공간 상과 상기 검사용 공간 상으로부터 상기 투영 광학계의 플레어 정보를 구하는 것을 포함하는 조항 7에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
9. 상기 공간 광 변조기의 특성을 검사하기 위해서, 상기 투영 광학계에 의해서 형성되는 공간 상의 광 강도의 콘트라스트로부터 상기 공간 광 변조기의 상기 광학 요소를 통과하는 광의 위상의 변동을 구하는 조항 1에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
10. 상기 공간 상으로부터 상기 공간 광 변조기의 특성을 검사하는 것은, 상기 공간 상을 광학적으로 검출하는 것을 포함하는 조항 1∼9 중 어느 하나에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법.
11. 노광광으로 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기 및 투영 광학계를 통해 기판을 노광하는 노광 방법에 있어서,
조항 1∼10 중 어느 하나에 기재된 공간 광 변조기의 검사 방법에 의해서 상기 공간 광 변조기의 검사를 행하는 공정을 포함하는 노광 방법.
12. 상기 투영 광학계의 상면에 광을 유도할 때의 상기 투영 광학계의 상기 상면의 측의 개구수는, 상기 기판을 노광할 때의 상기 투영 광학계의 상기 상면의 측의 개구수보다 낮게 설정하는 조항 11에 기재된 노광 방법.
13. 광이 조사되는 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기의 검사 장치에 있어서,
상기 광학 소자의 어레이의 적어도 일부의 검사 대상 영역을 조명하는 조명 장치와,
상기 검사 대상 영역에서, 제1 상태의 광학 소자와, 입사하는 광의 위상을 상기 제1 상태의 광학 소자를 통과한 광의 위상인 제1 위상과 180° 상이한 제2 위상만큼 변화시켜 통과시키는 제2 상태의 광학 소자가 체크 무늬형으로 배열된 상태가 되도록 제어하는 제어 장치와,
상기 검사 대상 영역을 통과한 광을 상면에 유도하는 투영 광학계와,
상기 투영 광학계를 통과한 광을 이용하여 상기 공간 광 변조기의 검사를 행하는 연산 장치를 구비하고,
λ/(2·NA)>β·py를 만족하는 공간 광 변조기의 검사 장치.
단,
λ: 상기 광의 파장,
NA: 상기 투영 광학계의 상면에 광을 유도할 때의 상기 투영 광학계의 상기 상면의 측의 개구수,
β: 상기 투영 광학계의 배율,
py: 상기 복수의 광학 요소의 어레이의 폭이다.
14. 상기 연산 장치는, 상기 검사 대상 영역 내의 결함이 있는 광학 소자를 특정하는 조항 13에 기재된 공간 광 변조기의 검사 장치.
15. 상기 제어 장치는,
상기 검사 대상 영역을 각각 복수의 상기 광학 소자를 포함하고, 상기 광학 소자의 배열 방향인 제1 방향에 인접하는 제1 영역 및 제2 영역으로 분할하며,
상기 제1 영역 내에 상기 결함이 있는 광학 소자가 배치되어 있을 때에, 상기 제2 영역 내에서 상기 결함이 있는 광학 소자로부터 상기 제1 방향으로 떨어진 광학 소자를 상기 결함이 있는 광학 소자의 대체의 광학 소자로 하는 조항 14에 기재된 공간 광 변조기의 검사 장치.
16. 상기 연산 장치는, 상기 검사 대상 영역 내의 복수의 상기 광학 소자의 반사면의 왜곡 정보를 구하는 조항 13에 기재된 공간 광 변조기의 검사 장치.
17. 상기 연산 장치는, 상기 공간 광 변조기에 기인하는 미광량을 구하는 조항 13에 기재된 공간 광 변조기의 검사 장치.
18. 상기 제어 장치는,
상기 검사 대상 영역을, 제1 영역과 이것을 둘러싸는 제2 영역으로 나누고,
상기 제1 영역 내의 복수의 상기 광학 요소를 상기 제1 상태로 설정하고, 상기 제2 영역을, 상기 제1 상태의 광학 소자와 상기 제2 상태의 광학 소자가 체크 무늬형으로 배열된 상태로 설정하며,
상기 연산 장치는, 상기 제1 영역 및 제2 영역을 통과한 광에 의해서 상기 투영 광학계를 통해 형성되는 검사용 공간 상과 상기 공간 상에 기초하여 상기 투영 광학계의 플레어 정보를 구하는 조항 17에 기재된 공간 광 변조기의 검사 장치.
19. 상기 연산 장치는, 상기 투영 광학계에 의해서 형성되는 공간 상의 광 강도의 콘트라스트로부터 상기 공간 광 변조기의 상기 광학 요소를 통과하는 광의 위상의 변동을 구하는 조항 13에 기재된 공간 광 변조기의 검사 장치.
20. 조명계로부터의 노광광으로 투영계를 통해 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서,
상기 투영계의 물체면측에 배치되어, 각각 상기 노광광을 상기 투영계에 유도하도록 제어 가능한 복수의 광학 요소의 어레이를 갖는 공간 광 변조기와,
조항 13∼19 중 어느 하나에 기재된 공간 광 변조기의 검사 장치를 구비하는 노광 장치.
21. 상기 조명계는, 상기 검사 장치의 상기 조명 장치의 적어도 일부를 겸용하고,
상기 투영계는, 상기 검사 장치의 상기 투영 광학계를 겸용하는 조항 20에 기재된 노광 장치.
22. 상기 투영 광학계의 상면에 광을 유도된 광을 이용하여 상기 공간 광 변조기를 검사를 행할 때의 상기 투영 광학계의 상기 상면의 측의 개구수는, 상기 기판을 노광할 때의 상기 투영 광학계의 상기 상면의 측의 개구수보다 낮게 설정하는 조항 20 또는 21에 기재된 노광 장치.
23. 조항 11 또는 12에 기재된 노광 방법을 이용하여 기판상에 감광층의 패턴을 형성하는 것과,
상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법.
24. 조항 20∼22 중 어느 하나에 기재된 노광 장치를 이용하여 기판상에 감광층의 패턴을 형성하는 것과,
상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법.
또한, 본원에 기재한 상기 공보, 각 국제 공개 팜플렛, 미국특허, 또는 미국특허 출원 공개 명세서에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다. 또한, 명세서, 특허청구의 범위, 도면, 및 요약을 포함하는 2011년 9월 2일자 제출의 일본국 특허 출원 제2011-191319호의 모든 개시 내용은, 모두 그대로 인용하여 본원에 삽입되고 있다.
EX, EXA : 노광 장치 ILS, ILSA : 조명 광학계
PL, PLA : 투영 광학계 W : 웨이퍼
28 : 공간 광 변조기 30 : 미러 요소
37A : 통상 영역 37B : 예비 영역
38 : 결함 요소 39 : 대체 요소
48 : 변조 제어부 53 : 검사 장치
54 : 공간 상 계측 장치

Claims (22)

  1. 물체를 노광하는 노광 장치에 있어서,
    노광광을 공급하는 조명계와,
    베이스와, 상기 베이스 상에 병렬로 배치되어 각각이 상기 노광광을 반사하는 복수의 미러를 구비하는 공간 광 변조기와,
    상기 공간 광 변조기를 통한 노광광으로 상기 물체에 패턴을 투영하는 투영 광학계와,
    상기 투영 광학계를 통한 상기 공간 광 변조기의 상기 복수의 미러로부터의 광의 수광 결과에 따라 상기 베이스를 변형시키는 변형 장치
    를 포함하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변형 장치는, 상기 공간 광 변조기의 상기 베이스 상의 제1 부분의 상기 투영 광학계의 광축을 따른 방향의 제1 위치와, 상기 베이스 상에서 상기 제1 부분과 상이한 제2 부분의 상기 광축을 따른 방향의 제2 위치와의 상대적인 위치를 변경 가능하게 하는 것인, 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변형 장치는, 상기 제1 및 제2 위치의 상기 광축 방향에 따른 차를 변경하도록, 상기 베이스를 변형시키는 것인, 노광 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 베이스를 제1 변형 상태로부터 상기 제1 변형 상태와 상이한 제2 변형 상태로 변형시키도록, 상기 변형 장치를 제어하는 제어부를 더 포함하는 노광 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 투영 광학계를 통한 상기 공간 광 변조기의 복수의 미러로부터의 광을 수광하는 수광기를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 수광기에 의한 상기 광의 수광 결과를 이용하여, 상기 변형 장치를 제어하는 것인, 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기의 상기 복수의 미러의 각각은, 상기 조명계로부터의 광을 반사하는 제1 상태와, 상기 제1 상태의 미러로 반사된 광에 대하여 위상차를 갖도록 상기 조명계로부터의 광을 반사하는 제2 상태로 설정 가능하고,
    상기 수광기는, 상기 제1 상태의 상기 미러와 상기 제2 상태의 상기 미러가 교대로 위치하도록 설정된 상기 공간 광 변조기로부터의 광을 수광하는 것인, 노광 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 변형 장치는, 상기 공간 광 변조기의 상기 베이스에 응력을 가하는 응력 부가 기구를 구비하는 것인, 노광 장치.
  8. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 이용하여 기판 상에 감광층의 패턴을 형성하는 것과,
    상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 것
    을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  9. 물체를 노광하는 노광 방법에 있어서,
    조명계를 이용하여 노광광을 공급하는 것과,
    베이스와, 상기 베이스 상에 병렬로 배치되어 각각이 상기 노광광을 반사하는 복수의 미러를 구비하는 공간 광 변조기를 준비하는 것과,
    투영 광학계를 이용하여, 상기 공간 광 변조기를 통한 노광광으로 상기 물체에 패턴을 투영하는 것과,
    상기 투영 광학계를 통한 상기 공간 광 변조기의 상기 복수의 미러로부터의 광의 수광 결과에 따라 상기 베이스를 변형시키는 것
    을 포함하는 노광 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 변형시키는 것은, 상기 공간 광 변조기의 상기 베이스 상의 제1 부분의 상기 투영 광학계의 광축을 따른 방향의 제1 위치와, 상기 베이스 상에서 상기 제1 부분과 상이한 제2 부분의 상기 광축을 따른 방향의 제2 위치와의 상대적인 위치를 상이하게 할 수 있는 것인, 노광 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변형시키는 것은, 상기 제1 및 제2 위치의 상기 광축 방향에 따른 차를 변경하도록, 상기 베이스를 변형시키는 것인, 노광 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 변형시키는 것은, 상기 베이스를 제1 변형 상태로부터 상기 제1 변형 상태와 상이한 제2 변형 상태로 변형시키는 것을 포함하는 것인, 노광 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 투영 광학계를 통한 상기 공간 광 변조기의 복수의 미러로부터의 광을 수광하는 것을 더 포함하고,
    상기 변형시키는 것은, 상기 광의 수광 결과를 이용하여, 상기 베이스를 변형시키는 것을 포함하는 것인, 노광 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기의 상기 복수의 미러의 각각은, 상기 조명계로부터의 광을 반사하는 제1 상태와, 상기 제1 상태의 미러로 반사된 광에 대하여 위상차를 갖도록 상기 조명계로부터의 광을 반사하는 제2 상태로 설정 가능하고,
    상기 수광하는 것은, 상기 제1 상태의 상기 미러와 상기 제2 상태의 상기 미러가 교대로 위치하도록 설정된 상기 공간 광 변조기로부터의 광을 수광하는 것을 포함하는 것인, 노광 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 변형하는 것은, 상기 공간 광 변조기에 응력을 가하는 것을 포함하는 것인, 노광 방법.
  16. 디바이스 제조 방법에 있어서,
    제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법를 이용하여 기판 상에 감광층의 패턴을 형성하는 것과,
    상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 것
    을 포함하는 디바이스 제조 방법.
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