KR20020005975A - 조명 광학 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조방법 - Google Patents

조명 광학 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20020005975A
KR20020005975A KR1020010040852A KR20010040852A KR20020005975A KR 20020005975 A KR20020005975 A KR 20020005975A KR 1020010040852 A KR1020010040852 A KR 1020010040852A KR 20010040852 A KR20010040852 A KR 20010040852A KR 20020005975 A KR20020005975 A KR 20020005975A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
illumination
optical system
optical
light source
luminous flux
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
KR1020010040852A
Other languages
English (en)
Inventor
다니츠오사무
Original Assignee
시마무라 테루오
가부시키가이샤 니콘
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 시마무라 테루오, 가부시키가이샤 니콘 filed Critical 시마무라 테루오
Publication of KR20020005975A publication Critical patent/KR20020005975A/ko
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/30—Polarising elements
    • G02B5/3025—Polarisers, i.e. arrangements capable of producing a definite output polarisation state from an unpolarised input state
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
    • G03F7/70108—Off-axis setting using a light-guiding element, e.g. diffractive optical elements [DOEs] or light guides
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70191—Optical correction elements, filters or phase plates for controlling intensity, wavelength, polarisation, phase or the like
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70566—Polarisation control
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/7085—Detection arrangement, e.g. detectors of apparatus alignment possibly mounted on wafers, exposure dose, photo-cleaning flux, stray light, thermal load
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/708—Construction of apparatus, e.g. environment aspects, hygiene aspects or materials
    • G03F7/70991—Connection with other apparatus, e.g. multiple exposure stations, particular arrangement of exposure apparatus and pre-exposure and/or post-exposure apparatus; Shared apparatus, e.g. having shared radiation source, shared mask or workpiece stage, shared base-plate; Utilities, e.g. cable, pipe or wireless arrangements for data, power, fluids or vacuum

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

본 발명에 따르면, 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴의 상을 기판상으로 전사하는 투영 노광 장치에 이용되고, 상기 마스크를 조명하기 위한 조명 광학 장치는, 노광 파장의 광속(光束)을 공급하기 위한 광원 수단과, 상기 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여, 상기 투영 광학계의 동공과 공역인 조명 동공내에, 기준 광축에 대하여 거의 대칭적으로 편심(偏心)한 2개의 면 광원을 형성하기 위한 2차 광원 형성 수단과, 상기 2개의 면 광원의 상기 기준 광축으로부터의 거리와, 상기 2개의 면 광원 각각의 크기와, 상기 2개의 면 광원을 상기 기준 광축으로부터 예상한 각도인 방위각을 연속적으로 변경하기 위한 변배 광학계를 갖는다.

Description

조명 광학 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조 방법{AN ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS}
본 발명은 조명 광학 장치 및 그 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치에 관한것으로, 특히 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자 또는 박막 자기 헤드 등의 장치를 리소그래피 공정으로 제조하기 위한 노광 장치에 적합한 조명 광학 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출(射出)된 광속(光束)이 플라이 아이 렌즈에 입사하고, 그 후측 초점면에 다수의 광원 상(像)으로 이루어지는 2차 광원을 형성한다. 2차 광원으로부터의 광속은, 플라이 아이 렌즈의 후측 초점면 근방에 배치된 개구 조리개를 거쳐서 제한된 후, 콘덴서 렌즈에 입사한다. 개구 조리개는, 소망하는 조명 조건(노광 조건)에 따라, 2차 광원의 형상 또는 크기를 소망하는 형상 또는 크기로 제한한다.
콘덴서 렌즈에 의해 집광된 광속은 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크의 패턴을 투과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼상에 결상(結像)된다. 이렇게 해서, 웨이퍼상에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 또, 마스크에 형성된 패턴은 고집적화되어 있고, 이 미세 패턴을 웨이퍼상에 정확히 전사하기 위해서는 웨이퍼상에 있어서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 필수적이다.
최근에 있어서는, 플라이 아이 렌즈의 사출측에 배치된 개구 조리개의 개구부(광투과부)의 크기를 변화시키는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈에 의해 형성되는 2차 광원의 크기를 변화시켜, 조명의 코히어런스 σ(σ값=개구 조리개 직경/투영 광학계의 동공 직경, 혹은 σ값=조명 광학계의 사출측 개구수/투영 광학계의 입사측 개구수)를 변화시키는 기술이 주목되고 있다. 또한, 플라이 아이 렌즈의 사출측에 배치된 개구 조리개의 개구부의 형상을 고리띠 형상이나 4개 구멍 형상(즉, 4극 형상)으로 설정하는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈에 의해 형성되는 2차 광원의 형상을 고리띠 형상이나 4극 형상으로 제한하고, 투영 광학계의 초점 심도나 해상력을 향상시키는 기술이 주목되고 있다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에서는, 2차 광원의 형상을 고리띠 형상이나 4극 형상으로 제한하여 변형 조명(고리띠 조명이나 4극 조명)을 실행하기 위해서, 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 비교적 큰 2차 광원으로부터의 광속을 고리띠 형상이나 4극 형상의 개구부를 갖는 개구 조리개에 의해서 제한하고 있다. 바꾸어 말하면, 종래 기술에 있어서의 고리띠 조명이나 4극 조명에서는 2차 광원으로부터의 광속의 상당 부분이 개구 조리개로 차폐(遮蔽)되어 조명(노광)에 기여하는 일이 없다. 그 결과, 개구 조리개에 있어서의 광량 손실에 의해, 마스크 및 웨이퍼상에서의 조도가 저하하고, 노광 장치로서의 스루풋도 저하한다고 하는 문제가 있었다. 또한, 전사해야 할 마스크 패턴에 대해서도 여러 가지 패턴 형상이 존재하기 때문에, 초점 심도(深度)를 작게 하는 일없이 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시키는 조명 기술이 요망되고 있다.
본 발명의 목적은, 광량 손실을 양호하게 억제하고 또한 소정의 초점 심도를 확보하면서, 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시키기 위한 변형 조명을 행하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 2는 도 1의 마이크로 플라이 아이(4)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 3은 2극 조명용 회절 광학 소자(6)의 작용을 설명하는 도면,
도 4는 2극 조명용 회절 광학 소자(6)의 작용을 설명함과 동시에, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역을 도시하는 도면,
도 5는 복수의 개구 조리개가 원주 형상으로 배치된 터릿(turret)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 6은 마이크로 플라이 아이(4)로부터 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면까지의 구성을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 아포칼(afocal) 줌 렌즈(5)의 배율 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리와, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역의 크기 및 형상의 관계를 설명하는 도면,
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 8은 실시예 1 및 실시예 2의 변형예의 주요부 구성을 개략적으로 도시하는 도면,
도 9는 마이크로 디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 광원 2 : 빔 익스팬더
3 : 절곡 미러 4 : 마이크로 플라이 아이
5 : 아포칼 줌 렌즈 6 : 회절 광학 소자
7 : 줌 렌즈 8 : 플라이 아이 렌즈
9 : 개구 조리개 10 : 콘덴서 광학계
20 : 입력 수단 21 : 제어계
22 : 제 1 구동계 23 : 제 2 구동계
24 : 제 3 구동계 25 : 제 4 구동계
26 : 제 5 구동계 PL : 투영 광학계
상술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 임의의 형태에 따른 조명 광학 장치는, 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴의 상(像)을 기판상으로 전사하는 투영 노광 장치에 이용되고, 상기 마스크를 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 노광 파장의 광속을 공급하기 위한 광원 수단과, 상기 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여, 상기 투영 광학계의 동공과 공역인 조명 동공내에, 기준 광축에 대하여 거의 대칭적으로 편심(偏心)한 2개의 면 광원을 형성하기 위한 2차 광원 형성 수단과, 상기 2개의 면 광원의 상기 기준 광축으로부터의 거리, 상기 2개의 면 광원의 각각의 크기 및 상기 2개의 면 광원을 상기 기준 광축으로부터 예상한 각도인 방위각을 연속적으로 변경하기 위한 변배 광학계를 갖는다.
본 발명의 전형적인 실시예에서는, 광원 수단과 광학 적분기 사이의 광로중에 각도 광속 형성 수단과 조명 영역 형성 수단이 배치되어 있다. 구체적으로는, 각도 광속 형성 수단은, 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속을 기준 광축에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 마이크로 플라이 아이와 같은 발산 광속 형성 소자와, 마이크로 플라이 아이를 거쳐서 형성된 발산 광속을 집광하고, 후술하는 광속 변환 소자로서의 회절 광학 소자의 회절면으로 가이드하기 위한 아포칼 줌 렌즈와 같은 광학계로 구성되어 있다. 따라서, 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속은, 마이크로 플라이 아이 및 아포칼 줌 렌즈를 거친 후, 기준 광축에 대하여 여러 각도 성분을 갖는 광속으로 되어 회절 광학 소자로 입사한다.
한편, 조명 영역 형성 수단은, 입사 광속을 기준 광축에 대하여 편심한복수(2개)의 광속으로 변환하기 위한 회절 광학 소자와 같은 광속 변환 소자와, 회절 광학 소자를 거쳐서 형성된 복수(2개)의 광속에 근거하여, 플라이 아이 렌즈와 같은 광학 적분기의 입사면에, 기준 광축에 대하여 편심한 복수의 조명 영역을 형성하기 위한 줌 렌즈와 같은 광학계로 구성되어 있다. 여기서, 기준 광축에 대하여 편심한 복수(2개)의 조명 영역란, 예컨대 기준 광축에 대하여 거의 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역, 즉 2극 형상의 조명 영역 등이다.
이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이 및 아포칼 줌 렌즈로 이루어지는 각도 광속 형성 수단과, 회절 광학 소자 및 줌 렌즈로 이루어지는 조명 영역 형성 수단의 작용에 의해, 플라이 아이 렌즈의 입사면에는 2극 형상의 조명 영역이 형성된다. 그 결과, 플라이 아이 렌즈의 후측 초점면에는, 동일하게 2극 형상의 2차 광원이 형성된다. 이와 같이 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 2차 광원으로부터의 광속은, 2차 광원의 크기 및 형상에 따른 개구부를 갖는 개구 조리개에 의해 제한된 후에 피조사면인 마스크를 중첩적으로 조명한다.
이와 같이, 본 발명에서는, 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여, 광량을 거의 손실하는 일없이, 2극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있다. 그 결과, 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하고 또한 소정의 초점 심도를 확보하면서, 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시키기 위한 변형 조명을 행할 수 있다. 즉, 2극 형상의 2차 광원에 근거하는 2극 조명에서는, 주로 한 방향에 따른 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시킬 수 있다. 또, 마이크로 플라이 아이를 조명 광로로부터 퇴피(退避)시키는 것에 의해 광량 손실을 양호하게 억제하면서 통상의 원형 조명을 행할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 본 발명의 실시예에서는, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 외경 및 고리띠 비(比)를 함께 변경할 수 있다. 또한, 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 고리띠 비를 변경하는 일없이 그 외경을 변경할 수 있다. 그 결과, 아포칼 줌 렌즈의 배율과 줌 렌즈의 초점 거리를 적절히 변화시키는 것에 의해, 2차 광원의 외경을 변화시키는 일없이 그 고리띠 비만을 변경할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치에서는, 2차 광원을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상의 원형 조명을 행할 수 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키거나 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시킨다고 하는 간단한 조작에 의해, 개구 조리개에서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 변형 조명의 파라미터(제한된 2차 광원의 크기 및 형상)를 변화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치를 조립한 노광 장치에서는, 변형 조명의 종류 및 파라미터를 적절히 변화시켜, 노광 투영해야 할 미세 패턴에 적합한 투영 광학계의 해상도 및 초점 심도를 얻을 수 있다. 그 결과, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로, 스루풋이 높은 양호한 투영 노광을 실행할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치를 이용하여 피조사면상에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 노광하는 노광 방법에서는, 양호한노광 조건을 기초로 투영 노광을 실행할 수 있기 때문에, 양호한 장치를 제조할 수 있다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 근거하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼 W의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼면내에서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼면내에서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다. 또, 도 1에서는 조명 광학 장치가 2극 조명을 행하도록 설정되어 있다.
도 1의 노광 장치는, 노광광(조명광)을 공급하기 위한 광원(1)으로서, 예컨대 248㎚ 또는 193㎚ 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 실린드리컬 렌즈(cylindrical lens)(2a 및 2b)로 이루어지는 빔 익스팬더(beam expander)(2)에 입사된다. 각 실린드리컬 렌즈(2a 및 2b)는, 도 1의 지면내(YZ 평면내)에 있어서 부(負)의 굴절력 및 정(正)의 굴절력을 각각 갖고, 광축 AX를 포함하고 지면과 직교하는 면내(XZ 평면내)에 있어서 평행 평면판으로서 기능한다. 따라서, 빔 익스팬더(2)에 입사한광속은, 도 1의 지면내에 있어서 확대되고, 소정의 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속으로 정형화된다.
정형 광학계로서의 빔 익스팬더(2)를 거친 거의 평행한 광속은, 절곡(折曲) 미러(3)에 의해 Y 방향으로 편향된 후, 마이크로 플라이 아이(4)에 입사한다. 마이크로 플라이 아이(4)는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이 조밀(稠密)하고 또한 종횡(縱橫)으로 배열된 다수의 정육각형의 정굴절력을 갖는 미소 렌즈(4a)로 이루어지는 광학 소자이다. 일반적으로, 마이크로 플라이 아이는, 예컨대 평행 평면 유리판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성함으로써 구성된다.
여기서, 마이크로 플라이 아이를 구성하는 각 미소 렌즈는 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 소자보다도 미소(微小)하다. 또한, 마이크로 플라이 아이는 서로 격절(隔絶)된 렌즈 소자로 이루어지는 플라이 아이 렌즈와는 달리, 다수의 미소 렌즈가 서로 격절되는 일없이 일체적으로 형성되어 있다. 그러나, 정굴절력을 갖는 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있는 점에서 마이크로 플라이 아이는 플라이 아이 렌즈와 동일하다. 또, 도 1 및 도 2에서는, 도면의 명료화를 위해, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 미소 렌즈(4a)의 수를 실제보다도 대단히 적게 설정하고 있다.
따라서, 마이크로 플라이 아이(4)에 입사한 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 2차원적으로 분할되고, 각 미소 렌즈의 후측 초점면에는 각각 하나의 광원(집광점)이 형성된다. 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면에 형성된 다수의 광원으로부터의 광속은 각각 정육각형의 단면을 갖는 발산 광속으로 되어, 아포칼 줌렌즈(5)에 입사한다. 이와 같이, 마이크로 플라이 아이(4)는, 2차원 형상으로 배열된 복수의 단위 광학 소자(미소 렌즈)를 갖는 광학 소자 어레이로서, 광원(1)으로부터의 거의 평행한 광속을 광축 AX에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 발산 광속 형성 소자를 구성하고 있다.
또, 마이크로 플라이 아이(4)는, 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성되어 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈(5)는 아포칼계(무초점 광학계)를 유지하면서 소정의 범위로 배율을 연속적으로 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이(4)의 조명 광로로부터의 퇴피는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 1 구동계(22)에 의해 행해진다. 또한, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 2 구동계(23)에 의해 행해진다.
아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 광속은 2극 조명용 회절 광학 소자(DOE)(6)에 입사한다. 이 때, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면에 형성된 각 광원으로부터의 발산 광속은 정육각형의 단면을 유지한 채로, 회절 광학 소자(6)의 회절면상에 수렴된다. 즉, 아포칼 줌 렌즈(5)는, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면과 회절 광학 소자(6)의 회절면을 광학적으로 공역으로 연결하고 있다. 그리고, 회절 광학 소자(6)의 회절면상의 한 점으로 집광하는 광속의 개구수는 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율에 의존하여 변화된다.
일반적으로, 회절 광학 소자는, 유리 기판에 노광광(조명광)의 파장 정도의 피치를 갖는 단차(段差)를 형성함으로써 구성되고, 입사 빔을 소망하는 각도로 회절하는 작용을 갖는다. 구체적으로는, 2극 조명용 회절 광학 소자(6)는, 도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이 광축 AX와 평행하게 수직 입사한 가는 광속을 소정의 사출각에 따라 진행하는 2개의 광속으로 변환한다. 바꾸어 말하면, 광축 AX를 따라 수직 입사한 가는 광속은, 광축 AX를 중심으로 하여 등각도로 특정한 2개의 방향을 따라 회절되어, 2개의 가는 광속으로 된다. 더 상세하게는, 회절 광학 소자(6)에 수직 입사한 가는 광속은 2개의 광속으로 변환되고, 회절 광학 소자(6)와 평행한 후방(後方)의 면을 통과하는 2개의 광속의 통과 중심점을 연결하는 선분의 중심은 회절 광학 소자(6)로의 입사축선상에 존재하게 된다. 이와 같이, 회절 광학 소자(6)는 입사 광속을 2개의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자를 구성하고 있다.
따라서, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이 회절 광학 소자(6)에 대하여 굵은 평행 광속이 수직 입사하면, 회절 광학 소자(6)의 후방에 배치된 렌즈(31)의 초점 위치에는 역시 2개의 점상(点像)(점형상의 광원 상)(32)이 형성된다. 즉, 회절 광학 소자(6)는, 파 필드(또는 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절 영역)에 2점 형상의 광 강도 분포를 형성한다. 또한, 렌즈(31)는 파 필드(또는 프라운호퍼 회절 영역)에 형성되는 2점 형상의 광 강도 분포를 그 후측 초점면상에 형성시킨다.
여기서, 도 3의 (c)에 도시하는 바와 같이, 회절 광학 소자(6)에 입사하는 굵은 평행 광속을 광축 AX에 대하여 기울이면, 렌즈(31)의 초점 위치에 형성되는 2개의 상이 이동한다. 즉, 회절 광학 소자(6)에 입사하는 굵은 평행 광속이 소정의 면을 따라 기울면, 렌즈(31)의 초점 위치에 형성되는 2개의 점상(33)은, 그 크기를변화시키지 않고, 그 중심이 소정의 면을 따라 광속이 기우는 방향과는 반대의 방향으로 이동한다.
상술한 바와 같이, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면에 형성된 각 광원으로부터의 발산 광속은, 정육각형의 단면을 유지한 채로, 회절 광학 소자(6)의 회절면상에 수속된다. 바꾸어 말하면, 회절 광학 소자(6)에는 여러 각도 성분을 갖는 광속이 입사하지만, 그 입사 각도는 정육각추체 형상의 광속 범위에 의해 규정된다. 따라서, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 회절 광학 소자(6)에 수직 입사한 광속이 형성하는 2점 형상의 상(40)을 중심으로 하여, 정육각추체 형상의 광속 범위의 각 능선(稜線)에 대응하는 최대 각도로 입사한 광속이 2점 형상의 상(41∼46)을 렌즈(31)의 초점 위치에 형성하게 된다. 실제로는, 정육각추체 형상의 광속 범위에 의해서 규정되는 다수의 각도 성분을 갖는 무한수의 광속이 회절 광학 소자(6)에 입사하기 때문에, 렌즈(31)의 초점 위치에는 무한수의 2점 형상의 상이 중첩되고, 전체으로는 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같은 2극 형상의 조명 영역이 형성된다.
또, 회절 광학 소자(6)는, 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성되고, 또한 8극 조명용 회절 광학 소자(60), 또는 변형 4극 조명용 회절 광학 소자(61)나 통상 원형 조명용 회절 광학 소자(62)와 전환 가능하게 구성되어 있다. 8극 조명용 회절 광학 소자(60), 변형 4극 조명용 회절 광학 소자(61) 및 통상 원형 조명용 회절 광학 소자(62)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 여기서, 2극 조명용 회절 광학 소자(6), 8극 조명용 회절 광학 소자(60), 변형 4극 조명용 회절광학 소자(61) 및 통상 원형 조명용의 회절 광학 소자(62) 사이의 전환은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 3 구동계(24)에 의해 행해진다.
다시 도 1을 참조하면, 회절 광학 소자(6)를 거친 광속은 줌 렌즈(7)에 입사한다. 여기서, 줌 렌즈(7)는 도 3에 도시하는 렌즈(31)와 동일한 작용을 갖는다. 또한, 줌 렌즈(7)의 후측 초점면 근방에는 광학 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면이 위치 결정되어 있다. 따라서, 회절 광학 소자(6)를 거친 광속은, 줌 렌즈(7)의 후측 초점면에, 나아가서는 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같은 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역, 즉 2극 형상의 조명 영역을 형성한다. 이 2극 형상의 조명 영역의 크기(2극 형상의 조명 영역에 외접하는 원의 직경)는 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 의존하여 변화된다. 이와 같이, 줌 렌즈(7)는 회절 광학 소자(6)와 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계를 맺고 있다. 또, 줌 렌즈(7)의 초점 거리의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 4 구동계(25)에 의해 행해진다.
플라이 아이 렌즈(8)는, 정의 굴절력을 갖는 다수의 렌즈 소자를 조밀하고 또한 종횡으로 배열함으로써 구성되어 있다. 또, 플라이 아이 렌즈(8)를 구성하는 각 렌즈 소자는, 마스크상에서 형성해야 할 조명 영역의 형상(나아가서는 웨이퍼상에서 형성해야 할 노광 영역의 형상)과 서로 유사한 직사각형 형상의 단면을 갖는다. 또한, 플라이 아이 렌즈(8)를 구성하는 각 렌즈 소자의 입사측의 면은 입사측에 볼록면을 향하는 구면 형상으로 형성되고, 사출측의 면은 사출측에 볼록면을 향하는 구면 형상으로 형성되어 있다.
따라서, 플라이 아이 렌즈(8)에 입사한 광속은 다수의 렌즈 소자에 의해 2차원적으로 분할되고, 광속이 입사한 각 렌즈 소자의 후측 초점면에는 광원이 각각 형성된다. 이렇게 해서, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에는 플라이 아이 렌즈(8)로의 입사 광속에 의해서 형성되는 조명 영역과 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2극 형상의 면 광원(이하, 「2차 광원」이라 함)이 형성된다. 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성된 2극 형상의 2차 광원으로부터의 광속은 그 근방에 배치된 개구 조리개(9)에 입사한다. 이 개구 조리개(9)는 광축 AX에 평행한 소정의 축선 주위로 회전 가능한 터릿(회전판 : 도 1에서는 도시하지 않음)상에 지지되어 있다.
도 5는 복수의 개구 조리개가 원주 형상으로 배치된 터릿의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 터릿 기판(400)에는 도면내에서 사선으로 나타내는 광투과 영역을 갖는 8개의 개구 조리개가 원주 방향을 따라 마련되어 있다. 터릿 기판(400)은 그 중심점 O를 통과하여 광축 AX에 평행한 축선 주위로 회전 가능하게 구성되어 있다. 따라서, 터릿 기판(400)을 회전시키는 것에 의해, 8개의 개구 조리개로부터 선택된 1개의 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정할 수 있다. 또, 터릿 기판(400)의 회전은 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 동작하는 제 5 구동계(26)에 의해 행해진다.
터릿 기판(400)에는 고리띠 비가 서로 다른 3개의 2극 개구 조리개(401, 403, 405)가 형성되어 있다. 여기서, 2극 개구 조리개(401)는 r11/r21의 고리띠 비를 갖는 고리띠 형상 영역내에서 그 중심으로 관해서 대칭적으로 배치된 2개의원형 투과 영역을 갖는다. 2극 개구 조리개(403)는, r12/r22의 고리띠 비를 갖는 고리띠 형상 영역내에 있어서 그 중심에 대해서 대칭적으로 배치된 2개의 원형 투과 영역을 갖는다. 2극 개구 조리개(405)는 r13/r21의 고리띠 비를 갖는 고리띠 형상 영역내에 있어서 그 중심에 대해서 대칭적으로 배치된 2개의 원형 투과 영역을 갖는다.
또한, 터릿 기판(400)에는 고리띠 비가 서로 다른 3개의 8극 개구 조리개(402, 404, 406)가 형성되어 있다.
또한, 터릿 기판(400)에는, 크기(구경)가 서로 다른 2개의 원형 개구 조리개(407, 408)가 형성되어 있다. 여기서, 원형 개구 조리개(407)는 2r22의 크기의 원형 투과 영역을 갖고, 원형 개구 조리개(408)는 2r21의 크기의 원형 투과 영역을 갖는다.
또한, 지면의 제한에 의해 별도로 도시했지만, 터릿 기판(400)에는 고리띠 비가 서로 다른 3개의 변형 4극 개구 조리개(409∼411)가 형성되어 있다.
따라서, 3개의 고리띠 개구 조리개(401, 403, 405)중 하나의 2극 개구 조리개를 선택하여 조명 광로내에 위치 결정하는 것에 의해, 3개의 서로 다른 고리띠 비를 갖는 2극 형상의 광속을 정확히 제한(규정)하여, 고리띠 비가 서로 다른 3종류의 2극 조명을 행할 수 있다.
또한, 2개의 원형 개구 조리개(407, 408)중 하나의 원형 개구 조리개를 선택하여 조명 광로내에 위치 결정하는 것에 의해, σ값이 서로 다른 2종류의 통상 원형 조명을 행할 수 있다.
도 1에서는, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 2극 형상의 2차 광원이 형성되기 때문에, 3개의 2극 개구 조리개(401, 403, 405)로부터 선택된 하나의 2극 개구 조리개가 개구 조리개(9)로서 이용되고 있다. 단, 도 5에 도시하는 터릿의 구성은 예시적이고, 배치되는 개구 조리개의 종류 및 수는 이것에 한정되지는 않는다. 또한, 터릿 방식의 개구 조리개에 한정되는 일없이, 광투과 영역의 크기 및 형상을 적절히 변경하는 것이 가능한 개구 조리개를 조명 광로내에 고정적으로 장착하더라도 된다. 또한, 2개의 원형 개구 조리개(407, 408) 대신에, 원형 개구 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채 조리개를 마련할 수도 있다.
2극 형상의 개구부(광투과부)를 갖는 개구 조리개(9)를 거친 2차 광원으로부터의 광은, 도광 광학계로서의 콘덴서 광학계(10)의 집광 작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 중첩적으로 균일 조명한다. 마스크 M의 패턴을 투과한 광속은, 투영 광학계 PL을 거쳐서, 감광성 기판인 웨이퍼 W상에 마스크 패턴의 상(像)을 형성한다. 이렇게 해서, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY 평면)내에 있어서 웨이퍼 W를 2차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 행하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에는 마스크 M의 패턴이 점차 노광된다.
또, 일괄 노광에서는, 소위 스텝·앤드·리피트 방식에 따라서, 웨이퍼의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 일괄적으로 노광한다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 정방형에 가까운 직사각형 형상이고, 플라이 아이 렌즈(8)의 각 렌즈 소자의 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 노광한다. 이 경우, 마스크 M상에서의 조명 영역의 형상은 짧은 변과 긴 변의 비가, 예컨대 1:3의 직사각형 형상이며, 플라이 아이 렌즈(8)의 각 렌즈 소자의 단면 형상도 이것과 서로 유사한 직사각형 형상으로 된다.
도 6은 마이크로 플라이 아이(4)로부터 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면까지의 구성을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리와, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역의 크기 및 형상의 관계를 설명하는 도면이다. 도 6에 있어서, 마이크로 플라이 아이(4)의 광축 AX상에 배치된 미소 렌즈의 중심으로 광축 AX를 따라 입사한 광선(70)은 광축 AX를 따라 사출된다. 마이크로 플라이 아이(4)는, 사이즈(정육각형으로 외접하는 원의 직경에 대응하는 치수)가 a에서 초점 거리가 f1의 미소 렌즈로 구성되어 있다. 광선(70)은, 아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 후, 광축 AX를 따라 회절 광학 소자(6)에 입사한다.
회절 광학 소자(6)는, 광축 AX를 따라 수직 입사한 광선(70)에 근거하여, 광축 AX에 대하여 각도 θ로 사출되는 광선(70a)을 형성한다. 회절 광학 소자(6)로부터 각도 θ로 사출된 광선(70a)은 초점 거리 f2의 줌 렌즈(7)를 거쳐서 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도달한다. 이 때, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 있어서의 광선(70a)의 위치는 광축 AX로부터 y의 높이를 갖는다. 한편, 마이크로 플라이 아이(4)의 광축 AX상에 배치된 미소 렌즈의 최상 가장자리부로 광축 AX와 평행하게 입사한 광선(71)은 광축 AX에 대하여 각도 t로 사출된다. 이 광선(71)은, 배율 m의 아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 후, 광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한다.
광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한 광선(71)은 광축 AX에 대하여 각도 (θ+ t')로 사출되는 광선(71a)을 포함하는 여러 광선으로 변환된다. 광축 AX에 대하여 각도 (θ+ t')로 회절 광학 소자(6)로부터 사출된 광선(71a)은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 있어서 광축 AX로부터 (y+b)의 높이로 도달한다. 또한, 마이크로 플라이 아이(4)의 광축 AX상에 배치된 미소 렌즈의 최하 가장자리부에 광축 AX와 평행하게 입사한 광선(72)은 광축 AX에 대하여 각도 t로 사출된다. 이 광선(72)은, 아포칼 줌 렌즈(5)를 거친 후, 광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한다.
광축 AX에 대하여 각도 t'로 회절 광학 소자(6)에 입사한 광선(72)은, 광축 AX에 대하여 각도 (θ-t')로 사출되는 광선(도시하지 않음)을 포함하는 여러 광선으로 변환된다. 광축 AX에 대하여 각도 (θ-t')로 회절 광학 소자(6)로부터 사출된 광선은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에서 광축 AX로부터 (y-b)의 높이로 도달한다.
이렇게 해서, 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면 근방에 형성된 각 광원으로부터의 발산 광속이 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도달하는 범위는, 도 4의 (b)에 도시하는 2극 형상의 조명 영역에 있어서 광축 AX로부터 y의 높이를 중심으로 하여 폭 2b를 갖는 범위로 된다. 즉, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 2극 형상의 조명 영역, 나아가서는 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 2극 형상의 2차 광원은 광축 AX로부터의 중심 높이 y를 갖고 또한 폭 2b를 갖게 된다.
여기서, 마이크로 플라이 아이(4)로부터의 사출 각도 t 및 회절 광학 소자(6)로의 입사 각도 t' 는 다음 수학식 1 및 2로 표시된다.
또한, 2극 형상의 2차 광원의 중심 높이 y, 최고 높이 (y+ b) 및 최저 높이 (y-b)는 다음 수학식 3∼5로 각각 표시된다.
따라서, 2극 형상의 2차 광원의 내경 φi와 외경 φo의 비로 규정되는 고리띠 비 A는 다음 수학식 6으로 표시된다. 여기서, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이 내경 φi는 정육각형 형상의 면 광원에 내접하는 한 쌍의 원(개구 조리개(9)의개구부에 상당)에 내접하는 원의 직경이다. 또한, 외경 φo는 이 한 쌍의 원에 외접하는 원의 직경이다.
또한, 2극 형상의 2차 광원의 외경 φo는 다음 수학식 7로 표시된다.
이렇게 해서, 수학식 2∼6을 참조하면, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m이 변화되면, 2극 형상의 2차 광원의 중심 높이 y가 변화하는 일없이, 그 폭 2b만이 변화되는 것을 알 수 있다. 즉, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m을 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 크기(외경 φo) 및 그 형상(고리띠 비 A)을 모두 변경할 수 있다.
또한, 수학식 3∼7을 참조하면, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2가 변화되면, 2극 형상의 2차 광원의 고리띠 비 A가 변화하는 일없이, 중심 높이 y 및 그 폭 2b가 모두 변화되는 것을 알 수 있다. 즉, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 고리띠 비 A를 변경하는 일없이 그 외경 φo를 변경할 수 있다. 이상으로부터, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m과 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 적절히 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 외경 φo를 변화시키는 일없이 그 고리띠 비 A만을 변경할 수 있다.
또한, 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 2개의 정육각형 형상의 면 광원이 2차 광원으로서 형성되지만, 각 면 광원의 광축 AX로부터의 거리 y, 각 면 광원의 크기(폭) 2b 및 각 면 광원을 광축 AX로부터 예상한 각도, 즉 방위각 φ는 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율 m 및 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2의 변화에 따라 연속적으로 변화되게 된다. 이와 같이, 2극 조명용 회절 광학 소자(6)를 이용하는 경우, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 2극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있고, 그 결과 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개(9)에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 2극 조명을 행할 수 있다.
이어서, 마이크로 플라이 아이(4)를 조명 광로로부터 퇴피시킴과 동시에, 회절 광학 소자(6, 60 또는 61) 대신에 원형 조명용 회절 광학 소자(62)를 조명 광로중에 설정함으로써 얻어지는 통상 원형 조명에 대하여 설명한다. 이 경우, 아포칼 줌 렌즈(5)에는 광축 AX를 따라 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속이 입사한다. 아포칼 줌 렌즈(5)에 입사한 광속은, 그 배율에 따라 확대 또는 축소되고, 직사각형 형상의 단면을 갖는 광속 그대로 광축 AX를 따라 아포칼 줌 렌즈(5)로부터 사출되어, 회절 광학 소자(62)에 입사한다.
여기서, 원형 조명용 회절 광학 소자(62)는 입사한 직사각형 형상의 광속을 원형 형상의 광속으로 변환하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(62)에 의해 형성된 원형 광속은, 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 원형 형상의 조명 영역을 형성한다. 그 결과, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에도 광축 AX를 중심으로 한 원형 형상의 2차 광원이 형성된다. 이 경우, 줌 렌즈(7)의 초점 거리 f2를 변화시키는 것에 의해, 원형 형상의 2차 광원의 외경을 적절히 변경할 수 있다.
또, 마이크로 플라이 아이(4)의 조명 광로로부터의 퇴피와 원형 조명용의 회절 광학 소자(62)의 조명 광로로의 설정에 대응하여, 2극 개구 조리개(9), 8극 개구 조리개(9a) 또는 변형 4극 개구 조리개(9b)로부터 원형 개구 조리개(9c)로의 전환이 행해진다. 원형 개구 조리개(9c)는 2개의 원형 개구 조리개(407, 408)로부터 선택된 하나의 원형 개구 조리개이고, 원형 형상의 2차 광원에 대응하는 크기의 개구부를 갖는다. 이와 같이, 마이크로 플라이 아이(4)를 조명 광로로부터 퇴피시키고 또한 원형 조명용 회절 광학 소자(62)를 이용하는 것에 의해, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 원형 형상의 2차 광원을 형성하고, 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 통상 원형 조명을 행할 수 있다.
이하, 실시예 1에 있어서의 조명의 전환 동작 등에 대하여 구체적으로 설명한다. 우선, 스텝·앤드·리피드 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 최적의 선폭(해상도), 초점 심도 등의 정보를 내부의 메모리 일부에 기억하고 있어, 입력 수단(20)으로부터의 입력에 응답하여 제 1 구동계(22)∼제 5 구동계(26)에 적당한제어 신호를 공급한다.
즉, 최적의 해상도 및 초점 심도를 기초로 2극 조명하는 경우, 제 3 구동계(24)는, 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여, 2극 조명용의 회절 광학 소자(6)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 있어서 소망하는 크기(외경) 및 형상(고리띠 비)을 갖는 2극 형상의 2차 광원을 얻기 위해서, 제 2 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율을 설정하고, 제 4 구동계(25)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다. 또한, 광량 손실을 양호하게 억제한 상태로 2극 형상의 2차 광원을 제한하기 위해서, 제 5 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 터릿을 회전시켜, 소망하는 2극 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정한다.
이렇게 해서, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 2극 형상의 2차 광원을 형성할 수 있고, 그 결과 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서 거의 광량을 손실하는 일없이 2극 조명을 행할 수 있다. 2극 형상의 2차 광원에 근거하는 2극 조명에서는, 소정의 초점 심도를 확보하면서, 주로 한 방향에 따른 패턴 형상에 대하여 투영 광학계 PL의 해상력을 향상시킬 수 있다.
또한, 필요에 따라, 제 2 구동계(23)에 의해 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시키거나, 제 4 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 2극 형상의 2차 광원의 크기및 고리띠 비를 적절히 변경할 수 있다. 이 경우, 2극 형상의 2차 광원의 크기 및 고리띠 비의 변화에 따라 터릿이 회전하여, 소망하는 크기 및 고리띠 비를 갖는 2극 개구 조리개가 선택되어 조명 광로중에 위치 결정된다. 이렇게 해서, 2극 형상의 2차 광원의 형성 및 그 제한에 있어서 거의 광량을 손실하는 일없이, 2극 형상의 2차 광원의 크기 및 고리띠 비를 적절히 변화시켜 다양한 2극 조명을 행할 수 있다.
또한, 최적의 해상도 및 초점 심도를 기초로 통상의 원형 조명을 행하는 경우, 제 1 구동계(22)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 마이크로 플라이 아이(4)를 조명 광로로부터 퇴피시킨다. 또한, 제 3 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 통상 원형 조명용 회절 광학 소자(62)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 있어서 소망하는 크기(외경)를 갖는 원형 형상의 2차 광원을 얻기 위해서, 제 2 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율을 설정하고, 제 4 구동계(25)가 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다.
또한, 광량 손실을 양호하게 억제한 상태로 원형 형상의 2차 광원을 제한하기 위해서, 제 5 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 터릿을 회전시켜, 소망하는 원형 개구 조리개를 조명 광로중에 위치 결정한다. 또, 원형 개구 직경을 연속적으로 변화시킬 수 있는 홍채 조리개를 이용하는 경우에는, 제 5 구동계(26)는 제어계(21)로부터의 지령에 근거하여 홍채 조리개의 개구 직경을 설정한다. 이렇게 해서, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 거의 광량을 손실하는 일없이 원형 형상의 2차 광원을 형성할 수 있고, 그 결과 2차 광원으로부터의 광속을 제한하는 개구 조리개에 있어서 광량 손실을 양호하게 억제하면서 통상 원형 조명을 행할 수 있다.
또한, 필요에 따라, 제 4 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시키는 것에 의해, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 원형 형상의 2차 광원의 크기를 적절히 변경할 수 있다. 이 경우, 원형 형상의 2차 광원의 크기 변화에 따라 터릿이 회전하여, 소망하는 크기의 개구부를 갖는 원형 개구 조리개가 선택되어 조명 광로중에 위치 결정된다. 이렇게 해서, 원형 형상의 2차 광원의 형성 및 그 제한에 있어서 광량 손실을 양호하게 억제하면서, σ값을 적절히 변화시켜 다양한 통상 원형 조명을 행할 수 있다.
이상과 같이, 상술한 실시예 1에서는, 2차 광원을 제한하기 위한 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상 원형 조명을 행할 수 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키거나 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시킨다고 하는 간단한 조작에 의해, 개구 조리개에서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 변형 조명이나 통상 원형 조명의 파라미터를 변화시킬 수 있다. 따라서, 변형 조명의 종류 및 파라미터를 적절히 변화시켜, 노광 투영해야 할 미세 패턴에 적합한 투영 광학계의 해상도 및 초점 심도를 얻을 수 있다. 그 결과, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로, 스루풋이 높은 양호한 투영 노광을 행할 수 있다.
(실시예 2)
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 조명 광학 장치를 구비하는 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 실시예 2는 실시예 1과 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 1에서는 절곡 미러(3)와 아포칼 줌 렌즈(5) 사이에 마이크로 플라이 아이(4)가 배치되고 또한 아포칼 줌 렌즈(5)와 줌 렌즈(7) 사이에 회절 광학 소자(6(60∼62))가 배치되어 있지만, 실시예 2에서는 절곡 미러(3)와 아포칼 줌 렌즈(5) 사이에 회절 광학 소자(6(60, 61))가 배치되고 또한 아포칼 줌 렌즈(5)와 줌 렌즈(7) 사이에 마이크로 플라이 아이(4)가 배치되어 있다. 즉, 실시예 1과 실시예 2에서는, 마이크로 플라이 아이 및 회절 광학 소자의 배치 위치가 반대로 되어 있는 점만이 기본적으로 상위(相違)하고 있다. 또, 실시예 2에서는, 실시예 1과는 달리 원형 조명용 회절 광학 소자는 존재하지 않는다.
전술한 바와 같이, 실시예 1에서는, 마이크로 플라이 아이(4)와 아포칼 줌 렌즈(5)가 광원(1)으로부터의 광속을 광축 AX에 대해서 여러 각도 성분을 갖는 광속으로 변환하여 회절 광학 소자(6(60, 61))의 회절면으로 입사시키기 위한 각도 광속 형성 수단을 구성하고 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이(4)는 광원(1)으로부터의 거의 평행한 광속을 광축 AX에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 발산 광속 형성 소자를 구성하고 있다. 또한, 회절 광학 소자(6(60, 61))와 줌 렌즈(7)가, 여러 각도 성분을 갖는 입사 광속에 근거하여 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 복수(2개)의 조명 영역을 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단을 구성하고 있다. 여기서, 회절 광학소자(6(60, 61))는 입사 광속을 복수(2개)의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자를 구성하고 있다.
이에 반하여, 실시예 2에서는, 회절 광학 소자(6(60, 61))와 아포칼 줌 렌즈(5)가, 광원(1)으로부터의 광속을 광축 AX에 대하여 편심한 복수(2개)의 광속으로 변환하고, 이들 복수의 광속으로부터의 광을 광축 AX에 대하여 경사 방향으로부터 마이크로 플라이 아이(4)의 입사면으로 입사시키기 위한 광속 형상 변환 수단을 구성하고 있다. 여기서, 회절 광학 소자(6(60, 61))는 광원(1)으로부터의 거의 평행한 광속을 복수(2개)의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자를 구성하고 있다. 또한, 마이크로 플라이 아이(4)와 줌 렌즈(7)가, 경사 방향의 입사 광속에 근거하여 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 복수(2개)의 조명 영역을 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단을 형성하고 있다. 여기서, 마이크로 플라이 아이(4)는 입사 광속을 파면 분할하여 다수의 광원을 형성하기 위한 파면 분할 소자를 구성하고 있다.
이와 같이, 실시예 1과 실시예 2에서는 마이크로 플라이 아이(4) 및 회절 광학 소자(6(60, 61))의 배치 위치가 반대로 되어 있다. 그러나, 실시예 1에 있어서의 마이크로 플라이 아이(4)로부터 줌 렌즈(7)까지의 부분 광학계와, 실시예 2에 있어서의 회절 광학 소자(6(60, 61))로부터 줌 렌즈(7)까지의 부분 광학계는 광학적으로 등가이다. 따라서, 실시예 1에 있어서의 마이크로 플라이 아이(4)로부터 플라이 아이 렌즈(8)까지의 부분 광학계와, 실시예 2에 있어서의 회절 광학 소자(6) (60, 61)부터 플라이 아이 렌즈(8)까지의 부분 광학계는, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여 투영 광학계 PL의 동공과 공역인 조명 동공내에 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 복수의 면 광원을 형성하기 위한 2차 광원 형성 수단을 구성하고 있는 점에서 공통이다.
이하, 실시예 1과의 상위점에 주목하여 실시예 2를 간단히 설명한다. 실시예 2에서는, 아포칼 줌 렌즈(5)는 회절 광학 소자(6)와 마이크로 플라이 아이(4)의 입사면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하도록 구성되어 있다. 또한, 줌 렌즈(7)는 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면과 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계로 맺고 있다. 따라서, 2극 조명용 회절 광학 소자(6)를 거친 광은, 아포칼 줌 렌즈(5)의 동공면에, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같은 2개의 점상을 형성한다.
이 2개의 점상으로부터의 광은, 아포칼 줌 렌즈(5)를 거쳐서 평행광으로 되고, 광축 AX에 대하여 경사 방향으로부터 마이크로 플라이 아이(4)의 입사면에 입사한다. 그 결과, 실시예 2에서는 실시예 1과 마찬가지로, 줌 렌즈(7)의 후측 초점면에, 나아가서는 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같은 광축 AX에 대하여 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역, 즉 2극 형상의 조명 영역이 형성된다. 그리고, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에는, 광원(1)으로부터의 광속에 근거하여, 거의 광량 손실하는 일없이 2극 형상의 2차 광원이 형성된다. 또한, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면의 근방에 배치된 개구 조리개(9)에 있어서도 광량 손실은 거의 발생하지 않는다. 또한, 아포칼 줌 렌즈(5)의 배율이나 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 적절히 변화시키는 것에 의해, 2극 형상의 2차 광원의 크기나 형상(고리띠 비)을 변경할 수 있는 점은 실시예 1과 마찬가지이다.
(실시예 1 및 실시예 2의 변형예)
도 8은 실시예 1 및 실시예 2의 변형예의 주요부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 8의 변형예는 실시예 1 및 실시예 2와 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 실시예 1 및 실시예 2에서는 광학 적분기로서 파면 분할형 플라이 아이 렌즈를 이용하고 있지만, 도 8의 변형예에서는 광학 적분기로서 내면 반사형의 로드형 광학 적분기를 이용하고 있는 것만이 기본적으로 상위하고 있다. 또, 도 8에서는, 실시예 1 및 실시예 2의 줌 렌즈(7)보다도 광원측의 요소 및 구동 제어 관계의 요소 등의 도시를 생략하고 있다. 이하, 실시예 1 및 실시예 2의 상위점에 주목하여 변형예를 설명한다.
변형예에서는, 플라이 아이 렌즈(8) 대신에 로드형 적분기(8a)를 이용하는 것에 대응하여, 줌 렌즈(7)와 로드형 적분기(8a) 사이의 광로중에 콘덴서 렌즈(7a)를 부설하고, 콘덴서 광학계(10) 대신에 결상 광학계(10a)를 설치함과 동시에, 2차 광원의 제한을 위한 개구 조리개를 제거하고 있다. 여기서, 줌 렌즈(7)와 콘덴서 렌즈(7a)로 이루어지는 합성 광학계는, 실시예 1에 대응하는 변형예에서는 회절 광학 소자(6(60∼62))의 회절면과 로드형 적분기(8a)의 입사면을, 실시예 2에 대응하는 변형예에서는 마이크로 플라이 아이(4)의 후측 초점면과 로드형 적분기(8a)의 입사면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다. 또한, 결상 광학계(10a)는 로드형 적분기(8a)의 사출면과 마스크 M을 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다.
로드형 적분기(8a)는, 석영 유리나 형석과 같은 유리 재료로 이루어지는 내면 반사형 유리 로드이며, 내부와 외부의 경계면, 즉 내면에서의 전(全)반사를 이용하여 집광점을 통과하여 로드 입사면에 평행한 면을 따라 내면 반사수에 따른 수의 광원 상을 형성한다. 여기서, 형성되는 광원 상의 거의는 허상이지만, 중심(집광점)의 광원 상만이 실상으로 된다. 즉, 로드형 적분기(8a)에 입사한 광속은, 내면 반사에 의해 각도 방향으로 분할되고, 집광점을 통과하여 그 입사면에 평행한 면을 따라 다수의 광원 상으로 이루어지는 2차 광원이 형성된다.
로드형 적분기(8a)에 의해 그 입사측에 형성된 2차 광원으로부터의 광속은, 그 사출면에 있어서 중첩된 후, 결상 광학계(10a)를 거쳐서 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 균일 조명한다. 상술한 바와 같이, 결상 광학계(10a)는, 로드형 적분기(8a)의 사출면과 마스크 M(나아가서는 웨이퍼 W)을 광학적으로 거의 공역으로 연결하고 있다. 따라서, 마스크 M상에는, 로드형 적분기(8a)의 단면 형상과 서로 유사한 직사각형 형상의 조명 영역이 형성된다. 이와 같이, 변형예에 있어서도 실시예 1 및 실시예 2와 마찬가지로, 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상의 원형 조명을 행할 수 있다.
상술한 각 실시예에 따른 노광 장치에서는, 조명 광학 장치에 의해서 마스크를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 주사 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 도 1에 도시하는 실시예 1의 노광 장치 또는 도 7에 도시하는 실시예 2의 노광 장치를이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성하는 것에 의해, 마이크로 디바이스로서의 반도체 장치를 얻을 때의 방법의 일례에 대해서 도 9의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 9의 단계 301에 있어서, 1로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계 302에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계 303에 있어서, 도 1 또는 도 7에 도시하는 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계(투영 광학 모듈)를 거쳐서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 단계 304에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 행해진 후, 단계 305에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로 하여 에칭을 실행함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 더 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 실행함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 장치 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 장치를 스루풋이 좋게 얻을 수 있다.
또, 상술한 각 실시예에 있어서는, 광속 변환 소자로서의 회절 광학 소자(6(61∼62))를, 예컨대 터릿 방식으로 조명 광로중에 위치 결정하도록 구성할 수 있다. 또한, 예컨대 공지(公知)의 슬라이더 기구를 이용하여, 상술한 회절 광학 소자(6(61∼62))의 삽입/분리 및 전환을 행할 수도 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 미소 렌즈의 형상을 정육각형으로 설정하고 있다. 이것은, 원형 형상의 미소 렌즈에서는 조밀하게 배열을 행할 수 없고 광량 손실이 발생하므로, 원형에 가까운 다각형으로서 정육각형을 선정하고 있기 때문이다. 그러나, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 각 미소 렌즈의 형상은 이것에 한정되지 않고, 예컨대 직사각형 형상을 포함하는 다른 적당한 형상을 이용할 수 있다. 또한, 상술한 각 실시예에서는, 마이크로 플라이 아이(4)를 구성하는 미소 렌즈의 굴절력을 정굴절력이라고 하고 있지만, 이 미소 렌즈의 굴절력은 부이더라도 무방하다.
또한, 상술한 실시예 1에서는 아포칼 줌 렌즈(5)를 이용하고 있지만, 아포칼 줌 렌즈 대신에 포칼 줌 렌즈를 이용하여, 마이크로 플라이 아이(4)의 전방에 직사각형 형상의 광속을 원형의 광속으로 변환하기 위한 회절 광학 소자를 배치하는 구성도 가능하다. 또한, 상술한 각 실시예에서는, 하나의 플라이 아이 렌즈(8)를 이용하고 있지만, 2개의 플라이 아이 렌즈를 이용하는 더블 플라이 아이 방식에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 상술한 실시예 1에서는, 통상의 원형 조명을 행할 때에 회절 광학 소자(62)를 조명 광로중에 위치 결정하고 있지만, 이 회절 광학 소자(62)의 사용을 생략할 수도 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는 발산 광속 형성 소자로서 마이크로 플라이 아이(4)를 이용하고 있지만, 필요에 따라, 예컨대 플라이 아이 렌즈나 회절 광학 소자 등을 이용할 수도 있다. 또한, 상술한 각 실시예에서는 광속 변환 소자(6(61∼62))로서 회절 광학 소자를 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대 마이크로 플라이 아이나 미소 렌즈 프리즘과 같은 굴절 광학 소자를 이용할 수도 있다. 그런데, 본 발명에서 이용할 수 있는 회절 광학 소자에 관한 상세한설명은 미국 특허 제 5,850,300 호 공보 등에 개시되어 있다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 조명 광학 장치를 구비한 투영 노광 장치를 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 마스크 이외의 피조사면을 균일 조명하기 위한 일반적인 조명 광학 장치에 본 발명을 적용할 수 있는 것은 분명하다.
또, 상술한 각 실시예에 있어서는, 도광 광학계로서의 콘덴서 광학계(10)에 의해서 개구 조리개(9)의 위치에 형성되는 2차 광원으로부터의 광을 집광하여 중첩적으로 마스크 M을 조명하는 구성으로 하고 있지만, 콘덴서 광학계(10)와 마스크 M 사이에, 조명 시야 조리개(마스크 블라인드)와, 이 조명 시야 조리개의 상을 마스크 M상에 형성하는 릴레이 광학계를 배치하더라도 무방하다. 이 경우, 도광 광학계는 콘덴서 광학계(10)와 릴레이 광학계로 구성되고, 콘덴서 광학계(10)는 개구 조리개(9)의 위치에 형성되는 2차 광원으로부터의 광을 집광하여 중첩적으로 조명 시야 조리개를 조명하게 되고, 릴레이 광학계는 조명 시야 조리개의 개구부의 상을 마스크 M상에 형성하게 된다. 이상의 점은 각 실시예의 변형예에 있어서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 각 실시예에 있어서는 플라이 아이 렌즈(8)를, 복수의 요소 렌즈를 집적하여 형성하고 있지만, 이들을 마이크로 플라이 아이로 하는 것도 가능하다. 마이크로 플라이 아이란 광투과성 기판에 에칭 등의 방법에 의해 복수의 미소 렌즈면을 매트릭스 형상으로 마련한 것이다. 복수의 광원 상을 형성하는 점에 관해서, 플라이 아이 렌즈와 마이크로 플라이 아이 사이에 기능상 차이는 실질적으로는 없지만, 하나의 요소 렌즈(미소 렌즈)의 개구의 크기를 매우 작게 할 수 있는것, 제조 비용을 대폭 삭감할 수 있는 것, 광축 방향의 두께를 대단히 얇게 할 수 있는 것 등의 점에서 마이크로 플라이 아이가 유리하다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면 근방에 2차 광원의 광속을 제한하기 위한 개구 조리개(9)를 배치하고 있다. 그러나, 개구 조리개의 배치를 생략하여 2차 광원의 광속을 전혀 제한하지 않는 구성도 가능하다.
예컨대, 상술한 바와 같이 플라이 아이 렌즈(8)를 마이크로 플라이 아이로 한 경우와 같이, 플라이 아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 소자의 단면적을 충분히 작게 설정한 경우에는, 개구 조리개의 배치를 생략하여 2차 광원의 광속을 전혀 제한하지 않는 구성도 가능하다.
그런데, 상술한 각 실시예에 있어서는, 광원으로서 KrF 엑시머 레이저(파장 : 248㎚)나 ArF 엑시머 레이저(파장 : 193㎚) 등, 파장이 180㎚ 이상의 노광광을 이용하고 있기 때문에, 회절 광학 소자는, 예컨대 석영 유리로 형성할 수 있다. 또, 노광광으로서 200㎚ 이하의 파장을 이용하는 경우, 예컨대 진공 자외 영역의 파장의 노광광을 공급하는 F2레이저(파장 : 157㎚)를 이용한 경우에는, 회절 광학 소자를 형석, 불소가 도핑된 석영 유리, 불소 및 수소가 도핑된 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1 ×1017molecules/㎤ 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영유리, 및 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1 ×1017molecules/㎤ 이상이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리의 그룹으로부터 선택되는 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
또, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 OH기 농도가 1000ppm 이상인 석영 유리에 관해서는, 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2770224 호 공보에 개시되고 있으며, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상인 석영 유리, 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리, 및 구조 결정 온도가 1200K 이하이고 또한 수소 분자 농도가 1×1017molecules/㎤ 이상이고 또한 염소 농도가 50ppm 이하인 석영 유리에 대해서는 본원 출원인에 의한 일본 특허 제 2936138 호 공보에 개시되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 각 실시예에 따른 조명 광학 장치에서는, 2차 광원을 제한하기 위한 개구 조리개에 있어서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서, 2극 조명 등의 변형 조명 및 통상 원형 조명을 행할 수 있다. 그 결과, 소정의 초점 심도를 확보하면서, 특정한 패턴 형상에 대하여 투영 광학계의 해상력을 향상시킬 수 있다. 또한, 아포칼 줌 렌즈의 배율을 변화시키거나 줌 렌즈의 초점 거리를 변화시킨다고 하는 간단한 조작에 의해, 개구 조리개에서의 광량 손실을 양호하게 억제하면서 변형 조명의 파라미터를 변화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 각 실시예에 따른 조명 광학 장치를 장착한 노광 장치에서는, 변형 조명의 종류 및 파라미터를 적절히 변화시켜, 노광 투영해야 할 미세 패턴에 적합한 투영 광학계의 해상도 및 초점 심도를 얻을 수 있다. 그 결과, 높은 노광 조도 및 양호한 노광 조건을 기초로, 스루풋이 높은 양호한 투영 노광을 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 조명 광학 장치를 이용하여 피조사면상에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판상에 노광하는 노광 방법에서는, 양호한 노광 조건을 기초로 투영 노광을 행할 수 있기 때문에, 양호한 마이크로 디바이스를 제조할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (22)

  1. 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴의 상을 기판상으로 전사하는 투영 노광 장치에 이용되고, 상기 마스크를 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서,
    노광 파장의 광속(光束)을 공급하기 위한 광원 수단과,
    상기 광원 수단으로부터의 광속에 근거하여, 상기 투영 광학계의 동공과 공역인 조명 동공내에, 기준 광축에 대하여 거의 대칭적으로 편심(偏心)한 2개의 면 광원을 형성하기 위한 2차 광원 형성 수단과,
    상기 2개의 면 광원의 상기 기준 광축으로부터의 거리와, 상기 2개의 면 광원 각각의 크기와, 상기 2개의 면 광원을 상기 기준 광축으로부터 예상한 각도인 방위각을 연속적으로 변경하기 위한 변배 광학계를 갖는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변배 광학계는 2개의 변배 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 2차 광원 형성 수단은 입사 광속을 2개의 광속으로 변환시키기 위한 광속 변환 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 광속 변환 소자는 다른 광속 변환 소자와 교환 가능한 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 광원 형성 수단은,
    상기 광원 수단으로부터의 광속을 기준 광축에 대하여 여러 각도 성분을 갖는 광속으로 변환하여, 제 1 소정면으로 입사시키기 위한 각도 광속 형성 수단과,
    상기 제 1 소정면에 입사한 상기 여러 각도 성분을 갖는 광속에 근거하여, 상기 기준 광축에 대해서 거의 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역을 제 2 소정면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단과,
    상기 제 2 소정면상에 형성된 상기 2개의 조명 영역으로부터의 광속에 근거하여, 상기 2개의 조명 영역과 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2극 형상의 2차 광원을 형성하기 위한 광학 적분기
    를 구비하되,
    상기 광학 적분기로부터의 광속을 상기 피조사면으로 도입하기 위한 도광 광학계를 더 구비하는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 각도 광속 형성 수단은,
    상기 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속을 상기 기준 광축에 대하여 여러 각도로 발산하는 광속으로 변환하기 위한 발산 광속 형성 소자와,
    상기 발산 광속 형성 소자를 거쳐서 형성된 발산 광속을 집광하여 상기 제 1 소정면으로 가이드하기 위한 제 1 광학계를 갖는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 중심 높이를 변화시키는 일없이 그 폭을 변화시키기 위한 제 1 변배 광학계를 갖고,
    상기 제 1 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 발산 광속 형성 소자는 2차원 형상으로 배열된 복수의 단위 광학 소자를 갖는 광학 소자 어레이를 갖고,
    상기 제 1 변배 광학계는 상기 광학 소자 어레이에 의한 상기 광원 수단으로부터의 광속의 복수의 집광점과 상기 제 1 소정면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하는 아포칼 줌 렌즈(afocal zoom lens)를 갖는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 조명 영역 형성 수단은,
    상기 제 1 소정면 근방에 배치되어 입사 광속을 복수의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자와,
    상기 광속 변환 소자로부터의 광속을 상기 제 2 소정면으로 가이드하기 위한 제 2 광학계를 갖는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광속 변환 소자는 상기 기준 광축에 대하여 편심한 복수의 조명 영역을 파필드에 형성하고,
    상기 제 2 광학계는 상기 파필드에 형성되는 상기 복수의 조명 영역을 상기 제 2 소정면상에 형성시키는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 외경을, 서로 유사한 형상을 유지하면서 변화시키기 위한 제 2 변배 광학계를 갖고,
    상기 제 2 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광속 변환 소자는 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성되고 또한 상기 제 1 소정면에 회절면이 위치 결정된 회절 광학 소자를 갖고,
    상기 제 2 변배 광학계는 상기 회절 광학 소자의 회절면과 상기 제 2 소정면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계로 맺는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 광원 형성 수단은,
    상기 광원 수단으로부터의 광속을 기준 광축에 대하여 편심한 2개의 광속으로 변환하여, 상기 2개의 광속으로부터의 광을 상기 기준 광축에 대해서 경사 방향으로부터 제 1 소정면으로 입사시키기 위한 광속 형상 변환 수단과,
    상기 제 1 소정면에 입사한 상기 경사 방향의 광속에 근거하여, 상기 기준 광축에 대해서 거의 대칭적으로 편심한 2개의 조명 영역을 제 2 소정면상에 형성하기 위한 조명 영역 형성 수단과,
    상기 제 2 소정면상에 형성된 상기 2개의 조명 영역으로부터의 광속에 근거하여, 상기 2개의 조명 영역과 거의 동일한 광 강도 분포를 갖는 2극 형상의 2차 광원을 형성하기 위한 광학 적분기를 구비하며,
    상기 광학 적분기로부터의 광속을 상기 마스크로 가이드하기 위한 도광 광학계를 더 구비하고 있는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광속 형상 변환 수단은,
    상기 광원 수단으로부터의 거의 평행한 광속을 복수의 광속으로 변환하기 위한 광속 변환 소자와,
    상기 광속 변환 소자로부터의 광속을 상기 제 1 소정면으로 가이드하기 위한 제 3 광학계를 갖는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 광속 변환 소자는 상기 기준 광축에 대하여 편심한 복수의 광속을 파필드에 형성하고,
    상기 제 3 광학계는 그 동공면에 상기 파필드에 형성되는 상기 복수의 광속을 형성시키는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 3 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 중심 높이를 변화시키는 일없이 그 폭을 변화시키기 위한 제 3 변배 광학계를 갖고,
    상기 제 3 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 광속 변환 소자는 조명 광로에 대하여 삽입/분리 자유롭게 구성된 회절 광학 소자를 갖고,
    상기 제 3 변배 광학계는 상기 회절 광학 소자의 회절면과 상기 제 1 소정면을 광학적으로 거의 공역으로 연결하는 아포칼 줌 렌즈를 갖는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 조명 영역 형성 수단은,
    상기 제 1 소정면으로의 입사 광속을 파면 분할하여 다수의 광원을 형성하기 위한 파면 분할 소자와,
    상기 파면 분할 소자를 거쳐서 형성된 다수의 광원으로부터의 발산 광속을 집광하여 상기 제 2 소정면으로 가이드하기 위한 제 4 광학계를 갖는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 4 광학계는 상기 2차 광원으로서 형성되는 복수의 면 광원의 외경을, 서로 유사한 형상을 유지하면서 변화시키기 위한 제 4 변배 광학계를 갖고,
    상기 제 4 변배 광학계는 상기 변배 광학계의 적어도 일부를 구성하는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 파면 분할 소자는, 입사면이 상기 제 1 소정면 근방에 배치되고, 2차원 형상으로 배열된 복수의 단위 광학 소자를 갖는 광학 소자 어레이를 갖고,
    상기 제 4 변배 광학계는 상기 광학 소자 어레이의 상기 입사면과 상기 제 2 소정면을 광학적으로 거의 공역인 관계로 연결하는 것
    을 특징으로 하는 조명 광학 장치.
  21. 청구항 1 내지 20중 어느 한 항에 기재된 조명 광학 장치와,
    상기 피조사면에 설정된 마스크의 패턴을 감광성 기판상으로 투영 노광하기 위한 투영 광학계를 구비하고 있는 것
    을 특징으로 하는 노광 장치.
  22. 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 것
    을 특징으로 하는 마이크로 디바이스의 제조 방법.
KR1020010040852A 2000-07-10 2001-07-09 조명 광학 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조방법 Withdrawn KR20020005975A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2000-00207642 2000-07-10
JP2000207642A JP2002025896A (ja) 2000-07-10 2000-07-10 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020005975A true KR20020005975A (ko) 2002-01-18

Family

ID=18704375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020010040852A Withdrawn KR20020005975A (ko) 2000-07-10 2001-07-09 조명 광학 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조방법

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP2002025896A (ko)
KR (1) KR20020005975A (ko)
TW (1) TW497149B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100506027B1 (ko) * 2002-11-20 2005-08-04 한국전자통신연구원 마이크로컬럼 어레이

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW567406B (en) 2001-12-12 2003-12-21 Nikon Corp Diffraction optical device, refraction optical device, illuminating optical device, exposure system and exposure method
WO2005062350A1 (ja) * 2003-12-19 2005-07-07 Nikon Corporation 光束変換素子、露光装置、照明光学系及び露光方法
JP4497968B2 (ja) * 2004-03-18 2010-07-07 キヤノン株式会社 照明装置、露光装置及びデバイス製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100506027B1 (ko) * 2002-11-20 2005-08-04 한국전자통신연구원 마이크로컬럼 어레이

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002025896A (ja) 2002-01-25
TW497149B (en) 2002-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6259512B1 (en) Illumination system and exposure apparatus having the same
JP5287113B2 (ja) 照明光学系、露光装置及びデバイスの製造方法
JP3993335B2 (ja) リソグラフィ装置と方法
EP0576297B1 (en) Device for normal or oblique illumination of a mask
KR101470769B1 (ko) 마이크로리소그래픽 투영 노광 장치의 조명 시스템
JP5459571B2 (ja) オプティカルインテグレータ系、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法
US6903801B2 (en) Illumination optical system for use in projection exposure apparatus
WO2003050856A1 (en) Diffraction optical device, refraction optical device, illuminating optical device, exposure system and exposure method
JP2003297727A (ja) 照明光学装置、露光装置および露光方法
KR20010051438A (ko) 조명 광학 장치, 그 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치,및 그 조명 광학 장치를 이용한 마이크로 디바이스 제조방법
JP2002158157A (ja) 照明光学装置および露光装置並びにマイクロデバイスの製造方法
US6897944B2 (en) Illumination optical system, exposure method and apparatus using the same
KR20070092144A (ko) 노광장치 및 디바이스 제조 방법
JP2002075835A (ja) 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
KR101789855B1 (ko) 조명 광학계 및 노광 장치
JP4051473B2 (ja) 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
JP3997199B2 (ja) 露光方法及び装置
JP2009130091A (ja) 照明光学装置、露光装置及びデバイス製造方法
JP2003068604A (ja) 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
JP2002222761A (ja) 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
KR20020005975A (ko) 조명 광학 장치, 노광 장치 및 마이크로 디바이스의 제조방법
JP2002083759A (ja) 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
JP2002057081A (ja) 照明光学装置並びに露光装置及び露光方法
JP4415223B2 (ja) 照明光学装置および該照明光学装置を備えた露光装置
JP4106701B2 (ja) 回折光学装置、屈折光学装置、照明光学装置、露光装置および露光方法

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20010709

PG1501 Laying open of application
PC1203 Withdrawal of no request for examination
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid