KR20020042462A - 조명 광학 장치, 해당 조명 광학 장치를 구비한 노광장치, 마이크로디바이스의 제조 방법 및 노광 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 피조사면상의 직교하는 2 방향에서 서로 다른 조명 조건을 실현할 수 있는 조명 광학 장치를 제공하는 것이다.
광원 수단(1)으로부터의 광속(光束)에 근거하여 제 1 다수 광원을 형성하기 위한 제 1 광학 적분기(6)와, 제 1 다수 광원으로부터의 광속에 근거하여 보다 다수의 제 2 다수 광원을 형성하기 위한 제 2 광학 적분기(8) 사이의 광로중에, 제 2 다수 광원의 전체 크기를 상사(相似)적으로 변경하기 위한 변배 광학계(7)가 배치되어 있다. 또한, 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 소정 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해서 입사 광속의 종횡비를 변경하는 종횡비 변경 소자(10)를 구비하고 있다.
Description
본 발명은 조명 광학 장치 및 해당 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 마이크로디바이스를 리소그래피 공정으로 제조하기 위한 노광 장치에 적합한 조명 광학 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광속이, 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈를 거쳐서, 다수의 광원으로 이루어지는 실질적인 면 광원으로서의 2차 광원을 형성한다. 2차 광원으로부터의 광속은, 플라이 아이 렌즈의 뒤측(後側) 초점면 근방에 배치된 개구 조리개를 거쳐서 제한된 후, 콘덴서 렌즈에 입사된다.
콘덴서 렌즈에 의해 집광된 광속은, 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크의 패턴을 투과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼상에 결상된다. 이렇게 해서, 웨이퍼상에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 또, 마스크에 형성된 패턴은 고집적화되어 있어, 이 미세 패턴을 웨이퍼상에 정확히 전사하기 위해서는 웨이퍼상에서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다.
그래서, 플라이 아이 렌즈의 뒤측 초점면에 원 형상의 2차 광원을 형성하고, 그 크기를 변화시켜 조명의 코히런시 σ(σ값=개구 조리개 직경/투영 광학계의 동공 직경, 또는 σ값=조명 광학계의 사출측 개구수/투영 광학계의 입사측 개구수)를 변화시키는 기술이 주목되고 있다. 또한, 플라이 아이 렌즈의 뒤측 초점면에 고리띠 형상이나 4극 형상의 2차 광원을 형성하여, 투영 광학계의 초점 심도나 해상력을 향상시키는 기술이 주목되고 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 종래 기술에서는, 원 형상의 2차 광원에 근거한 통상의 원형 조명의 경우도, 고리띠 형상이나 4극 형상의 2차 광원에 근거한 변형 조명(고리띠 조명이나 4극 조명)의 경우도, 피조사면인 마스크상의 1점에 입사하는 광속의 단면 형상이 마스크상의 직교하는 2 방향에 관하여 동일한 위치 관계에 있다. 바꿔 말하면, 종래 기술에서는 피조사면상의 직교하는 2 방향에서 조명 조건이 동일하다. 그 결과, 마스크 패턴에 방향성이 있는 경우, 마스크상의 직교하는 2 방향에서 최적인 조명 조건을 실현할 수 없다. 그런데, 또한 최근에 있어서는, 적절한 조명 조건을 기초로 마스크의 패턴을 정확하게 전사하는 것과, 동시에 마스크의 패턴을 정확하게 전사하는데 있어서, 투영 광학계의 광학 성능을 고정밀도로 확인할 수 있는 것이 갈망되고 있다.
본 발명은, 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 피조사면상의 직교하는 2 방향에서 서로 다른 조명 조건을 실현할 수 있는 조명 광학 장치 및 이 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 패턴에 방향성이 있는 마스크상의 직교하는 2 방향에서 최적인 조명 조건을 설정할 수 있는 노광 장치를 이용하여, 양호한 조명 조건을 기초로 양호한 마이크로디바이스를 제조할 수 있는 마이크로디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 적절한 조명 조건을 기초로 마스크의 패턴을 정확하게 전사할 수 있고, 동시에 마스크의 패턴을 정확하게 전사하는데 있어서, 투영 광학계의 광학 성능을 고정밀도로 확인할 수 있는 노광 장치나 노광 방법 등을 제공하는 것도 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 2는 플라이 아이 렌즈의 뒤측(後側) 초점면에 형성되는 4극 형상의 2차 광원의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 3은 아포컬(afocal) 줌 렌즈의 광로중에 배치된 V홈 액시콘(axicon)을 구성하는 한 쌍의 프리즘의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 4는 V홈 액시콘의 간격의 변화, 아포컬 줌 렌즈의 배율의 변화 및 줌 렌즈의 초점 거리의 변화가 4극 형상의 2차 광원에 미치는 영향을 모식적으로 설명하는 도면,
도 5는 V홈 액시콘의 간격의 변화, 아포컬 줌 렌즈의 배율의 변화 및 줌 렌즈의 초점 거리의 변화가 고리띠 형상의 2차 광원에 미치는 영향을 모식적으로 설명하는 도면,
도 6은 V홈 액시콘의 굴절면 형상에 관한 변형예를 나타내는 도면,
도 7은 V홈 액시콘의 회전 및 조합에 관한 변형예를 나타내는 도면,
도 8은 마이크로디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 흐름도,
도 9는 마이크로디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 흐름도,
도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 11은 실시예 2에 있어서 아포컬 렌즈의 앞측 렌즈군과 뒤측 렌즈군 사이의 광로중에 배치된 3개의 액시콘의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 12는 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 원추 액시콘의 작용을 설명하는 도면,
도 13은 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 줌 렌즈의 작용을 설명하는 도면,
도 14는 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 제 1 V홈 액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면,
도 15는 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 원 형상의 각 면 광원에 대한 원추 액시콘, 줌 렌즈, 제 1 V홈 액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면,
도 16은 실시예 2에 있어서 특성이 다른 3 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성되는 각 면 광원 및 그의 이동 범위에 대하여 설명하는 도면,
도 17은 실시예 2의 변형예 1에 있어서 특성이 다른 4 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성되는 각 면 광원 및 그의 이동과 변형에 대하여 설명하는 도면,
도 18은 실시예 2의 변형예 1에 있어서 특성이 다른 4 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성되는 각 면 광원 및 그의 이동과 변형에 대하여 설명하는 도면,
도 19는 실시예 2의 변형예 2에 있어서 특성이 다른 2 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성되는 각 면 광원 및 그의 이동과 변형에 대하여 설명하는 도면,
도 20은 실시예 2의 고리띠 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 원추 액시콘의 작용을 설명하는 도면,
도 21은 실시예 2의 고리띠 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 줌 렌즈의 작용을 설명하는 도면,
도 22는 실시예 2의 고리띠 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 제 1 V홈 액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면,
도 23은 실시예 2의 변형예 3를 설명하는 도면,
도 24는 실시예 2의 원형 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 제 1 V홈 액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면,
도 25는 본 발명의 실시예 3에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 26은 실시예 3에 있어서 아포컬 렌즈의 광로중에 배치된 한 쌍의 V홈 액시콘의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 27은 본 발명의 실시예 4에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 28은 실시예 4에 있어서 아포컬 렌즈의 광로중에 배치된 원추 액시콘 및 제 1 V홈 액시콘의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도,
도 29는 본 발명의 실시예 5에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 30은 실시예 5에 있어서의 제 2 회절 광학 소자의 작용을 설명하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 광원4 : 회절 광학 소자
5 : 아포컬 줌 렌즈6 : 마이크로 플라이 아이
7 : 줌 렌즈8 : 플라이 아이 렌즈
8a : 마이크로 플라이 아이9 : 콘덴서 광학계
10 : V홈 액시콘11, 72 : 회절 광학 소자
12 : 아포컬 렌즈14 : 원추 액시콘
15, 16 : V홈 액시콘17 : 마스크 블라인드
18 : 결상 광학계20 : 입력 수단
21 : 제어계22∼29 : 구동계
70 : 로드형 적분기71 : 줌 렌즈
73 : 입력 렌즈M : 마스크
PL : 투영 광학계W : 웨이퍼
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 발명에서는, 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여 제 1 다수 광원을 형성하기 위한 제 1 광학 적분기와, 상기 제 1 다수 광원으로부터의 광속에 근거하여 보다 다수의 제 2 다수 광원을 형성하기 위한 제 2 광학 적분기를 구비하고, 상기 제 2 다수 광원으로부터의 광속으로 피조사면을 조명하는 조명 광학 장치에 있어서, 상기 제 1 광학 적분기와 상기 제 2 광학 적분기 사이의 광로중에 배치되어, 상기 제 2 다수 광원의 전체 크기를 상사적으로 변경하기 위한 변배 광학계와, 상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 소정 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해, 상기 입사 광속의 종횡비를 변경하는 종횡비 변경 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다.
본 발명의 제 2 발명에서는, 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여 다수 광원을 형성하기 위한 광학 적분기와, 해당 광학 적분기로부터의 광속을 피조사면으로 인도하기 위한 도광 광학계를 구비한 조명 광학 장치에 있어서, 상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속 또는 소정의 광 강도 분포를 갖는 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자와, 상기 광속 변환 소자와 상기 광학 적분기 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광학 적분기로의 입사 광속의 소정 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해, 상기 입사 광속의 종횡비를 변경하는 종횡비 변경 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다.
제 1 발명 또는 제 2 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 종횡비 변경 소자는 광축을 중심으로 하여 회전 가능하게 구성되어 있다. 또는, 상기 종횡비 변경 소자는 상기 광학 적분기 또는 상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 제 1 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위한 제 1 종횡비 변경 소자와, 상기 광학 적분기 또는 상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위한 제 2 종횡비 변경 소자를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 종횡비 변경 소자는, 상기 소정 방향을 따라 오목 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 1 프리즘과, 해당 제 1 프리즘의 상기 오목 형상 단면의 굴절면과 상보(相補)적으로 형성된 볼록 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 2 프리즘을 갖고, 상기 제 1 프리즘 및 상기 제 2 프리즘중 적어도 어느 한쪽이 광축을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다. 이 경우, 상기 제 1 프리즘의 상기 오목 형상 단면은 V자 형태의 형상을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 발명에서는, 제 1 발명 또는 제 2 발명의 조명 광학 장치와, 상기 피조사면에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광시키기 위한 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 4 발명에서는, 제 3 발명의 노광 장치에 의해 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판상에 노광하는 노광 공정과, 상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로디바이스의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제 5 발명에서는, 피조명 물체를 조명하는 조명 광학계를 구비한 조명 광학 장치에 있어서, 상기 조명 광학계는 해당 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기 및 형상중 적어도 한쪽을 가변으로 하는 가변 수단을 구비하고, 상기 가변 수단은, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 수단과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 수단과, 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다.
제 5 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 조명 광학계는, 상기 조명광의 형상을 소망하는 광속 형상으로 변환하고, 해당 소망하는 광속 형상으로 변환된 조명광을 상기 가변 수단으로 인도하는 광 형상 변환 수단을 구비하고 있다. 이 경우, 상기 광 형상 변환 수단은, 상기 조명광의 형상을 제 1 광속 형상으로 변환하는 제 1 회절 광학 부재와, 해당 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련되고 상기 조명광의 형상을 제 2 광속 형상으로 변환하는 제 2 회절 광학 부재를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 조명 광학계는 상기 가변 수단과 상기 피조명 물체 사이의 광로중에 배치되어 상기 피조명 물체를 균일하게 조명하는 광학 적분기를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 6 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상(像)을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은, 상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠 작용 부여 공정과, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다. 이 경우, 상기 조명 공정은 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 7 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은, 상기 조명 광학계의 동공에 있어서 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정과, 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제 8 발명에서는 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은 상기 마스크에 대한 조명 조건을 변경하는 변경 공정을 포함하고, 상기 변경 공정은 상기 조명 광학계의 제 1 조명 조건을 설정하는 제 1 설정 공정과, 상기 조명 광학계의 제 2 조명 조건을 설정하는 제 2 설정 공정중 적어도 한쪽을 선택하는 선택 공정을 포함하고, 상기 제 1 설정 공정은, 상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠 작용 부여 공정과, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하고, 상기 제 2 설정 공정은, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정과, 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제 9 발명에서는, 피조명 물체를 조명하는 조명 광학계를 구비한 조명 광학 장치에 있어서, 상기 조명 광학계는 해당 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기 및 형상중 적어도 한쪽을 가변으로 하는 가변 수단을 구비하고, 상기 가변 수단은, 상기 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 수단과, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다.
제 9 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 가변 수단은 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 광학계를 갖는다. 또한, 상기 가변 수단은 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 수단을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 조명 광학계는 상기 조명광의 형상을 소망하는 광속 형상으로 변환하고, 해당 소망하는 광속 형상으로 변환된 조명광을 상기 가변 수단으로 인도하는 광 형상 변환 수단을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 광 형상 변환 수단은 상기 조명광의 형상을 제 1 광속 형상으로 변환하는 제 1 회절 광학 부재와, 해당 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련되고 상기 조명광의 형상을 제 2 광속 형상으로 변환하는 제 2 회절 광학 부재를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 조명 광학계는 상기 가변 수단과 상기 피조명 물체 사이의 광로중에 배치되어 상기 피조명 물체를 균일하게 조명하는 광학 적분기를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 10 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은 상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기 및 형상중 적어도 한쪽을 가변으로 하는 가변 공정을 포함하고, 상기 가변 공정은, 상기 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
제 10 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 가변 공정은 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 더 포함한다. 또한, 상기 가변 공정은 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 조명 공정은, 상기 가변 공정 전에, 상기 조명광의 형상을 소망하는 광속 형상으로 변환하는 광 형상 변환 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 광 형상 변환 공정은, 제 1 회절 광학 부재를 이용하여 상기 조명광의 형상을 제 1 광속 형상으로 변환하는 제 1 회절 공정과, 상기 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련된 제 2 회절 광학 부재를 이용하여 상기 조명광의 형상을 제 2 광속 형상으로 변환하는 제 2 회절 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 조명 공정은, 상기 가변 공정 후에, 광학 적분기를 이용하여 상기 피조명 물체를 균일하게 조명하는 균일 조명 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 11 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은 상기 마스크에 대한 조명 조건을 변경하는 변경 공정을 포함하고, 상기 변경 공정은, 상기 조명 광학계의 제 1 조명 조건을 설정하는 제 1 설정 공정과, 상기 조명 광학계의 제 2 조명 조건을 설정하는 제 2 설정 공정중 적어도 한쪽을 선택하는 선택 공정을 포함하고, 상기 제 1 설정 공정은, 상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과, 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하며, 상기 제 2 설정 공정은, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 소정 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 변위 공정과, 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제 12 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은, 상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제 13 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은 상기 마스크에 대한 조명 조건을 변경하는 변경 공정을 포함하고, 상기 변경 공정은 상기 조명 광학계의 제 1 조명 조건을 설정하는 제 1 설정 공정, 상기 조명 광학계의 제 2 조명 조건을 설정하는 제 2 설정 공정, 및 상기 조명 광학계의 제 3 조명 조건을 설정하는 제 3 설정 공정중 적어도 하나를 선택하는 선택 공정을 포함하며, 상기 제 1 설정 공정은, 상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하며, 상기 제 2 설정 공정은, 상기 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과, 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하고, 상기 제 3 설정 공정은, 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과, 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정과, 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
본 발명의 제 14 발명에서는, 상기 피조명 물체로서의 마스크를 조명하기 위한 제 5 발명 또는 제 9 발명에 기재된 조명 광학 장치와, 상기 마스크의 패턴 상을 감광성 기판에 투영하기 위한 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 15 발명에서는, 제 14 발명의 노광 장치를 이용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과, 상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로디바이스의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제 16 발명에서는, 제 6 발명∼제 8 발명 또는 제 10 발명∼제 13 발명의 노광 방법을 이용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과, 상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로디바이스의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제 17 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서, 조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과, 투영광학계를 이용하여 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정과, 상기 투영 광학계의 광학 특성을 계측하는 계측 공정을 포함하며, 상기 조명 공정은, 상기 투영 공정을 실행하는데 있어 조명 조건으로서의 σ값을 0.4≤σ≤0.95의 범위로 설정하는 노광 조건 설정 공정과, 상기 계측 공정을 실행하는 데 있어서 조명 조건으로서의 σ값을 0.01≤σ≤0.3의 범위로 설정하는 계측 조건 설정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다. 이 경우, 상기 투영 공정을 실행하는데 있어, 상기 마스크와 상기 감광성 기판을 주사 방향을 따라 이동시키는 주사 공정을 더 포함하며, 상기 조명 공정은 긴쪽 방향과 짧은쪽 방향을 갖는 직사각형 형상의 조명 영역을 상기 마스크상에 형성하는 공정을 포함하고, 상기 조명 영역의 짧은쪽 방향의 길이를 Ls로 하고, 상기 조명 영역의 긴쪽 방향의 길이를 Ll로 할 때, 0.05<Ls/Ll<0.7의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 18 발명에서는, 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 장치에 있어서, 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계와, 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하며, 상기 조명 광학계는, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광시킬 때, 조명 조건으로서의 σ값을 0.4≤σ≤0.95의 범위로 설정하고, 또한 상기 투영 광학계의 광학 특성을 계측할 때, 조명 조건으로서의 σ값을 0.01≤σ≤0.3의 범위로 설정하는 조명 조건 설정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다. 이 경우, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광시킬 때, 상기 마스크와 상기 감광성 기판을 주사 방향을 따라 이동시키는 주사 수단을 더 구비하고, 상기 조명 광학계에 의해 상기 마스크에 형성되는 상기 조명 영역의 짧은쪽 방향의 길이를 Ls로 하고, 상기 조명 광학계에 의해 상기 마스크에 형성되는 상기 조명 영역의 긴쪽 방향의 길이를 Ll로 할 때, 0.05<Ls/Ll<0.7의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
(발명의 실시예)
본 발명의 전형적인 실시예에 있어서는, 예를 들면 회절 광학 소자와 같은 광속 변환 소자에 의해, 광원 수단으로부터의 광속을 4극 형상이나 고리띠 형상의 광속으로 변환한다. 이 4극 형상이나 고리띠 형상의 광속은 소정의 광학계에 의해 집광되고, 광축에 대하여 비스듬한 방향에서 마이크로 플라이 아이 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이(이하, 「마이크로 플라이 아이」라고 함)와 같은 제 1 광학 적분기에 입사한다. 이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이에 의해 제 1 다수 광원이 형성된다. 제 1 다수 광원으로부터의 광속은 소정의 광학계를 거친 후, 플라이 아이 렌즈와 같은 제 2 광학 적분기에 의해 제 2 다수 광원, 즉 4극 형상이나 고리띠 형상의 2차 광원을 형성한다.
본 발명에서는, 마이크로 플라이 아이로의 입사 광속의 소정 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해, 입사 광속의 종횡비를 변경하는 종횡비 변경 소자를 구비하고 있다. 종횡비 변경 소자는, 예컨대 소정 방향을 따라 V자 형상의 오목 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 1 프리즘과, 이 제 1 프리즘의 V자 형상의 오목 형상 단면의 굴절면과 상보적으로 형성된 V자 형상의 볼록 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 2 프리즘을 갖는다. 그리고, 제 1 프리즘 및 제 2 프리즘중 적어도 어느 한쪽이 광축을 따라 이동 가능하게 구성되어 있다.
따라서, 제 1 프리즘의 오목 형상 굴절면과 제 2 프리즘의 V자 형상의 볼록 형상 굴절면과의 간격을 변화시키면, 4극 형상이나 고리띠 형상의 2차 광원의 전체 크기가 소정 방향을 따라 변화된다. 그 결과, 본 발명의 조명 광학 장치에서는 피조사면상의 직교하는 2 방향에서 서로 다른 조명 조건을 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 조명 광학 장치를 설치한 노광 장치에서는, 패턴에 방향성이 있는 마스크상의 직교하는 2 방향에서 최적인 조명 조건을 설정할 수 있어, 양호한 조명 조건을 기초로 양호한 마이크로디바이스를 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼면내에 있어서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼면내에 있어서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다. 또, 도 1에서는 조명 광학 장치가 4극 조명을 행하도록 설정되어 있다.
도 1의 노광 장치는 노광광(조명광)을 공급하기 위한 광원(1)으로서, 예컨대 248㎚(KrF) 또는 193㎚(ArF)의 파장의 광을 공급하는 엑시머 레이저 광원을 구비하고 있다. 광원(1)으로부터 Z 방향을 따라 사출된 거의 평행한 광속은 X 방향을 따라 가늘고 길게 연장된 직사각형 형상의 단면을 갖고, 한 쌍의 렌즈(2a 및 2b)로 이루어지는 빔 익스팬더(2)에 입사된다. 각 렌즈(2a 및 2b)는 도 1의 지면내(YZ 평면내)에 있어서 부(負)의 굴절력 및 정(正)의 굴절력을 각각 갖는다. 따라서, 빔 익스팬더(2)에 입사된 광속은 도 1의 지면내에서 확대되어, 소정의 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속으로 정형(整形)된다.
정형 광학계로서의 빔 익스팬더(2)를 통과한 거의 평행한 광속은, 절곡 미러(3)에 의해 Y방향으로 편향된 후, 4극 조명용의 회절 광학 소자(DOE)(4)에 입사한다. 일반적으로, 회절 광학 소자는 유리 기판에 노광광(조명광)의 파장 정도의 피치를 갖는 단차를 형성함으로써 구성되고, 입사 빔을 소망하는 각도로 회절시키는 작용을 갖는다. 4극 조명용의 회절 광학 소자(4)에 입사된 광속은 광축 AX를 중심으로 하여 등각도로 특정한 4개의 방향을 따라 회절되어, 4개의 광속, 즉 4극 형상의 광속으로 된다. 이와 같이, 회절 광학 소자(4)는 광원(1)으로부터의 광속을 4극 형상의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자를 구성하고 있다.
또, 회절 광학 소자(4)는 조명 광로에 대하여 삽입 및 분리가 자유롭게 구성되고, 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(4a)나 통상 원형 조명용의 회절 광학 소자(4b)와 전환 가능하게 구성되어 있다. 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(4a) 및 통상 원형 조명용의 회절 광학 소자(4b)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 여기서, 4극 조명용의 회절 광학 소자(4), 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(4a) 및 통상 원형 조명용의 회절 광학 소자(4b) 사이의 전환은, 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 1 구동계(22)에 의해 행해진다.
회절 광학 소자(4)를 거쳐서 형성된 4극 형상의 광속은 아포컬(afocal) 줌 렌즈(변배 릴레이 광학계)(5)에 입사하여, 동공면에 4개의 점(点) 상(像)(점 형상의 광원)을 형성한다. 이 4개의 점 상으로부터의 광은, 거의 평행한 광속으로 되어 아포컬 줌 렌즈(5)로부터 사출되어, 마이크로 플라이 아이(6)에 입사한다. 또, 아포컬 줌 렌즈(5)는 회절 광학 소자(4)와 마이크로 플라이 아이(6)의 입사면을 광학적으로 거의 공역인 관계로 유지하고, 또한 아포컬계(무초점 광학계)를 유지하면서, 소정의 범위에서 배율을 연속적으로 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 여기서, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 2 구동계(23)에 의해 실행된다.
이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(6)의 입사면에는 광축 AX에 대하여 거의 대칭으로 비스듬한 방향에서 광속이 입사한다. 마이크로 플라이 아이(6)는 조밀하고 또한 종횡으로 배열된 다수의 정육각형 형상의 정(正)굴절력을 갖는 미소 렌즈로 이루어지는 광학 소자이다. 일반적으로, 마이크로 플라이 아이는, 예컨대 평행 평면 유리판에 에칭 처리를 실시하여 미소 레즈군을 형성하는 것에 의해 구성된다.
여기서, 마이크로 플라이 아이를 구성하는 각 미소 렌즈는 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트보다도 미소하다. 또한, 마이크로 플라이 아이는 서로 격절(隔絶)된 렌즈 엘리먼트로 이루어지는 플라이 아이 렌즈와는 달리, 다수의 미소 렌즈가 서로 격절되지 않고 일체적으로 형성되어 있다. 그러나, 정굴절력을 갖는 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있다는 점에서 마이크로 플라이 아이는 플라이 아이 렌즈와 동일하다. 또, 도 1에서는 도면의 명료화를 위해, 마이크로 플라이 아이(6)를 구성하는 미소 렌즈의 수를 실제보다 매우 적게 나타내고 있다.
따라서, 마이크로 플라이 아이(6)에 입사된 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 2차원적으로 분할되어, 각 미소 렌즈의 뒤측 초점면에는 각각 1개의 4점 형상의 광원이 형성된다. 이와 같이, 마이크로 플라이 아이(6)는 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 다수의 광원으로 이루어지는 제 1 다수 광원을 형성하기 위한 제 1 광학 적분기를 구성하고 있다.
마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면에 형성된 다수의 광원으로부터의 광속은, 줌 렌즈(변배 광학계)(7)를 거쳐서, 제 2 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(8)를 중첩적으로 조명한다. 또, 줌 렌즈(7)는 소정의 범위에서 초점 거리를 연속적으로 변화시킬 수 있는 σ값 가변용의 변배 광학계로서, 마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면과 플라이 아이 렌즈(8)의 뒤측 초점면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다. 바꿔 말하면, 줌 렌즈(7)는 마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면과 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 퓨리에 변환의 관계로 연결하고 있다.
따라서, 마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면에 형성된 다수의 4점 형상의 광원으로부터의 광속은 줌 렌즈(7)의 뒤측 초점면에, 나아가서는 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에, 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심(偏心)한 4개의 조야(粗野)로 이루어지는 4극 형상의 조야를 형성한다. 이 4극 형상의 조야의 크기는 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 의존하여 변화된다. 또, 줌 렌즈(7)의 초점 거리의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 3 구동계(24)에 의해 실행된다.
플라이 아이 렌즈(8)는 정의 굴절력을 갖는 다수의 렌즈 엘리먼트를 조밀하고 또한 종횡으로 배열하는 것에 의해 구성되어 있다. 또, 플라이 아이 렌즈(8)를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트는 마스크상에서 형성해야 할 조야의 형상(나아가서는 웨이퍼상에서 형성해야 할 노광 영역의 형상)과 상사인 직사각형 형상의 단면을 갖는다. 또한, 플라이 아이 렌즈(8)를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 입사측 면은 입사측으로 볼록면을 향하게 한 구면(球面) 형상으로 형성되고, 사출측 면은 사출측으로 볼록면을 향하게 한 구면 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 플라이 아이 렌즈(8)에 입사된 광속은 다수의 렌즈 엘리먼트에 의해 2차원적으로 분할되어, 광속이 입사한 각 렌즈 엘리먼트의 뒤측 초점면에는 다수의 광원이 각각 형성된다.
이렇게 해서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 플라이 아이 렌즈(8)의 뒤측 초점면에는 플라이 아이 렌즈(8)로의 입사 광속에 의하여 형성되는 조야와 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2차 광원, 즉 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 4개의 실질적인 면 광원(31∼34)으로 이루어지는 4극 형상의 2차 광원이 형성된다. 이와 같이, 플라이 아이 렌즈(8)는 제 1 광학 적분기인 마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면에 형성된 제 1 다수 광원으로부터의 광속에 근거하여 보다 다수의 광원으로 이루어지는 제 2 다수 광원을 형성하기 위한 제 2 광학 적분기를 구성하고 있다.
플라이 아이 렌즈(8)의 뒤측 초점면에 형성된 4극 형상의 2차 광원으로부터의 광속은, 필요에 따라 4극 형상의 광투과부를 갖는 개구 조리개를 거쳐서 제한된 후, 콘덴서 광학계(9)의 집광 작용을 받은 후에, 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 중첩적으로 조명한다. 마스크 M의 패턴을 투과한 광속은 투영 광학계 PL을 거쳐서감광성 기판인 웨이퍼 W상에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 이렇게 해서, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY 평면)내에서 웨이퍼 W를 2차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 실행하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에는 마스크 M의 패턴이 순차적으로 노광된다.
또, 일괄 노광에서는, 소위 스텝·앤드·리피트 방식에 따라서 웨이퍼의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 일괄적으로 노광시킨다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 정방형(正方形)에 가까운 직사각형 형상이며, 플라이 아이 렌즈(8)의 각 렌즈 엘리먼트의 단면 형상도 정방형에 가까운 직사각형 형상으로 된다. 한편, 스캔 노광에서는, 소위 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서 마스크 및 웨이퍼를 투영 광학계에 대하여 상대 이동시키면서, 웨이퍼의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 스캔 노광시킨다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 짧은 변과 긴 변의 비가, 예를 들면 1:3의 직사각형 형상이고, 플라이 아이 렌즈(8)의 각 렌즈 엘리먼트의 단면 형상도 이것과 상사인 직사각형 형상으로 된다.
도 2를 다시 참조하면, 플라이 아이 렌즈(8)의 뒤측 초점면에 형성되는 4극 형상의 2차 광원은 4개의 정육각형 형상의 면 광원(31∼34)으로 구성되어 있다. 여기서, 각 면 광원의 중심(31a∼34a)은 광축 AX로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있고, 4개의 중심(31a∼34a)을 연결하여 형성되는 사각형은 광축 AX를 중심으로 하여 X 방향 및 Z 방향으로 평행한 변을 갖는 정방형이다. 즉, 플라이 아이 렌즈(8)에 의해 형성되는 4극 형상의 2차 광원은 X 방향 및 Z 방향에 관하여 동일한 위치 관계에 있다.
따라서, 피조사면인 마스크 M상의 임의의 1점에 입사하는 광속의 단면 형상도 X 방향 및 Z 방향에 관하여 동일한 위치 관계를 갖는 4극 형상으로 된다. 바꿔 말하면, 마스크 M상의 직교하는 2 방향(X 방향 및 Y 방향)에서 조명 조건이 동일하게 된다. 그래서, 실시예 1에서는 마스크 M상의 직교하는 2 방향에서 서로 다른 조명 조건을 실현하기 위해, 아포컬 줌 렌즈(5)의 광로중에 한 쌍의 프리즘(10a 및 10b)으로 이루어지는 V홈 액시콘(axicon)(10)을 배치하고 있다.
도 3은 아포컬 줌 렌즈의 광로중에 배치된 V홈 액시콘계(이하, 단지 「V홈 액시콘」이라고 함)를 구성하는 한 쌍의 프리즘의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, V홈 액시콘(10)은 광원측부터 순서대로 광원측으로 평면을 향하게 하고 또한 피조사면측으로 오목 형상의 굴절면을 향하게 한 제 1 프리즘(10a)과, 피조사면측으로 평면을 향하게 하고 또한 광원측으로 볼록 형상의 굴절면을 향하게 한 제 2 프리즘(10b)으로 구성되어 있다. 제 1 프리즘(10a)의 오목 형상 굴절면(10c)은 X 방향과 평행한 2개의 평면으로 구성되고, Z 방향을 따라 V자 형상의 볼록 형상 단면을 갖는다.
제 2 프리즘(10b)의 볼록 형상 굴절면(10d)은 제 1 프리즘(10a)의 오목 형상 굴절면(10c)과 서로 접촉 가능하도록, 바꿔 말하면 제 1 프리즘(10a)의 오목 형상 굴절면(10c)과 상보적으로 형성되어 있다. 즉, 제 2 프리즘(10b)의 오목 형상 굴절면(10d)은 X 방향과 평행한 2개의 평면으로 구성되고, Z 방향을 따라 V자 형상의 오목 형상 단면을 갖는다. 또한, 제 1 프리즘(10a) 및 제 2 프리즘(10b)중 적어도한쪽이 광축 AX에 따라 이동 가능하게 구성되고, 오목 형상 굴절면(10c)과 볼록 형상 굴절면(10d)의 간격이 가변으로 구성되어 있다.
또, V홈 액시콘(10)의 간격의 변화, 즉 오목 형상 굴절면(10c)과 볼록 형상 굴절면(10d)의 간격의 변화는, 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 4 구동계(25)에 의해 실행된다. 또한, 제어계(21)에는 스텝·앤드·리피트 방식 또는 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서 순차적으로 노광시켜야 할 각종 마스크에 관한 정보 등이 키보드 등의 입력 수단(20)을 거쳐서 입력된다.
여기서, 제 1 프리즘(10a)의 오목 형상 굴절면(10c)과 제 2 프리즘(10b)의 볼록 형상 굴절면(10d)이 서로 접촉하고 있는 상태에서는, V홈 액시콘(10)은 평행 평면판으로서 기능하며, 형성되는 4극 형상의 2차 광원에 미치는 영향은 없다. 그러나, 제 1 프리즘(10a)의 오목 형상 굴절면(10c)과 제 2 프리즘(10b)의 볼록 형상 굴절면(10d)을 이격시키면, V홈 액시콘(10)은 X 방향을 따라 평행 평면판으로서 기능하지만, Z 방향을 따라 빔 익스팬더로서 기능한다.
따라서, 오목 형상 굴절면(10c)과 볼록 형상 굴절면(10d)의 간격의 변화에 따라, 마이크로 플라이 아이(6)로의 입사 광속의 X 방향에 따른 입사 각도는 변화하지 않지만, 마이크로 플라이 아이(6)로의 입사 광속의 Y 방향에 따른 입사 각도는 변화한다. 그 결과, 도 2에 있어서의 각 면 광원(31∼34)의 중심(31a∼34a)은 X 방향으로는 이동하지 않지만 Z 방향으로 이동한다. 이와 같이, V홈 액시콘(10)은 마이크로 플라이 아이(6)로의 입사 광속의 Y 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해 입사 광속의 종횡비를 변경시키는 종횡비 변경 소자를 구성하고 있다.
도 4는 V홈 액시콘의 간격의 변화, 아포컬 줌 렌즈의 배율의 변화 및 줌 렌즈의 초점 거리의 변화가 4극 형상의 2차 광원에 미치는 영향을 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, V홈 액시콘(10)의 간격이 영(0)일 때, 즉 오목 형상 굴절면(10c)과 볼록 형상 굴절면(10d)이 서로 접촉하고 있을 때, 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원은 X 방향 및 Z 방향에 관하여 동일한 위치 관계로 형성된다. 그리고, V홈 액시콘(10)의 간격을 0에서부터 소정의 크기로 변화시키면, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 각 면 광원은 그 형상 및 크기를 변경하지 않고 Z 방향으로 이동하여, 각 면 광원의 중심의 X 방향에 따른 간격은 변화하지 않지만, Z 방향에 따른 간격은 확대된다.
또한, V홈 액시콘(10)의 간격이 0인 상태에 있어서, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시키면, 도 4의 (c)에 도시하는 바와 같이, 각 면 광원은 그 형상 및 크기를 변경하지 않고 X 방향 및 Z 방향으로 동일한 거리만큼 이동하여, 각 면 광원의 간격은 확대 또는 축소된다. 또, V홈 액시콘(10)의 간격이 0인 상태에 있어서, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키면, 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이, 4극 형상의 2차 광원의 전체가 상사적으로 확대 또는 축소된다. 즉, 각 면 광원은 그 형상을 변경하지 않고 그 크기가 확대 또는 축소되고, 또한 각 면 광원이 X 방향 및 Z 방향으로 동일한 거리만큼 이동한다. 또, 레이저 조사에 의한 프리즘 부재(10a 및 10b)의 열화를 회피하기 위해서, 아포컬 줌 렌즈(5)의 광로중에 있어서 4개의 점 상이 형성되는 집광점으로부터 간격을 두고 프리즘 부재(10a 및 10b)를 배치하는 것이 바람직하다.
그런데, 상술한 바와 같이, 회절 광학 소자(4)는 조명 광로에 대하여 삽입 및 분리가 자유롭게 구성되고, 또한 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(4a)나 통상 원형 조명용의 회절 광학 소자(4b)와 전환 가능하게 구성되어 있다. 이하, 회절 광학 소자(4) 대신에 회절 광학 소자(4a)를 조명 광로중에 설정하는 것에 의해 얻어지는 고리띠 조명에 대하여 간단히 설명한다.
4극 조명용의 회절 광학 소자(4) 대신에 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(4a)를 조명 광로중에 설정하면, 회절 광학 소자(4a)를 거쳐서 고리띠 형상의 광속이 형성된다. 회절 광학 소자(4a)를 거쳐서 형성된 고리띠 형상의 광속은 아포컬 줌 렌즈(5)에 입사하여, 동공면에 링 형상의 상(링 형상의 광원)을 형성한다. 이 링 형상의 상으로부터의 광은, 거의 평행한 광속으로 되어 아포컬 줌 렌즈(5)로부터 사출되어, 마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면에 제 1 다수 광원을 형성한다.
마이크로 플라이 아이(6)에 의해 형성된 제 1 다수 광원으로부터의 광속은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 광축 AX를 중심으로 한 고리띠 형상의 조야를 형성한다. 그 결과, 플라이 아이 렌즈(8)의 뒤측 초점면에는 입사면에 형성된 조야와 거의 동일한 광 강도를 갖는 2차 광원, 즉 광축 AX를 중심으로 한 고리띠 형상의 2차 광원이 형성된다.
도 5는 V홈 액시콘의 간격의 변화, 아포컬 줌 렌즈의 배율의 변화 및 줌 렌즈의 초점 거리의 변화가 고리띠 형상의 2차 광원에 미치는 영향을 모식적으로 설명하는 도면이다. 도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, V홈 액시콘(10)의 간격이 0일 때, 즉 오목 형상 굴절면(10c)과 볼록 형상 굴절면(10d)이 서로 접촉하고 있을 때, 고리띠 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원은 X 방향 및 Z 방향에 관하여 동일한 위치 관계로 형성된다. 그리고, V홈 액시콘(10)의 간격을 0으로부터 소정의 크기로 변화시키면, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이 고리띠 형상의 2차 광원은 그 폭을 변경하지 않고, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체 크기가 Z 방향으로 확대되어, Z 방향으로 연장된 타원 고리 형상의 2차 광원으로 된다.
또한, V홈 액시콘(10)의 간격이 0인 상태에 있어서, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시키면, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 고리띠 형상의 2차 광원은 그 폭을 변경하지 않고, 그 외부 직경(크기)이 확대 또는 축소된다. 또한, V홈 액시콘(10)의 간격이 0인 상태에 있어서, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키면, 도 5의 (d)에 도시하는 바와 같이, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체가 상사적으로 확대 또는 축소된다. 즉, 고리띠 형상의 2차 광원의 폭 및 외부 직경이 모두 확대 또는 축소된다.
다음에, 회절 광학 소자(4 또는 4a) 대신에 원형 조명용의 회절 광학 소자(4b)를 조명 광로중에 설정하는 것에 의해 얻어지는 통상 원형 조명에 대하여 설명한다. 원형 조명용의 회절 광학 소자(4b)는 입사한 직사각형 형상의 광속을 원 형상의 광속으로 변환하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(4b)에 의해 형성된 원 형상의 광속은 아포컬 줌 렌즈(5)에 의해 그 배율에 따라 확대 또는 축소되어, 마이크로 플라이 아이(6)에 입사한다.
이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면에는 제 1 다수 광원이형성된다. 마이크로 플라이 아이(6)의 뒤측 초점면에 형성된 제 1 다수 광원으로부터의 광속은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에서 광축 AX를 중심으로 한 원 형상의 조야를 형성한다. 그 결과, 플라이 아이 렌즈(8)의 뒤측 초점면에도 광축 AX를 중심으로 한 원 형상의 2차 광원이 형성된다.
이 경우, V홈 액시콘(10)의 간격을 0으로부터 소정의 크기로 변화시키면, 원 형상의 2차 광원은 Z 방향으로 확대되고, Z 방향으로 연장된 타원 형상의 2차 광원으로 된다. 또한, V홈 액시콘(10)의 간격이 0인 상태에 있어서, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시키거나 또는 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키면, 원 형상의 2차 광원의 전체가 상사적으로 확대 또는 축소된다. 즉, 원 형상의 2차 광원의 외부 직경(크기)이 확대 또는 축소된다.
이상과 같이, 실시예 1에서는, V홈 액시콘(10)의 간격을 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 전체 크기가 X 방향으로는 변화하지 않고 Z 방향으로 변화된다. 그 결과, 마스크 M상의 직교하는 2 방향(X 방향 및 Y 방향)에서 서로 다른 조명 조건을 실현할 수 있고, 나아가서는 패턴에 방향성이 있는 마스크 M상의 직교하는 2 방향에서 최적인 조명 조건을 설정할 수 있다.
또, 상술한 설명에서는, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, V자 형상의 오목 형상 단면을 갖는 제 1 프리즘과 V자 형상의 볼록 형상 단면을 갖는 제 2 프리즘으로 V홈 액시콘(10)을 구성하고 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, V자 형상의 오목 형상 단면 및 볼록 형상 단면의 정점 근방을 광축 AX와 수직인 평면 형상으로 형성할 수도 있다. 또한, 고리띠 조명 또는 원형 조명에 있어서 외형이 비교적 원활한 타원 고리 형상의 2차 광원 또는 타원 형상의 2차 광원을 얻기 위해서는, 도 6의 (c)에 도시하는 바와 같이, V자 형상의 오목 형상 단면 및 볼록 형상 단면의 정점 근방을 원통 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 설명에서는, V홈 액시콘(10)의 간격을 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 전체 크기를 X 방향으로는 변화시키지 않고 Z 방향으로 변화시키고 있다. 그러나, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, V홈 액시콘(10)을 광축 AX를 중심으로 하여 회전 가능하게 구성하는 것에 의해, 2차 광원의 전체 크기를 소망하는 방향(예를 들면, X 방향 등)으로 변화시킬 수도 있다.
또한, 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 작용 방향이 서로 직교하는 2 세트의 V홈 액시콘을 배치하는 것에 의해, 2차 광원의 전체 크기를 X 방향 및 Z 방향으로 각각 독립적으로 변화시킬 수 있다. 이 경우, 2 세트의 V홈 액시콘을 일체적으로 또는 독립적으로 광축 AX를 중심으로 하여 회전 가능하게 구성함으로써, 2차 광원의 전체 크기를 임의의 직교하는 2 방향 또는 임의의 2 방향으로 각각 독립적으로 변화시킬 수도 있다.
또, 상술한 실시예 1에 있어서는, 광속 변환 소자로서의 회절 광학 소자(4, 4a 및 4b)를, 예를 들면 터릿 방식으로 또는 공지(公知)의 슬라이더 기구를 이용하여 조명 광로중에 위치 결정하도록 구성할 수 있다.
또한, 상술한 실시예 1에서는, 마이크로 플라이 아이(6)를 구성하는 미소 렌즈의 형상을 정육각형으로 설정하고 있다. 이것은, 원 형상의 미소 렌즈에서는 조밀하게 배열할 수 없어 광량 손실이 발생하므로, 원형에 가까운 다각형으로서 정육각형을 선정하고 있기 때문이다. 그러나, 마이크로 플라이 아이(6)를 구성하는 각 미소 렌즈의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 직사각형 형상을 포함하는 다른 적당한 형상을 이용할 수 있다.
또한, 상술한 실시예 1에서는, 통상의 원형 조명을 실행할 때에 회절 광학 소자(4b)를 조명 광로중에 위치 결정하고 있지만, 이 회절 광학 소자(4b)의 사용을 생략할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예 1에서는, 광속 변환 소자로서 회절 광학 소자를 이용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 마이크로 플라이 아이나 미소 프리즘 어레이 등을 이용할 수도 있다. 그런데, 본 발명에서 이용할 수 있는 회절 광학 소자에 관한 상세한 설명은, 미국 특허 제 5,850,300 호 공보 등에 개시되어 있다.
또한, 상술한 실시예 1에 있어서는, 2차 광원으로부터의 광을 콘덴서 광학계(9)에 의해서 집광하여 중첩적으로 마스크 M을 조명하는 구성으로 하고 있지만, 콘덴서 광학계(9)와 마스크 M 사이에 조명 시야 조리개(마스크 블라인드)와, 이 조명 시야 조리개의 상을 마스크 M상에 형성하는 릴레이 광학계를 배치해도 된다. 이 경우, 콘덴서 광학계(9)는 2차 광원으로부터의 광을 집광하여 중첩적으로 조명 시야 조리개를 조명하게 되고, 릴레이 광학계는 조명 시야 조리개의 개구부(광투과부)의 상을 마스크 M상에 형성하게 된다.
또한, 상술한 실시예 1에 있어서는, 플라이 아이 렌즈(8)를 복수의 요소 렌즈를 집적하여 형성하고 있지만, 이들을 마이크로 플라이 아이로 하는 것도 가능하다. 마이크로 플라이 아이는, 상술한 바와 같이, 광투과성 기판에 에칭 등의 방법에 의해 복수의 미소 렌즈면을 매트릭스 형상으로 마련한 것이다. 복수의 광원 상을 형성한다는 점에 관하여, 플라이 아이 렌즈와 마이크로 플라이 아이 간에 기능상의 차이는 실질적으로는 없지만, 하나의 요소 렌즈(미소 렌즈)의 개구의 크기를 극히 작게 할 수 있는 것, 제조 비용을 대폭으로 삭감할 수 있는 것, 광축 방향의 두께를 매우 얇게 할 수 있는 것 등의 점에서 마이크로 플라이 아이가 유리하다.
(실시예 2)
도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 실시예 2는 실시예 1과 유사한 구성을 갖지만, 절곡 미러(3)와 줌 렌즈(7) 사이의 구성, 플라이 아이 렌즈(8) 대신에 마이크로 플라이 아이(마이크로 렌즈 어레이)(8a)가 이용되고 있는 것, 및 콘덴서 광학계(9)와 마스크 M 사이의 구성이 실시예 1과 기본적으로 상위(相違)하다. 이하, 실시예 1과의 상위점에 주목하여, 실시예 2를 설명한다. 또, 도 10에서는 조명 광학 장치가 4극 조명을 행하도록 설정되어 있다.
실시예 2에서는, 광원(1)으로부터 사출된 거의 평행한 광속이 빔 익스팬더(2) 및 절곡 미러(3)를 거쳐서 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a)에 입사한다. 회절 광학 소자(11a)는 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 광속이 입사한 경우, 그 퍼필드(프라운호퍼(Fraunhofer) 회절 영역)에 있어서 4극 형상의 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a)는 조명 광로에 대하여 삽입 및 분리가 자유롭게 구성되고, 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(11b)나 원형 조명용의 회절 광학 소자(11c)와 전환 가능하게 구성되어 있다.
구체적으로는, 회절 광학 소자(11a)는 광축 AX과 평행한 소정의 축선 주위에 회전 가능한 터릿 기판(회전판 : 도 10에서는 도시하지 않음)상에 지지되어 있다. 터릿 기판에는 특성이 다른 복수의 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a), 특성이 다른 복수의 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(1lb), 및 특성이 다른 복수의 원형 조명용의 회절 광학 소자(11c)가 원주 방향을 따라 마련되어 있다. 또한, 터릿 기판은 그의 중심점을 통과하여 광축 AX에 평행한 축선 주위에 회전 가능하게 구성되어 있다.
따라서, 터릿 기판을 회전시키는 것에 의해, 다수의 회절 광학 소자(11a∼11c)로부터 선택된 소망하는 회절 광학 소자를 조명 광로중에 위치 결정할 수 있다. 또, 터릿 기판의 회전(나아가서는 회절 광학 소자(11a, 11b 및 11c) 사이의 전환)은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계(26)에 의해 행하여진다. 단, 터릿 방식에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 주지의 슬라이드 방식에 의해 회절 광학 소자(11a, 11b 및 11c) 사이의 전환을 실행할 수도 있다.
광 형상 변환 수단으로서의 회절 광학 소자(11a)를 거친 광속은 아포컬 렌즈(릴레이 광학계)(12)에 입사한다. 아포컬 렌즈(12)는 그 앞측 초점 위치와 회절 광학 소자(11a)의 위치가 거의 일치하고 또한 그 뒤측 초점 위치와 도면중 점선으로 나타내는 소정면(13)의 위치가 거의 일치하도록 설정된 아포컬계(무초점 광학계)이다. 여기서, 소정면(13)의 위치는 실시예 1에서 마이크로 플라이 아이(6)가설치되어 있는 위치에 대응하고 있다.
따라서, 회절 광학 소자(11a)에 입사한 거의 평행한 광속은 아포컬 렌즈(12)의 동공면에 4극 형상의 광 강도 분포를 형성한 후, 거의 평행한 광속으로 되어 아포컬 렌즈(12)로부터 사출된다. 또, 아포컬 렌즈(12)의 앞측 렌즈군(12a)과 뒤측 렌즈군(12b) 사이의 광로중에는 광원측으로부터 순서대로 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 및 제 2 V홈 액시콘(16)이 배치되어 있지만, 그 상세한 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 이하, 설명을 간단히 하기 위해서, 이들 액시콘(4∼16)의 작용을 무시하고, 실시예 2의 기본적인 구성 및 작용을 설명한다.
아포컬 렌즈(12)를 거친 광속은 σ값 가변용의 줌 렌즈(변배 광학계)(7)를 거쳐서, 광학 적분기로서의 마이크로 플라이 아이(8a)에 입사한다. 또, σ값이란, 투영 광학계 PL의 동공의 크기(직경)를 R1로 하고, 투영 광학계 PL의 동공에 형성되는 조명 광속 또는 광원 상의 크기(직경)를 R2로 하고, 투영 광학계 PL의 마스크(레티클) M측의 개구수를 NAo로 하고, 마스크(레티클) M을 조명하는 조명 광학계의 개구수를 NAi라고 할 때, σ= NAi/NAo = R2/R1로서 정의된다. 단, 고리띠 조명의 경우, R2는 투영 광학계 PL의 동공에 형성되는 고리띠 형상의 조명 광속 또는 고리띠 형상의 광원 상의 외부 직경이며, NAi는 조명 광학계의 동공에 형성되는 고리띠 광속의 외부 직경에 의해서 정해지는 개구수이다. 또한, 4극 조명 등의 다극 조명의 경우, R2는 투영 광학계 PL의 동공에 형성되는 다극 형상의 조명 광속 또는 다극 형상의 광원 상에 외접하는 원의 크기 또는 직경이며, NAi는 조명 광학계의 동공에 형성되는 다극 형상의 조명 광속에 외접하는 원의 크기 또는 직경에의해서 정해지는 개구수이다. 또한, 고리띠 조명의 경우, 고리띠비란, 고리띠 형상의 조명 광속의 외부 직경을 Ro, 고리띠 형상의 조명 광속의 내부 직경을 Ri라고 할 때, Ri/Ro로 정의된다.
또, 소정면(13)의 위치는 줌 렌즈(7)의 앞측 초점 위치 근방에 배치되고, 마이크로 플라이 아이(8a)의 입사면은 줌 렌즈(7)의 뒤측 초점 위치 근방에 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 줌 렌즈(7)는 소정면(13)과 마이크로 플라이 아이(8a)의 입사면을 실질적으로 퓨리에 변환의 관계로 배치하고, 나아가서는 아포컬 렌즈(12)의 동공면과 마이크로 플라이 아이(8a)의 입사면을 광학적으로 거의 공역으로 배치하고 있다. 따라서, 실시예 1에 있어서의 플라이 아이 렌즈(8)와 마찬가지의 기능을 갖는 마이크로 플라이 아이(8a)의 입사면상에는, 아포컬 렌즈(12)의 동공면과 마찬가지로, 예를 들면 광축 AX에 대하여 편심된 4개의 조야로 이루어지는 4극 형상의 조야를 형성한다. 여기서, 4극 형상의 조야를 구성하는 각 조야의 형상은 회절 광학 소자(11a)의 특성에 의존하지만, 여기서는 4개의 원 형상의 조야로 이루어지는 4극 형상의 조야가 형성되는 것으로 한다. 이 4극 형상의 조야의 전체 형상은 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 의존하여 상사적으로 변화된다.
마이크로 플라이 아이(8a)를 구성하는 각 미소 렌즈는 마스크 M상에서 형성해야 할 조야의 형상(나아가서는 웨이퍼 W상에서 형성해야 할 노광 영역의 형상)과 상사인 직사각형 형상의 단면을 갖는다. 마이크로 플라이 아이(8a)에 입사된 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 2차원적으로 분할되고, 그 뒤측 초점면(나아가서는 조명 광학계의 동공)에는 마이크로 플라이 아이(8a)로의 입사 광속에 의해서 형성되는 조야와 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2차 광원, 즉 광축 AX에 대하여 편심된 4개의 원 형상의 실질적인 면 광원으로 이루어지는 4극 형상의 2차 광원이 형성된다.
마이크로 플라이 아이(8a)의 뒤측 초점면에 형성된 4극 형상의 2차 광원으로부터의 광속은 콘덴서 광학계(9)의 집광 작용을 받은 후, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드(17)를 중첩적으로 조명한다. 마스크 블라인드(17)의 직사각형 형상의 개구부(광투과부)를 거친 광속은 결상 광학계(18)의 집광 작용을 받은 후, 마스크 M을 중첩적으로 조명한다. 마스크 M의 패턴을 투과한 광속은 투영 광학계 PL을 거쳐서 웨이퍼 W상에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 투영 광학계 PL의 입사 동공면에는 투영 광학계 PL의 개구수를 규정하기 위한 가변 개구 조리개가 마련되고, 이 가변 개구 조리개의 구동은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계(27)에 의해 실행된다.
도 11은 실시예 2에 있어서 아포컬 렌즈의 앞측 렌즈군과 뒤측 렌즈군 사이의 광로중에 배치된 3개의 액시콘계(이하, 단지 「액시콘」이라 함)의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 실시예 2에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 아포컬 렌즈(12)의 앞측 렌즈군(12a)과 뒤측 렌즈군(12b) 사이의 광로중에, 광원측으로부터 순서대로 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)이 배치되어 있다.
원추 액시콘(14)은 광원측으로부터 순서대로 광원측으로 평면을 향하게 하고 또한 마스크측으로 오목 원추 형상의 굴절면을 향하게 한 제 1 프리즘 부재(14a)와, 마스크측으로 평면을 향하게 하고 또한 광원측으로 볼록 원추 형상의 굴절면을 향하게 한 제 2 프리즘 부재(14b)로 구성되어 있다. 그리고, 제 1 프리즘 부재(14a)의 오목 원추 형상의 굴절면과 제 2 프리즘 부재(14b)의 볼록 원추 형상의 굴절면은 서로 접촉 가능하도록 상보적으로 형성되어 있다.
또한, 제 1 프리즘 부재(14a) 및 제 2 프리즘 부재(14b)중 적어도 한쪽의 부재가 광축 AX을 따라 이동 가능하게 구성되고, 제 1 프리즘 부재(14a)의 오목 원추 형상의 굴절면과 제 2 프리즘 부재(14b)의 볼록 원추 형상의 굴절면의 간격이 가변으로 구성되어 있다. 원추 액시콘(14)의 간격의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계(28a)에 의해 실행된다.
여기서, 제 1 프리즘 부재(14a)의 오목 원추 형상 굴절면과 제 2 프리즘 부재(14b)의 볼록 원추 형상 굴절면이 서로 접촉하고 있는 상태에서는, 원추 액시콘(14)은 평행 평면판으로서 기능하며, 형성되는 4극 형상의 2차 광원에 미치는 영향은 없다. 그러나, 제 1 프리즘 부재(14a)의 오목 원추 형상 굴절면과 제 2 프리즘 부재(14b)의 볼록 원추 형상 굴절면을 이격시키면, 원추 액시콘(14)은, 소위 빔 익스팬더로서 기능한다. 따라서, 원추 액시콘(14)의 간격의 변화에 따라 소정면(13)으로의 입사 광속의 각도는 변화된다.
또한, 제 1 V홈 액시콘(15)은 광원측으로 평면을 향하게 하고 또한 마스크측으로 오목 형상이고 V자 형상의 굴절면을 향하게 한 제 1 프리즘 부재(15a)와, 마스크측으로 평면을 향하게 하고 또한 광원측으로 볼록 형상이고 V자 형상의 굴절면을 향하게 한 제 2 프리즘 부재(15b)로 구성되어 있다. 제 1 프리즘 부재(15a)의오목 형상 굴절면은 2개의 평면으로 구성되고, 그 교차선은 Z 방향을 따라 연장되어 있다. 제 2 프리즘 부재(15b)의 볼록 형상 굴절면은 제 1 프리즘 부재(15a)의 오목 형상 굴절면과 서로 접촉 가능하도록, 바꿔 말하면 제 1 프리즘 부재(15a)의 오목 형상 굴절면과 상보적으로 형성되어 있다.
즉, 제 2 프리즘 부재(15b)의 볼록 형상 굴절면도 2개의 평면으로 구성되고, 그 교차선은 Z 방향을 따라 연장되어 있다. 또한, 제 1 프리즘 부재(15a) 및 제 2 프리즘 부재(15b)중 적어도 한쪽이 광축 AX를 따라 이동 가능하게 구성되고, 제 1 프리즘 부재(15a)의 오목 형상 굴절면과 제 2 프리즘 부재(15b)의 볼록 형상 굴절면의 간격이 가변으로 구성되어 있다. 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계(28b)에 의해 실행된다.
또한, 제 2 V홈 액시콘(16)은 광원측으로 평면을 향하게 하고 또한 마스크측으로 오목 형상이고 V자 형상의 굴절면을 향하게 한 제 1 프리즘 부재(16a)와, 마스크측으로 평면을 향하게 하고 또한 광원측으로 볼록 형상이고 V자 형상의 굴절면을 향하게 한 제 2 프리즘 부재(16b)로 구성되어 있다. 제 1 프리즘 부재(16a)의 오목 형상 굴절면은 2개의 평면으로 구성되고, 그 교차선은 X 방향을 따라 연장되어 있다. 제 2 프리즘 부재(16b)의 볼록 형상 굴절면은 제 1 프리즘 부재(16a)의 오목 형상 굴절면과 상보적으로 형성되어 있다. 즉, 제 2 프리즘 부재(16b)의 볼록 형상 굴절면도 2개의 평면으로 구성되고, 그 교차선은 X 방향을 따라 연장되어 있다.
또한, 제 1 프리즘 부재(16a) 및 제 2 프리즘 부재(16b)중 적어도 한쪽이 광축 AX를 따라 이동 가능하게 구성되고, 제 1 프리즘 부재(16a)의 오목 형상 굴절면과 제 2 프리즘 부재(16b)의 볼록 형상 굴절면의 간격이 가변으로 구성되어 있다. 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계(28c)에 의해 실행된다.
여기서, 대향하는 오목 형상 굴절면과 볼록 형상 굴절면이 서로 접촉하고 있는 상태에서는 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)은 평행 평면판으로서 기능하며, 형성되는 4극 형상의 2차 광원에 미치는 영향은 없다. 그러나, 제 1 V홈 액시콘(15)은 오목 형상 굴절면과 볼록 형상 굴절면을 이격시키면, Z 방향을 따라 평행 평면판으로서 기능하지만, X 방향을 따라 빔 익스팬더로서 기능한다. 또한, 제 2 V홈 액시콘(16)은 오목 형상 굴절면과 볼록 형상 굴절면을 이격시키면, X 방향을 따라 평행 평면판으로서 기능하지만, Z 방향을 따라 빔 익스팬더로서 기능한다.
도 12는 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 원추 액시콘의 작용을 설명하는 도면이다. 실시예 2의 4극 조명에서는 원추 액시콘(14)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키는 것에 의해, 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 원 형상의 각 면 광원(40a∼40d)이 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 바깥쪽으로 이동하고, 또한 그 형상이 원 형상으로부터 타원 형상으로 변화된다. 즉, 변화 전의 원 형상의 각 면 광원(40a∼40d)의 중심점과 변화 후의 타원 형상의 각 면 광원(41a∼41d)의 중심점을 연결하는 선분은 광축 AX를 통과하고, 중심점의 이동 거리는 원추 액시콘(14)의 간격에 의존한다.
또한, 변화 전의 원 형상의 각 면 광원(40a∼40d)을 광축 AX로부터 예측한 각도(광축 AX로부터 각 면 광원(40a∼40)으로의 한 쌍의 접선이 이루는 각도)와, 변화 후의 타원 형상의 각 면 광원(41a∼41d)을 광축 AX로부터 예측한 각도가 동등하다. 그리고, 변화 전의 원 형상의 각 면 광원(40a∼40d)의 직경과 변화 후의 타원 형상의 각 면 광원(41a∼41d)의 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향에 따른 짧은 직경이 동등하다. 또, 변화 후의 타원 형상의 각 면 광원(41a∼41d)의 광축 AX를 중심으로 한 원의 둘레 방향에 따른 긴 직경의 크기는 변화 전의 원 형상의 각 면 광원(40a∼40d)의 직경과 원추 액시콘(14)의 간격에 의존한다.
따라서, 원추 액시콘(14)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키면, 4개의 원 형상의 면 광원으로 구성되는 4극 형상의 2차 광원이 4개의 타원 형상의 면 광원으로 구성되는 4극 형상의 2차 광원으로 변화하여, 변화 전의 2차 광원의 폭을 변화시키지 않고 그 외부 직경 및 고리띠비를 변경할 수 있다. 여기서, 4극 형상의 2차 광원의 폭은 4개의 면 광원과 외접하는 원의 직경, 즉 외부 직경과, 4개의 면 광원과 내접하는 원의 직경, 즉 내부 직경과의 차의 1/2로서 규정된다. 또한, 4극 형상의 2차 광원의 고리띠비는 외부 직경에 대한 내부 직경의 비(내부 직경/외부 직경)로서 규정된다.
도 13은 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 줌 렌즈의 작용을 설명하는 도면이다. 실시예 2의 4극 조명에서는, 줌 렌즈(7)의 초점 거리가 변화되면, 4개의 원 형상의 면 광원(42a∼42d)으로 구성되는 4극 형상의 2차 광원의 전체 형상이 상사적으로 변화된다. 즉, 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 원형상의 각 면 광원(42a∼42d)이 원 형상을 유지한 채 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 이동한다.
그리고, 변화 전의 각 면 광원(42a∼42d)의 중심점과 변화 후의 각 면 광원(43a∼43d)의 중심점을 연결하는 선분은 광축 AX를 통과하고, 중심점의 이동 거리 및 이동 방향은 줌 렌즈(7)의 초점 거리의 변화에 의존한다. 또한, 변화 전의 각 면 광원(42a∼42d)을 광축 AX로부터 예측한 각도와, 변화 후의 각 면 광원(43a∼43d)을 광축 AX로부터 예측한 각도가 동등하다. 이렇게 해서, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 4극 형상의 2차 광원의 고리띠비를 변화시키지 않고 그 외부 직경만을 변경할 수 있다.
도 14는 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 제 1 V홈 액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면이다. 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격의 변화에 따라 소정면(13)으로의 입사 광속의 Z 방향에 따른 입사 각도는 변화하지 않지만, 소정면(13)으로의 입사 광속의 X 방향에 따른 입사 각도는 변화된다. 그 결과, 도 14의 (a)에 도시하는 바와 같이, 4개의 원 형상의 면 광원(44a∼44d)은 Z 방향으로는 이동하지 않지만, 그 형상 및 크기를 유지한 채로 X 방향으로 이동한다. 즉, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격이 0으로부터 소정의 값까지 확대되면, 면 광원(44b 및 44c)은 -X 방향으로 이동하고, 면 광원(44a 및 44d)은 +X 방향으로 이동한다.
한편, 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격의 변화에 따라 소정면(13)으로의 입사 광속의 X 방향에 따른 입사 각도는 변화되지 않지만, 소정면(13)으로의 입사 광속의Z 방향에 따른 입사 각도는 변화된다. 그 결과, 도 14의 (b)에 도시하는 바와 같이, 4개의 원 형상의 면 광원(44a∼44d)은 X 방향으로는 이동하지 않지만, 그 형상 및 크기를 유지한 채 Z 방향으로 이동한다. 즉, 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 0으로부터 소정의 값까지 확대되면, 면 광원(44a 및 44b)은 +Z 방향으로 이동하고, 면 광원(44c 및 44d)은 -Z 방향으로 이동한다.
또, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 모두 변화하면, 소정면(13)으로의 입사 광속의 X 방향에 따른 입사 각도 및 Z 방향에 따른 입사 각도는 모두 변화한다. 그 결과, 도 14의 (c)에 도시하는 바와 같이, 각 면 광원(44a∼44d)은 그 형상 및 크기를 유지한 채 Z 방향 및 X 방향으로 이동한다. 즉, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 모두 0으로부터 소정의 값까지 확대되면, 면 광원(44a)은 +Z 방향 및 +X 방향으로 이동하고, 면 광원(44b)은 +Z 방향 및 -X 방향으로 이동하고, 면 광원(44c)은 -Z 방향 및 -X 방향으로 이동하며, 면 광원(44d)은 -Z 방향 및 +X 방향으로 이동한다.
이상과 같이, 원추 액시콘(14)은 조명 광학계의 동공(마이크로 플라이 아이(8a)의 뒤측 초점면)에서의 조명광의 고리띠비를 가변으로 하는 고리띠비 가변 수단을 구성하고 있다. 줌 렌즈(7)는 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 광학계를 구성하고 있다. 제 1 V홈 액시콘(15)은 조명 광학계의 동공에 있어서 X 방향을 따라 광축 AX를 사이에 두고 대칭으로 조명광을 변위시키는 제 1 변위 수단을 구성하고 있다. 제 2 V홈 액시콘(16)은 조명 광학계의 동공에 있어서 Z 방향을 따라 광축 AX를 사이에 두고 대칭으로 조명광을 변위시키는제 2 변위 수단을 구성하고 있다. 그리고, 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(7)는 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기 및 형상을 가변으로 하는 가변 수단을 구성하고 있다.
도 15는 실시예 2의 4극 조명에 있어서 형성되는 원 형상의 각 면 광원에 대한 원추 액시콘, 줌 렌즈, 제 1 V홈 액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면이다. 도 15에서는, 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 모두 0이고 또한 줌 렌즈(7)의 초점 거리가 최소값으로 설정된 상태(이하, 「표준 상태」라고 함)에서 형성되는 가장 작은 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(45a)에 주목하고 있다.
이 표준 상태에서, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키면, 면 광원(45a)은 그 형상 및 크기를 유지한 채 X 방향을 따라 이동하여, 참조 부호(45b)로 나타내는 위치에 도달한다. 다음에, 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키면, 면 광원(45b)은 그 형상 및 크기를 유지한 채 Z 방향을 따라 이동하여, 참조 부호(45c)로 나타내는 위치에 도달한다.
또한, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 최소값으로부터 소정의 값까지 확대시키면, 원 형상의 면 광원(45c)은 그 원 형상을 유지한 채 확대되고, 또한 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 바깥쪽으로 이동하여, 참조 부호(45d)로 나타내는 위치에 도달한다. 또한, 필요에 따라 원추 액시콘(14)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키면, 원 형상의 면 광원(45d)은 원 형상에서 확대된 타원 형상으로 변화되고 또한 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 바깥쪽으로 이동하여, 참조 부호(45e)로 나타내는 위치에 도달한다.
또, 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시킨 후에 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키더라도, 면 광원(45a)은 그 형상 및 크기를 유지한 채 참조 부호(45c)로 나타내는 위치에 도달한다. 마찬가지로, 최종적으로 얻어지는 면 광원의 위치, 형상 및 크기는 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격의 변화, 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리의 변화에 의존하며, 그 변화의 순서에는 의존하지 않는다.
이렇게 해서, 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(7)의 작용에 의해, 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치를 광범위에 걸쳐 이동시킬 수 있고, 또한 그 형상 및 크기를 소정의 범위에 걸쳐 변화시킬 수 있다. 그러나, 실제로는 원추 액시콘(14)이나 제 1 V홈 액시콘(15)이나 제 2 V홈 액시콘(16)에 의한 각 면 광원의 이동 비율(즉, 이동처의 면 광원의 좌표 위치에 대한 이동원의 면 광원의 좌표 위치)에는 광학 설계상의 제약이 있어, 각 면 광원의 이동 범위에는 제한이 있다.
그래서, 실시예 2에서는 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a)로서, 특성이 다른 3 종류의 회절 광학 소자를 구비하고 있다. 도 16은 실시예 2에 있어서 특성이 다른 3 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성되는 각 면 광원 및 그 이동 범위에 대하여 설명하는 도면이다. 도 16에 있어서도 도 15와 마찬가지로, 표준 상태에서 형성되는 가장 작은 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(46)에 주목하고 있다.
실시예 2에서는, 제 1의 4극 조명용 회절 광학 소자에 의해, 4개의 면 광원의 중심점을 연결하여 형성되는 사각형이 X 방향을 따라 가늘고 긴 직사각형으로 되는 4극 형상의 2차 광원, 즉 도 14의 (a)의 우측에 나타내는 바와 같은 4극 형상의 2차 광원이 형성된다. 제 1의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성된 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(46a)은 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해, 참조 부호(47a)로 나타내는 직사각형 형상의 범위내에서 이동한다.
한편, 제 2의 4극 조명용 회절 광학 소자에 의해, 4개의 면 광원의 중심점을 연결하여 형성되는 사각형이 Z 방향을 따라 가늘고 긴 직사각형으로 되는 4극 형상의 2차 광원, 즉 도 14의 (b)의 우측에 나타내는 바와 같은 4극 형상의 2차 광원이 형성된다. 제 2의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성된 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(46b)은 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해, 참조 부호(47b)로 나타내는 직사각형 형상의 범위내에서 이동한다.
또한, 제 3의 4극 조명용 회절 광학 소자에 의해, 4개의 면 광원의 중심점을 연결하여 형성되는 사각형이 정방형으로 되는 4극 형상의 2차 광원, 즉 도 14의 (c)의 우측(또는 도 14의 (a)∼(c)의 좌측)에 나타내는 바와 같은 4극 형상의 2차 광원이 형성된다. 제 3의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성된 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(46c)은 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해, 참조 부호(47c)로 나타내는 직사각형 형상의 범위내에서 이동한다.
이렇게 해서, 실시예 2에서는, 제 1 V홈 액시콘(15)이나 제 2 V홈 액시콘(16)에 의한 각 면 광원의 이동 비율(나아가서는 그 이동 범위)이 광학 설계의 관점에서 어느 정도 제한되는 경우에도, 특성이 다른 3 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 병용하는 것에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치를 자유롭게 이동시킬 수 있다. 또, 도 16에서는 도시를 생략했지만, 원추 액시콘(14) 및 줌 렌즈(7)의 작용에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 소망하는 상태로 적절히 변경할 수도 있다.
또한, 실시예 2의 변형예 1에서는 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a)로서, 특성이 다른 4 종류의 회절 광학 소자를 구비하고 있다. 도 17 및 도 18은 실시예 2의 변형예 1에 있어서 특성이 다른 4 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성되는 각 면 광원, 및 그 이동 및 변형에 대하여 설명하는 도면이다. 도 17 및 도 18에 있어서도 도 15 및 도 16과 마찬가지로, 표준 상태에서 형성되는 가장 작은 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(48)에 주목하고 있다.
실시예 2의 변형예 1에서는, 도 17 및 도 18에 도시하는 바와 같이, 광축 AX를 중심으로 한 원, X축에 평행한 선분 및 Z축에 평행한 선분으로 규정되는 원의 1/4 영역이 광축 AX를 통과하는 3개의 선분에 의해서 4개의 부채형 영역으로 분할되고, 4 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자에 의해서 각각 형성되는 원 형상의 각면 광원(48a∼48d)의 중심이 각 부채형 영역내에 위치하도록 설정되어 있다. 즉, 제 1 회절 광학 소자에 의해 면 광원(48a)이 형성되고, 제 2 회절 광학 소자에 의해 면 광원(48b)이 형성되고, 제 3 회절 광학 소자에 의해 면 광원(48c)이 형성되며, 제 4 회절 광학 소자에 의해 면 광원(48d)이 형성되도록 설정되어 있다.
이하, 설명을 간단히 하기 위해, 원의 1/4 영역이 4개의 부채형 영역으로 등분할되고, 각 면 광원(48a∼48d)이 서로 접하도록 광축 AX를 중심으로 한 원의 둘레 방향을 따라 배치되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 원추 액시콘(14)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키면, 도 17에 도시하는 바와 같이, 각 면 광원(48a∼48d)은 그 형상이 원 형상에서 확대된 타원 형상으로 변화되고 또한 그의 중심 위치가 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 바깥쪽으로 이동하여, 각각 참조 부호(49a∼49d)로 나타내는 위치에 도달한다.
또한, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 최소값으로부터 소정의 값까지 확대시키면, 도 18에 도시하는 바와 같이, 각 면 광원(48a∼48d)은 그 원 형상을 유지한 채 확대되고, 또한 그의 중심 위치가 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 바깥쪽으로 이동하여, 각각 참조 부호(50a∼50d)로 나타내는 위치에 도달한다. 이렇게 해서, 실시예 2의 변형예 1에서는, 특성이 다른 4 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 병용하는 것에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 자유롭게 변화시킬 수 있다.
또, 도 17 및 도 18에서는 각 면 광원(48a∼48d)이 서로 접하도록 배치하고 있지만, 각 면 광원(48a∼48d)이 서로 간격을 두도록 배치할 수도 있다. 어떠한경우든, 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(7)의 작용에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 소망하는 상태로 적절히 변경시킬 수 있다.
또한, 실시예 2의 변형예 2에서는 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a)로서, 특성이 다른 2 종류의 회절 광학 소자를 구비하고 있다. 도 19는 실시예 2의 변형예 2에 있어서 특성이 다른 2 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성되는 각 면 광원과 그 이동 및 변형에 대하여 설명하는 도면이다. 도 19에 있어서도 도 15∼도 18과 마찬가지로, 표준 상태에서 형성되는 가장 작은 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(51)에 주목하고 있다.
실시예 2의 변형예 2에서는, 한쪽의 4극 조명용 회절 광학 소자에 의해, 4개의 면 광원의 중심점을 연결하여 형성되는 사각형이 X 방향을 따라 가늘고 긴 직사각형으로 되는 4극 형상의 2차 광원이 형성된다. 한쪽의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성된 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면 광원(51a)(도 16의 (46a)에 대응)은, 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해, 참조 부호(52a)로 나타내는 직사각형 형상의 범위내에서 이동한다.
또한, 다른쪽의 4극 조명용 회절 광학 소자에 의해, 4개의 면 광원의 중심점을 연결하여 형성되는 사각형이 Z 방향을 따라 가늘고 긴 직사각형으로 되는 4극 형상의 2차 광원이 형성된다. 다른쪽의 4극 조명용 회절 광학 소자를 거쳐서 형성된 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 원 형상의 면 광원중 하나인 면광원(51b)(도 16의 참조 부호 (46b)에 대응)은 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해, 참조 부호(52b)로 나타내는 직사각형 형상의 범위내에서 이동한다.
또한, 한쪽의 4극 조명용 회절 광학 소자와 제 2 V홈 액시콘(16)의 병용에 의해, 또는 다른쪽의 4극 조명용 회절 광학 소자와 제 1 V홈 액시콘(15)의 병용에 의해, 초기적인 면 광원(51a와 51b)의 중간적인 위치에 면 광원(51c)이 형성된다. 이 경우, 면 광원(51c)에 대하여 줌 렌즈(7)의 변배 기능을 작용시키는 것에 의해, 면 광원(51c)은 그 원 형상을 유지한 채 확대되고, 또한 그의 중심 위치가 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 바깥쪽으로 이동하여, 참조 부호(51d)로 나타내는 위치에 도달한다.
또는, 도시를 생략했지만, 면 광원(51c)에 대하여 원추 액시콘(14)을 작용시키는 것에 의해, 면 광원(51c)은 그 원 형상이 확대된 타원 형상으로 변화되고, 또한 그의 중심 위치가 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 바깥쪽으로 이동한다. 이렇게 해서, 실시예 2의 변형예 2에서는 특성이 다른 2 종류의 4극 조명용 회절 광학 소자를 병용하는 것에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치를 자유롭게 이동시킬 수 있다. 또한, 일반적으로는 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(7)의 작용에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 소망하는 상태로 적절히 변경할 수 있다.
다음에, 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a) 대신에 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(11b)를 조명 광로중에 설정하는 것에 의해 얻어지는 고리띠 조명에 대하여 간단히 설명한다. 이 경우, 회절 광학 소자(11b)에 입사한 거의 평행한 광속은, 아포컬 렌즈(12)의 동공면에 고리띠 형상의 광 강도 분포를 형성한 후, 거의 평행한 광속으로 되어 아포컬 렌즈(12)로부터 사출된다. 아포컬 렌즈(12)를 거친 광속은 줌 렌즈(7)를 거쳐서 마이크로 플라이 아이(8a)의 입사면에 광축 AX를 중심으로 한 고리띠 형상의 조야를 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이 아이(8a)의 뒤측 초점면에는 그의 입사 광속에 의해서 형성되는 조야와 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2차 광원, 즉 광축 AX를 중심으로 한 고리띠 형상의 2차 광원이 형성된다.
도 20은 실시예 2의 고리띠 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 원추 액시콘의 작용을 설명하는 도면이다. 실시예 2의 고리띠 조명에서는, 표준 상태에서 형성된 가장 작은 고리띠 형상의 2차 광원(60a)이 원추 액시콘(14)의 간격을 0으로부터 소정의 값까지 확대시키는 것에 의해, 그 폭(외부 직경과 내부 직경의 차의 1/2 : 도면에 있어서 화살표로 나타냄)이 변화되지 않고, 그 외부 직경 및 내부 직경이 함께 확대된 고리띠 형상의 2차 광원(60b)으로 변화한다. 바꿔 말하면, 고리띠 형상의 2차 광원은 원추 액시콘(14)의 작용에 의해, 그 폭이 변화되지 않고 그 고리띠비 및 크기(외부 직경)가 모두 변화된다.
도 21은 실시예 2의 고리띠 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 줌 렌즈의 작용을 설명하는 도면이다. 실시예 2의 고리띠 조명에서는, 표준 상태에서 형성된 고리띠 형상의 2차 광원(60a)이 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 최소값으로부터 소정의 값으로 확대시키는 것에 의해, 그 전체 형상이 상사적으로 확대된 고리띠형상의 2차 광원(60c)으로 변화한다. 바꿔 말하면, 고리띠 형상의 2차 광원은 줌 렌즈(7)의 작용에 의해, 그 고리띠비가 변화하지 않고 그 폭 및 크기(외부 직경)가 모두 변화한다.
도 22는 실시예 2의 고리띠 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 제 1 V홈 액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면이다. 상술한 바와 같이, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격의 변화에 따라, 소정면(13)으로의 입사 광속의 Z 방향에 따른 입사 각도는 변화하지 않지만, 소정면(13)으로의 입사 광속의 X 방향에 따른 입사 각도는 변화한다. 그 결과, 도 22의 (a)에 도시하는 바와 같이, 고리띠 형상의 2차 광원(60a)을 구성하는 4개의 1/4의 원호 형상의 각 면 광원(61∼64)은 Z 방향으로는 이동하지 않지만 X 방향으로 이동한다. 즉, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격이 0으로부터 소정의 값으로 확대되면, 면 광원(61 및 63)은 -X 방향으로 이동하고, 면 광원(62 및 64)은 +X 방향으로 이동한다.
한편, 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격의 변화에 따라, 소정면(13)으로의 입사 광속의 X 방향에 따른 입사 각도는 변화하지 않지만, 소정면(13)으로의 입사 광속의 Z 방향에 따른 입사 각도는 변화한다. 그 결과, 도 22의 (b)에 도시하는 바와 같이, 각 면 광원(61∼64)은 X 방향으로는 이동하지 않지만 Z 방향으로 이동한다. 즉, 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 0으로부터 소정의 값으로 확대되면, 면 광원(61 및 62)은 +Z 방향으로 이동하고, 면 광원(63 및 64)은 -Z 방향으로 이동한다.
또한, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 모두 변화되면, 소정면(13)으로의 입사 광속의 X 방향에 따른 입사 각도 및 Z 방향에 따른 입사 각도는 모두 변화한다. 그 결과, 도 22의 (c)에 도시하는 바와 같이, 각 면 광원(61∼64)은 Z 방향 및 X 방향으로 이동한다. 즉, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 0으로부터 소정의 값으로 확대되면, 면 광원(61)은 +Z 방향 및 -X 방향으로 이동하고, 면 광원(62)은 +Z 방향 및 +X 방향으로 이동하고, 면 광원(63)은 -Z 방향 및 -X 방향으로 이동하며, 면 광원(64)은 -Z 방향 및 +X 방향으로 이동한다. 이렇게 해서, 4개의 독립된 원호 형상의 면 광원으로 이루어지는 4극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있다.
이상, 실시예 2의 고리띠 조명에 있어서의 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(7)의 작용을 개별적으로 설명했지만, 이들 광학 부재의 상호 작용에 의해 다양한 형태의 고리띠 조명이 가능하다. 구체적으로는, 도 22의 (c)에 나타내는 상태에 있어서, 줌 렌즈(7)를 작용시키면, 예를 들면 면 광원(62)은 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 이동하고, 그 전체 형상이 상사적으로 변화된 면 광원(62a)으로 변화한다. 한편, 도 22의 (c)에 나타내는 상태에 있어서, 원추 액시콘(14)을 작용시키면, 예를 들면 면 광원(64)은 광축 AX를 중심으로 한 원의 직경 방향을 따라 이동하고, 그의 직경 방향의 치수는 변화하지 않고 그의 둘레 방향의 치수만이 변화된 면 광원(64a)으로 변화한다.
그러나, 실제로는 광학 설계상의 제약에 의해, 원추 액시콘(14)에 의한 고리띠비의 변경 범위에는 제한이 있다. 그래서, 실시예 2에서는 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(11b)로서, 특성이 다른 2 종류의 회절 광학 소자를 구비하고 있다. 즉, 실시예 2에서는 한쪽의 고리띠 조명용 회절 광학 소자에 의해, 예를 들면 0.5∼0.68의 범위에서 고리띠비를 변경하는데 적합한 형상을 갖는 고리띠 형상의 2차 광원을 형성한다. 또한, 다른쪽의 고리띠 조명용 회절 광학 소자에 의해, 예를 들면 0.68∼0.8의 범위에서 고리띠비를 변경하는데 적합한 형상을 갖는 고리띠 형상의 2차 광원을 형성한다. 그 결과, 2 종류의 고리띠 조명용 회절 광학 소자의 병용에 의해, 0.5∼0.8의 범위에서 고리띠비를 변경하는 것이 가능해진다.
그런데, 도 23의 (a)를 참조하면, 도 22의 (a) 또는 (b)의 우측에서 얻어지는 2극 형상의 2차 광원에 외접하는 원(도면중 점선으로 나타냄)의 곡률과 각 반원호 형상의 면 광원의 외측 원호의 곡률이 일치하지 않는다는 것을 알 수 있다. 그래서, 실시예 2의 변형예 3에서는, 제 1 V홈 액시콘(15) 또는 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해서 얻어지는 2극 형상의 2차 광원에 외접하는 원의 곡률과 반원호 형상의 각 면 광원의 외측 원호의 곡률을 일치시키기 위해, 제 3 고리띠 조명용 회절 광학 소자를 부설하고 있다. 제 3 고리띠 조명용 회절 광학 소자는, 도 23의 (b)에 도시하는 바와 같이, 광축 AX를 중심으로 한 2개의 원에 의해서 규정되는 완전한 고리띠 형상의 2차 광원이 아니라, X 방향 또는 Z 방향을 따라 약간 편평한 타원의 고리 형상의 2차 광원을 형성한다.
더 상세하게는, 제 3 고리띠 조명용 회절 광학 소자에 의해 형성되는 타원의 고리 형상의 2차 광원은 한 쌍의 원호 형상의 면 광원(65a와 65b)으로 구성되고, 각 면 광원(65a 및 65b)의 외측 원호의 곡률은 제 1 V홈 액시콘(15) 또는 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해서 얻어지는 2극 형상의 2차 광원에 외접하는 원의 곡률과 일치하도록 설정되어 있다. 따라서, 실시예 2의 변형예 3에서는, 제 1 V홈 액시콘(15) 또는 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용에 의해서 얻어지는 2극 형상의 2차 광원에 있어서, 이 2극 형상의 2차 광원에 외접하는 원의 곡률과 원호 형상의 각 면 광원(65a 및 65b)의 외측 원호의 곡률이 일치한다.
또, 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a) 또는 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(11b) 대신에 원형 조명용의 회절 광학 소자(11c)를 조명 광로중에 설정함으로써 얻어지는 통상의 원형 조명에 대하여 간단히 설명한다. 이 경우, 회절 광학 소자(11c)에 입사된 거의 평행한 광속은 아포컬 렌즈(12)의 동공면에 원 형상의 광 강도 분포를 형성한 후, 거의 평행한 광속으로 되어 아포컬 렌즈(12)로부터 사출된다.
아포컬 렌즈(12)를 거친 광속은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서 마이크로 플라이 아이(8a)의 입사면에 광축 AX를 중심으로 한 원 형상의 조야를 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이 아이(8a)의 뒤측 초점면(즉, 조명 광학계의 동공)에는 그의 입사 광속에 의해서 형성되는 조야와 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2차 광원, 즉 광축 AX를 중심으로 한 원 형상의 2차 광원이 형성된다.
실시예 2의 원형 조명에서는, 표준 상태에서 형성된 가장 작은 원 형상의 2차 광원이, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 최소값으로부터 소정의 값으로 확대시키는 것에 의해, 그 전체 형상이 상사적으로 확대된 원 형상의 2차 광원으로 변화한다. 바꿔 말하면, 실시예 2의 원형 조명에서는, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 원 형상의 2차 광원의 크기(외부 직경)를 변경할 수 있다.
도 24는 실시예 2의 원형 조명에 있어서 형성되는 2차 광원에 대한 제 1 V홈액시콘 및 제 2 V홈 액시콘의 작용을 설명하는 도면이다. 실시예 2의 원형 조명에서는, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격이 0으로부터 소정의 값으로 확대되면, 도 24의 (a)에 도시하는 바와 같이, 원 형상의 2차 광원을 구성하는 4개의 1/4의 원 형상의 면 광원(66a∼66d)중, 면 광원(66a 및 66c)은 -X 방향으로 이동하고, 면 광원(66b 및 66d)는 +X 방향으로 이동한다.
한편, 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 0으로부터 소정의 값으로 확대되면, 도 24의 (b)에 도시하는 바와 같이, 면 광원(66a 및 66b)은 +Z 방향으로 이동하고, 면 광원(66c 및 66d)은 -Z 방향으로 이동한다. 또, 제 1 V홈 액시콘(15)의 간격 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 간격이 모두 0으로부터 소정의 값으로 확대되면, 도 24의 (c)에 도시하는 바와 같이, 면 광원(66a)은 +Z 방향 및 -X 방향으로 이동하고, 면 광원(66b)은 +Z 방향 및 +X 방향으로 이동하고, 면 광원(66c)은 -Z 방향 및 -X 방향으로 이동하며, 면 광원(66d)은 -Z 방향 및 +X 방향으로 이동한다. 이렇게 해서, 4개의 독립된 1/4의 원 형상의 면 광원으로 이루어지는 4극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있다.
이상, 실시예 2의 원형 조명에 있어서의 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(7)의 작용을 개별적으로 설명했지만, 이들 광학 부재의 상호 작용에 의해 다양한 형태의 원형 조명이 가능하다. 그러나, 실제로는 광학 설계상의 제약에 의해, 줌 렌즈(7)에 의한 외부 직경의 변배 범위에는 제한이 있다. 그래서, 실시예 2에서는 원형 조명용의 회절 광학 소자(11c)로서, 특성이 다른 2 종류의 회절 광학 소자를 구비하고 있다.
즉, 실시예 2에서는 한쪽의 원형 조명용 회절 광학 소자에 의해, 비교적 작은 σ값, 즉 소(小) σ로부터 중간적인 σ값, 즉 중(中) σ까지의 범위에서 σ값을 변경하는데 적합한 형상을 갖는 원 형상의 2차 광원을 형성한다. 또한, 다른쪽의 원형 조명용 회절 광학 소자에 의해, 중 σ로부터 비교적 큰 σ값, 즉 대(大) σ값까지의 범위에서 σ값을 변경하는데 적합한 형상을 갖는 원 형상의 2차 광원을 형성한다. 그 결과, 2 종류의 원형 조명용 회절 광학 소자의 병용에 의해, 소 σ로부터 대 σ까지의 범위(예를 들면, 0.1≤σ≤0.95)에서 σ값을 변경하는 것이 가능해진다.
이하, 실시예 2에 있어서의 조명 조건의 전환 동작 등에 대하여 구체적으로 설명한다. 우선, 스텝·앤드·리피트 방식 또는 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서 순차적으로 노광해야 할 각종 마스크에 관한 정보 등이 키보드 등의 입력 수단(20)을 거쳐서 제어계(21)에 입력된다. 제어계(21)는 각종 마스크에 관한 최적인 선폭(해상도), 초점 심도 등의 정보를 내부의 메모리부에 기억하고 있고, 입력 수단(20)으로부터의 입력에 응답하여 구동계(24, 26∼28)에 적당한 제어 신호를 공급한다.
즉, 최적인 해상도 및 초점 심도를 기초로 4극 조명하는 경우, 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 4극 조명용의 회절 광학 소자(11a)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 소망하는 형태를 갖는 4극 형상의 2차 광원을 얻기 위해서, 구동계(28a∼28c)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 액시콘(4∼16)의 간격을 설정하고, 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 구동계(27)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 투영 광학계 PL의 가변 개구 조리개를 구동시킨다.
또, 필요에 따라서, 구동계(28a∼28c)에 의해 액시콘(4∼16)의 간격을 변화시키거나, 구동계(24)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 마이크로 플라이 아이(8a)의 뒤측 초점면에 형성되는 4극 형상의 2차 광원의 형태를 적절히 변경할 수 있다. 이렇게 해서, 4극 형상의 2차 광원의 전체 크기(외부 직경) 및 형상(고리띠비), 각 면 광원의 위치, 형상, 크기 등을 적절히 변화시켜, 다양한 4극 조명을 행할 수 있다.
또한, 최적인 해상도 및 초점 심도를 기초로 고리띠 조명하는 경우, 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 고리띠 조명용의 회절 광학 소자(11b)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 소망하는 형태를 갖는 고리띠 형상의 2차 광원을 얻기 위해, 또는 고리띠 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 4극 형상의 2차 광원 또는 2극 형상의 2차 광원을 얻기 위해, 구동계(28a∼28c)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 액시콘(4∼16)의 간격을 설정하고, 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 구동계(27)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 투영 광학계 PL의 가변 개구 조리개를 구동시킨다.
또한, 필요에 따라서, 구동계(28a∼28c)에 의해 액시콘(4∼16)의 간격을 변화시키거나, 구동계(24)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키거나 하는 것에 의해, 마이크로 플라이 아이(8a)의 뒤측 초점면에 형성되는 고리띠 형상의 2차 광원의 형태, 또는 파생적으로 얻어지는 4극 형상의 2차 광원 또는 2극 형상의 2차 광원의 형태를 적절히 변경할 수 있다. 이렇게 해서, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체 크기(외부 직경) 및 형상(고리띠비), 파생적으로 얻어지는 각 면 광원의 위치, 형상, 크기 등을 적절히 변화시켜, 다양한 고리띠 조명을 행할 수 있다.
또한, 최적인 해상도 및 초점 심도를 기초로 통상의 원형 조명을 행하는 경우, 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 원형 조명용의 회절 광학 소자(11c)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 소망하는 형태를 갖는 원 형상의 2차 광원을 얻기 위해, 또는 원 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 4극 형상의 2차 광원 또는 2극 형상의 2차 광원을 얻기 위해, 구동계(28a∼28c)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 액시콘(4∼16)의 간격을 설정하고, 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 구동계(27)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 투영 광학계 PL의 가변 개구 조리개를 구동시킨다.
또, 필요에 따라서, 구동계(28a∼28c)에 의해 액시콘(4∼16)의 간격을 변화시키거나, 구동계(24)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키거나 하는 것에 의해, 마이크로 플라이 아이(8a)의 뒤측 초점면에 형성되는 원 형상의 2차 광원의 형태, 또는 파생적으로 얻어지는 4극 형상의 2차 광원 또는 2극 형상의 2차 광원의 형태를 적절히 변경할 수 있다. 이렇게 해서, 원 형상의 2차 광원의 전체 크기(더 나아가서는 σ값), 파생적으로 얻어지는 각 면 광원의 위치, 형상, 크기 등을 적절히 변화시켜, 다양한 원형 조명을 행할 수 있다.
또, 실시예 2에서는, 광원측으로부터 순서대로 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16)을 배치하고 있지만, 이 배치 순서를 적절히 변화시킬 수도 있다. 또한, 각 액시콘(4∼16)에서는, 광원측으로부터 순서대로 오목 형상의 굴절면을 갖는 제 1 프리즘 부재와 볼록 형상의 굴절면을 갖는 제 2 프리즘을 배치하고 있지만, 이 배치 순서를 반대로 할 수도 있다.
또한, 실시예 2에서는 각 액시콘(4∼16)이 각각 한 쌍의 프리즘 부재로 구성되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 원추 액시콘(14)의 제 2 프리즘 부재(14b)와 제 1 V홈 액시콘(15)의 제 1 프리즘 부재(15a)를 일체화시키거나, 제 1 V홈 액시콘(15)의 제 2 프리즘 부재(15b)와 제 2 V홈 액시콘(16)의 제 1 프리즘 부재(16a)를 일체화시키거나 할 수도 있다. 이 경우, 원추 액시콘(14)의 제 1 프리즘 부재(14a), 일체화된 2개의 프리즘 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 제 2 프리즘 부재(16b)중 적어도 3개의 부재를 광축 AX를 따라 이동시키는 것에 의해, 각 액시콘(4∼16)의 간격을 각각 독립적으로 변화시킬 수 있다.
(실시예 3)
도 25는 본 발명의 실시예 3에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 26은 실시예 3에 있어서 아포컬 렌즈의 광로중에 배치된 한 쌍의 V홈 액시콘의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 실시예 3은 실시예 2와 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 2에서는 아포컬 렌즈(12)의 광로중에 원추 액시콘과 한 쌍의 V홈 액시콘이 배치되어 있는데 반해, 실시예 3에서는 한 쌍의 V홈 액시콘만이 배치되어 있는 점이 실시예 2와 기본적으로 상위하다. 이하, 실시예 2와의 상위점에 주목하여 실시예 3을 설명한다.
실시예 3의 4극 조명에서는, 원추 액시콘이 배치되어 있지 않기 때문에, 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 원 형상을 타원 형상으로 변화시킬 수 없다. 그러나, 복수의 4극 조명용 회절 광학 소자(11a)를 선택적으로 이용하고, 또한 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)의 작용을 이용하는 것에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치를 적절히 변경할 수 있다. 또한, 줌 렌즈(7)의 변배 작용을 보조적으로 이용하는 것에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
한편, 실시예 3의 고리띠 조명에서는, 원추 액시콘이 배치되어 있지 않기 때문에, 고리띠 형상의 2차 광원의 고리띠비를 연속적으로 변화시킬 수 없다. 그러나, 복수의 고리띠 조명용 회절 광학 소자(11b)를 선택적으로 이용하고, 또한 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(7)의 작용을 이용하는 것에 의해, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체적인 크기 및 형상(고리띠비), 또는 고리띠 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 2극 형상의 2차 광원 또는 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
그런데, 원형 조명에서는 원추 액시콘의 작용을 적극적으로 이용하는 경우는 없다. 따라서, 실시예 3의 원형 조명에 있어서도 실시예 2의 경우와 마찬가지로, 원 형상의 2차 광원의 전체적인 크기, 또는 원 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 2극 형상의 2차 광원 또는 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
(실시예 4)
도 27은 본 발명의 실시예 4에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 28은 실시예 4에 있어서 아포컬 렌즈의 광로중에 배치된 원추 액시콘 및 제 1 V홈 액시콘의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 실시예 4는 실시예 2와 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 2에서는 아포컬 렌즈(12)의 광로중에 원추 액시콘과 한 쌍의 V홈 액시콘이 배치되어 있는 데 반해, 실시예 4에서는 원추 액시콘 및 제 1 V홈 액시콘만이 배치되어 있는 점이 실시예 2와 기본적으로 상위하다. 이하, 실시예 2와의 상위점에 주목하여 실시예 4를 설명한다. 또, 도 27 및 도 28에서는 한쪽의 V홈 액시콘으로서 제 1 V홈 액시콘(15)을 나타내고 있지만, 한쪽의 V홈 액시콘은 제 2 V홈 액시콘(16)이더라도 무방하다.
실시예 4의 4극 조명에서는, 한쪽의 V홈 액시콘(15 또는 16)밖에 배치되어 있지 않으므로, 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 원 형상의 각 면 광원의 형상 및 크기를 유지한 채 그 위치만을 2차원적으로 변화시킬 수는 없다. 그러나, 복수의 4극 조명용 회절 광학 소자(11a)를 선택적으로 이용하고, 또한 원추 액시콘(14), 한쪽의 V홈 액시콘(15 또는 16) 및 줌 렌즈(7)의 작용을 이용하는 것에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 각 면 광원의 위치, 형상 및크기를 적절히 변경할 수 있다.
한편, 실시예 4의 고리띠 조명에서는, 한쪽의 V홈 액시콘(15 또는 16)밖에 배치되어 있지 않으므로, 고리띠 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 4극 형상의 2차 광원을 얻을 수 없다. 그러나, 복수의 고리띠 조명용 회절 광학 소자(11b)를 선택적으로 이용하고, 또한 원추 액시콘(14), 한쪽의 V홈 액시콘(15 또는 16) 및 줌 렌즈(7)의 작용을 이용하는 것에 의해, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체적인 크기 및 형상(고리띠비), 또는 고리띠 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 2극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
또한, 실시예 4의 원형 조명에서는, 한쪽의 V홈 액시콘(15 또는 16)밖에 배치되어 있지 않으므로, 원 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 4극 형상의 2차 광원을 얻을 수 없다. 그러나, 복수의 원형 조명용 회절 광학 소자(11c)를 선택적으로 이용하고, 또한 원추 액시콘(14), 한쪽의 V홈 액시콘(15 또는 16) 및 줌 렌즈(7)의 작용을 이용하는 것에 의해, 원 형상의 2차 광원의 전체적인 크기, 또는 원 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 2극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
(실시예 5)
도 29는 본 발명의 실시예 5에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 실시예 5는 실시예 2와 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 5에서는 파면 분할형의 광학 적분기(마이크로 플라이 아이(8a)) 대신에 내면 반사형의 광학 적분기(로드형 적분기(70))를 이용하고 있는 점이 실시예 2와 기본적으로 상위하다. 이하, 실시예 2와의 상위점에 주목하여 실시예 5를 설명한다.
실시예 5에서는 마이크로 플라이 아이(8a) 대신에 로드형 적분기(70)를 배치하고 있는 것에 대응하여, 회절 광학 소자(11)와 로드형 적분기(70) 사이의 광로중에 광원측으로부터 순서대로 줌 렌즈(71), 제 2 회절 광학 소자(또는 마이크로 플라이 아이)(72) 및 입력(input) 렌즈(73)를 배치하고 있다. 또한, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드(17)는 로드형 적분기(70)의 사출면 근방에 배치되어 있다.
여기서, 줌 렌즈(71)는 그 앞측 초점 위치가 회절 광학 소자(11)의 위치와 거의 일치하고 또한 그 뒤측 초점 위치가 제 2 회절 광학 소자(72)의 위치와 거의 일치하도록 배치되어 있다. 또, 줌 렌즈(71)의 초점 거리의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 구동계(29)에 의해 행하여진다. 또한, 입력 렌즈(73)는 그 앞측 초점 위치가 제 2 회절 광학 소자(72)의 위치와 거의 일치하고 또한 그 뒤측 초점 위치가 로드형 적분기(70)의 입사면의 위치와 거의 일치하도록 배치되어 있다.
로드형 적분기(70)는 석영 유리나 형석과 같은 유리 재료로 이루어지는 내면 반사형의 유리 로드로서, 내부와 외부의 경계면, 즉 내면에서의 전반사(全反射)를 이용하여 집광점을 통과해서 로드 입사면과 평행한 면을 따라 내면 반사수에 따른수의 광원 상을 형성한다. 여기서, 형성되는 광원 상의 대부분은 허상이지만, 중심(집광점)의 광원 상만이 실상으로 된다. 즉, 로드형 적분기(70)에 입사된 광속은 내면 반사에 의해 각도 방향으로 분할되고, 집광점을 통과하여 그 입사면과 평행한 면을 따라 다수의 광원 상으로 이루어지는 2차 광원이 형성된다.
따라서, 실시예 5의 4극 조명(고리띠 조명 또는 원형 조명)에서는, 조명 광로에 선택적으로 설치된 회절 광학 소자(11a)(11b 또는 11c)를 통과한 광속이, 줌 렌즈(71)를 거쳐서 제 2 회절 광학 소자(72)상에 4극 형상(고리띠 형상 또는 원 형상)의 조야를 형성한다. 제 2 회절 광학 소자(72)를 통과한 광속은 입력 렌즈(73)를 거쳐서, 로드형 적분기(70)의 입사면 근방에 집광한다. 도 30은 실시예 5에 있어서의 제 2 회절 광학 소자의 작용을 설명하는 도면이다.
도 30의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제 2 회절 광학 소자(72)가 배치되어 있지 않은 경우, 줌 렌즈(71) 및 입력 렌즈(73)를 거친 광속이 로드형 적분기(70)의 입사면(70a)상에서 대략 한 점으로 집광한다. 그 결과, 로드형 적분기(70)에 의해 그의 입사측에 형성되는 다수의 광원이 매우 산일적으로 되어(2차 광원 전체에 대한 각 광원의 충전율이 작아져), 실질적인 면 광원을 얻을 수 없게 되어 버린다.
그래서, 실시예 5에서는, 광속 발산 소자로서의 제 2 회절 광학 소자(72)를 입력 렌즈(73)의 앞측 초점 위치 근방에 배치하고 있다. 이렇게 해서, 도 30의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제 2 회절 광학 소자(72)를 거쳐서 발산된 광속이 입력 렌즈(73)를 거쳐서 로드형 적분기(70)의 입사면(70a)상에서 소정의 확산에 의해 집광된다. 그 결과, 로드형 적분기(70)에 의해 그의 입사측에 형성되는 다수의 광원이 매우 밀실로 되어(2차 광원 전체에 대한 각 광원의 충전율이 커져), 실질적인 면 광원으로서의 2차 광원을 얻을 수 있다.
로드형 적분기(70)에 의해 그의 입사측에 형성된 4극 형상(고리띠 형상 또는 원 형상)의 2차 광원으로부터의 광속은 그 사출면에서 중첩된 후, 마스크 블라인드(17) 및 결상 광학계(18)를 거쳐서 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 조명한다. 또, 실시예 5에서는, 줌 렌즈(71)의 앞측 렌즈군(71a)과 뒤측 렌즈군(71b) 사이의 광로중에 광원측으로부터 순서대로 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15) 및 제 2 V홈 액시콘(16)이 배치되어 있다.
따라서, 실시예 5의 4극 조명에 있어서도 실시예 2와 마찬가지로, 복수의 4극 조명용 회절 광학 소자(11a)를 선택적으로 이용하고, 또한 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(71)의 작용을 이용하는 것에 의해, 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 고리 형상의 영역에 있어서 고리띠 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
또한, 실시예 5의 고리띠 조명에 있어서도 실시예 2와 마찬가지로, 복수의 고리띠 조명용 회절 광학 소자(11b)를 선택적으로 이용하고, 또한 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(71)의 작용을 이용하는 것에 의해, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체적인 크기 및 형상(고리띠비), 또는 고리띠 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 2극 형상의 2차 광원 또는 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
또한, 실시예 5의 원형 조명에 있어서도 실시예 2와 마찬가지로, 복수의 원형 조명용 회절 광학 소자(11c)를 선택적으로 이용하고, 또한 원추 액시콘(14), 제 1 V홈 액시콘(15), 제 2 V홈 액시콘(16) 및 줌 렌즈(71)의 작용을 이용하는 것에 의해, 원 형상의 2차 광원의 전체적인 크기, 또는 원 형상의 2차 광원으로부터 파생적으로 얻어지는 2극 형상의 2차 광원 또는 4극 형상의 2차 광원을 구성하는 각 면 광원의 위치, 형상 및 크기를 적절히 변경할 수 있다.
이상과 같이, 실시예 2∼실시예 5에 있어서도, V홈 액시콘(15 또는 16)의 간격을 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 전체 크기 및 형상이 X 방향 또는 Z 방향으로 변화한다. 그 결과, 마스크 M상의 직교하는 2 방향(X 방향 및 Y 방향)에서 서로 다른 조명 조건을 실현할 수 있고, 나아가서는 패턴에 방향성이 있는 마스크 M상의 직교하는 2 방향에서 최적인 조명 조건을 설정할 수 있다.
또, 상술한 실시예 2∼실시예 5중, 가변 수단으로서 한 쌍의 V홈 액시콘(15 및 16)만을 구비한 실시예 3은 메모리(DRAM 등)의 리소그래피 공정에 특히 적합하다. 또한, 가변 수단으로서 원추 액시콘(14)과 한쪽의 V홈 액시콘(15 또는 16)만을 구비한 실시예 4는 로직 디바이스(MPU 등)의 리소그래피 공정에 특히 적합하다. 또, 가변 수단으로서 원추 액시콘(14)과 한 쌍의 V홈 액시콘(15 및 16)을 구비한 실시예 2 및 실시예 5는 반도체 장치를 포함한 일반적인 마이크로디바이스의 리소그래피 공정에 적합하다.
그런데, 이상의 실시예 5(도 29 참조)에서는, 액시콘계(14, 15, 16)의 마스크측에 배치된 광학 적분기를 내면 반사형 광학 적분기(로드형 광학 적분기)(70)로한 예를 설명했지만, 전술한 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(8)나 마이크로 플라이 아이(8a)를 내면 반사형 광학 적분기(로드형 광학 적분기)(70)와 치환하는 것도 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 이상의 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 5(도 10, 도 25 및 도 29 참조)에서는, 제 1 V홈 액시콘(15)의 V홈의 방향을 Z 방향(0°방향)으로 하고, 제 2 V홈 액시콘(16)의 V홈의 방향을 X 방향(90°방향)으로 한 예를 나타내었지만, 본 발명은 이 배치에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 제 1 V홈 액시콘(15)의 V홈의 방향을 광축 중심으로 시계 방향으로 45°회전시킨 방향(45°방향)으로 하고, 제 2 V홈 액시콘(16)의 V홈의 방향을 광축 중심으로 시계 방향으로 45°회전시킨 방향(135°방향) 등으로 할 수 있다. 이것에 의해, 마이크로 플라이 아이(8a)에 입사하는 홈의 그림자가 비스듬하게 되어 조도 불균일을 저감할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 제 1 V홈 액시콘(15)의 V홈의 방향과 제 2 V홈 액시콘(16)의 V홈의 방향이 이루는 각(교차각)을 소망하는 조명 조건에 따라 임의로 변경할 수 있다. 이상과 같이, 2개의 V홈 액시콘의 홈의 교차각을 변경하기 위해서, 제어계(21)는 입력 수단(20)을 거쳐서 입력된 입력 정보에 근거하여 구동계(28b)와 구동계(28c)중 적어도 한쪽을 구동시켜, 제 1 V홈 액시콘(15)과 제 2 V홈 액시콘(16)을 광축 중심으로 상대적으로 회전시키면 된다.
또, 이상의 실시예 4(도 27을 참조)에서는 V홈 액시콘(15)의 V홈의 방향을 Z 방향(0°방향)으로 한 예를 나타내었지만, 본 발명은 이 배치에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 V홈 액시콘(15)의 V홈의 방향을 광축 중심으로 45°회전시킨 방향(45°방향), 90°회전시킨 방향(90°방향), 135°회전시킨 방향(135°방향) 등으로 할 수 있다. 즉, V홈 액시콘(15)의 V홈의 방향을 소망하는 조명 조건에 따라 임의로 변경할 수 있다. 이상과 같이, V홈 액시콘의 홈의 방향을 변경하기 위해서, 제어계(21)는 입력 수단(20)을 거쳐서 입력된 입력 정보에 근거하여 구동계(28b)를 구동시켜, V홈 액시콘(15)을 광축 중심으로 소정의 회전량만큼 회전시키면 된다.
또한, 이상의 각 실시예에서는, 회절 광학 소자(11a, 11b, 11c)와 σ값 가변용의 줌 렌즈(7)(변배 광학계)와의 병용으로 σ값의 가변 범위를 0.1∼0.95(0.1≤σ≤0.95)로 하는 것이 바람직하지만, σ값 가변용의 줌 렌즈(7)(변배 광학계)를 구성하는 렌즈 매수나 그것의 공간 등의 제약이 해소되면, 장치로서 요구되는 0.1∼0.95의 σ값의 범위를 연속적으로 가변으로 할 수 있다.
또한, 이상의 실시예 1∼실시예 5에 있어서의 고리띠 조명에 있어서, 조명 광학계의 동공(투영 광학계의 동공)에 형성되는 고리띠 광속은 0.4∼0.95의 σ값의 범위(0.4≤σ≤0.95)내에서 고리띠비를 가변으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이상의 실시예 1∼실시예 5에 있어서의 2극 조명이나 4극 조명을 비롯한 다극 조명에 있어서, 조명 광학계의 동공(투영 광학계의 동공)에 형성되는 다극 형상 광속은 0.4∼0.95의 σ값의 범위(0.4≤σ≤0.95)내에서 위치나 크기를 가변으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이상의 실시예 1∼실시예 5에 있어서, 투영 광학계 PL에 잔존하는 수차 또는 경시적으로 변화하는 수차(파면 수차 등)를 계측하기 위해서, 예컨대 미국 특허 제 5,828,455 호나 미국 특허 제 5,978,085 호 등에 개시되어 있는 수차 계측용 마스크(수차 계측용 레티클)를 마스크(레티클) M을 유지하는 도시하지 않은 마스크 스테이지 MS에 탑재하고, 그 수차 계측용 마스크에 대하여 적절한 조명을 함으로써, 투영 광학계 PL의 수차(파면 수차 등)를 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다. 여기서, 투영 광학계 PL의 수차(파면 수차 등)를 고정밀도로 계측할 수 있는 조명 조건을 다양한 각도에서 연구해 온 결과, 조명 광학계 σ값을 0.01≤σ≤0.3의 범위중 어느 하나로 설정하는 것이 바람직하다는 것이 판명되었다. 또, 투영 광학계 PL의 수차(파면 수차 등)를 한층 더 고정밀도로 계측하기 위해서는, 조명 광학계의 σ값을 0.02≤σ≤0.2의 범위중 어느 하나로 설정하는 것이 한층 더 바람직하다. 이와 같이, 조명 광학계 σ값을 0.01≤σ≤0.3의 범위 또는 0.02≤σ≤0.2의 범위로 조명 조건을 설정하기 위해서는, 이상의 각 실시예에 있어서의 조명 조건 설정 수단(4a, 4b, 5, 7, 10, 11a∼11c, 12, 14∼16, 71, 71a)의 일부를 구성하는 회절 광학 소자(11a, 11b, 11c) 대신에 극소 σ값을 설정하는 계측용의 회절 광학 소자를 설정하면 된다. 또, 이상의 실시예 1∼실시예 5의 투영 광학계 PL에 수차가 발생하고 있는 경우에는 계측된 수차 정보를 입력 수단(20)에 의해 입력하고, 제어계(21)는, 예컨대 입력 수단(20)을 거쳐서 입력된 수차 정보에 근거하여 도시하지 않은 구동계를 거쳐서 투영 광학계 PL을 구성하는 적어도 하나의 광학 소자(렌즈나 미러 등)를 이동(투영 광학계 PL의 광축 방향의 이동, 광축과 직교하는 방향의 이동, 광축에 대하여 경사, 광축 주위로 회전)시키는 것에 의해, 투영 광학계 PL의 수차를 비롯한 광학 특성의 악화를 보정할 수 있다.
또한, 이상의 실시예 1∼실시예 5에 나타낸 장치를 주사형 노광 장치로 한경우에는, 조명 광학계는 마스크 M상에 슬릿 형상(짧은쪽 방향과 긴쪽 방향을 갖는 장방형 형상)의 조명 영역(도 1, 도 10, 도 25, 도 27 및 도 29의 지면 방향 또는 주사 방향으로 짧은쪽 방향을 갖는 조명 영역)을 웨이퍼 W상에 슬릿 형상의 노광 영역을 형성하고, 도시하지 않은 마스크 스테이지 MS에 유지된 마스크와, 도시하지 않은 웨이퍼 스테이지(기판 스테이지) WS에 유지된 웨이퍼(기판)를 주사 방향(도 1, 도 10, 도 25, 도 27 및 도 29의 지면 방향)을 따라 반대 방향으로 이동시키는 것에 의해, 마스크 M의 패턴 상이 투영 광학계 PL을 거쳐서 웨이퍼 W상에 형성된다. 이 경우, 도시하지 않은 마스크 스테이지 MS 및 도시하지 않은 웨이퍼 스테이지(기판 스테이지) WS는 도시하지 않은 각 스테이지를 구동시키는 구동 장치를 거쳐서 제어계(21)에 의해서 제어된다.
이상의 각 실시예에 나타낸 장치에 있어서, 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(어레이 형상 광학 소자)(8)나 마이크로 플라이 아이(마이크로 어레이 형상 광학 소자)(8a)를 구성하는 다수의 광학 소자(렌즈 소자)의 개개의 단면 형상은, 마스크 M상에 형성되는 슬릿 형상(짧은쪽 방향과 긴쪽 방향을 갖는 직사각형 형상)의 조명 영역 및 웨이퍼 W상에 형성되는 슬릿 형상(짧은쪽 방향과 긴쪽 방향을 갖는 직사각형 형상)의 노광 영역과 상사로 하는 것이 바람직하다.
또한, 이상의 각 실시예에 나타낸 바와 같이, 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(어레이 형상 광학 소자)(8)나 마이크로 플라이 아이(마이크로 어레이 형상 광학 소자)(8a)를 내면 반사형 광학 적분기(로드형 광학 적분기)로 치환한 주사형 노광 장치의 경우, 및 실시예 5와 같이 광학 적분기를 내면 반사형 광학 적분기(로드형 광학 적분기)로 한 주사형 노광 장치의 경우, 내면 반사형 광학 적분기(로드형 광학 적분기)의 단면 형상은 마스크 M상에 형성되는 슬릿 형상(짧은쪽 방향과 긴쪽 방향을 갖는 직사각형 형상)의 조명 영역 및 웨이퍼 W상에 형성되는 슬릿 형상(짧은쪽 방향과 긴쪽 방향을 갖는 직사각형 형상)의 노광 영역과 상사로 하는 것이 바람직하다.
또, 이상의 각 실시예에 나타낸 장치를 주사형 노광 장치로 한 경우, 투영 광학계 PL의 대형화 및 복잡화를 초래하는 일없이 효율 좋게 넓은 시야를 유지하면서, 높은 스루풋하에서의 주사 노광을 달성하기 위해서는, 마스크 M상에 형성되는 슬릿 형상의 조명 영역(또는 웨이퍼 W상에 형성되는 슬릿 형상의 노광 영역)에 있어서의 짧은쪽 방향의 길이를 Ls로 하고, 그 조명 영역의 긴쪽 방향의 길이를 Ll로 할 때, 0.05<Ls/Ll<0.7의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 이상의 각 실시예에 나타낸 주사형 노광 장치에서는, 예컨대 Ls/Ll=1/3로 하고 있다.
상술한 각 실시예에 따른 노광 장치에서는 조명 광학 장치에 의해서 마스크(레티클)를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광시키는 것(노광 공정)에 의해, 마이크로디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 상술한 각 실시예의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성하는 것에 의해 마이크로디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 일례에 관하여, 도 8의 흐름도를 참조해서 설명한다.
우선, 도 8의 단계 301에 있어서, 1 로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다.다음 단계 302에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토레지스트가 도포 된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 상술한 각 실시예의 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계를 거쳐서 그 1 로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실행하는 것에 의해, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 더 위에 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행하는 것에 의해 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 장치 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻는 것도 가능하다. 이하, 도 9의 흐름도를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 관하여 설명한다. 도 9에 있어서, 패턴 형성 공정(단계 401)에서는, 상술한 각 실시예의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해서, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상 공정, 에칭 공정, 레티클 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음의 컬러 필터 형성 공정(단계 402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 세트가 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조를 복수 수평 주사선 방향으로 배열한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(단계 402) 후에, 셀 조립 공정(단계 403)이 실행된다. 셀 조립 공정(단계 403)에서는, 패턴 형성 공정(단계 401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판 및 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에서 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(단계 403)에서는, 예컨대 패턴 형성 공정(단계 401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(단계 402)에서 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(단계 404)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 실행시키는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.
또, 상술한 각 실시예에서는, 변형 조명에 있어서 4극 형상이나 고리띠 형상의 2차 광원을 예시적으로 형성하고 있지만, 광축에 대하여 편심된 2개의 면 광원으로 이루어지는 2극 형상의 2차 광원이나, 광축에 대하여 편심된 8개의 면 광원으로 이루어지는 8극 형상의 2차 광원과 같은, 소위 복수극 형상 또는 다극 형상의 2차 광원을 형성할 수도 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 조명 광학 장치를 구비한 투영 노광 장치를예로 들어 본 발명을 설명했지만, 마스크 이외의 피조사면을 조명하기 위한 일반적인 조명 광학 장치에 본 발명을 적용할 수 있는 것은 명백하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 조명 광학 장치에서는, 광학 적분기로의 입사 광속의 소정 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해, 입사 광속의 종횡비를 변경하는 종횡비 변경 소자를 구비하고 있다. 따라서, 이 종횡비 변경 소자의 작용에 의해, 2차 광원의 전체 크기를 소정 방향을 따라 변화시킬 수 있고, 나아가서는 피조사면상의 직교하는 2 방향에서 서로 다른 조명 조건을 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명의 조명 광학 장치를 설치한 노광 장치에서는, 패턴에 방향성이 있는 마스크상의 직교하는 2 방향에서 최적인 조명 조건을 설정할 수 있어, 양호한 조명 조건을 기초로 양호한 마이크로디바이스를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명은, 적절한 조명 조건을 기초로 마스크의 패턴을 정확하게 전사할 수 있고, 동시에, 마스크의 패턴을 정확하게 전사하는데 있어서, 투영 광학계의 광학 성능을 고정밀도로 확인할 수 있는 노광 장치나 노광 방법 등을 실현할 수 있으며, 또한 양호한 마이크로디바이스를 제조할 수 있다.
Claims (41)
- 광원 수단으로부터의 광속(光束)에 근거하여 제 1 다수 광원을 형성하기 위한 제 1 광학 적분기와, 상기 제 1 다수 광원으로부터의 광속에 근거하여 보다 다수의 제 2 다수 광원을 형성하기 위한 제 2 광학 적분기를 구비하고, 상기 제 2 다수 광원으로부터의 광속으로 피조사면을 조명하는 조명 광학 장치에 있어서,상기 제 1 광학 적분기와 상기 제 2 광학 적분기 사이의 광로중에 배치되어, 상기 제 2 다수 광원의 전체 크기를 상사(相似)적으로 변경하기 위한 변배 광학계와,상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 소정 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해, 상기 입사 광속의 종횡비(縱橫比)를 변경하는 종횡비 변경 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 종횡비 변경 소자는 광축을 중심으로 하여 회전 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 종횡비 변경 소자는,상기 광학 적분기 또는 상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 제 1 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위한 제 1 종횡비 변경 소자와,상기 광학 적분기 또는 상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위한 제 2 종횡비 변경 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 종횡비 변경 소자는, 상기 소정 방향을 따라 오목 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 1 프리즘과, 해당 제 1 프리즘의 상기 오목 형상 단면의 굴절면과 상보(相補)적으로 형성된 볼록 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 2 프리즘을 갖고, 상기 제 1 프리즘 및 상기 제 2 프리즘중 적어도 어느 한쪽이 광축을 따라 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 프리즘의 상기 오목 형상 단면은 V자 형태의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여 다수 광원을 형성하기 위한 광학 적분기와, 해당 광학 적분기로부터의 광속을 피조사면으로 인도하기 위한 도광 광학계를 구비한 조명 광학 장치에 있어서,상기 광원 수단으로부터의 광속을 소정의 단면 형상을 갖는 광속 또는 소정의 광 강도 분포를 갖는 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자와,상기 광속 변환 소자와 상기 광학 적분기 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광학 적분기로의 입사 광속의 소정 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위해, 상기 입사 광속의 종횡비를 변경하는 종횡비 변경 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 종횡비 변경 소자는 광축을 중심으로 하여 회전 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 종횡비 변경 소자는,상기 광학 적분기 또는 상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 제 1 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위한 제 1 종횡비 변경 소자와,상기 광학 적분기 또는 상기 제 1 광학 적분기로의 입사 광속의 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 따른 입사 각도를 변화시키기 위한 제 2 종횡비 변경 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 종횡비 변경 소자는, 상기 소정 방향을 따라 오목 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 1 프리즘과, 해당 제 1 프리즘의 상기 오목 형상 단면의 굴절면과 상보적으로 형성된 볼록 형상 단면의 굴절면을 갖는 제 2 프리즘을 갖고, 상기 제 1 프리즘 및 상기 제 2 프리즘 중 적어도 어느 한쪽이 광축을 따라 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 프리즘의 상기 오목 형상 단면은 V자 형태의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 피조명 물체를 조명하는 조명 광학계를 구비한 조명 광학 장치에 있어서,상기 조명 광학계는 해당 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기 및 형상중 적어도 한쪽을 가변으로 하는 가변 수단을 구비하고,상기 가변 수단은,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 수단과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 수단과,상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 조명 광학계는 상기 조명광의 형상을 소망하는 광속 형상으로 변환하고, 해당 소망하는 광속 형상으로 변환된 조명광을 상기 가변 수단으로 인도하는 광 형상 변환 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 광 형상 변환 수단은,상기 조명광의 형상을 제 1 광속 형상으로 변환하는 제 1 회절 광학 부재와,해당 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련되고 상기 조명광의 형상을 제 2 광속 형상으로 변환하는 제 2 회절 광학 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 조명 광학계는 상기 가변 수단과 상기 피조명 물체 사이의 광로중에 배치되어 상기 피조명 물체를 균일하게 조명하는 광학 적분기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 피조명 물체를 조명하는 조명 광학계를 구비한 조명 광학 장치에 있어서,상기 조명 광학계는 해당 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기 및 형상중 적어도 한쪽을 가변으로 하는 가변 수단을 구비하고,상기 가변 수단은,상기 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을부여하는 고리띠비 가변 수단과,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 가변 수단은 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 가변 수단은 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 조명 광학계는 상기 조명광의 형상을 소망하는 광속 형상으로 변환하고, 해당 소망하는 광속 형상으로 변환된 조명광을 상기 가변 수단으로 인도하는광 형상 변환 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 18 항에 있어서,상기 광 형상 변환 수단은,상기 조명광의 형상을 제 1 광속 형상으로 변환하는 제 1 회절 광학 부재와,해당 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련되고 상기 조명광의 형상을 제 2 광속 형상으로 변환하는 제 2 회절 광학 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 제 15 항에 있어서,상기 조명 광학계는 상기 가변 수단과 상기 피조명 물체 사이의 광로중에 배치되어 상기 피조명 물체를 균일하게 조명하는 광학 적분기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
- 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학 장치와,상기 피조사면에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광시키기 위한 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
- 청구항 21에 기재된 노광 장치에 의해 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판상에 노광하는 노광 공정과,상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로디바이스의 제조 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,상기 마스크의 패턴 상(像)을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하되,상기 조명 공정은,상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠 작용 부여 공정과,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 23 항에 있어서,상기 조명 공정은 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하되,상기 조명 공정은,상기 조명 광학계의 동공에서 상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정과,상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하되,상기 조명 공정은 상기 마스크에 대한 조명 조건을 변경하는 변경 공정을 포함하고,상기 변경 공정은, 상기 조명 광학계의 제 1 조명 조건을 설정하는 제 1 설정 공정과, 상기 조명 광학계의 제 2 조명 조건을 설정하는 제 2 설정 공정중 적어도 한쪽을 선택하는 선택 공정을 포함하며,상기 제 1 설정 공정은,상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠 작용 부여 공정과,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하고,상기 제 2 설정 공정은,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정과,상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하되,상기 조명 공정은 상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광의 크기 및 형상중 적어도 한쪽을 가변으로 하는 가변 공정을 포함하고,상기 가변 공정은,상기 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 가변 공정은 상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 28 항에 있어서,상기 가변 공정은 상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 조명 공정은 상기 가변 공정 전에, 상기 조명광의 형상을 소망하는 광속 형상으로 변환하는 광 형상 변환 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 30 항에 있어서,상기 광 형상 변환 공정은,제 1 회절 광학 부재를 이용하여 상기 조명광의 형상을 제 1 광속 형상으로 변환하는 제 1 회절 공정과,상기 제 1 회절 광학 부재와 교환 가능하게 마련된 제 2 회절 광학 부재를 이용하여 상기 조명광의 형상을 제 2 광속 형상으로 변환하는 제 2 회절 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 27 항에 있어서,상기 조명 공정은 상기 가변 공정 후에, 광학 적분기를 이용하여 상기 피조명 물체를 균일하게 조명하는 균일 조명 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하되,상기 조명 공정은 상기 마스크에 대한 조명 조건을 변경하는 변경 공정을 포함하고,상기 변경 공정은, 상기 조명 광학계의 제 1 조명 조건을 설정하는 제 1 설정 공정과, 상기 조명 광학계의 제 2 조명 조건을 설정하는 제 2 설정 공정중 적어도 한쪽을 선택하는 선택 공정을 포함하며,상기 제 1 설정 공정은,상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과,상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하고,상기 제 2 설정 공정은,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 소정 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 변위 공정과,상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하되,상기 조명 공정은,상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정을 포함하되,상기 조명 공정은 상기 마스크에 대한 조명 조건을 변경하는 변경 공정을 포함하고,상기 변경 공정은, 상기 조명 광학계의 제 1 조명 조건을 설정하는 제 1 설정 공정, 상기 조명 광학계의 제 2 조명 조건을 설정하는 제 2 설정 공정, 및 상기조명 광학계의 제 3 조명 조건을 설정하는 제 3 설정 공정중 적어도 하나를 선택하는 선택 공정을 포함하며,상기 제 1 설정 공정은,상기 조명 광학계의 동공에서의 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정을 포함하고,상기 제 2 설정 공정은,상기 조명광을 소망하는 고리띠비를 갖는 고리띠 형상으로 변환하는 작용을 부여하는 고리띠비 가변 공정과,상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하고,상기 제 3 설정 공정은,상기 조명 광학계의 광축과 직교하는 제 1 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 1 변위 공정과,상기 광축과 직교하고 또한 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향을 따라 상기 광축을 사이에 두고 대칭으로 상기 조명광을 변위시키는 제 2 변위 공정과,상기 조명광의 크기를 가변으로 하는 변배 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 방법에 있어서,조명 광학계를 거쳐서 상기 마스크를 조명하는 조명 공정과,투영 광학계를 이용하여 상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 공정과,상기 투영 광학계의 광학 특성을 계측하는 계측 공정을 포함하되,상기 조명 공정은,상기 투영 공정을 실행하는데 있어 조명 조건으로서의 σ값을 0.4≤σ≤0.95의 범위로 설정하는 노광 조건 설정 공정과,상기 계측 공정을 실행하는데 있어 조명 조건으로서의 σ값을 0.01≤σ≤0.3의 범위로 설정하는 계측 조건 설정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 제 36 항에 있어서,상기 투영 공정을 실행하는데 있어, 상기 마스크와 상기 감광성 기판을 주사 방향을 따라 이동시키는 주사 공정을 더 포함하고,상기 조명 공정은 긴쪽 방향과 짧은쪽 방향을 갖는 직사각형 형상의 조명 영역을 상기 마스크상에 형성하는 공정을 포함하며,상기 조명 영역의 짧은쪽 방향의 길이를 Ls로 하고, 상기 조명 영역의 긴쪽 방향의 길이를 Ll로 할 때, 0.05<Ls/Ll<0.7의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
- 청구항 23 내지 청구항 37 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로디바이스의 제조 방법.
- 마스크의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 장치에 있어서,상기 마스크를 조명하는 조명 광학계와,상기 마스크의 패턴 상을 상기 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하되,상기 조명 광학계는, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광할 때에, 조명 조건으로서의 σ값을 0.4≤σ≤0.95의 범위로 설정하고, 또한 상기 투영광학계의 광학 특성을 계측할 때에, 조명 조건으로서의 σ값을 0.01≤σ≤0.3의 범위로 설정하는 조명 조건 설정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
- 제 39 항에 있어서,상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광할 때, 상기 마스크와 상기 감광성 기판을 주사 방향을 따라 이동시키는 주사 수단을 더 구비하고,상기 조명 광학계에 의해 상기 마스크에 형성되는 상기 조명 영역의 짧은쪽 방향의 길이를 Ls로 하고, 상기 조명 광학계에 의해 상기 마스크에 형성되는 상기 조명 영역의 긴쪽 방향의 길이를 Ll로 할 때, 0.05<Ls/Ll<0.7의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
- 청구항 39 또는 청구항 40에 기재된 노광 장치를 이용하여 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,상기 노광 공정에 의해 노광된 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로디바이스의 제조 방법.
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