KR102170875B1 - 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포를 형성할 수 있는 조명 광학계. 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계는, 소정면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고, 조명 광학계의 조명 동공에 광강도 분포를 가변적으로 형성하는 공간광 변조기(5)와, 소정면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 배치되고, 입사 광속에 발산각을 부여하여 사출하는 발산각 부여 부재(3)와, 소정면의 근방의 위치 또는 공역 공간에 배치되고, 광로를 전파하는 전파 광속 중 일부의 광속의 편광 상태를 변화시키는 편광 부재(9)를 구비하고 있다.

Description

조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{ILLUMINATION OPTICAL ASSEMBLY, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 등의 디바이스의 제조에 이용되는 노광 장치에서는, 광원으로부터 사출된 광이, 옵티컬 인티그레이터로서의 플라이 아이 렌즈를 거쳐서, 다수의 광원으로 이루어지는 실질적인 면광원으로서의 2차 광원(일반적으로는 조명 동공에 있어서의 소정의 광강도 분포)을 형성한다. 이하, 조명 동공에서의 광강도 분포를, 「동공 강도 분포」라고 한다. 또한, 조명 동공이란, 조명 동공과 피조사면(노광 장치의 경우에는 마스크 또는 웨이퍼)의 사이의 광학계의 작용에 의해, 피조사면이 조명 동공의 푸리에 변환면이 되는 위치로서 정의된다.
2차 광원으로부터의 광은, 콘덴서 광학계에 의해 집광된 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크를 투과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼상에 결상되고, 웨이퍼상에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 마스크에 형성된 패턴은 미세화되어 있고, 이 미세 패턴을 웨이퍼상에 정확하게 전사하려면 웨이퍼상에 있어서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다.
종래, 줌 광학계를 이용하는 일 없이 동공 강도 분포(나아가서는 조명 조건)를 연속적으로 변경할 수 있는 조명 광학계가 제안되어 있다(예컨대 특허 문헌 1을 참조). 이 조명 광학계에서는, 어레이 형상으로 배열되고 또한 경사각 및 경사 방향이 개별적으로 구동 제어되는 다수의 미소한 미러 요소에 의해 구성된 가동 멀티 미러를 이용하여, 입사 광속을 반사면마다의 미소 단위로 분할하여 편향시키는 것에 의해, 광속의 단면을 소망하는 형상 또는 소망하는 크기로 변환하고, 나아가서는 소망하는 동공 강도 분포를 실현하고 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 미국 특허 출원 공개 제 2009/0116093호 명세서
종래의 조명 광학계에서는, 자세가 개별적으로 제어되는 복수의 미러 요소를 갖는 공간광 변조기를 이용하고 있으므로, 동공 강도 분포의 외형 형상(크기를 포함하는 넓은 개념)의 변경에 관한 자유도는 높다. 그렇지만, 미세 패턴을 전사하는데 적합한 소망하는 조명 조건을 실현하기 위해, 소망하는 외형 형상에 더하여, 소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포를 형성하는 것이 요구되고 있다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포를 형성할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포를 형성하는 조명 광학계를 이용하여, 적절한 조명 조건의 아래에서 미세 패턴을 감광성 기판에 전사할 수 있는 노광 장치 및 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 제 1 형태에서는, 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서, 소정면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 광강도 분포를 가변적으로 형성하는 공간광 변조기와, 상기 소정면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 배치되어, 입사 광속에 발산각을 부여하여 사출하는 발산각 부여 부재와, 상기 소정면을 포함하는 소정 공간 또는 상기 공역 공간에 배치되어, 광로를 전파하는 전파 광속 중 일부의 광속의 편광 상태를 변화시키는 편광 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
제 2 형태에서는, 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서, 소정면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 광강도 분포를 가변적으로 형성하는 공간광 변조기와, 상기 소정면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 배치되어, 광로를 전파하는 전파 광속 중 적어도 일부의 광속에 발산각을 부여하여 발산각이 다른 복수의 광속을 생성하는 발산각 부여 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
제 3 형태에서는, 소정의 패턴을 조명하기 위한 제 1 형태 또는 제 2 형태의 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
제 4 형태에서는, 제 3 형태의 노광 장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 것과, 상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 것과, 상기 마스크층을 사이에 두고 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
제 5 형태에서는, 광원으로부터의 광으로 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서, 제 1 면상의 목표 화상의 광량 분포 정보를 입력하는 입력 장치와, 상기 광원으로부터의 광을 각각 상기 제 1 면의 위치 가변의 국소 영역으로 인도함과 아울러, K개(K는 2 이상의 정수)의 광학 요소군으로 나누는 것이 가능한 N개(N은 K보다 큰 정수)의 광학 요소를 갖는 공간광 변조기와, 상기 K개의 광학 요소군에 의해 상기 제 1 면에 인도되는 K개의 그룹의 상기 국소 영역의 상태에 관한 변수를 그룹마다 제어하는 K개의 필터부와, N개의 상기 국소 영역을 상기 제 1 면상에서 배열하여 얻어지는 제 1 화상과 상기 목표 화상의 오차에 따라, 상기 국소 영역의 상기 위치의 N개의 제 1 값 및 상기 변수의 N1개(N1은 N 이하이고 K보다 큰 정수)의 값을 구하고, 상기 N개의 국소 영역을 상기 변수의 N1개의 값에 따라 상기 K개의 그룹으로 나누고, 상기 K개의 그룹마다의 상기 변수의 값으로서 공통의 제 2 값을 구하는 연산 장치와, 상기 K개의 광학 요소마다에 대응하는 상기 국소 영역의 상기 위치를 상기 제 1 값으로 설정하고, 상기 변수를 상기 제 2 값으로 설정하여 상기 제 1 면상에 형성되는 제 2 화상의 광량 분포로부터의 광으로 상기 피조사면을 조명하는 콘덴서 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
제 6 형태에서는, 노광광으로 패턴을 조명하고, 상기 노광광으로 상기 패턴 및 투영 광학계를 거쳐서 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서, 제 5 형태의 조명 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계에 의해 상기 노광광으로 상기 패턴을 조명하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
제 7 형태에서는, 제 6 형태의 노광 장치를 이용하여 기판상에 감광층의 패턴을 형성하는 것과, 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
제 8 형태에서는, 화상을 형성하는 방법으로서, 제 1 면상의 목표 화상을 설정하는 것과, 각각 상기 제 1 면상에서의 위치가 제어 가능하고, 그룹마다 상태에 관한 변수가 제어 가능한 K개(K는 2 이상의 정수)의 그룹으로 나누는 것이 가능한 N개(N은 K보다 큰 정수)의 국소 영역에 관하여, 상기 N개의 국소 영역을 상기 제 1 면상에서 배열하여 얻어지는 제 1 화상과 상기 목표 화상의 오차에 따라, 상기 국소 영역의 상기 위치의 N개의 제 1 값 및 상기 변수의 N1개(N1은 N 이하이고 K보다 큰 정수)의 값을 구하는 것과, 상기 N개의 국소 영역을 상기 변수의 N1개의 값에 따라 상기 K개의 그룹으로 나누는 것과, 상기 K개의 그룹의 상기 국소 영역의 상기 변수의 값으로서 공통의 제 2 값을 구하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 화상 형성 방법을 제공한다.
제 9 형태에서는, 광원으로부터의 광으로 피조사면을 조명하는 조명 방법에 있어서, 제 8 형태의 화상 형성 방법을 이용하여 상기 제 1 면에 상기 목표 화상에 근거하여 상기 광원으로부터의 광의 광량 분포를 형성하는 것과, 상기 제 1 면으로부터의 광을 콘덴서 광학계를 거쳐서 상기 피조사면에 인도하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 방법을 제공한다.
제 10 형태에서는, 노광광으로 패턴을 조명하고, 상기 노광광으로 상기 패턴 및 상기 투영 광학계를 거쳐서 기판을 노광하는 노광 방법에 있어서, 제 9 형태의 조명 방법에 의해 상기 노광광으로 상기 패턴을 조명하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
제 11 형태에서는, 제 10 형태의 노광 방법을 이용하여 기판상에 감광층의 패턴을 형성하는 것과, 상기 패턴이 형성된 상기 기판을 처리하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
도 1은 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 공간광 변조기의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.
도 3은 공간광 변조기의 요부의 부분 사시도이다.
도 4는 렌즈 어레이로부터 마이크로 플라이 아이 렌즈의 입사면까지의 광로를 직선 형상으로 전개하여 나타내는 도면이다.
도 5는 회절 광학 소자에 입사하는 각 광속의 영역 및 편광 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 공간광 변조기에 입사하는 각 광속의 영역 및 편광 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 회절 광학 소자 및 편광 변환 유닛이 광로로부터 퇴피한 경우에 얻어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 편광 변환 유닛 중의 편광 변환 부재의 특징적인 면 형상을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 회절 광학 소자 및 편광 변환 유닛이 광로 중에 배치된 경우에 얻어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 다른 회절 광학 소자가 광로 중에 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 상태에서 얻어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 전파 광속의 일부에만 작용하도록 회절 광학 소자가 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 상태에서 얻어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 4의 구성에 있어서 회절 광학 소자가 1개의 평면을 따라서 발산각을 부여하는 경우에 얻어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 10의 구성에 있어서 회절 광학 소자가 1개의 평면을 따라서 발산각을 부여하는 경우에 얻어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 12의 구성에 있어서 회절 광학 소자가 1개의 평면을 따라서 발산각을 부여하는 경우에 얻어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 17은 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 외측 면광원과 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 내측 면광원으로 이루어지는 8극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 18은 3개의 1/2 파장판을 이용히여 도 9와 같은 동공 강도 분포를 형성하는 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 발산각 부여 부재의 작용에 의해 소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포가 형성되는 모습을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 20은 입사 광축 및 사출 광축이 공간광 변조기의 배열면과 45도보다 작은 각도를 이루도록 구성한 예의 요부 구성을 나타내는 도면이다.
도 21은 공간광 변조기의 피조사면측에 회절 광학 소자를 배치한 예의 요부 구성을 나타내는 도면이다.
도 22는 편광 부재에 입사하는 광속의 광강도 분포를 불균일하게 한 예를 나타내는 도면이다.
도 23은 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 24는 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 25는 제 2 실시형태의 일례에 따른 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 26(a)는 도 25 중의 공간광 변조기의 미러 요소의 어레이의 일부를 나타내는 확대 사시도, 도 26(b)는 도 25 중의 입사면(조명 동공면)의 광량 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 27은 도 25 중의 3조의 회절 광학 소자군의 배치를 나타내는 도면이다.
도 28(a)는 공간광 변조기의 복수의 미러 요소로부터의 반사광에 의해 입사면(조명 동공면)에 형성되는 도트 패턴의 예를 나타내는 도면, 도 28(b)는 도트 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 29는 동공 형상을 목표로 하는 형상으로 설정하여 노광을 행하는 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 30(a)는 미러 요소의 어레이로부터의 반사광에 의해 형성되는 도트 패턴의 직경에 관한 조건을 완화했을 때에, 입사면(조명 동공면)에 형성되는 광량 분포의 일례를 나타내는 도면, 도 30(b)는 도 30(a)의 도트 패턴을 3개의 그룹으로 클러스터링했을 때에 입사면(조명 동공면)에 형성되는 광량 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 31(a)는 도트 패턴의 직경에 관한 조건을 완화했을 때에 얻어지는, N개의 미러 요소로부터의 도트 패턴의 직경 d의 분포의 일례를 나타내는 도면, 도 31(b)는 도 31(a)의 도트 패턴의 직경의 분포를 3개의 그룹으로 클러스터링한 상태를 나타내는 도면, 도 31(c)는 도 31(b)의 3개의 그룹의 도트 패턴의 직경을 같은 값으로 설정한 상태를 나타내는 도면이다.
도 32는 전자 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
이하, 실시형태를 첨부 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼 W의 전사면(노광면)의 법선 방향을 따라서 Z축을, 웨이퍼 W의 전사면 내에 있어서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼 W의 전사면 내에 있어서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 광원 LS로부터 노광광(조명광)이 공급된다. 광원 LS로서, 예컨대 193㎚의 파장의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저 광원이나, 248㎚의 파장의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 광원 LS로부터 +Z 방향으로 사출된 광은, 빔 송광부(1), 렌즈 어레이(2a) 및 릴레이 광학계(2b)를 거쳐서, 회절 광학 소자(3)에 입사한다. 회절 광학 소자(3)는, 광로에 대하여 삽입이 자유롭게 구성되어, 입사 광속에 발산각을 부여하여 사출하는 발산각 부여 부재로서 기능한다.
회절 광학 소자(3)를 거친 광은, 전측 렌즈군(4a)과 후측 렌즈군(4b)으로 이루어지는 재결상 광학계(4)를 거쳐서, 공간광 변조기(5)에 입사한다. 공간광 변조기(5)는, 후술하는 바와 같이, 소정면 내에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 미러 요소와, 제어계 CR로부터의 제어 신호에 근거하여 복수의 미러 요소의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부를 갖는다. 공간광 변조기(5)의 복수의 미러 요소의 배열면(이하, 「공간광 변조기의 배열면」이라고 한다)은, 재결상 광학계(4)를 거쳐서, 회절 광학 소자(3)와 광학적으로 거의 공역인 위치에 위치 결정되어 있다. 여기서, 소정면으로서의 공간광 변조기의 배열면은, 해당 배열면에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자에 끼워진 광로 내의 공간인 소정 공간에 위치하고 있다고 볼 수 있다. 또한, 소정 공간은, 공간광 변조기의 배열면보다 광의 입사측으로서 해당 배열면에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자와, 공간광 변조기의 배열면보다 광의 사출측으로서 해당 배열면에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자의 사이의 광로라고 볼 수도 있다.
빔 송광부(1)는, 광원 LS로부터의 입사 광속을 적절한 크기 및 형상의 단면을 갖는 광속으로 변환하면서 회절 광학 소자(3)(나아가서는 공간광 변조기(5))에 인도함과 아울러, 공간광 변조기(5)의 배열면에 입사하는 광의 위치 변동 및 각도 변동을 액티브하게 보정하는 기능을 갖는다. 렌즈 어레이(2a)는, 예컨대 광축 AX와 직교하는 면을 따라서 종횡으로 또한 조밀하게 배치된 복수의 렌즈 요소로 이루어지고, 광원 LS로부터 빔 송광부(1)를 거쳐서 입사한 광속을 복수의 광속으로 파면 분할한다.
렌즈 어레이(2a)에 의해 파면 분할된 복수의 광속은, 릴레이 광학계(2b)를 거쳐서 회절 광학 소자(3)의 입사면에 있어서 중첩되고, 나아가서는 재결상 광학계(4)를 거쳐서 공간광 변조기(5)의 배열면에 있어서 중첩된다. 즉, 파면 분할 소자로서의 렌즈 어레이(2a) 및 릴레이 광학계(2b)는, 회절 광학 소자(3)에 입사하는 광의 강도 분포의 균일성을 향상시키는 광강도 균일화 부재(2)를 구성하고 있다. 또한, 렌즈 어레이(2a), 릴레이 광학계(2b) 및 재결상 광학계(4)는, 공간광 변조기(5)의 배열면에 입사하는 광의 강도 분포의 배열면 내에서의 균일성을, 렌즈 어레이(2a)가 배치되는 면에 있어서의, 해당 렌즈 어레이(2a)에 입사하는 광의 강도 분포의 균일성보다 향상시키는 광강도 균일화 부재를 구성하고 있다. 여기서, 렌즈 어레이(2a)의 각 렌즈 요소의 초점 위치(혹은 파면 분할된 복수의 광속의 발산 원점의 위치)와, 릴레이 광학계(2b)의 전측 초점 위치는 거의 일치하고 있고, 릴레이 광학계(2b)의 후측 초점 위치와 회절 광학 소자(3)의 입사면은 거의 일치하고 있다. 또한, 재결상 광학계(4)는, 회절 광학 소자(3)가 배치되는 면과 공간광 변조기(5)의 배열면을 광학적으로 공역으로 하는 기능을 갖는다.
릴레이 광학계(2b)와 회절 광학 소자(3)의 사이의 광로 중에는 빔 스플리터 BS가 배치되고, 빔 스플리터 BS에 의해 조명 광로로부터 추출된 광은 빔 모니터 BM에 입사한다. 빔 모니터 BM은, 조명 광로로부터 추출된 광에 근거하여, 공간광 변조기(5)에 입사하는 광의 배열면 내의 위치, 공간광 변조기(5)에 입사하는 광의 배열면에 대한 각도, 및 공간광 변조기(5)의 배열면에 있어서의 광강도 분포를 계측한다. 또, 빔 스플리터 BS로서는, 예컨대 진폭 분할형의 빔 스플리터나 편광 빔 스플리터를 이용할 수 있다.
빔 모니터 BM의 계측 결과는, 제어계 CR에 공급된다. 제어계 CR은, 빔 모니터 BM의 출력에 근거하여, 빔 송광부(1) 및 공간광 변조기(5)를 제어한다. 빔 모니터 BM은, 예컨대, 공간광 변조기(5)의 배열면에 있어서의 광의 입사 위치 및 광강도 분포를 계측하기 위해, 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 공역인 위치(렌즈 어레이(2a)에 대하여 거의 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치)에 배치된 광전 변환면을 갖는 제 1 촬상부와, 공간광 변조기(5)에 입사하는 광의 배열면에 있어서의 광의 입사 각도를 계측하기 위해, 공간광 변조기(5)의 배열면에 대하여 거의 광학적으로 푸리에 변환이 되는 위치(렌즈 어레이(2a)와 광학적으로 거의 공역인 위치)에 배치된 광전 변환면을 갖는 제 2 촬상부를 구비하고 있더라도 좋다. 빔 모니터 BM의 내부 구성은, 예컨대 미국 특허 공개 제 2011/0069305호 공보에 개시되어 있다.
회절 광학 소자(3)의 직전의 위치에 있어서 조명 광로의 일부의 광로에 대하여 삽입이 자유롭게(도 1 중에서 Y 방향으로 이동 가능하게) 구성된 1/2 파장판(6)이 마련되어 있다. 1/2 파장판(6)은, 조명 광로를 전파하는 전파 광속 중 일부의 광속의 편광 상태를 변화시키는 편광 부재로서 기능한다. 공간광 변조기(5)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 또한, 발산각 부여 부재로서의 회절 광학 소자(3)와 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)과 공간광 변조기(5)의 협동 작용에 대해서는 후술한다.
공간광 변조기(5)로부터 +Y 방향으로 사출된 광은, 릴레이 광학계(7)를 거쳐서, 마이크로 플라이 아이 렌즈(또는 플라이 아이 렌즈)(8A)에 입사한다. 릴레이 광학계(7)는, 그 전측 초점 위치가 공간광 변조기(5)의 배열면의 근방에 위치하고, 또한 그 후측 초점 위치가 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면의 근방에 위치하고 있고, 공간광 변조기(5)의 배열면과 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면을 광학적으로 푸리에 변환의 관계로 설정하고 있다. 따라서, 공간광 변조기(5)를 거친 광은, 후술하는 바와 같이, 복수의 미러 요소의 자세에 따른 광강도 분포를 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면에 가변적으로 형성한다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직전의 위치에 있어서, 조명 광로에 대하여 삽입이 자유롭게 구성된 편광 변환 유닛(9)이 마련되어 있다. 편광 변환 유닛(9)은, 소정의 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광의 입사광을, 둘레 방향 편광 상태의 사출광 또는 지름 방향 편광 상태의 사출광으로 변환하는 기능을 갖는다. 편광 변환 유닛(9)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)는, 예컨대 종횡으로 또한 조밀하게 배열된 다수의 정굴절력을 갖는 미소 렌즈로 이루어지는 광학 소자이고, 평행 평면판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성하는 것에 의해 구성되어 있다. 마이크로 플라이 아이 렌즈에서는, 서로 격절된 렌즈 엘리먼트로 이루어지는 플라이 아이 렌즈와는 달리, 다수의 미소 렌즈(미소 굴절면)가 서로 격절되는 일 없이 일체적으로 형성되어 있다. 그렇지만, 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있는 점에서 마이크로 플라이 아이 렌즈는 플라이 아이 렌즈와 같은 파면 분할형의 옵티컬 인티그레이터이다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)에 있어서의 단위 파면 분할면으로서의 직사각형 형상의 미소 굴절면은, 마스크 M상에 있어서 형성해야 할 조사 영역의 형상(나아가서는 웨이퍼 W상에 있어서 형성해야 할 노광 영역의 형상)과 서로 닮은 직사각형 형상이다. 또, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)로서, 예컨대 실린드리컬 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용할 수도 있다. 실린드리컬 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성 및 작용은, 예컨대 미국 특허 제 6913373호 명세서에 개시되어 있다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)에 입사한 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 2차원적으로 분할되어, 그 후측 초점면 또는 그 근방의 조명 동공에는, 입사면에 형성되는 광강도 분포와 거의 같은 광강도 분포를 갖는 2차 광원(다수의 소광원으로 이루어지는 실질적인 면광원 : 동공 강도 분포)이 형성된다. 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공에 형성된 2차 광원으로부터의 광은, 콘덴서 광학계(10A)를 거쳐서, 마스크 블라인드(11A)를 중첩적으로 조명한다. 여기서, 콘덴서 광학계(10A)의 전측 초점 위치를 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후에 형성되는 2차 광원의 위치로 하고, 콘덴서 광학계(10A)의 후측 초점 위치를 마스크 블라인드(11A)의 설치면으로 하더라도 좋다.
이렇게 하여, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드(11A)에는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직사각형 형상의 미소 굴절면의 입사면(파면 분할면)의 형상과 초점 거리에 따른 직사각형 형상의 조사 영역이 형성된다. 또, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 후측 초점면 또는 그 근방에, 즉 후술하는 투영 광학계 PL의 입사 동공면과 광학적으로 거의 공역인 위치에, 2차 광원에 대응한 형상의 개구부(광투과부)를 갖는 조명 개구 조리개를 배치하더라도 좋다.
마스크 블라인드(11A)의 직사각형 형상의 개구부(광투과부)를 거친 광속은, 결상 광학계(12A)의 집광 작용을 받고, 또한 결상 광학계(12A)의 광로 중에 배치된 광로 구부림 미러 MR1에 의해 -Z 방향으로 반사된 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 중첩적으로 조명한다. 즉, 결상 광학계(12A)는, 마스크 블라인드(11A)의 직사각형 개구부와 마스크 M을 광학적으로 공역으로 하여, 마스크 블라인드(11A)의 직사각형 형상 개구부의 상을 마스크 M상에 형성하게 된다.
마스크 스테이지 MS상에 유지된 마스크 M을 투과한 광속은, 투영 광학계 PL을 거쳐서, 웨이퍼 스테이지 WS상에 유지된 웨이퍼(감광성 기판) W상에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 이렇게 하여, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY 평면) 내에 있어서 웨이퍼 스테이지 WS를 2차원적으로 구동 제어하면서, 나아가서는 웨이퍼 W를 2차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 행하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에는 마스크 M의 패턴이 순차 노광된다.
본 실시형태의 노광 장치는, 조명 광학계(1~12A)를 거친 광에 근거하여 조명 광학계의 사출 동공면에 있어서의 동공 강도 분포를 계측하는 제 1 동공 강도 분포 계측부 DTr과, 투영 광학계 PL을 거친 광에 근거하여 투영 광학계 PL의 동공면(투영 광학계 PL의 사출 동공면)에 있어서의 동공 강도 분포를 계측하는 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTw와, 제 1 및 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTr, DTw 중 적어도 한쪽의 계측 결과에 근거하여 공간광 변조기(5)를 제어하고 또한 노광 장치의 동작을 통괄적으로 제어하는 제어계 CR을 구비하고 있다.
제 1 동공 강도 분포 계측부 DTr은, 예컨대 조명 광학계의 사출 동공 위치와 광학적으로 공역인 위치에 배치된 광전 변환면을 갖는 촬상부를 구비하고, 조명 광학계에 의한 피조사면상의 각 점에 관한 동공 강도 분포(각 점에 입사하는 광이 조명 광학계의 사출 동공 위치에 형성하는 동공 강도 분포)를 계측한다. 또한, 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTw는, 예컨대 투영 광학계 PL의 사출 동공 위치와 광학적으로 공역인 위치에 배치된 광전 변환면을 갖는 촬상부를 구비하고, 투영 광학계 PL의 상면의 각 점에 관한 동공 강도 분포(각 점에 입사하는 광이 투영 광학계 PL의 사출 동공 위치에 형성하는 동공 강도 분포)를 계측한다.
제 1 및 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTr, DTw의 상세한 구성 및 작용에 대해서는, 예컨대 미국 특허 공개 제 2008/0030707호 명세서를 참조할 수 있다. 또한, 동공 강도 분포 계측부로서, 미국 특허 공개 제 2010/0020302호 공보의 개시를 참조할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)에 의해 형성되는 2차 광원을 광원으로 하여, 조명 광학계의 피조사면에 배치되는 마스크 M(나아가서는 웨이퍼 W)을 쾰러 조명한다. 이 때문에, 2차 광원이 형성되는 위치는 투영 광학계 PL의 개구 조리개 AS의 위치와 광학적으로 공역이고, 2차 광원의 형성면을 조명 광학계의 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 또한, 이 2차 광원의 형성면의 상을 조명 광학계의 사출 동공면이라고 부를 수 있다. 전형적으로는, 조명 동공면에 대하여 피조사면(마스크 M이 배치되는 면, 또는 투영 광학계 PL을 포함시켜 조명 광학계라고 생각하는 경우에는 웨이퍼 W가 배치되는 면)이 광학적인 푸리에 변환면이 된다. 동공 강도 분포란, 조명 광학계의 조명 동공면 또는 해당 조명 동공면과 광학적으로 공역인 면에 있어서의 광강도 분포(휘도 분포)이다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)에 의한 파면 분할수가 비교적 큰 경우, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면에 형성되는 대국적인 광강도 분포와, 2차 광원 전체의 대국적인 광강도 분포(동공 강도 분포)가 높은 상관을 나타낸다. 이 때문에, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면 및 해당 입사면과 광학적으로 공역인 면도 조명 동공면이라고 부를 수 있고, 이들 면에 있어서의 광강도 분포에 대해서도 동공 강도 분포라고 칭할 수 있다. 도 1의 구성에 있어서, 릴레이 광학계(7) 및 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)는, 공간광 변조기(5)를 거친 광속에 근거하여 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공에 동공 강도 분포를 형성하는 수단을 구성하고 있다.
다음으로, 공간광 변조기(5)의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 공간광 변조기(5)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 소정면 내에 배열된 복수의 미러 요소(5a)와, 복수의 미러 요소(5a)를 유지하는 기반(5b)과, 기반(5b)에 접속된 케이블(도시하지 않음)을 거쳐서 복수의 미러 요소(5a)의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부(5c)를 구비하고 있다. 도 2에서는, 공간광 변조기(5)로부터 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)까지의 광로를 나타내고, 편광 변환 유닛(9)의 도시를 생략하고 있다.
공간광 변조기(5)에서는, 제어계 CR로부터의 지령에 근거하여 작동하는 구동부(5c)의 작용에 의해, 복수의 미러 요소(5a)의 자세가 각각 변화하고, 각 미러 요소(5a)가 각각 소정의 방향으로 설정된다. 공간광 변조기(5)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 2차원적으로 배열된 복수의 미소한 미러 요소(5a)를 구비하고, 입사한 광에 대하여, 그 입사 위치에 따른 공간적인 변조를 가변적으로 부여하여 사출한다. 설명 및 도시를 간단하게 하기 위해, 도 2 및 도 3에서는 공간광 변조기(5)가 4×4=16개의 미러 요소(5a)를 구비하는 구성의 예를 나타내고 있지만, 실제로는 16개보다 훨씬 다수의 미러 요소(5a)를 구비하고 있다. 예컨대, 공간광 변조기(5)는 4000개~10000개 정도의 미러 요소(5a)를 구비하고 있더라도 좋다.
도 2를 참조하면, 공간광 변조기(5)에 입사하는 광선군 중, 광선 L1은 복수의 미러 요소(5a) 중 미러 요소 SEa에, 광선 L2는 미러 요소 SEa와는 다른 미러 요소 SEb에 각각 입사한다. 마찬가지로, 광선 L3은 미러 요소 SEa, SEb와는 다른 미러 요소 SEc에, 광선 L4는 미러 요소 SEa~SEc와는 다른 미러 요소 SEd에 각각 입사한다. 미러 요소 SEa~SEd는, 그 위치에 따라 설정된 공간적인 변조를 광 L1~L4에 부여한다.
공간광 변조기(5)에서는, 모든 미러 요소(5a)의 반사면이 1개의 평면을 따라서 설정된 기준 상태에 있어서, 재결상 광학계(4)의 광축 AX와 평행한 방향을 따라서 입사한 광선이, 공간광 변조기(5)에서 반사된 후에, 릴레이 광학계(7)의 광축 AX와 평행한 방향으로 나아가도록 구성되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 공간광 변조기(5)의 복수의 미러 요소(5a)의 배열면과 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)은, 릴레이 광학계(7)를 거쳐서 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 위치 결정되어 있다.
따라서, 공간광 변조기(5)의 복수의 미러 요소 SEa~SEd에 의해 반사되어 소정의 각도 분포가 부여된 광은, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)에 소정의 광강도 분포 SP1~SP4를 형성한다. 즉, 릴레이 광학계(7)는, 그 전측 초점 위치가 공간광 변조기(5)의 배열면에 위치 결정되고, 그 후측 초점 위치가 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)에 위치 결정되는 배치 아래에서, 공간광 변조기(5)의 복수의 미러 요소 SEa~SEd가 사출광에 부여하는 각도를, 공간광 변조기(5)의 파필드(프라운호퍼 회절 영역)인 입사면(8a)상에서의 위치로 변환한다. 이렇게 하여, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)가 형성하는 2차 광원의 광강도 분포(동공 강도 분포)는, 공간광 변조기(5) 및 릴레이 광학계(7)가 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)에 형성하는 광강도 분포에 대응한 분포가 된다. 또, 릴레이 광학계(7)의 전측 초점 위치는, 상기의 소정 공간 내이면 공간광 변조기(5)의 배열면으로부터 벗어난 위치이더라도 좋다. 또한, 릴레이 광학계(7)의 후측 초점 위치는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 위치 그 자체가 아니고 입사면(8a)의 근방이더라도 좋다.
공간광 변조기(5)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 평면 형상의 반사면을 상면으로 한 상태에서 1개의 평면을 따라서 규칙적으로 또한 2차원적으로 배열된 다수의 미소한 반사 소자인 미러 요소(5a)를 포함하는 가동(可動) 멀티 미러이다. 각 미러 요소(5a)는 가동(可動)이고, 그 반사면의 기울기, 즉 반사면의 경사각 및 경사 방향은, 제어계 CR로부터의 제어 신호에 근거하여 작동하는 구동부(5c)의 작용에 의해 독립적으로 제어된다. 각 미러 요소(5a)는, 그 반사면에 평행한 두 방향으로서 서로 직교하는 두 방향을 회전축으로 하여, 소망하는 회전 각도만큼 연속적 혹은 이산적으로 회전할 수 있다. 즉, 각 미러 요소(5a)의 반사면의 경사를 2차원적으로 제어하는 것이 가능하다.
각 미러 요소(5a)의 반사면을 이산적으로 회전시키는 경우, 회전각을 복수 상태(예컨대, …, -2.5도, -2.0도, …, 0도, +0.5도, …, +2.5도, …)로 전환 제어하는 것이 좋다. 도 3에는 외형이 정사각형 형상인 미러 요소(5a)를 나타내고 있지만, 미러 요소(5a)의 외형 형상은 정사각형으로 한정되지 않는다. 단, 광 이용 효율의 관점으로부터, 미러 요소(5a)의 극간이 적어지도록 배열 가능한 형상(가장 빽빽하게 충전 가능한 형상)으로 할 수 있다. 또한, 광 이용 효율의 관점으로부터, 서로 이웃이 되는 2개의 미러 요소(5a)의 간격을 필요 최소한으로 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 공간광 변조기(5)로서, 예컨대 2차원적으로 배열된 복수의 미러 요소(5a)의 방향을 연속적으로 각각 변화시키는 공간광 변조기를 이용하고 있다. 이와 같은 공간광 변조기로서, 예컨대 유럽 특허 공개 제 779530호 공보, 미국 특허 제 5,867,302호 공보, 미국 특허 제 6,480,320호 공보, 미국 특허 제 6,600,591호 공보, 미국 특허 제 6,733,144호 공보, 미국 특허 제 6,900,915호 공보, 미국 특허 제 7,095,546호 공보, 미국 특허 제 7,295,726호 공보, 미국 특허 제 7,424,330호 공보, 미국 특허 제 7,567,375호 공보, 미국 특허 공개 제 2008/0309901호 공보, 미국 특허 공개 제 2011/0181852호 공보, 미국 특허 공개 제 2011/188017호 공보 및 일본 특허 공개 2006-113437호 공보에 개시되는 공간광 변조기를 이용할 수 있다. 또, 2차원적으로 배열된 복수의 미러 요소(5a)의 방향을 이산적으로 복수의 단계를 갖도록 제어하더라도 좋다.
공간광 변조기(5)에서는, 제어계 CR로부터의 제어 신호에 따라 작동하는 구동부(5c)의 작용에 의해, 복수의 미러 요소(5a)의 자세가 각각 변화하고, 각 미러 요소(5a)가 각각 소정의 방향으로 설정된다. 공간광 변조기(5)의 복수의 미러 요소(5a)에 의해 각각 소정의 각도로 반사된 광은, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에, 나아가서는 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공에, 소망하는 동공 강도 분포를 형성한다. 또한, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공과 광학적으로 공역인 다른 조명 동공의 위치, 즉 결상 광학계(12A)의 동공 위치 및 투영 광학계 PL의 동공 위치(개구 조리개 AS가 배치되어 있는 위치)에도, 소망하는 동공 강도 분포가 형성된다.
이와 같이, 공간광 변조기(5)는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공에 동공 강도 분포를 가변적으로 형성한다. 릴레이 광학계(7)는, 공간광 변조기(5)의 복수의 미러 요소(5a)가 그 파필드에 형성하는 파필드 패턴을, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에 결상시키는 분포 형성 광학계를 구성하고 있다. 이 분포 형성 광학계는, 공간광 변조기(5)로부터의 사출 광속의 각도 방향의 분포를, 분포 형성 광학계로부터의 사출 광속의 단면에 있어서의 위치 분포로 변환한다.
도 4는 렌즈 어레이(2a)로부터 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)까지의 광로를 직선 형상으로 전개하여 나타내는 도면이다. 도 4에서는, 공간광 변조기(5)를 투과형의 공간광 변조기로서 도시하고, 지면에 수직인 방향으로 x축을, 지면에 있어서 수평으로 연장되는 광축 AX의 방향으로 y축을, 지면에 있어서 연직의 방향으로 z축을 각각 설정하고 있다. 도 4에 있어서, 회절 광학 소자(3)의 직전의 위치, 즉 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역인 위치에는, 광축 AX를 포함하는 xy 평면으로부터 +z 방향의 광로를 전파하는 광속에 작용하도록 1/2 파장판(6)이 배치되어 있다. 1/2 파장판(6)은, 그 입사면 및 사출면이 광축 AX와 직교하도록 배치되어 있다.
이하, 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 회절 광학 소자(3)에는, 광강도 균일화 부재(2)의 작용에 의해 광강도가 균일화된 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 광속이 입사하고, 광강도 균일화 부재(2)를 거친 광은 z 방향으로 편광한 직선 편광(이하, 「z 방향 직선 편광」이라고 한다)인 것으로 한다. 1/2 파장판(6)은, z 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, z 방향을 +90도(도 5의 지면에 있어서 시계방향으로 90도) 회전시킨 x 방향으로 편광 방향을 갖는 x 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 xz 평면 내에 있어서 x 방향 및 z 방향에 대하여 45도를 이루는 방향으로 설정되어 있다.
따라서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 회절 광학 소자(3)에 입사하는 광속 F1(광축 AX를 중심으로 한 직사각형 형상의 단면을 갖는 z 방향 직선 편광의 평행 광속 F1) 중, 광축 AX를 포함하는 xy 평면으로부터 -z 방향의 영역에 입사하는 제 1 광속 F11은, 1/2 파장판(6)의 작용을 받는 일 없이, z 방향 직선 편광이다. 한편, 광축 AX를 포함하는 xy 평면으로부터 +z 방향의 영역에 입사하는 제 2 광속 F12는, 1/2 파장판(6)의 작용을 받아, x 방향 직선 편광이 된다.
회절 광학 소자(3)는, 평행 광속이 입사했을 때에 소정의 발산각을 갖는 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는다. 실시형태에 있어서 회절 광학 소자(3)에 평행 광속이 입사하지 않는 경우에는, 각도 분포를 갖는 입사 광속에 발산각이 더 부여된다. 즉, 회절 광학 소자(3)는, 입사한 광속 F11 및 F12에 필요한 발산각을 부여하여 사출한다. 구체적으로, 회절 광학 소자(3)는, 입사한 광속 F11 및 F12에 대하여, 모든 방위에 걸쳐 서로 같은 발산각을 부여한다.
발산각이 부여된 제 1 광속 F11 및 제 2 광속 F12는, 릴레이 광학계(7)를 거쳐서, 공간광 변조기(5)에 입사한다. 즉, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 광속 F11은, 공간광 변조기(5)의 배열면에 있어서의 유효 반사 영역 R1 중, 광축 AX를 포함하는 xy 평면으로부터 +z 방향의 제 1 영역 R11에 입사한다. 제 2 광속 F12는, 유효 반사 영역 R1 중, 광축 AX를 포함하는 xy 평면으로부터 -z 방향의 제 2 영역 R12에 입사한다.
여기서, 회절 광학 소자(3) 및 편광 변환 유닛(9)이 광로로부터 퇴피하고 있는 경우를 생각하면, 공간광 변조기(5)의 구동부(5c)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제 1 영역 R11에 위치하는 제 1 미러 요소군 S11을 거친 광이 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)상의 4개의 외측 동공 영역 R21a, R21b, R21c, R21d에 인도되도록, 제 1 미러 요소군 S11에 속하는 복수의 미러 요소(5a)의 자세를 각각 제어한다. 한 쌍의 동공 영역 R21a, R21b는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 x 방향으로 간격을 둔 영역이다. 한 쌍의 동공 영역 R21c, R21d는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 z 방향으로 간격을 둔 영역이다.
구동부(5c)는, 제 2 영역 R12에 위치하는 제 2 미러 요소군 S12를 거친 광이 입사면(8a)상의 4개의 내측 동공 영역 R22a, R22b, R22c, R22d에 인도되도록, 제 2 미러 요소군 S12에 속하는 복수의 미러 요소(5a)의 자세를 각각 제어한다. 한 쌍의 동공 영역 R22a, R22b는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 +x 방향 및 -z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 영역이다. 한 쌍의 동공 영역 R22c, R22d는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 +x 방향 및 +z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 영역이다.
이렇게 하여, 회절 광학 소자(3) 및 편광 변환 유닛(9)이 광로로부터 퇴피하고 있는 경우, 공간광 변조기(5)는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에, 8개의 실질적인 면광원 P21a, P21b; P21c, P21d; P22a, P22b; P22c, P22d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(21p)를 형성한다. 즉, 제 1 광속 F11은, 공간광 변조기(5)의 제 1 미러 요소군 S11을 거쳐, 동공 영역 R21a~R21d를 차지하는 면광원 P21a~P21d를 형성한다. 면광원 P21a~P21d를 형성하는 광은, 1/2 파장판(6)을 거치지 않으므로, z 방향 직선 편광이다.
제 2 광속 F12는, 공간광 변조기(5)의 제 2 미러 요소군 S12를 거쳐, 동공 영역 R22a~R22d를 차지하는 면광원 P22a~P22d를 형성한다. 면광원 P22a~P22d를 형성하는 광은, 1/2 파장판(6)을 거치고 있으므로, x 방향 직선 편광이다. 또한, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공의 위치, 결상 광학계(12A)의 동공 위치, 및 투영 광학계 PL의 동공 위치에도, 광강도 분포(21p)에 대응하는 8극 형상의 동공 강도 분포가 형성된다.
제어계 CR은, 예컨대, CPU(중앙 연산 처리 장치), ROM(리드 온리 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리) 등으로 이루어지는 이른바 워크스테이션(또는 마이크로컴퓨터) 등으로 구성할 수 있어, 장치 전체를 통괄하여 제어할 수 있다. 또한, 제어계 CR에는, 예컨대 하드디스크로 이루어지는 기억 장치, 키보드, 마우스 등의 포인팅 디바이스 등을 포함하는 입력 장치, CRT 디스플레이(또는 액정 디스플레이) 등의 표시 장치, 및 CD(compact disc), DVD(digital versatile disc), MO(magneto-optical disc) 혹은 FD(flexible disc) 등의 정보 기억 매체의 드라이브 장치가, 외부 부착으로 접속되어 있더라도 좋다.
기억 장치에는, 투영 광학계 PL에 의해 웨이퍼 W상에 투영되는 투영상의 결상 상태가 최적(예컨대 수차 또는 선폭이 허용 범위 내)이 되는 동공 강도 분포(조명 광원 형상)에 관한 정보, 이것에 대응하는 조명 광학계, 특히 공간광 변조기(5)의 미러 요소의 제어 정보 등을 저장하더라도 좋다. 드라이브 장치에는, 후술하는 동공 강도 분포의 설정을 행하기 위한 프로그램 등이 저장된 정보 기억 매체(이하의 설명에서는 편의상 CD-ROM으로 한다)가 세트되어 있더라도 좋다. 또, 이들 프로그램은 기억 장치에 인스톨되어 있더라도 좋다. 제어계 CR은, 적당히, 이들 프로그램을 메모리상에 읽어낸다.
제어계 CR은, 예컨대 이하의 순서로, 공간광 변조기(5)를 제어할 수 있다. 동공 강도 분포는, 예컨대 동공면을 격자 형상으로 복수의 구획으로 분할하고, 각각의 구획의 광강도 및 편광 상태를 이용하여 수치로서 표현한 형식(광의의 비트맵 형식)으로 표현할 수 있다. 여기서, 공간광 변조기(5)의 미러 요소의 수를 N개로 하고, 동공 강도 분포의 분할된 구획의 수를 M개로 하면, 개개의 미러 요소에 의해 반사되는 N개의 광선을 적당하게 조합하여 M개의 구획에 인도하는 것에 의해, 바꿔 말하면, M개의 구획에 의해 구성되는 M개의 휘점상에서 N개의 광선을 적당하게 겹침으로써, 동공 강도 분포(2차 광원)가 형성(설정)된다.
우선, 제어부 CR은, 목표가 되는 동공 강도 분포(21p)에 관한 정보를 기억 장치로부터 읽어낸다. 다음으로, 읽혀진 동공 강도 분포(21p)에 관한 정보로부터, 편광 상태마다의 강도 분포를 형성하는데, 각각 몇 개의 광선이 필요한지를 산출한다. 그리고, 제어부 CR은, 공간광 변조기(5)의 복수의 미러 요소(5a)를, 각각 소요의 수의 미러 요소로 이루어지는 2개의 미러 요소군 S11 및 S12로 가상적으로 분할하고, 각각의 미러 요소군 S11 및 S12가 위치하는 부분 영역 R11 및 R12를 설정한다.
제어부 CR은, 공간광 변조기(5)의 부분 영역 R11에 위치하는 제 1 미러 요소군 S11의 미러 요소(5a)를 구동하여, 제 1 미러 요소군 S11로부터의 광이 면광원 P21a~P21d가 차지하는 동공 영역 R21a~R21d로 향하도록 설정한다. 마찬가지로, 제어부 CR은, 공간광 변조기(5)의 부분 영역 R12에 위치하는 제 2 미러 요소군 S12의 미러 요소(5a)를 구동하여, 제 2 미러 요소군 S12로부터의 광이 면광원 P22a~P22d가 차지하는 동공 영역 R22a~R22d로 향하도록 설정한다. 또한, 제어부 CR은, 공간광 변조기(5)의 부분 영역 R12로 향하는 광속이 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)을 통과하도록(1/2 파장판(6)의 X 방향의 변이 부분 영역 R11과 R12의 경계에 위치하도록), 1/2 파장판(6)의 Y 방향의 위치를 제어한다.
도 8은, 편광 변환 유닛 중의 편광 변환 부재의 특징적인 면 형상을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 편광 변환 유닛(9)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 광의 입사측(광원측)으로부터 차례로, 보정 부재(91)와 편광 변환 부재(92)를 갖는다. 편광 변환 부재(92)는, 선광성을 갖는 광학 재료인 결정 재료, 예컨대 수정에 의해 형성되어, 광축 AX를 중심으로 하는 원의 둘레 방향을 따라서 두께가 연속적으로 변화하는 형태를 갖는다. 일례로서, 편광 변환 부재(92)의 입사측의 면(92a)은 도 8에 나타내는 바와 같은 직선 형상의 단차를 갖는 면 형상으로 형성되고, 사출측(마스크측)의 면(92b)은 평면 형상으로 형성되어 있다.
구체적으로, 편광 변환 부재(92)의 입사측의 면(92a)은, 광축 AX를 지나 z 방향을 따라서 면(92a)의 전체에 걸쳐 연장되는 직선 형상의 단차를 갖는다. 이 단차보다 +x 방향측의 반원 형상의 면(92aa)은, 광축 AX를 중심으로 하는 반원의 둘레 방향을 따라서 +z 방향측으로부터 -z 방향측으로 두께가 선형적으로 증대되도록 형성되어 있다. 한편, 단차보다 -x 방향측의 반원 형상의 면(92ab)은, 광축 AX를 중심으로 하는 반원의 둘레 방향을 따라서 -z 방향측으로부터 +z 방향측으로 두께가 선형적으로 증대되도록 형성되어 있다.
여기서, 광축 AX와 직교하는 xz 평면을 기준 평면으로 하고, 이 기준 평면상의 광축 AX의 위치를 원점으로 한 원기둥(원통) 좌표계를 생각하면, 단차보다 +x 방향측의 반원 형상의 면(92aa) 및 단차보다 -x 방향측의 반원 형상의 면(92ab)은, 광축 AX 회전의 방위각인 편각에만 의존하여 광축 방향(y 방향)의 두께가 변화하고 있는 곡면 형상을 갖고 있다. 보정 부재(91)는, 편광 변환 부재(92)의 입사측에 인접하여 배치되어, 편광 변환 부재(92)와 같은 굴절률을 갖는 광학 재료, 즉 수정에 의해 형성되어 있다.
보정 부재(91)는, 편광 변환 부재(92)에 의한 광의 편향 작용(광의 진행 방향의 변화)을 보상하는 컴펜세이터로서 기능하기 위한 필요한 면 형상을 갖는다. 구체적으로, 보정 부재(91)의 입사측의 면은 평면 형상으로 형성되고, 사출측의 면은 편광 변환 부재(92)의 입사측의 면(92a)의 면 형상과 보완적인 면 형상을 갖는다. 보정 부재(91)는, 통과하는 광의 편광 상태를 변화시키는 일이 없도록, 결정 광학축이 입사광의 편광 방향과 평행 또는 수직이 되도록 배치되어 있다. 편광 변환 부재(92)는, 입사광의 편광 상태를 변화시키기 위해, 그 결정 광학축이 광축 AX와 거의 일치(즉 입사광의 진행 방향인 y 방향과 거의 일치)하도록 설정되어 있다.
편광 변환 유닛(9)에서는, 예컨대 윤대(輪帶) 형상의 단면을 갖는 z 방향 직선 편광의 광속이 입사한 경우, 편광 변환 부재(92)의 직후에 연속적인 둘레 방향 편광 상태로 윤대 형상의 광속이 형성되도록, 편광 변환 부재(92)의 두께 분포가 설정되어 있다. 즉, 편광 변환 부재(92)는, 그 입사면(92a)상의 임의의 점에 입사한 z 방향 직선 편광의 광이, 광축 AX를 중심으로 하여 해당 입사점을 지나는 원의 접선 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광의 광으로 변환되도록 형성되어 있다.
그 결과, 예컨대 윤대 형상의 단면을 갖는 x 방향 직선 편광의 광속이 편광 변환 유닛(9)에 입사한 경우, 편광 변환 부재(92)의 직후에는 연속적인 지름 방향 편광 상태로 윤대 형상의 광속이 형성된다. 즉, 편광 변환 부재(92)는, 그 입사면(92a)상의 임의의 점에 입사한 x 방향 직선 편광의 광이, 광축 AX를 중심으로 하여 해당 입사점을 지나는 원의 지름 방향에 편광 방향을 갖는 직선 편광의 광으로 변환되도록 형성되어 있다. 또, 편광 변환 부재(92)는, 광축 AX를 중심으로 하는 원의 둘레 방향을 따라서 두께가 단속적으로(계단 형상으로) 변화하는 형태이더라도 좋다. 이와 같은 편광 변환 부재(92)로서, 예컨대 미국 특허 공개 제 2009/0316132호 공보에 개시되는 편광 변환 부재를 이용할 수 있다.
따라서, 회절 광학 소자(3) 및 편광 변환 유닛(9)이 광로 중에 배치되어 있는 경우, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P31a, P31b, P31c, P31d와, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P32a, P32b, P32c, P32d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(22p)가 형성된다. 또한, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공의 위치, 결상 광학계(12A)의 동공 위치, 및 투영 광학계 PL의 동공 위치에도, 광강도 분포(22p)에 대응하는 8극 형상의 동공 강도 분포가 형성된다.
면광원 P31a~P31d가 차지하는 영역 R31a, R31b, R31c, R31d는, 도 7에 있어서의 영역 R21a~R21d(도 9 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3)가 부여하는 발산각의 크기에 따라 영역 R21a~R21d를 상사적으로 확대한 형상을 갖는다. 마찬가지로, 면광원 P32a~P32d가 차지하는 영역 R32a, R32b, R32c, R32d는, 도 7에 있어서의 영역 R22a~R22d(도 9 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3)가 부여하는 발산각의 크기에 따라 영역 R22a~R22d를 상사적으로 확대한 형상을 갖는다.
일반적으로, 둘레 방향 편광 상태의 윤대 형상이나 복수 극 형상(2극 형상, 4극 형상, 8극 형상 등)의 동공 강도 분포에 근거하는 둘레 방향 편광 조명에서는, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼 W에 조사되는 광이 s 편광을 주성분으로 하는 편광 상태가 된다. 여기서, s 편광이란, 입사면에 대하여 수직인 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광(입사면에 수직인 방향으로 전기 벡터가 진동하고 있는 편광)이다. 입사면이란, 광이 매질의 경계면(피조사면 : 웨이퍼 W의 표면)에 이르렀을 때에, 그 점에서의 경계면의 법선과 광의 입사 방향을 포함하는 면으로서 정의된다. 그 결과, 둘레 방향 편광 조명에서는, 투영 광학계의 광학 성능(초점 심도 등)의 향상을 도모할 수 있어, 웨이퍼(감광성 기판)상에 있어서 높은 콘트라스트의 마스크 패턴상을 얻을 수 있다.
한편, 지름 방향 편광 상태의 윤대 형상이나 복수 극 형상의 동공 강도 분포에 근거하는 지름 방향 편광 조명에서는, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼 W에 조사되는 광이 p 편광을 주성분으로 하는 편광 상태가 된다. 여기서, p 편광이란, 상술한 바와 같이 정의되는 입사면에 대하여서 평행한 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광(입사면에 평행한 방향으로 전기 벡터가 진동하고 있는 편광)이다. 그 결과, 지름 방향 편광 조명에서는, 웨이퍼 W에 도포된 레지스트에 있어서의 광의 반사율을 작게 억제하여, 웨이퍼(감광성 기판)상에 있어서 양호한 마스크 패턴상을 얻을 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 회절 광학 소자(3)는, 특성이 상이한 다른 회절 광학 소자(3a)와 교환 가능하게 구성되어 있다. 회절 광학 소자의 교환 방식으로서 예컨대 주지의 터릿 방식이나 슬라이드 방식 등을 이용할 수 있다. 회절 광학 소자(3a)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 입사한 광속 F11과 F12에 서로 다른 발산각을 부여하여 사출한다. 구체적으로, 회절 광학 소자(3a)는, 입사한 광속 F11에 대하여 모든 방위에 걸쳐 회절 광학 소자(3)보다 작은 발산각을 부여하고, 입사한 광속 F12에 대하여 모든 방위에 걸쳐 회절 광학 소자(3)와 같은 발산각을 부여한다.
바꿔 말하면, 회절 광학 소자(3a)는, 평행 광속이 입사했을 때에 제 1 발산각을 갖는 제 1 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 제 1 영역(광속 F11의 입사 영역)과, 평행 광속이 입사했을 때에 제 1 발산각보다 큰 제 2 발산각을 갖는 제 2 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 제 2 영역(광속 F12의 입사 영역)을 갖는다. 또한 다른 표현을 하면, 회절 광학 소자(3a)는, 광로를 전파하는 전파 광속에 발산각을 부여하여 발산각이 다른 복수의 광속 F11, F12를 생성하고, 이들 복수의 광속은 회절 광학 소자(3a)가 배치되는 면에 있어서 서로 다른 위치를 통과하도록 회절 광학 소자(3a)로부터 사출된다. 또한 다른 표현을 하면, 회절 광학 소자(3a)는, 회절 광학 소자(3a)에 평행 광속이 입사했을 때에 그 사출면으로부터 사출되는 발산각의 사출면에서의 분포를, 회절 광학 소자(3)에 평행 광속이 입사했을 때에 그 사출면으로부터 사출되는 발산각의 사출면에서의 분포와 다르도록 한다.
따라서, 회절 광학 소자(3) 대신에 회절 광학 소자(3a)를 광로 중에 배치한 경우, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P41a, P41b, P41c, P41d와, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P42a, P42b, P42c, P42d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(23p)가 형성된다.
면광원 P41a~P41d가 차지하는 영역 R41a, R41b, R41c, R41d는, 도 7에 있어서의 영역 R21a~R21d(도 11 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3a)가 부여하는 비교적 작은 발산각에 따라 영역 R21a~R21d를 비교적 작은 배율로 상사적으로 확대한 형상을 갖는다. 마찬가지로, 면광원 P42a~P42d가 차지하는 영역 R42a, R42b, R42c, R42d는, 도 7에 있어서의 영역 R22a~R22d(도 11 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3a)가 부여하는 비교적 큰 발산각에 따라 영역 R22a~R22d를 비교적 큰 배율로 상사적으로 확대한 형상을 갖는다. 또, 도 10의 예에서는, 회절 광학 소자(3a)에 있어서의 발산각의 부여 정도가 변화하는 방향(도면 중 z 방향)과 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)의 이동 방향이 같은 방향이었지만, 회절 광학 소자(3a)에 있어서의 발산각의 부여 정도가 변화하는 방향과 1/2 파장판(6)의 이동 방향이 서로 직교하는 방향이더라도 좋다.
도 12는, 전파 광속의 일부에만 작용하도록 회절 광학 소자(3)를 배치한 상태를 나타내는 도면이다. 이 경우, 회절 광학 소자(3)는, 입사한 광속 F12에만 모든 방위에 걸쳐 필요한 발산각을 부여한다. 바꿔 말하면, 회절 광학 소자(3)는, 광로를 전파하는 전파 광속 중 일부의 광속 F12에 발산각을 부여하여 발산각이 다른 복수의 광속 F11, F12를 생성한다.
따라서, 회절 광학 소자(3)가 광속 F12에만 작용하도록 배치된 경우, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에는, 도 13에 나타내는 바와 같이, 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P51a, P51b, P51c, P51d와, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P52a, P52b, P52c, P52d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(24p)가 형성된다.
면광원 P51a~P51d가 차지하는 영역 R51a, R51b, R51c, R51d는, 도 7에 있어서의 영역 R21a~R21d와 일치하고 있다. 한편, 면광원 P52a~P52d가 차지하는 영역 R52a, R52b, R52c, R52d는, 도 7에 있어서의 영역 R22a~R22d(도 13 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3)가 부여하는 발산각에 따라 영역 R22a~R22d를 상사적으로 확대한 형상을 갖는다.
상술한 설명에서는, 회절 광학 소자(3, 3a)가 입사하는 광속에 대하여 모든 방위에 걸쳐 필요한 발산각을 부여하고 있지만, 회절 광학 소자(3, 3a)가, 예컨대 yz 평면을 따라서 발산각을 부여하지만 xy 평면을 따라서 발산각을 부여하지 않는 구성도 가능하다. 구체적으로, 도 4의 구성에 있어서, 회절 광학 소자(3)가 yz 평면을 따라서 발산각을 부여하지만 xy 평면을 따라서 발산각을 부여하지 않는 경우, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P61a, P61b, P61c, P61d와, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P62a, P62b, P62c, P62d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(25p)가 형성된다.
면광원 P61a~P61d가 차지하는 영역 R61a, R61b, R61c, R61d는, 도 7에 있어서의 영역 R21a~R21d(도 14 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3)가 부여하는 발산각의 크기에 따라 영역 R21a~R21d를 z 방향으로만 확대한 형상을 갖는다. 마찬가지로, 면광원 P62a~P62d가 차지하는 영역 R62a, R62b, R62c, R62d는, 도 7에 있어서의 영역 R22a~R22d(도 14 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3)가 부여하는 발산각의 크기에 따라 영역 R22a~R22d를 z 방향으로만 확대한 형상을 갖는다.
도 10의 구성에 있어서, 회절 광학 소자(3a)가 yz 평면을 따라서 발산각을 부여하지만 xy 평면을 따라서 발산각을 부여하지 않는 경우, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P71a, P71b, P71c, P71d와, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P72a, P72b, P72c, P72d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(26p)가 형성된다.
면광원 P71a~P71d가 차지하는 영역 R71a, R71b, R71c, R71d는, 도 7에 있어서의 영역 R21a~R21d(도 15 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3a)가 부여하는 비교적 작은 발산각에 따라 영역 R21a~R21d를 비교적 작은 배율로 z 방향으로만 확대한 형상을 갖는다. 마찬가지로, 면광원 P72a~P72d가 차지하는 영역 R72a, R72b, R72c, R72d는, 도 7에 있어서의 영역 R22a~R22d(도 15 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3a)가 부여하는 비교적 큰 발산각에 따라 영역 R22a~R22d를 비교적 큰 배율로 z 방향으로만 확대한 형상을 갖는다.
도 12의 구성에 있어서, 회절 광학 소자(3)가 yz 평면을 따라서 발산각을 부여하지만 xy 평면을 따라서 발산각을 부여하지 않는 경우, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에는, 도 16에 나타내는 바와 같이, 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P81a, P81b, P81c, P81d와, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P82a, P82b, P82c, P82d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(27p)가 형성된다.
면광원 P81a~P81d가 차지하는 영역 R81a, R81b, R81c, R81d는, 도 7에 있어서의 영역 R21a~R21d와 일치하고 있다. 한편, 면광원 P82a~P82d가 차지하는 영역 R82a, R82b, R82c, R82d는, 도 7에 있어서의 영역 R22a~R22d(도 16 중 파선으로 나타낸다)에 대응한 위치에 있고, 회절 광학 소자(3)가 부여하는 발산각에 따라 영역 R22a~R22d를 z 방향으로만 확대한 형상을 갖는다.
상술한 설명에서는, 외측의 4극 형상의 면광원이 둘레 방향 편광 상태이고 또한 내측의 4극 형상의 면광원이 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포(22p~27p)를 형성하고 있다. 그렇지만, 예컨대 도 4의 구성에 있어서, 광강도 균일화 부재(2)를 거친 광이 x 방향 직선 편광이 되도록 설정하거나, 혹은 광축 AX를 포함하는 xy 평면으로부터 -z 방향의 광로를 전파하는 광속 F11에 작용하도록 1/2 파장판(6)을 배치하는 것에 의해, 도 17에 나타내는 바와 같이, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P91a, P91b, P91c, P91d와, 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P92a, P92b, P92c, P92d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(28p)를 형성할 수 있다.
또한, 도시를 생략하지만, 예컨대 도 10의 구성 및 도 12의 구성에 있어서, 광강도 균일화 부재(2)를 거친 광이 x 방향 직선 편광이 되도록 설정하거나, 혹은 광축 AX를 포함하는 xy 평면으로부터 -z 방향의 광로를 전파하는 광속 F11에 작용하도록 1/2 파장판(6)을 배치하는 것에 의해, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 외측 면광원과 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 내측 면광원으로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포를 형성할 수 있다.
상술한 설명에서는, 편광 변환 유닛(9)을 이용하여, 도 9에 나타내는 바와 같이 4극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 광강도 분포 P31a~P31d와, 4극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 광강도 분포 P32a~P32d로 이루어지는 8극 형상의 광강도 분포(22p)를 형성하고 있다. 그렇지만, 편광 변환 유닛(9)을 이용하는 일 없이, 예컨대 도 18에 나타내는 바와 같이 3개의 1/2 파장판(6, 6a, 6b)을 이용하여, 8극 형상의 광강도 분포(22p)를 형성할 수 있다.
도 18에 나타내는 예에서는, 회절 광학 소자(3)의 직전의 위치에, 서로 다른 편광 변환 특성을 갖는 3개의 1/2 파장판(6, 6a, 6b)이 병렬적으로 배치되어 있다. 일례로서, 1/2 파장판(6, 6a, 6b)은, 광로를 전파하는 전파 광속 F2 중 1/4의 광속 F21, F22, F23이 각각 입사하도록 배치되어 있다. 따라서, 전파 광속 F2 중 나머지의 1/4의 광속 F24는, 1/2 파장판(6, 6a, 6b)을 거치는 일 없이, 회절 광학 소자(3)에 이른다.
1/2 파장판(6)은, 상술한 바와 같이, z 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, z 방향을 +90도(도 18의 지면에 있어서 시계방향으로 90도) 회전시킨 x 방향으로 편광 방향을 갖는 x 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 1/2 파장판(6a)은, z 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, z 방향을 -45도(도 18의 지면에 있어서 반시계방향으로 45도) 회전시킨 -45도 경사 방향으로 편광 방향을 갖는 -45도 경사 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다.
1/2 파장판(6b)은, z 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, z 방향을 +45도 회전시킨 +45도 경사 방향으로 편광 방향을 갖는 +45도 경사 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 도 18에 나타내는 예에 있어서, 제 1 광속 F21은, 1/2 파장판(6)을 거쳐 x 방향 직선 편광이 되고, 공간광 변조기(5)의 제 1 미러 요소군을 거쳐, 동공 영역 R31c, R31d를 차지하는 면광원 P31c, P31d를 형성한다.
제 2 광속 F22는, 1/2 파장판(6a)을 거쳐 -45도 경사 방향 직선 편광이 되고, 공간광 변조기(5)의 제 2 미러 요소군을 거쳐, 동공 영역 R32a, R32b를 차지하는 면광원 P32a, P32b를 형성한다. 제 3 광속 F23은, 1/2 파장판(6b)을 거쳐 +45도 경사 방향 직선 편광이 되고, 공간광 변조기(5)의 제 3 미러 요소군을 거쳐, 동공 영역 R32c, R32d를 차지하는 면광원 P32c, P32d를 형성한다.
제 4 광속 F24는, 1/2 파장판(6, 6a, 6b)의 작용을 받는 일 없이 z 방향 직선 편광이고, 공간광 변조기(5)의 제 4 미러 요소군을 거쳐, 동공 영역 R31a, R31b를 차지하는 면광원 P31a, P31b를 형성한다. 마찬가지로, 편광 변환 유닛(9)을 이용하지 않더라도, 예컨대 3개의 1/2 파장판(6, 6a, 6b)과 같은 복수의 편광 소자로 이루어지는 편광 부재를 이용하여, 8극 형상의 광강도 분포(23p~28p)를 형성할 수 있다.
또, 도 18에서는, 1/2 파장판(6과 6a)이 x 방향으로 인접하고 또한 1/2 파장판(6과 6b)이 z 방향으로 인접하고 있지만, 3개의 1/2 파장판(6, 6a, 6b)의 배치에 대해서는 여러 가지 형태가 가능하다. 즉, 3개의 1/2 파장판(6, 6a, 6b) 중 적어도 2개의 1/2 파장판을, xz 평면을 따라서 서로 간격을 두고 배치하더라도 좋다.
상술한 설명에서는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)에, 나아가서는 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공에, 8극 형상의 광강도 분포(21p~28p)를 형성하고 있다. 그렇지만, 8극 형상으로 한정되는 일 없이, 공간광 변조기(5)의 작용에 의해, 다른 복수 극 형상(예컨대, 4극 형상, 6극 형상 등)의 동공 강도 분포, 윤대 형상의 동공 강도 분포 등을 형성할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 자세가 개별적으로 제어되는 다수의 미러 요소(5a)를 갖는 공간광 변조기(5)를 구비하고 있으므로, 동공 강도 분포의 외형 형상(크기를 포함하는 넓은 개념)의 변경에 관한 자유도는 높다.
또한, 본 실시형태에서는, 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치된 1/2 파장판(6)(6a, 6b)과, 필요에 따라서 광로 중에 배치되는 편광 변환 유닛(9)을 구비하고 있으므로, 동공 강도 분포의 편광 상태의 변경에 관한 자유도도 높다. 또한, 본 실시형태에서는, 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치된 발산각 부여 부재로서의 회절 광학 소자(3)(3a)를 구비하고 있으므로, 소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포를 형성할 수 있다. 이하, 도 19를 참조하여, 이 점을 설명한다.
도 19의 위쪽의 도면은, 도 7의 동공 강도 분포(21p)에 있어서의 면광원 P22a에 대하여, 그 중심을 지나 x 방향으로 연장되는 단면을 따른 빔 프로파일(광강도의 단면 분포)을 모식적으로 나타내고 있다. 일반적으로, 공간광 변조기를 구성하는 미러 요소의 반사면의 크기가 비교적 큰 경우, 동공 강도 분포를 구성하는 각 면광원의 빔 프로파일은, 도 19의 위쪽의 도면에 나타내는 바와 같은 톱햇(top hat)형이 되기 쉽다.
본 실시형태에서는, 회절 광학 소자(3)가 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역에 배치되어 있으므로, 회절 광학 소자(3)가 입사 광속에 발산각을 부여하는 것은 공간광 변조기(5)의 각 미러 요소(5a)로의 입사 광속에 발산각을 부여하는 것과 다름없다. 또한, 공간광 변조기(5)로부터의 사출 광속의 각도 방향의 분포는, 릴레이 광학계(7)를 거쳐서, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 입사면(8a)의 조명 동공에 있어서의 위치 분포로 변환된다.
따라서, 발산각 부여 부재로서의 회절 광학 소자(3)가 광로로부터 퇴피했을 때에 얻어지는 동공 강도 분포(21p)에 있어서의 면광원 P22a가, 광로 중에 삽입된 회절 광학 소자(3)의 발산각 부여 작용에 의해, 도 9에 나타내는 동공 강도 분포(22p)에 있어서의 면광원 P32a로 변화한다. 즉, 면광원 P32a가 차지하는 영역 R32a는, 회절 광학 소자(3)가 입사 광속 F12에 부여하는 발산각의 크기에 따라, 면광원 P22a가 차지하는 영역 R22a를 상사적으로 확대한 형상이 된다.
그 결과, 회절 광학 소자(3)의 발산각 부여 작용에 의해 면광원 P32a의 외형 형상이 면광원 P22a의 외형 형상으로부터 상사적으로 확대 변화하는 것에 따라, 면광원 P32a의 빔 프로파일도 면광원 P22a의 톱햇형의 빔 프로파일로부터 성상적으로 변화한다. 구체적으로, 면광원 P32a의 중심을 지나 x 방향으로 연장되는 단면을 따른 빔 프로파일은, 도 19의 아래쪽의 도면에 나타내는 바와 같이, 중앙으로부터 주변을 향해 광강도가 완만하게 감소하는 것과 같은 성상이 된다.
외형 형상의 변화에 따라 빔 프로파일의 성상이 변화하는 점은, 동공 강도 분포(22p)에 있어서 회절 광학 소자(3)의 발산각 부여 작용에 의해 외형 형상이 확대된 다른 면광원 P31a~P31d; P32b~P32d에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 다른 동공 강도 분포 23p~28p에 있어서 회절 광학 소자(3, 3a)의 발산각 부여 작용에 의해 외형 형상이 확대된 면광원에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 동공 강도 분포에 있어서의 임의의 면광원의 외형 형상의 변화에 따라 빔 프로파일의 성상이 변화하는 정도는, 해당 면광원을 형성하는 광속에 대하여 발산각 부여 부재가 부여하는 발산각의 크기에 의존한다. 바꿔 말하면, 동공 강도 분포에 있어서의 임의의 면광원을 형성하는 광속에 대하여 필요한 발산각을 부여하는 발산각 부여 부재를 광로 중에 배치하는 것에 의해, 해당 면광원의 빔 프로파일을 소망하는 성상으로 할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 조명 광학계(1~12A)에서는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)의 직후의 조명 동공에, 소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포를 형성할 수 있다. 본 실시형태의 노광 장치(1~WS)에서는, 소망하는 빔 프로파일을 갖는 동공 강도 분포를 형성하는 조명 광학계(1~12A)를 이용하여, 전사해야 할 마스크 M의 패턴의 특성에 따라 실현된 적절한 조명 조건의 아래에서, 미세 패턴을 웨이퍼 W에 정확하게 전사할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 광원 LS로부터 사출된 불균일한 빔 프로파일을 갖는 광이, 광강도 분포 균일화 부재(2)의 작용에 의해 강도 분포의 균일성이 향상된 광이 되어, 공간광 변조기(5)의 배열면에 입사한다. 즉, 광강도 분포 균일화 부재(2)의 작용에 의해, 공간광 변조기(5)의 각 미러 요소(5a)에 입사하는 광속의 광강도 분포가 균일화되고, 나아가서는 각 미러 요소(5a)로부터 사출되는 광속의 광강도 분포도 균일화된다. 그 결과, 동공 강도 분포의 형성에 있어서 다수의 미러 요소(5a)를 구동해야 할 공간광 변조기(5)의 제어성이 향상된다.
또, 상술한 실시형태에서는, 광강도 균일화 부재(2)를 이용하여 회절 광학 소자(3a)에 거의 균일한 강도 분포의 광을 공급하고 있다. 그렇지만, 예컨대 도 10에 있어서, 입사 광속을 제 1 발산 광속으로 변환하는 제 1 영역과, 입사 광속을 제 2 발산 영역으로 변환하는 제 2 영역에 서로 광강도가 다른 광을 공급하더라도 좋다. 여기서, 제 2 발산 광속의 제 2 발산각보다 제 1 발산 광속의 제 1 발산각이 크기 때문에, 공간광 변조기(5)의 배열면에 광강도 분포가 거의 균일한 광을 인도하면, 공간광 변조기(5)를 거친 제 2 발산 광속에 의해 생성되는 동공상의 영역 R42a~R42d의 휘도가, 공간광 변조기(5)를 거친 제 1 발산 광속에 의해 생성되는 동공상의 영역 R41a~R41d의 휘도보다 저하된다. 그와 같은 경우에는, 회절 광학 소자(3a)의 제 2 영역의 광강도가 제 1 영역의 광강도보다 큰 광강도가 되는 광을 회절 광학 소자(3a)에 인도하면 된다.
이와 같이, 광원으로부터의 광을, 발산각 부여 부재라고 볼 수 있는 회절 광학 소자(3a)의 제 1 영역에 입사하는 광강도보다 제 2 영역에 입사하는 광강도가 강한 광강도 분포로 설정하는 광강도 분포 설정 부재로서는, 파면 분할 소자로서의 렌즈 어레이(2a)의 각각의 사출측에 쐐기 형상 광학 부재를 마련한 것과 릴레이 광학계(2b)의 조합이나, 파필드에 계단 형상의 광강도 분포를 형성하는 회절 광학 소자와 릴레이 광학계(2b)의 조합 등을 이용할 수 있다.
또한, 제어부 CR에는, 필요에 따라서, 빔 모니터 BM으로부터, 공간광 변조기(5)의 배열면에 있어서의 광강도 분포의 모니터 결과(계측 결과)가 공급된다. 이 경우, 제어부 CR은, 빔 모니터 BM의 광강도 분포에 관한 모니터 결과를 수시 참조하여, 광원 LS로부터 공급되는 광의 빔 프로파일의 시간에 따른 변동에 따라 공간광 변조기(5)를 적당히 제어하는 것에 의해, 소망하는 동공 강도 분포를 안정적으로 형성할 수 있다.
상술한 설명에서는, 광원 LS와 공간광 변조기(5)의 사이의 광로 중에 배치되어 공간광 변조기(5)의 배열면에 입사하는 광의 강도 분포의 균일성을 향상시키는 광강도 균일화 부재로서, 파면 분할 소자로서의 렌즈 어레이(2a)와 릴레이 광학계(2b)를 이용하고 있다. 그렇지만, 예컨대 내면 반사형의 옵티컬 인티그레이터(전형적으로는 로드형 인티그레이터)를 이용하여 광강도 균일화 부재를 구성할 수도 있다. 또한, 파면 분할 소자로서, 예컨대 렌즈 어레이(2a)의 복수의 렌즈 요소를, 이들 렌즈 요소와 동등한 기능을 갖는 회절면 또는 반사면으로 한 회절 광학 소자 어레이 또는 반사 소자 어레이를 이용하여 광강도 균일화 부재를 구성할 수도 있다.
광강도 분포 균일화 부재에서는, 해당 부재에 입사하는 광속의 광강도 분포의 균일성보다, 해당 부재로부터 사출되는 광속의 광강도 분포의 균일성이 좋아지는 것이 중요하고, 해당 부재로부터 사출되는 광속의 광강도 분포가 완전히 균일하게 되지 않더라도 좋다. 광원과 공간광 변조기의 사이의 광로의 중간 위치보다 광원측에, 광강도 분포 균일화 부재를 배치할 수 있다.
상술한 설명에서는, 입사 광속에 발산각을 부여하여 사출하는 발산각 부여 부재로서, 회절 광학 소자(3)를 이용하고 있다. 그렇지만, 회절 광학 소자로 한정되는 일 없이, 이것으로 한정되는 일 없이, 예컨대 렌즈 어레이와 같은 굴절형 소자, 예컨대 미러 어레이와 같은 반사형 소자, 예컨대 확산판과 같은 산란형 소자 등을 이용하여 발산각 부여 부재를 구성할 수도 있다.
상술한 설명에서는, 편광 부재로서, 전파 광속 중 일부의 광속이 진행하는 광로에 배치된 1/2 파장판(6)을 이용하고 있다. 그렇지만, 1/2 파장판으로 한정되는 일 없이, 예컨대 전파 광속 중 일부의 광속이 진행하는 광로에 배치된 1/4 파장판, 선광자 등을 이용하여 편광 부재를 구성할 수도 있다. 바꿔 말하면, 편광 부재로서, 입사하는 광의 편광 상태를 실질적으로 광량 손실 없이 다른 편광 상태로 변환하는 것을 이용할 수 있다. 1/4 파장판을 구비한 편광 부재를 이용하는 경우, 동공 강도 분포에 있어서의 임의의 면광원의 편광 상태를 소망하는 타원 편광으로 설정할 수 있다.
선광자는, 평행 평면판의 형태를 갖고, 선광성을 갖는 광학 재료인 결정 재료, 예컨대 수정에 의해 형성되어 있다. 또한, 선광자는, 그 입사면(나아가서는 사출면)이 광축 AX와 직교하고, 그 결정 광학축이 광축 AX의 방향과 거의 일치(즉 입사광의 진행 방향과 거의 일치)하도록 배치된다. 선광자를 구비한 편광 부재를 이용하는 경우, 동공 강도 분포에 있어서의 임의의 면광원의 편광 상태를 소망하는 직선 편광으로 설정할 수 있다. 여기서, 선광성을 갖는 광학 재료는, 그 광학 재료에 입사하는 우회전 원편광 성분과 좌회전 원편광 성분의 사이에 위상차를 부여하는 것이라고 볼 수 있고, 파장판은, 해당 파장판에 입사하는 서로 직교하는 편광 성분의 사이에 위상차를 부여하는 것이라고 볼 수 있다. 이와 같이, 편광 부재는, 그 편광 부재에 입사하는 광 중 어느 특정한 편광 성분과, 해당 어느 특정한 편광 성분과는 다른 편광 상태의 다른 편광 성분의 사이에 위상차를 부여하는 것이라고 볼 수 있다.
또, 도 1에서는, 장치 전체의 도시 및 공간광 변조기(5)의 작용의 이해를 용이하게 하기 위해, 재결상 광학계(4)의 광축 AX 및 릴레이 광학계(7)의 광축 AX가 공간광 변조기(5)의 배열면과 45도를 이루도록 구성하고 있다. 그렇지만, 이 구성으로 한정되는 일 없이, 예컨대 도 20에 나타내는 바와 같이, 한 쌍의 광로 구부림 미러 MR2, MR3을 도입하는 것에 의해, 입사 광축인 재결상 광학계(4)의 광축 AX 및 사출 광축인 릴레이 광학계(7)의 광축 AX가, 공간광 변조기(5)의 배열면과 45도보다 작은 각도를 이루도록 구성할 수도 있다. 도 20에서는, 1/2 파장판(6)으로부터 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)까지의 광로를 따른 요부 구성을 나타내고 있다.
상술한 설명에서는, 발산각 부여 부재로서의 회절 광학 소자(3)가, 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치된 예를 나타내고 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 발산각 부여 부재를 배치하더라도 좋다. 여기서, 「공역 공간」이란, 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역인 공역 위치의 전측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자와 해당 공역 위치의 후측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자의 사이의 공간이다. 또, 「공역 공간」 내에는, 파워를 갖지 않는 평행 평면판이나 평면거울이 존재하고 있더라도 좋다.
또한, 상술한 설명에서는, 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)이, 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치된 예를 나타내고 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 공간광 변조기의 배열면의 근방의 위치, 또는 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 편광 부재를 배치하더라도 좋다.
또한, 상술한 설명에서는, 발산각 부여 부재로서의 회절 광학 소자(3) 및 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)이, 공간광 변조기(5)보다 광원측의 광로 중에 있어서 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치된 예를 나타내고 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 예컨대 도 21에 나타내는 바와 같이, 공간광 변조기(5)보다 피조사면측의 광로 중에 있어서 공간광 변조기(5)의 배열면과 광학적으로 거의 공역인 위치에, 회절 광학 소자(3) 및 1/2 파장판(6)을 배치하더라도 상술한 실시형태와 같은 효과가 얻어진다. 혹은, 도 21 중 파선으로 나타내는 바와 같이, 공간광 변조기(5)보다 광원측의 평행 광로 중에 1/2 파장판(6)을 배치하더라도 좋다. 도 21에서는, 광로 구부림 미러 MR2 또는 1/2 파장판(6)으로부터 마이크로 플라이 아이 렌즈(8A)까지의 광로를 따른 요부 구성을 나타내고 있다.
이와 같이, 발산각 부여 부재와 편광 부재와 공간광 변조기의 사이의 위치 관계에 대해서는, 여러 가지 형태가 가능하다. 즉, 발산각 부여 부재의 배치에 주목하면, 공간광 변조기보다 광원측의 광로 중에 있어서 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간, 또는 공간광 변조기보다 피조사면측의 광로 중에 있어서 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 배치할 수 있다.
편광 부재의 배치에 주목하면, 발산각 부여 부재의 광원측의 근방 위치로 한정되는 일 없이, 발산각 부여 부재의 피조사면측의 근방 위치, 공간광 변조기의 광원측의 근방 위치, 공간광 변조기의 피조사면측의 근방 위치, 공간광 변조기보다 광원측의 광로 중에 있어서 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간, 공간광 변조기보다 피조사면측의 광로 중에 있어서 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 배치할 수 있다.
단, 상술한 실시형태와 같이, 공간광 변조기(5)보다 광원측의 광로에 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)을 배치하는 것에 의해, 1/2 파장판(6)을 거쳐 생성된 편광 상태가 다른 복수의 광속과 공간광 변조기(5)에 있어서의 복수의 미러 요소군의 대응 관계가 단순하게 되고, 나아가서는 공간광 변조기(5)의 제어가 용이하게 된다고 하는 효과가 얻어진다. 또한, 발산각 부여 부재로서의 회절 광학 소자(3)보다 광원측의 광로에 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)을 배치하는 것에 의해, 발산각이 비교적 작은 입사광에 근거하여 소망하는 직선 편광 상태의 사출광이 얻어진다고 하는 효과가 얻어진다.
또한, 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)이 배치되는 면에 입사하는 광속의 광강도 분포는, 균일한 분포(톱햇형의 분포)일 필요는 없다. 예컨대 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)의 이동 방향과 직교하는 방향에서 변화하는 광강도 분포이더라도 좋다.
도 22(a)는 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)과 해당 1/2 파장판(6)에 입사하는 광속 F1의 관계를 나타내는 도면이고, 도 22(b)는 광속 F1의 X방향 단면의 광강도 분포를, 도 22(c)는 광속 F1의 Y 방향 단면의 광강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 22에 나타내는 바와 같이, 편광 부재로서의 1/2 파장판(6)의 이동 방향에 있어서의 광강도 분포가 거의 균일하면, 동공 강도 분포에 있어서의 복수의 편광 상태의 면적ㆍ강도비를 변경하기 위해 1/2 파장판(6)의 위치를 변경하는 제어 등이 용이하게 되는 이점이 있다.
상술한 실시형태에서는, 2차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 미러 요소를 갖는 공간광 변조기로서, 2차원적으로 배열된 복수의 반사면의 방향(각도 : 기울기)을 개별적으로 제어 가능한 공간광 변조기(5)를 이용하고 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 예컨대 2차원적으로 배열된 복수의 반사면의 높이(위치)를 개별적으로 제어 가능한 공간광 변조기를 이용할 수도 있다. 이와 같은 공간광 변조기로서는, 예컨대 미국 특허 제 5,312,513호 공보, 및 미국 특허 제 6,885,493호 공보의 도 1(d)에 개시되는 공간광 변조기를 이용할 수 있다. 이들 공간광 변조기에서는, 2차원적인 높이 분포를 형성함으로써 회절면과 같은 작용을 입사광에 부여할 수 있다. 또, 상술한 2차원적으로 배열된 복수의 반사면을 갖는 공간광 변조기를, 예컨대 미국 특허 제 6,891,655호 공보나, 미국 특허 공개 제 2005/0095749호 공보의 개시에 따라서 변형하더라도 좋다.
상술한 실시형태에서는, 공간광 변조기(5)가 소정면 내에서 2차원적으로 배열된 복수의 미러 요소(5a)를 구비하고 있지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 소정면 내에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 투과 광학 요소를 구비한 투과형의 공간광 변조기를 이용할 수도 있다.
상술한 실시형태에서는, 마스크 대신에, 소정의 전자 데이터에 근거하여 소정 패턴을 형성하는 가변 패턴 형성 장치를 이용할 수 있다. 또, 가변 패턴 형성 장치로서는, 예컨대 소정의 전자 데이터에 근거하여 구동되는 복수의 반사 소자를 포함하는 공간광 변조 소자를 이용할 수 있다. 공간광 변조 소자를 이용한 노광 장치는, 예컨대 미국 특허 공개 제 2007/0296936호 공보에 개시되어 있다. 또한, 상술한 바와 같은 비발광형의 반사형 공간광 변조기 이외에, 투과형 공간광 변조기를 이용하더라도 좋고, 자발광형의 화상 표시 소자를 이용하더라도 좋다.
상술한 실시형태의 노광 장치는, 본원 특허청구범위에 거론된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립의 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은, 각종 서브시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정의 전에, 각 서브시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 행해지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 청결도 등이 관리된 클린룸에서 행하더라도 좋다.
다음으로, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 23은 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 디바이스의 기판이 되는 웨이퍼 W에 금속막을 증착하고(단계 S40), 이 증착한 금속막상에 감광성 재료인 포토레지스트를 도포한다(단계 S42). 계속하여, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치를 이용하여, 마스크(레티클) M에 형성된 패턴을 웨이퍼 W상의 각 샷 영역에 전사하고(단계 S44 : 노광 공정), 이 전사가 종료된 웨이퍼 W의 현상, 다시 말해 패턴이 전사된 포토레지스트의 현상을 행한다(단계 S46 : 현상 공정).
그 후, 단계 S46에 의해 웨이퍼 W의 표면에 생성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 웨이퍼 W의 표면에 대하여 에칭 등의 가공을 행한다(단계 S48 : 가공 공정). 여기서, 레지스트 패턴이란, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치에 의해 전사된 패턴에 대응하는 형상의 요철이 생성된 포토레지스트층으로서, 그 오목부가 포토레지스트층을 관통하고 있는 것이다. 단계 S48에서는, 이 레지스트 패턴을 사이에 두고 웨이퍼 W의 표면의 가공을 행한다. 단계 S48에서 행해지는 가공에는, 예컨대 웨이퍼 W의 표면의 에칭 또는 금속막 등의 성막의 적어도 한쪽이 포함된다. 또, 단계 S44에서는, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치는, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 W를, 감광성 기판, 다시 말해 플레이트 P로 하여 패턴의 전사를 행한다.
도 24는, 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 24에 나타내는 바와 같이, 액정 디바이스의 제조 공정에서는, 패턴 형성 공정(단계 S50), 컬러 필터 형성 공정(단계 S52), 셀 조립 공정(단계 S54) 및 모듈 조립 공정(단계 S56)을 순차적으로 행한다. 단계 S50의 패턴 형성 공정에서는, 플레이트 P로서 포토레지스트가 도포된 유리 기판상에, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치를 이용하여 회로 패턴 및 전극 패턴 등의 소정의 패턴을 형성한다. 이 패턴 형성 공정에는, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치를 이용하여 포토레지스트층에 패턴을 전사하는 노광 공정과, 패턴이 전사된 플레이트 P의 현상, 다시 말해 유리 기판상의 포토레지스트층의 현상을 행하고, 패턴에 대응하는 형상의 포토레지스트층을 생성하는 현상 공정과, 이 현상된 포토레지스트층을 사이에 두고 유리 기판의 표면을 가공하는 가공 공정이 포함되어 있다.
단계 S52의 컬러 필터 형성 공정에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응하는 3개의 도트의 조를 매트릭스 형상으로 다수 배열하거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조를 수평 주사 방향으로 복수 배열한 컬러 필터를 형성한다. 단계 S54의 셀 조립 공정에서는, 단계 S50에 의해 소정 패턴이 형성된 유리 기판과, 단계 S52에 의해 형성된 컬러 필터를 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 구체적으로는, 예컨대 유리 기판과 컬러 필터의 사이에 액정을 주입함으로써 액정 패널을 형성한다. 단계 S56의 모듈 조립 공정에서는, 단계 S54에 의해 조립된 액정 패널에 대하여, 이 액정 패널의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로 및 백라이트 등의 각종 부품을 설치한다.
또한, 본 발명은, 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치로의 적용으로 한정되는 일 없이, 예컨대, 각형의 유리 플레이트에 형성되는 액정 표시 소자, 또는 플라즈마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용의 노광 장치나, 촬상 소자(CCD 등), 마이크로 머신, 박막 자기 헤드, 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크(포토마스크, 레티클 등)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조할 때의, 노광 공정(노광 장치)에도 적용할 수 있다.
또, 상술한 실시형태에서는, 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장 : 193㎚)이나 KrF 엑시머 레이저광(파장 : 248㎚)을 이용하고 있지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 다른 적당한 레이저 광원, 예컨대 파장 157㎚의 레이저광을 공급하는 F2 레이저 광원 등에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 투영 광학계와 감광성 기판의 사이의 광로 중을 1.1보다 큰 굴절률을 갖는 매체(전형적으로는 액체)로 채우는 수법, 소위 액침법을 적용하더라도 좋다. 이 경우, 투영 광학계와 감광성 기판의 사이의 광로 중에 액체를 채우는 수법으로서는, 국제 공개 제 WO99/49504호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같은 국소적으로 액체를 채우는 수법이나, 일본 특허 공개 평 6-124873호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조(液槽) 중에서 이동시키는 수법이나, 일본 특허 공개 평 10-303114호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 스테이지상에 소정 깊이의 액체조를 형성하고, 그 중에 기판을 유지하는 수법 등을 채용할 수 있다. 여기서는, 국제 공개 제 WO99/49504호 팜플렛, 일본 특허 공개 평 6-124873호 공보 및 일본 특허 공개 평 10-303114호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 노광 장치에 있어서 마스크(또는 웨이퍼)를 조명하는 조명 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 마스크(또는 웨이퍼) 이외의 피조사면을 조명하는 일반적인 조명 광학계에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
그런데, 공간광 변조기를 이용하여 조명 광학계의 동공면상에 어느 광량 분포(동공 형상)를 형성하는 것은, 그 동공면상에서, 공간광 변조기의 다수의 미러 요소로부터의 반사광에 의해 형성되는 다수의 미소 패턴(미소 영역)을 소정 배열로 조합하고 있는 화상(광량 분포)을 형성하는 방법이라고 간주하는 것도 가능하다. 이때에, 미러 요소의 수가 많기 때문에, 어느 목표로 하는 동공 형상이 주어졌을 때에, 그 동공 형상을 얻기 위한 전부의 미소 패턴의 위치(대응하는 미러 요소의 경사각의 설정치)의 배열을 어떻게 하여 효율적으로 계산할지가 문제이다.
또한, 다수의 미러 요소의 어레이에, 예컨대 병렬로 배치되어 서로 투과율이 복수 단계로 제어 가능한 복수 개의 광학 필터를 거쳐서 조명광을 조사하는 것에 의해, 그 미러 요소의 어레이를 복수의 그룹으로 나누고, 각 미소 패턴의 광량을 그룹별로 제어하는 것도 가능하다. 이와 같이 동공면상의 미소 패턴의 광량 등의 상태가 그룹별로 제어 가능할 때에는, 각 미소 패턴의 위치와 함께 그 상태에 관한 변수의 조합을 어떻게 효율적으로 계산할지가 문제가 된다.
이와 같은 사정을 감안하여, 복수의 미소 패턴 또는 미소 영역 등을 조합하여 목표로 하는 광량 분포 또는 목표 화상 등에 가까운 광량 분포 등을 형성하는 경우에, 복수의 미소 패턴 또는 미소 영역 등의 위치나 상태의 조합을 효율적으로 계산할 수 있도록 하는 것을, 더 해결해야 할 과제로서 들 수 있다.
이하, 공간광 변조기의 동작에 관한 제어 수법에 따른 제 2 실시형태에 대하여, 도 25~도 31을 참조하여 설명한다.
도 25는 제 2 실시형태에 따른 노광 장치 EX의 개략 구성을 나타낸다. 노광 장치 EX는, 일례로서 스캐닝 스텝퍼(스캐너)로 이루어지는 주사 노광형의 노광 장치(투영 노광 장치)이다. 도 25에 있어서, 노광 장치 EX는, 노광용의 조명광(노광광) IL을 발생시키는 광원(10)과, 광원(10)으로부터의 조명광 IL로 레티클 R(마스크)의 패턴면인 레티클면 Ra(피조사면)를 조명하는 조명 광학계 ILS를 구비하고 있다. 또한, 노광 장치 EX는, 레티클 R을 이동시키는 레티클 스테이지 RST와, 레티클 R의 패턴의 상을 웨이퍼 W(감광 기판)의 표면에 투영하는 투영 광학계 PL과, 웨이퍼 W를 이동시키는 웨이퍼 스테이지 WST와, 장치 전체의 동작을 통괄적으로 제어하는 컴퓨터로 이루어지는 주 제어계(35)와, 각종 제어계 등을 구비하고 있다.
이하, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 평행하게 Z축을 설정하고, Z축에 수직인 평면 내에 있어서 도 25의 지면에 평행한 방향으로 X축을, 도 25의 지면에 수직인 방향으로 Y축을 설정하여 설명한다. 제 2 실시형태에서는, 노광시의 레티클 R 및 웨이퍼 W의 주사 방향은 Y축에 평행한 방향(Y 방향)이다. 또한, X축, Y축, 및 Z축에 평행한 축의 회전의 회전 방향(경사 방향)을 θx 방향, θy 방향, 및 θz 방향으로 하여 설명한다.
광원(10)으로서는, 일례로서 파장 193㎚의 직선 편광의 레이저광을 펄스 발광하는 ArF 엑시머 레이저 광원이 사용되고 있다. 또, 광원(10)으로서, 파장 248㎚의 레이저광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원, 또는 고체 레이저 광원(YAG 레이저, 반도체 레이저 등)으로부터 출력되는 레이저광의 고조파를 발생시키는 고조파 발생 장치 등도 사용할 수 있다.
도 25에 있어서, 도시하지 않은 전원부에 의해 제어되는 광원(10)으로부터 발광된 레이저광으로 이루어지는 직선 편광의 조명광 IL은, 빔 익스팬더(11)를 포함하는 전달 광학계, 편광 방향 및 편광 상태를 조정하기 위한 편광 광학계(12), 및 광로 구부림용 미러 M1을 거쳐, 거의 평행 광속으로서 제 1 조, 제 2 조, 및 제 3 조의 회절 광학 소자군(19A, 19B, 19C)이 설치 가능한 조명 영역(50)(도 27 참조)에 입사한다. 회절 광학 소자군(19A~19C)은, 각각 조명광 IL의 광로를 횡단하는 방향으로 인접하여 배치된 복수의 회절 광학 소자(diffractive optical element : DOE)를 갖는다. 회절 광학 소자군(19A~19C), 및 회절 광학 소자군(19A~19C) 내의 어느 회절 광학 소자(이하, DOE라고 한다.)를 조명 광로에 설치하거나, 또는 그 조명 광로를 DOE가 설치되지 않는 투과 상태로 설정하기 위한 구동 기구(20)를 포함하여 발산각 가변부(18)가 구성되어 있다.
도 27에 나타내는 바와 같이, 회절 광학 소자군(19A)은, 조명광 IL의 조명 영역(50)(조명 광로)을 거의 3등분한 서로 거의 같은 직사각형의 제 1, 제 2, 및 제 3 영역(51A, 51B, 51C) 중 제 1 영역(51A)을 긴 방향으로 가로지를 수 있도록 연결되어, 각각 영역(51A)과 거의 같은 크기의 제 1, 제 2, 및 제 3 DOE(19A1, 19A2, 19A3)를 갖는다. DOE(19A1~19A3)는 일체적으로 가이드부를 따라서 이동 가능한 가동부(20A)에 연결되어, 가동부(20A)에 의해 DOE(19A1~19A3)를 긴 방향으로 이동시킴으로써, DOE(19A1~19A3)의 어느 한쪽을 영역(51A)에 설치하거나, 또는 영역(51A)을 투과 상태로 설정할 수 있다.
마찬가지로, 회절 광학 소자군(19B, 19C)은, 각각 DOE(19A1, 19A2, 19A3)와 같은 구성이고 마찬가지로 긴 방향으로 연결된 DOE(19B1, 19B2, 19B3 및 19C1, 19C2, 19C3)를 갖는다. DOE(19B1~19B3 및 19C1~19C3)에 관해서도, 각각 가동부(20B 및 20C)에 의해 긴 방향으로 이동시킴으로써, 어느 한쪽을 영역(51B 및 51C)에 설치하거나, 또는 영역(51B, 51C)을 투과 상태로 설정할 수 있다. 가동부(20A~20C)의 동작은, 도 25의 주 제어계(35)의 제어 아래에 있는 조명 제어부(36)에 의해 제어되고 있다. 가동부(20A~20C)를 포함하여 도 25의 구동 기구(20)가 구성되어 있다.
도 27에 있어서, 영역(51A~51C)이 투과 상태인 경우, 영역(51A~51C)에 입사하는 점선으로 나타내는 거의 평행 광속으로 이루어지는 조명광 IL은, 그대로 실선으로 나타내는 조명광 IL1로서 영역(51A~51C)을 통과한다. 또한, 영역(51A, 51B, 51C)에 서로 같은 구성의 DOE(19A1, 19B1, 19C1)가 설치되어 있는 경우, DOE(19A1~19C1)에 입사하는 조명광 IL은, 제 1 개구각을 갖는 조명광 IL2로 변환되어 영역(51A~51C)을 통과한다. 그리고, 영역(51A, 51B, 51C)에 서로 같은 구성의 DOE(19A2, 19B2, 19C2) 또는 DOE(19A3, 19B3, 19C3)가 설치되어 있는 경우, 이들 DOE에 입사하는 조명광 IL은, 각각 제 2 개구각(>제 1 개구각) 또는 제 3 개구각(>제 2 개구각)을 갖는 조명광 IL3 또는 IL4로 변환되어 영역(51A~51C)을 통과한다.
DOE(19A1~19A3) 등은, 광투과성의 유리 기판 또는 합성 수지의 기판의 일면에 간섭 무늬 형상의 2차원의 요철 패턴을 포트리소그래피 공정 또는 틀 누르기 공정 등으로 형성하는 것에 의해 제조할 수 있다. DOE(19A2)의 요철 패턴은 DOE(19A1)의 패턴보다 미세하고, DOE(19A3)의 요철 패턴은 DOE(19A2)의 패턴보다 미세하다. 제 2 실시형태에서는, 영역(51A~51C)에 회절 광학 소자군(19A~19C) 내의 임의의 DOE를 설치하거나, 또는 영역(51A~51C)을 투과 상태로 하는 것에 의해, 영역(51A~51C)을 통과하는 조명광의 개구각을 서로 독립적으로, 거의 0, 제 1 개구각, 제 2 개구각, 또는 제 3 개구각 중 임의의 각도로 설정할 수 있다.
도 25에 있어서, 회절 광학 소자군(19A~19C)을 설치 가능한 조명 영역을 통과한 조명광은, 렌즈(13a 및 13b)로 이루어지는 릴레이 광학계(13)를 거쳐서 공간광 변조기(spatial light modulator : SLM)(14)의 각각 직교하는 2축의 회전의 경사각이 가변의 다수의 미소한 미러 요소(16)의 반사면에 소정의 작은 입사각으로 비스듬하게 입사한다. 회절 광학 소자군(19A~19C)의 설치면과 미러 요소(16)의 어레이의 평균적인 배치면은 릴레이 광학계(13)에 관하여 거의 공역이다. 공간광 변조기(14)(이하, SLM(14)이라고 한다.)는, 미러 요소(16)의 어레이와, 각 미러 요소(16)를 지지하여 구동하는 구동 기판부(15)와, 각 미러 요소(16)의 경사각을 제어하는 SLM 제어계(17)를 갖는다.
도 26(a)는 SLM(14)의 일부를 나타내는 확대 사시도이다. 도 26(a)에 있어서, SLM(14)의 구동 기판부(15)의 표면에는, 거의 Y 방향 및 Z 방향으로 일정 피치로 근접하여 배열된 미러 요소(16)의 어레이가 지지되어 있다. 일례로서, 미러 요소(16)의 폭은 수 ㎛~수 십 ㎛이고, 미러 요소(16)의 거의 Y 방향 및 Z 방향의 배열의 수는 수 십~수 백 정도이다. 이 경우, 미러 요소(16)의 개수는 전부, 예컨대 수 천~삼십만 정도이다.
이와 같이 미러 요소(16)의 어레이 및 이것에 대응하는 구동 기구가 마련된 구동 기판부(15)는, 예컨대 MEMS(Microelectromechanical Systems : 미소 전기 기계 시스템) 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 이와 같은 공간광 변조기로서는, 예컨대 유럽 특허 공개 제 779530호 명세서, 또는 미국 특허 제 6,900,915호 명세서 등에 개시되어 있는 것을 사용 가능하다. 또, 미러 요소(16)는 거의 정사각형의 평면 미러이지만, 그 형상은 직사각형 등의 임의의 형상이더라도 좋다.
또한, 도 28(a)에 나타내는 바와 같이, SLM(14)의 미러 요소(16)의 어레이의 배열 영역은, 서로 같은 폭의 제 1, 제 2, 및 제 3 배열 영역(52A, 52B, 52C)으로 나누어져 있다. 그리고, 전부의 미러 요소(16)의 개수를 N으로 하여, 배열 영역(52A, 52B, 및 52C)에 있어서 각각 1번째의 위치 P1로부터 N1번째(N1은 거의 N/3이 되는 정수)의 위치 PN, (N1+1)번째의 위치로부터 N2번째(N2는 거의 2N/3이 되는 정수)의 위치 PN2, 및(N2+1)번째의 위치로부터 N번째의 위치 PN까지 미러 요소(16)가 배치되어 있다. SLM(14)의 배열 영역(52A, 52B, 52C)은, 각각 도 25의 릴레이 광학계(13)에 관하여 도 27의 회절 광학 소자군(19A, 19B, 19C)이 설치 가능한 영역(51A, 51B, 51C)과 거의 공역이다.
따라서, SLM(14)의 배열 영역(52A~52C)에는, 각각 영역(51A~51C)을 통과하여 개구각이 0 또는 제 1~제 3 개구각의 어느 하나로 설정된 조명광 IL1~IL4가 입사한다. 또한, 각 미러 요소(16)에 입사하는 조명광은 그대로 반사되기 때문에, SLM(14)의 배열 영역(52A~52C) 내의 미러 요소(16)에서 반사되는 조명광의 개구각은, 각각 영역(51A~51C)을 통과한 조명광의 개구각과 거의 같다. 또, 릴레이 광학계(13)의 배율을 거의 등 배(等倍)인 것으로 하고 있다.
도 25에 있어서, SLM(14)은, 조명 조건에 따라, 다수의 미러 요소(16)로부터의 반사광을 후술하는 마이크로 렌즈 어레이(25)의 입사면(25I)에 조사함으로써, 입사면(25I)에 소정의 광량 분포(광강도 분포)를 형성한다. 일례로서, 통상 조명 또는 윤대 조명을 행하는 경우에는, SLM(14)은, 조명광을 반사하여 그 입사면(25I)에, 원형 영역 또는 윤대 형상의 영역에서 강도가 커지는 광강도 분포를 형성한다. 또한, 2극 또는 4극 조명시에는, 2부분 또는 4부분의 영역에서 강도가 커지는 광강도 분포를 형성하고, 이른바 최적화 조명을 행할 때에는, 레티클 R의 패턴에 따라 최적화된 복잡한 형상의 광량 분포를 형성한다. 레티클 R에 따른 조명 조건의 정보는 자기 기억 장치 등의 기억 장치(39) 내의 노광 데이터 파일에 기록되어 있다. 주 제어계(35)는, 그 노광 데이터 파일로부터 읽어낸 조명 조건의 정보를 조명 제어부(36) 내의 제어부에 공급하고, 이것에 따라 그 제어부가 SLM 제어계(17)를 통해서 SLM(14)의 전부의 미러 요소(16)의 경사각을 제어하고, 구동 기구(20)를 통해서 회절 광학 소자군(19A~19C)으로부터 선택된 DOE를 조명 광로에 설치하거나, 또는 그 조명 광로를 투과 상태로 한다(상세 후술).
SLM(14)의 다수의 미러 요소(16)에서 반사된 조명광은, 조명 광학계 ILS의 광축 AXI를 따라서 조명광 IL을 평행광으로 변환하는 입사 광학계(21)에 입사한다. 입사 광학계(21)를 통과한 조명광은, 제 1 렌즈계(22a) 및 제 2 렌즈계(22b)로 이루어지는 릴레이 광학계(22)를 거쳐서 마이크로 렌즈 어레이(25)의 입사면(25I)에 입사한다. 미러 요소(16)의 어레이의 평균적인 배치면과 입사면(25I)은, 거의 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있다. 마이크로 렌즈 어레이(25)는, 다수의 미소한 렌즈 엘리먼트를 Z 방향 및 Y 방향으로 거의 밀착하도록 배치한 것이고, 마이크로 렌즈 어레이(25)의 사출면이 조명 광학계 ILS의 동공면 IPP(사출 동공과 공역인 면)가 된다. 그 동공면 IPP(이하, 조명 동공면 IPP라고 한다.)에는, 파면 분할에 의해 다수의 2차 광원(광원상)으로 이루어지는 면광원이 형성된다.
마이크로 렌즈 어레이(25)는, 다수의 미소 광학계를 병렬로 배치한 것이기 때문에, 입사면(25I)에 있어서의 대국적인 광량 분포(광강도 분포)가 그대로 사출면인 조명 동공면 IPP에 전달된다. 바꿔 말하면, 입사면(25I)에 형성되는 대국적인 광량 분포와, 2차 광원 전체의 대국적인 광량 분포가 거의 같거나 또는 높은 상관을 나타낸다. 여기서, 입사면(25I)은 조명 동공면 IPP와 등가인 면(광량 분포가 거의 상사인 면)이고, 입사면(25I)에 형성되는 조명광의 임의의 광량 분포의 형상(광강도가 소정 레벨이 되는 윤곽선으로 둘러싸인 영역의 형상)이 그대로 조명 동공면 IPP에 있어서의 광량 분포의 형상인 동공 형상이 된다. 또, 마이크로 렌즈 어레이(25) 대신에 플라이 아이 렌즈를 사용하더라도 좋다. 또한, 플라이 아이 렌즈로서, 예컨대 미국 특허 제 6913373호 명세서에 개시되어 있는 실린드리컬 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용하더라도 좋다.
제 2 실시형태에서는, 조명 동공면 IPP에는 조명 개구 조리개(26)가 설치되어 있다. 도 26(b)는 입사면(25I)(나아가서는 조명 동공면 IPP)에 있어서 조명 개구 조리개(26)에서 설정되는 코히런스 팩터(coherence factor)(σ값)가 1인 원주(54) 내의 목표로 하는 광량 분포(55)의 일례를 나타낸다. 광량 분포(55)는, 예컨대 레티클 R에 대하여 최적화된 분포이다. 또한, 도 25에서는, 일례로서 회절 광학 소자군(19A 및 19C)의 설치면으로부터 각각 제 1 및 제 3 개구각을 갖는 조명광 IL2, IL4가 미러 요소(16)의 어레이에 입사하고 있다. 이 경우, 미러 요소(16)에서 반사된 조명광 IL2(또는 IL4)는, 마이크로 렌즈 어레이(25)의 입사면(25I)(조명 동공면 IPP)에 2번째로 큰 직경 d2(또는 최대의 직경 d4)의 원형의 미소한 광량 분포인 도트 패턴(53B)(또는 53D)(도 28(a) 참조)을 형성한다. 즉, SLM(14)의 미러 요소(16)에 입사하는 조명광의 개구각이 클수록, 그 미러 요소(16)에서 반사되어 입사면(25I)에 입사하는 광의 도트 패턴의 직경은 커진다.
또한, 도 27에 나타내는 바와 같이, 예컨대 조명 영역(50) 내의 영역(51A)에 DOE가 설치되지 않고(투과 상태), 영역(51B 및 51C)에 각각 DOE(19B1 및 19C2)가 설치된 상태에서, 조명 영역(50)에 조명광 IL이 조사되는 것으로 한다. 이때, 도 28(a)에 나타내는 바와 같이, SLM(14)의 제 1 배열 영역(52A)(영역(51A)과 거의 공역인 영역) 내의 임의의 미러 요소(16A1, 16A2)에서 반사된 조명광 IL1에 의해 입사면(25I)(나아가서는 조명 동공면 IPP, 이하 동일)의 임의의 위치 PA1, PA2에 형성되는 도트 패턴(53A)의 직경은 공통으로 최소의 d1이다. 그리고, SLM(14)의 제 2 배열 영역(52B)(영역(51B)과 거의 공역인 영역) 내의 임의의 미러 요소(16B1, 16B2)에서 반사된 조명광 IL2에 의해 입사면(25I)의 임의의 위치 PB1, PB2에 형성되는 도트 패턴(53B)의 직경은 공통의 d2이고, SLM(14)의 제 3 배열 영역(52C)(영역(51C)과 거의 공역인 영역) 내의 임의의 미러 요소(16C1, 16C2)에서 반사된 조명광 IL3에 의해 입사면(25I)의 임의의 위치 PC1, PC2에 형성되는 도트 패턴(53C)의 직경은 공통으로 d3이다. 또한, 만일 도 27의 영역(51A)에 DOE(19A3)가 설치되어 있을 때는, 도 28의 입사면(25I)의 위치 PA1, PA2에는, 점선으로 나타내는 최대의 직경 d4의 도트 패턴(53D)이 형성된다.
이와 같이 제 2 실시형태에서는, SLM(14)의 배열 영역(52A, 52B, 52C) 내의 각 미러 요소(16)에서 반사된 조명광에 의해 입사면(25I)(조명 동공면 IPP)에 형성되는 도트 패턴의 2차원적인 위치(Y 방향 및 Z 방향의 위치)는, 적어도 σ값이 1인 원주(54) 내의 영역을 포함하는 가동 범위 내에서 임의로 설정할 수 있다. 각 미러 요소(16)의 반사광에 의해 입사면(25I)에 형성되는 도트 패턴의 2차원적인 위치는, 각 미러 요소(16)의 직교하는 2축의 회전의 경사각을 제어하는 것에 의해 제어할 수 있다.
한편, 배열 영역(52A, 52B, 52C) 내의 각 미러 요소(16)에서 반사된 조명광에 의해 입사면(25I)에 형성되는 도트 패턴의 상태에 관한 변수인 직경 d는, 배열 영역(52A, 52B, 52C)마다 공통으로 d1, d2, d3, d4의 어느 하나로 설정된다. 직경 d1~d4의 크기에는 이하의 관계가 있고, 최소의 직경 d1은 예컨대 마이크로 렌즈 어레이(25)를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트의 단면 형상의 단변 방향의 폭보다 작게 설정되어 있다.
Figure 112014048234820-pct00001
그 배열 영역(52A~52C)마다 공통으로 설정되는 도트 패턴의 직경 d는, 도 25의 발산각 가변부(18)의 회절 광학 소자군(19A~19C)으로부터 어느 DOE를 선택하여 조명 광로의 영역(51A~51C)에 설치하는지에 따라 제어할 수 있다. 또, 제 2 실시형태에서는 입사면(25I)에 형성되는 도트 패턴(53A~53D)은 미소한 원형이다. 이것에 비하여, 도 25의 릴레이 광학계(22)의 개구수에 따라서는, SLM(14)의 미러 요소(16)의 반사광에 의해 입사면(25I)에는, 도 28(b)에 나타내는 바와 같이 한 변의 폭이 예컨대 d1~d4인 거의 정사각형(미러 요소(16)의 형상과 거의 상사)의 도트 패턴(57A~57D)이 형성되는 경우도 있다. 또, SLM(14)의 배열 영역(52A~52C)은 적어도 2개이더라도 좋고, 도트 패턴(53A~53D) 등의 종류(직경 또는 폭 d1~d4의 개수)는, 적어도 2종류(예컨대 도트 패턴(53A, 53B)만이더라도 좋다) 있으면 된다.
도 25에 있어서, 릴레이 광학계(22)의 제 1 렌즈(22a)와 제 2 렌즈(22b)의 사이에 빔 스플리터 BS1이 설치되고, 조명광으로부터 빔 스플리터 BS1에서 분기된 광속이, 집광 렌즈(23)를 거쳐서 CCD 또는 CMOS형의 2차원의 촬상 소자(24)의 수광면에 입사한다. 촬상 소자(24)의 촬상 신호는 조명 제어부(36) 내의 특성 계측부에 공급되고 있다. 촬상 소자(24)의 수광면 HP1은, 집광 렌즈(23)에 의해, 마이크로 렌즈 어레이(25)의 입사면(25I)과 공역으로 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 촬상 소자(24)의 수광면은 조명 동공면 IPP와 실질적으로 등가인 면이기도 하고, 촬상 소자(24)의 수광면에는 조명 동공면 IPP의 광량 분포와 거의 상사인 광량 분포가 형성된다. 조명 제어부(36) 내의 특성 계측부는, 촬상 소자(24)의 검출 신호로부터 조명 동공면 IPP의 광량 분포(동공 형상)를 계측할 수 있다.
또, 조명 광학계 ILS의 동공 형상을 계측하는 모니터 장치는, 레티클 스테이지 RST 또는 웨이퍼 스테이지 WST에 설치하더라도 좋다. 조명 동공면 IPP에 형성된 면광원으로부터의 조명광 IL은, 제 1 릴레이 렌즈(28), 레티클 블라인드(고정 시야 조리개 및 가변 시야 조리개)(29), 제 2 릴레이 렌즈(30), 광로 구부림용 미러(31), 및 콘덴서 광학계(32)를 거쳐서, 레티클면 Ra의 예컨대 X 방향으로 가늘고 긴 조명 영역을 균일한 조도 분포로 조명한다. 빔 익스팬더(11)로부터 발산각 가변부(18)까지의 광학 부재, 릴레이 광학계(13), SLM(14), 입사 광학계(21)로부터 마이크로 렌즈 어레이(25)까지의 광학 부재, 및 조명 개구 조리개(26)로부터 콘덴서 광학계(32)까지의 광학계를 포함하여 조명 광학계 ILS가 구성되어 있다. 조명 광학계 ILS의 각 광학 부재는, 도시하지 않는 프레임에 지지되어 있다.
또한, 주 제어계(35)에는, 예컨대 호스트 컴퓨터(도시하지 않음)와의 사이에 레티클 R의 조명 조건 등의 정보를 주고받는 입출력 장치(34)와, 목표로 하는 광량 분포를 얻기 위한 SLM(14)의 각 미러 요소(16)의 경사각 및 회절 광학 소자군(19A~19C)으로부터 선택되는 DOE의 종류를 구하는 연산 장치(40)와, 기억 장치(39)가 접속되어 있다. 연산 장치(40)는, 주 제어계(35)를 구성하는 컴퓨터의 소프트웨어상의 기능이더라도 좋다. 광원(10), 조명 광학계 ILS, 입출력 장치(34), 조명 제어부(36), 연산 장치(40), 및 기억 장치(39)를 포함하여 조명 장치(8)가 구성되어 있다.
조명 광학계 ILS로부터의 조명광 IL의 아래에서, 레티클 R의 조명 영역 내의 패턴은, 양측(또는 웨이퍼측으로 한쪽) 텔레센트릭 투영 광학계 PL을 거쳐서, 웨이퍼 W의 하나의 샷 영역의 노광 영역에 소정의 투영 배율(예컨대 1/4, 1/5 등)로 투영된다. 조명 동공면 IPP는, 투영 광학계 PL의 동공면(사출 동공과 공역인 면)과 공역이고, 투영 광학계 PL의 동공면에는 개구 조리개 AS가 설치되어 있다. 웨이퍼 W는, 실리콘 등의 기재의 표면에 포토레지스트(감광 재료)를 소정의 두께로 도포한 것을 포함한다.
또한, 레티클 R은 레티클 스테이지 RST의 상면에 흡착 유지되고, 레티클 스테이지 RST는, 도시하지 않는 레티클 베이스의 상면(XY 평면에 평행한 면)에, Y 방향으로 일정 속도로 이동 가능하게, 또한 적어도 X 방향, Y 방향, 및 θz 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. 레티클 스테이지 RST의 2차원적인 위치는 도시하지 않는 레이저 간섭계에 의해서 계측되고, 이 계측 정보에 근거하여, 주 제어계(35)가 리니어 모터 등을 포함하는 구동계(37)를 거쳐서 레티클 스테이지 RST의 위치 및 속도를 제어한다.
한편, 웨이퍼 W는 웨이퍼 홀더(도시하지 않음)를 통해서 웨이퍼 스테이지 WST의 상면에 흡착 유지되고, 웨이퍼 스테이지 WST는, 도시하지 않는 웨이퍼 베이스의 상면(XY 평면에 평행한 면)에서 X 방향, Y 방향으로 이동 가능함과 아울러, Y 방향으로 일정 속도로 이동 가능하다. 웨이퍼 스테이지 WST의 2차원적인 위치는 도시하지 않는 레이저 간섭계 또는 인코더에 의해 계측되고, 이 계측 정보에 근거하여, 주 제어계(35)가 리니어 모터 등을 포함하는 구동계(38)를 거쳐서 웨이퍼 스테이지 WST의 위치 및 속도를 제어한다. 또, 레티클 R 및 웨이퍼 W의 얼라인먼트를 행하기 위한 얼라인먼트계(도시하지 않음)도 구비되어 있다.
노광 장치 EX에 의한 웨이퍼 W의 노광시에 기본적인 동작으로서, 주 제어계(35)는 노광 데이터 파일에서 레티클 R의 조명 조건을 읽어내고, 읽어낸 조명 조건을 조명 제어부(36)에 설정한다. 계속하여, 웨이퍼 스테이지 WST의 이동(스텝 이동)에 의해 웨이퍼 W가 주사 개시 위치로 이동한다. 그 후, 광원(10)의 발광을 개시하여, 레티클 R의 패턴의 투영 광학계 PL에 의한 상으로 웨이퍼 W를 노광하면서, 레티클 스테이지 RST 및 웨이퍼 스테이지 WST를 사이에 두고 레티클 R 및 웨이퍼 W를 투영 배율을 속도비로서 동기하여 이동시킴으로써, 웨이퍼 W의 하나의 샷 영역에 레티클 R의 패턴상이 주사 노광된다. 이와 같이 웨이퍼 W의 스텝 이동과 주사 노광을 반복하는 스텝 앤드 스캔 동작에 의해, 최적의 조명 조건의 아래에서 웨이퍼 W의 전부의 샷 영역에 레티클 R의 패턴의 상이 노광된다.
다음으로, 노광 장치 EX에 있어서, 조명 동공면 IPP(입사면(25I))에 레티클 R에 최적화한 광량 분포(동공 형상)를 설정하는 동작의 일례에 대하여 도 29의 플로차트를 참조하여 설명한다. 이 동작은 주 제어계(35)에 의해 제어된다. 우선, 도 29의 단계 102에 있어서, 레티클 R이 도 25의 레티클 스테이지 RST에 로드되고, 입출력 장치(34)로부터 주 제어계(35)를 거쳐서 연산 장치(40)에, 레티클 R에 형성되어 있는 디바이스 패턴에 대하여 계산상으로 최적화된 조명 동공면 IPP(또는 입사면(25I))상에서의 광량 분포(목표 광량 분포)의 정보가 입력된다. 입력된 정보는, 기억 장치(39) 내의 노광 데이터 파일에도 기록된다. 여기서, 도 26(b)의 조명 동공면 IPP의 σ값이 1인 원주(54)로 둘러싸이는 유효 영역에 Y 방향 및 Z 방향으로 피치 Δy 및 Δz로 배열되는 다수의 격자점을 설정했을 때, 소정의 원점(ya, za)에 대하여 Y 방향으로 m번째이고 Z 방향으로 n번째인 격자점의 Y 방향 및 Z 방향의 좌표(ym, zn)는 다음과 같이 나타내어진다. 또, 제 2 실시형태에서는 피치 Δy와 Δz와 같지만, 그들은 다르더라도 좋다. 또한, 피치 Δy, Δz는, 도 28(a)의 최소의 도트 패턴(53A)의 직경 d1보다 작게 설정되어 있다.
Figure 112014048234820-pct00002
이들 식에 있어서의 M1 및 M2는 SLM(14)의 미러 요소(16)의 배열의 수보다 큰 정수이다. 이때, 그 목표 광량 분포는, 일례로서 조명 동공면 IPP의 유효 영역 내의 좌표(ym, zn)에 있는 전부의 격자점에 있어서의 광강도 TE(ym, zn)의 집합으로 표현된다. 일례로서, 광강도 TE(ym, zn)는, 유효 영역 내의 적산치가 1이 되도록 규격화되어 있다. 그 목표 광량 분포는, 예컨대 도 26(b)의 광량 분포(55)인 것으로 한다. 광량 분포(55)는, 후술하는 도 30(a) 및 도 30(b)에도 점선으로 나타내어지고 있다.
제 2 실시형태에 있어서, 좌표(ym, zn)의 격자점을 화소로 간주하면, 광강도 TE(ym, zn)로 나타내어지는 목표 광량 분포는 목표 화상으로도 간주할 수 있다. 다음의 단계 104에 있어서, 주 제어계(35)는, 예컨대 기억 장치(39)에 기억되어 있는 노광 데이터 파일로부터 도 28(a)의 SLM(14)의 배열 영역(52A, 52B, 52C) 내에 있는 제 j 조(j=1, 2, 3)의 미러 요소(16)의 군의 위치 정보(위치 PN1, PN2, PN의 번호 N1, N2, N)를 읽어내고, 읽어낸 위치 정보를 조명 제어부(36)의 제어부에 설정한다. 주 제어계(35)는, 그 번호 N1, N2, N, 식 (2A), (2B)의 조명 동공면 IPP에 있어서의 좌표(ym, zn), 미러 요소(16)로부터의 반사광에 의해 형성되는 도트 패턴(53A~53D)의 직경 d1~d4, 및 도트 패턴(53A~53D) 내의 평균 광강도(또는 이 상대치)의 정보를 연산 장치(40)에도 설정한다.
다음의 단계 106에 있어서, 연산 장치(40)는, 가상적으로, SLM(14)의 N개의 미러 요소(16)로부터의 반사광에 의해 입사면(25I)(나아가서는 조명 동공면 IPP)에 형성되는 도트 패턴의 중심 위치(yi, zi) 및 직경 Di(i=1~N)를 소정의 초기치로 설정한다. 그 중심 위치(yi, zi)의 값은 식 (2A), (2B)로 나타내어지는 유효 영역 내의 격자점의 좌표(ym, zn)(m=0~M1, n=0~M2)의 어느 한쪽으로 설정되고, 직경 Di는 직경 d1~d4의 어느 한쪽으로 설정된다. 또, 실제로는, SLM(14)의 배열 영역(52A~52C) 내의 각 미러 요소(16)로부터의 반사광에 의해 형성되는 도트 패턴의 직경은 공통이지만, 이 단계 106에서는, SLM(14)의 전부의 미러 요소(16)로부터의 반사광에 의해 형성되는 도트 패턴의 직경 Di는 서로 독립적으로 가변 범위(여기서는 d1~d4) 내의 임의의 값으로 설정되는 것으로 가정하고 있다. 그 초기치는 가변 범위 내의 임의의 조합으로 좋다. 또, 이 단계에서는, 단지 1번째~N번째의 도트 패턴을 각각 SLM(14)의 1번째~N번째의 미러 요소(16)에 대응시켜 기억하여 두더라도 좋다.
다음의 단계 108에 있어서, 연산 장치(40)는, 단계 106에서 설정된 N개의 도트 패턴의 중심 위치(yi, zi) 및 그 직경 Di로부터, 입사면(25I)의 유효 영역 내의 좌표(ym, zn)로 나타내어지는 전부의 격자점의 광강도 D1E(ym, zn)(설정 광량 분포)를 계산한다. 광강도 D1E(ym, zn)도 유효 영역 내의 적산치가 1이 되도록 규격화되어 있다. 제 2 실시형태에서는, 일례로서, 광강도 TE(ym, zn)(목표 광량 분포)와 광강도 D1E(ym, zn)(설정 광량 분포)의 차분 정보를 갖는 목적 함수 f를 다음과 같이 정의한다.
Figure 112014048234820-pct00003
식 (3)의 정수 m, n에 관한 적산은 입사면(25I)(조명 동공면 IPP)의 유효 영역 내의 전부의 격자점에 관하여 행해진다. 또, 식 (3)의 우변의 제곱근 등을 목적 함수 f로 하더라도 좋다. 다음의 단계 110에 있어서, 연산 장치(40)는, 식 (3)으로부터 계산한 목적 함수 f가 소정의 허용치 이하인지 여부를 판정한다. 그 허용치는, 미리 예컨대 입출력 장치(34)로부터 주 제어계(35)를 거쳐서 연산 장치(40)에 설정되어 있다. 목적 함수 f가 그 허용치보다 큰 경우, 동작은 단계 112로 이행하여, 연산 장치(40)는, 단계 106(또는 이전의 단계 112)에서 설정한 N개의 도트 패턴의 중심 위치(yi, zi) 및/또는 직경 Di(i=1~N)의 값을 변경한다. 이 단계 112에서도, SLM(14)의 전부의 미러 요소(16)로부터의 반사광에 의해 형성되는 도트 패턴의 직경 Di는 서로 독립적으로 가변 범위(여기서는 d1~d4) 내의 임의의 값으로 설정 가능하게 하고 있다.
그 후, 단계 108로 이행하여, 연산 장치(40)는, 단계 112에서 변경된 N개의 도트 패턴의 중심 위치(yi, zi) 및 그 직경 Di로부터, 입사면(25I)의 유효 영역 내의 전부의 격자점의 광강도 D1E(ym, zn)(설정 광량 분포)를 계산하고, 식 (3)으로부터 목적 함수 f를 계산한다. 다음의 단계 110에 있어서, 연산 장치(40)는, 계산한 목적 함수 f가 상기의 허용치 이하인지 여부를 판정한다. 그리고, 목적 함수 f가 그 허용치보다 클 때에는, 단계 112, 108, 110의 동작이 더 반복된다. 한편, 단계 110에서, 목적 함수 f가 그 허용치 이하가 되었을 때, 즉 설정 광량 분포가 거의 목표 광량 분포가 되었을 때에, 동작은 단계 114로 이행한다.
단계 110에서 목적 함수 f가 그 허용치 이하가 되었을 때의, 도 30(a)의 입사면(25I)(조명 동공면 IPP)에 있어서의 유효 영역 내의 각 좌표(ym, zn)에 있는 격자점의 광강도 D1E(ym, zn)의 집합을 제 1 설정 광량 분포(56)로 한다. 또, 도 30(a) 및 도 30(b)의 광량 분포는 연산 장치(40)에서 가상적으로 계산되는 분포이다. 도 30(a)에 있어서는, SLM(14)의 각 미러 요소(16)는, 그 반사광에 의해 입사면(25I)에 직경 d1~d4의 도트 패턴(53A~53D) 중 임의의 도트 패턴을 형성할 수 있다.
도 31(a)는 도 30(a)의 제 1 설정 광량 분포(56)를 형성하고 있는 전부(N개)의 도트 패턴에 관하여, 그 직경 Di 및 그것에 대응하는 SLM(14)의 미러 요소(16)의 배열 번호 i(i=1~N)를 정리한 것이다. 미러 요소(16)의 배열 번호 i에 의해, 대응하는 도트 패턴의 입사면(25I)에 있어서의 중심 위치(yi, zi)(어느 하나의 좌표(ym, zn))가 특정된다. 그리고, 단계 114에 있어서, 연산 장치(40)는, 제 1 설정 광량 분포(56)를 형성하고 있는 N개의 도트 패턴을, 예컨대 직경 Di의 격차의 합이 가장 작아지도록, 각각 도 28(a)의 SLM(14)의 3개의 배열 영역(52A, 52B, 52C) 내의 미러 요소(16)의 개수와 같은 수의 도트 패턴을 포함하는 3개의 그룹으로 클러스터링한다. 이 경우의 클러스터링으로서는, 예컨대 비계층적 클러스터링 방법의 하나인 K-means법(분할 최적화 수법)을 사용할 수 있다. 예컨대 3개의 그룹 내의 직경 Di의 중심점(또는 최빈치 등)과 그 그룹 내의 각 도트 패턴의 직경의 차분의 제곱합을 각 그룹의 평가 함수로 하여, 이들 3개의 평가 함수의 합이 최소가 되도록 클러스터링이 행해진다. 클러스터링에 의해, 용이하고 또한 정확하게 도트 패턴을 3개의 그룹으로 나눌 수 있다.
도 31(b)는 도 31(a)의 N개의 도트 패턴의 직경 Di를, 그 클러스터링에 의해 제 1, 제 2, 및 제 3 그룹(52D, 52E, 52F)으로 나눈 결과의 일례를 나타낸다. 도 31(b)에 있어서, 각 그룹(52D, 52E, 52F)의 가로축의 번호 i의 값 I1~I2, I3~I4, I5~I6은, 각 그룹(52D, 52E, 52F)에 속하는 도트 패턴에 대응하는 SLM(14)의 미러 요소(16)의 배열 번호의 범위를 나타내고 있다. 그 미러 요소(16)의 배열 번호의 값 I1~I2 등에 의해, 대응하는 도트 패턴의 입사면(25I)에 있어서의 중심 위치(yi, zi)가 특정된다. 이 예에서는, 그룹(52D, 52E, 52F)에 속하는 도트 패턴의 직경 Di로서 가장 빈도가 높은 값은 각각 d2, d1, d4이다.
또, 단계 114에 있어서는, 클러스터링 이외의 수법으로, 예컨대 단지 화상(설정 광량 분포)을 3그룹으로 나누는 등의 수법으로 도트 패턴을 3개의 그룹(52D, 52E, 52F)으로 나누더라도 좋다. 다음의 단계 116에 있어서, 연산 장치(40)는, 3개의 그룹(52D, 52E, 52F)에 속하는 도트 패턴의 직경 Di를 그룹 내 평균치 Dj(j=1, 2, 3)로 치환한다. 일례로서, 그 그룹 내 평균치 Dj는, 각 그룹 내의 직경 Di의 최빈치이다. 이 결과, 도 31(b)의 그룹(52D, 52E, 52F) 내의 공통화된 직경 Dj는, 도 31(c)에 나타내는 d2, d1, d4가 된다. 또, 도 31(c)의 가로축의 배열 번호 i는, 도 28(a)의 SLM(14)의 1번째로부터 N번째의 미러 요소(16)의 배열 번호이다.
도 30(a)의 제 1 설정 광량 분포(56)에 있어서, 그룹(52D, 52E, 52F)에 속하는 도트 패턴의 직경 Di를 공통화된 직경 Dj로 치환하면, 도 30(b)의 제 2 설정 광량 분포(56A)가 얻어진다. 다음의 단계 118에 있어서, 연산 장치(40)는, 도 31(b)의 j번째(j=1, 2, 3)의 그룹(52D, 52E, 52F)에 속하는 도트 패턴(I1~I2, I3~I4, I5~I6번의 미러 요소(16)에 대응하는 도트 패턴)의 중심 위치(yji, zji) 및 공통화된 직경 Dj를, 도 30(b)(또는 도 28(a))의 SLM(14)의 j번째의 배열 영역(52A, 52B, 52C) 내의 미러 요소(16)(제 j 조의 미러 요소군)의 반사광에 의해 입사면(25I)에 형성되는 도트 패턴의 중심 위치(yji, zji) 및 공통화된 직경 Dj에 설정한다. 이것은, 도 31(c)의 가로축(미러 요소(16)의 배열 번호 i)에 있어서, 도 31(b)의 j번째의 그룹(52D, 52E, 52F)에 대응하는 영역을 j번째의 배열 영역(52A, 52B, 52C)로 간주하는 것을 의미한다.
이 경우, 도 30(b)에 있어서, SLM(14)의 1번째의 배열 영역(52A) 내의 미러 요소(16A3~16A5)에서 반사된 조명광에 의해 입사면(25I)(나아가서는 조명 동공면 IPP, 이하 동일)의 위치 PA3~PA5에 형성되는 도트 패턴(53B)의 직경은 공통으로 d2이고, 2번째의 배열 영역(52B) 내의 미러 요소(16B3~16B5)에서 반사된 조명광에 의해 입사면(25I)의 위치 PB3~PB5에 형성되는 도트 패턴(53A)의 직경은 공통으로 d1이고, 3번째의 배열 영역(52C) 내의 미러 요소(16C3~16C5)에서 반사된 조명광에 의해 입사면(25I)의 위치 PC3~PC5에 형성되는 도트 패턴(53D)의 직경은 공통으로 d4이다. 제 2 실시형태에서는, 도트 패턴의 중심 위치(yji, zji)는, 대응하는 미러 요소(16)의 2축의 회전의 경사각으로 설정할 수 있고, 공통화된 직경 Dj(d1~d4)는, 발산각 가변부(18)에 의해 설정할 수 있다.
다음의 단계 120에 있어서, 연산 장치(40)는, 도 30(b)의 제 2 설정 광량 분포(56A)에 있어서의 좌표(ym, xn)의 각 격자점의 광강도 D2E(ym, zn)를 계산한다. 또한, 이 광강도 D2E(ym, zn)로 식 (3)의 광강도 D1E(ym, zn)를 치환하여 목적 함수 f1을 계산한다. 그리고, 단계 118에서 설정된 j번째(j=1~3)의 배열 영역(52A~52C) 내의 각 미러 요소(16)에 의해 입사면(25I)에 형성되는 도트 패턴의 중심 위치(yji, zji) 및 직경 Dj(j=1~3)를 초기치로 하여, 그 목적 함수 f1이 보다 작아지도록 도트 패턴의 중심 위치(yji, zji) 및 직경 Dj의 값을 미조정한다. 이때에는, 각 배열 영역(52A~52C) 내의 미러 요소(16)에 대응하는 도트 패턴의 직경 Dj는 공통으로 d1~d4 중에서 조정할 수 있을 뿐이다. 이와 같이 하여 입사면(25I)에서 설정되는 광량 분포를 제 3 설정 광량 분포(56B)로 한다.
이 단계 120에 의해, 입사면(25I)에 형성되는 광량 분포를 보다 목표 광량 분포에 접근시킬 수 있다. 또, 이 단계 120은 생략 가능하다. 다음의 단계 122에 있어서, 연산 장치(40)는, 단계 120에서 결정된 SLM(14)의 각 배열 영역(52A~52C) 내의 미러 요소(16)에 대응하는 도트 패턴의 중심 위치(yji, zji) 및 공통의 직경 Dj의 값(최적화된 조명 조건의 정보)을, 주 제어계(35)를 거쳐서 기억 장치(39) 내의 노광 데이터 파일에 기록한다. 또, 각 미러 요소(16)에 있어서의 2축의 회전의 경사각과 대응하는 도트 패턴의 입사면(25I)상의 중심 위치(yji, zji)의 관계는 기지이고, 공통의 직경 Dj의 값(d1~d4)은, 도 27의 DOE(19A1~19A3) 등에 대응하기 때문에, 그 최적화된 조명 조건의 정보로서는, 각 배열 영역(52A~52C) 내의 미러 요소(16)의 2축의 회전의 경사각, 및 배열 영역(52A~52C)에 대응하는 영역(51A~51C)에 설정되는 DOE(19A1~19A3) 등의 종류(투과 상태를 포함한다)를 이용하더라도 좋다. 그 최적화된 조명 조건의 정보는 조명 제어부(36) 내의 제어부에도 공급된다.
조명 제어부(36) 내의 제어부는, SLM 제어계(17)를 거쳐서 SLM(14)의 배열 영역(52A~52C) 내의 각 미러 요소(16)의 2축의 회전의 경사각을 그 최적화된 조명 조건으로 설정하고, 구동 기구(20)를 통해서, 배열 영역(52A~52C)에 대응하는 영역(51A~51C)에 그 최적화된 도트 패턴의 직경 Dj에 따른 회절 광학 소자군(19A~19C) 내의 DOE(투과 상태를 포함한다)를 배치한다. 이것에 의해, 조명 광학계 ILS의 조명 조건이 레티클 R의 패턴에 대하여 최적화된다.
다음의 단계 124에서 웨이퍼 스테이지 WST에 노광되지 않은 웨이퍼 W가 로드되고, 다음의 단계 126에서 광원(10)으로부터의 조명광 IL의 조사가 개시되고, 단계 128에서 웨이퍼 W의 노광이 행해진다. 이때에, 조명 조건이 레티클 R에 대하여 최적화되어 있기 때문에, 레티클 R의 패턴의 상을 정밀하게 웨이퍼 W의 각 샷 영역에 노광할 수 있다. 또한, 단계 128에서 노광을 개시하기 전에, 조명 제어부(36) 내의 특성 계측부에서, 촬상 소자(24)의 촬상 신호를 포함시켜 입사면(25I)(조명 동공면 IPP)의 광량 분포를 계측하더라도 좋다. 이 계측의 결과, 설정된 광량 분포와 목표 광량 분포의 차이(또는 특정한 부분의 차이)가 소정의 허용 범위를 넘고 있을 때에는, 조명 제어부(36) 내의 제어부는, 예컨대 SLM(14)의 배열 영역(52A~52C) 내의 각 미러 요소(16)로부터의 도트 패턴의 위치를 미조정하도록, 각 미러 요소(16)의 2축의 회전의 경사각을 조정하더라도 좋다. 또한, 필요에 따라, 배열 영역(52A~52C)마다 영역(51A~51C)에 설정되는 DOE의 종류를 바꾸어, 배열 영역(52A~52C)마다 도트 패턴의 직경을 조정하더라도 좋다. 이것에 의해, 예컨대 조명광 IL의 조사 에너지로 동공 형상이 변화한 경우에도, 예컨대 리얼타임으로 조명 조건을 최적화하여, 정밀하게 노광을 행할 수 있다.
제 2 실시형태의 효과 등은 이하와 같다.
제 2 실시형태의 노광 장치 EX는, SLM(14)이 구비하는 복수의 미러 요소(16)(광학 요소)를 거쳐서 레티클면 Ra(피조사면)에 광을 조사하는 조명 장치(8)를 구비하고 있다. 또한, 조명 장치(8)에 의해, 조명 동공면 IPP(제 1 면)에 화상으로서의 광량 분포를 형성하는 방법은, 화상 형성 방법으로도 간주할 수 있다. 이 광량 분포 형성 방법(화상 형성 방법)은, 조명 동공면 IPP상의 목표 광량 분포(55)(목표 화상)를 설정하는 단계 102와, 각각 조명 동공면 IPP상에서의 위치가 제어 가능하고, 그룹마다 도트 패턴의 상태의 일례인 직경이 제어 가능한 3개(K=3의 경우)의 그룹으로 나누어진 N개(N은 K보다 2자릿수 이상 큰 정수)의 도트 패턴(53A) 등(국소 영역)에 관하여, 조명 동공면 IPP상에서의 위치(중심 위치)의 N개의 값(yi, zi) 및 그 직경의 N개의 값 Di를 변화시켜, 그 N개의 도트 패턴(53A) 등을 조명 동공면 IPP상에서 배열하여 얻어지는 제 1 설정 광량 분포(56)(제 1 화상)와 그 목표 광량 분포의 오차에 대응하는 목적 함수 f의 값이 작아지도록, 그 위치의 N개의 제 1 값(yi, zi) 및 그 직경의 N개의 값 Di를 구하는 단계 106~112를 갖는다. 또한, 그 광량 분포 형성 방법(화상 형성 방법)은, 그 직경의 N개의 값 Di로부터 그 3개의 그룹마다의 직경의 제 2 값 Dj 및 그 위치의 제 2 값(yji, zji)을 구하는 단계 114, 116을 포함한다.
또한, 조명 장치(8)는, 조명 동공면 IPP상의 목표 광량 분포(목표 화상)의 정보를 입력하는 입출력 장치(34)와, 광원(10)으로부터의 광을 각각 조명 동공면 IPP의 위치 가변의 도트 패턴(53A) 등(국소 영역)에 인도함과 아울러, 3개(K=3)의 배열 영역(52A~52C) 내의 미러 요소군으로 나누는 것이 가능한 N개의 미러 요소(16)를 갖는 SLM(14)과, 3개의 미러 요소군에 의해 조명 동공면 IPP에 인도되는 3개의 그룹의 도트 패턴(53A) 등의 직경을 그룹마다 제어하는 3개의 회절 광학 소자군(19A~19C)(필터부)과, N개의 도트 패턴(53A) 등을 조명 동공면 IPP상에서 배열하여 얻어지는 제 1 설정 광량 분포(제 1 화상)와 목표 광량 분포의 오차에 따라, 도트 패턴(53A) 등의 위치의 N개의 제 1 값 및 직경의 N개의 값 Di를 구하고, N개의 도트 패턴을 직경 Di의 N개의 값에 따라 3개의 그룹(52D~52F)으로 나누고, 3개의 그룹마다의 직경 Di의 값으로서 공통의 값 Dj를 구하는 연산 장치(40)와, 3개의 미러 요소마다에 대응하는 도트 패턴의 위치를 그 제 1 값으로 설정하고, 직경을 Dj로 설정하여 조명 동공면 IPP상에 형성되는 제 2 설정 광량 분포로부터의 광으로 레티클면 Ra를 조명하는 콘덴서 광학계(32)를 구비하고 있다.
제 2 실시형태에 의하면, 도트 패턴의 상태에 관한 변수인 직경은, 배열 영역(52A~52C)에 대응하는 3개의 그룹마다 제어 가능하기 때문에, 그 직경의 값의 수는 3개(K=3의 경우)이지만, 최초로부터 그 직경의 값의 수를 3개로 하면, 그 직경의 값이 예컨대 초기치로부터 거의 변동하지 않는 경우도 있다. 그래서, 단계 106및 112에서는, 그 직경의 값의 수는 3개보다 많은 N개인 것으로 하여 조건을 완화하고, 그 N개의 값으로부터 3개의 값을 구하는 것에 의해, 그 직경의 값을 효율적으로, 또한 정확하게 구할 수 있어, 조명 동공면 IPP에 목표 광량 분포(목표 화상)에 가까운 광량 분포(화상)를 설정할 수 있다.
또, 제 2 실시형태에서는, 단계 106 및 112에서는, 도트 패턴의 직경의 값의 수를 미러 요소(16)의 수와 같은 N개로 하고 있지만, 그 도트 패턴의 직경의 값의 수를 N1개(N1은 N 이하이고 K보다 큰 정수)로 하더라도 좋다. 이것은, 예컨대 미러 요소(16)의 어레이를 거의 N/2개의 그룹으로 나누고, 각 그룹 내의 미러 요소(16)에 대응하는 도트 패턴의 직경을 공통의 값(d1~d4)으로 설정하는 것을 의미하고 있다.
또한, 제 2 실시형태의 조명 방법은, 제 2 실시형태의 조명 장치(8)에 의한 광량 분포 형성 방법(화상 형성 방법)을 이용하여 조명 동공면 IPP에 목표 광량 분포에 근거하여 광원(10)으로부터의 광의 광량 분포를 형성하는 것과, 조명 동공면 IPP로부터의 광을 콘덴서 광학계(32)를 거쳐서 레티클면 Ra에 인도하는 것을 갖는다. 또한, 제 2 실시형태의 노광 방법은 그 조명 방법을 사용하고 있다.
또한, 제 2 실시형태의 노광 장치 EX는, 노광용의 조명광 IL로 레티클 R의 패턴을 조명하고, 조명광 IL로 그 패턴 및 투영 광학계 PL을 거쳐서 웨이퍼 W(기판)를 노광하는 노광 장치에 있어서, 제 2 실시형태의 조명 장치(8)를 구비하고, 조명 장치(8)에 의해 조명광 IL로 그 패턴을 조명하고 있다. 제 2 실시형태에 의하면, 레티클 R의 패턴을 용이하게 최적화된 조명 조건으로 조명할 수 있기 때문에, 레티클 R의 패턴의 상을 정밀하게 웨이퍼 W에 노광할 수 있다.
또, 상기 제 2 실시형태에서는, 입사면(25I) 또는 조명 동공면 IPP에 있어서의 광강도 분포(광량 분포)를 설정하기 위해 복수의 미러 요소(16)의 직교하는 2축의 회전의 경사각을 제어 가능한 SLM(14)이 사용되고 있다. 그렇지만, SLM(14) 대신에, 각각 반사면의 법선 방향의 위치가 제어 가능한 복수의 미러 요소의 어레이를 갖는 공간광 변조기를 사용하는 경우에도, 상기 제 2 실시형태가 적용 가능하다. 또한, SLM(14) 대신에, 예컨대 각각 입사하는 광의 상태(반사각, 굴절각, 투과율 등)를 제어 가능한 복수의 광학 요소를 구비하는 임의의 광변조기를 사용하는 경우에도, 상기 제 2 실시형태가 적용 가능하다.
또한, 상기 제 2 실시형태에서는, 도트 패턴의 그룹마다의 상태에 관한 변수로서 도트 패턴의 직경(또는 폭)이 사용되고 있다. 그렇지만, 그 상태에 관한 변수로서, 광량을 사용하더라도 좋다. 이 경우에는, 회절 광학 소자군(19A~19C) 대신에, 각각 광투과율이 다른 복수의 ND 필터를 연결한 광학 부재군을 사용하면 된다. 또한, 도트 패턴의 직경과 광량을 동시에 조정할 수 있도록 하더라도 좋다. 또한, 상기 제 2 실시형태에서는, 발산각 가변부(18)가 회절 광학 소자군(19A~19C)을 갖는 것으로 했지만, 발산각 가변부(18)는, 회절 광학 소자 대신에, 마이크로 렌즈 어레이 등의 굴절 광학 소자의 어레이나 미러 어레이 등의 반사 광학 소자의 어레이를 이용할 수도 있다.
또한, 상기 제 2 실시형태에서는, 발산각 가변부(18)의 회절 광학 소자군의 설치면과 미러 요소(16)의 어레이의 평균적인 배치면이 릴레이 광학계(13)에 관하여 거의 공역이었지만, 발산각 가변부(18)의 회절 광학 소자군의 설치면은, 릴레이 광학계(13)에 관한 미러 요소(16)의 어레이의 평균적인 배치면의 공역면으로부터 벗어난 위치이더라도 좋다. 예컨대, 도 25의 예에 있어서, 릴레이 광학계(13)와 미러 요소(16)의 어레이의 사이의 광로 중에 발산각 가변부(18)를 배치하더라도 좋다.
또한, 상기 제 2 실시형태에서는 옵티컬 인티그레이터로서 도 25의 파면 분할형의 인티그레이터인 마이크로 렌즈 어레이(25)가 사용되고 있다. 그렇지만, 옵티컬 인티그레이터로서는, 내면 반사형의 옵티컬 인티그레이터로서의 로드형 인티그레이터를 이용할 수도 있다. 또한, 상기 제 2 실시형태의 노광 장치 EX 또는 노광 방법을 이용하여 반도체 디바이스 등의 전자 디바이스(마이크로 디바이스)를 제조하는 경우, 이 전자 디바이스는, 도 32에 나타내는 바와 같이, 디바이스의 기능ㆍ성능 설계를 행하는 단계 221, 이 설계 단계에 근거한 마스크(레티클)를 제작하는 단계 222, 디바이스의 기재인 기판(웨이퍼)을 제조하는 단계 223, 전술한 제 2 실시형태의 노광 장치 EX 또는 노광 방법에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 공정, 노광한 기판을 현상하는 공정, 현상한 기판의 가열(큐어) 및 에칭 공정 등을 포함하는 기판 처리 단계 224, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 등의 가공 프로세스를 포함한다) 225, 및 검사 단계 226 등을 거쳐 제조된다.
바꿔 말하면, 상기 디바이스의 제조 방법은, 상기 제 2 실시형태의 노광 장치 EX 또는 노광 방법을 이용하여, 마스크의 패턴을 거쳐서 기판(웨이퍼 W)을 노광하는 공정과, 그 노광된 기판을 처리하는 공정(즉, 기판의 레지스터를 현상하고, 그 마스크의 패턴에 대응하는 마스크층을 그 기판의 표면에 형성하는 현상 공정, 및 그 마스크층을 사이에 두고 그 기판의 표면을 가공(가열 및 에칭 등)하는 가공 공정)을 포함하고 있다.
이 디바이스 제조 방법에 의하면, 레티클의 패턴을 정밀하게 노광할 수 있기 때문에, 전자 디바이스를 정밀하게 제조할 수 있다. 또, 본 발명은, 예컨대 미국 특허 출원 공개 제 2007/242247호 명세서, 또는 유럽 특허 출원 공개 제 1420298호 명세서 등에 개시되어 있는 액침형 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 스텝퍼형의 노광 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 반도체 디바이스의 제조 프로세스로의 적용으로 한정되는 일 없이, 예컨대, 액정 표시 소자, 플라즈마 디스플레이 등의 제조 프로세스나, 촬상 소자(CMOS형, CCD 등), 마이크로 머신, MEMS(Microelectromechanical Systems : 미소 전기 기계 시스템), 박막 자기 헤드, 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스(전자 디바이스)의 제조 프로세스에도 널리 적용할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 상술한 제 2 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 구성을 취할 수 있다.
1 : 빔 송광부 2 : 광강도 균일화 부재
3 : 회절 광학 소자(발산각 부여 부재) 4 : 재결상 광학계
5 : 공간광 변조기 6 : 1/2 파장판(편광 부재)
7 : 릴레이 광학계
8A : 마이크로 플라이 아이 렌즈(옵티컬 인티그레이터)
9 : 편광 변환 유닛 10A : 콘덴서 광학계
11A : 마스크 블라인드 12A : 결상 광학계
LS : 광원
DTr, DTw : 동공 강도 분포 계측부 CR : 제어계
M : 마스크 MS : 마스크 스테이지
PL : 투영 광학계 W : 웨이퍼
WS : 웨이퍼 스테이지

Claims (66)

  1. 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    소정면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 광강도 분포를 가변적으로 형성하는 공간광 변조기와,
    상기 소정면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 배치되고, 입사 광속에 발산각을 부여하여 사출하는 발산각 부여 부재와,
    상기 소정면을 포함하는 소정 공간 또는 상기 공역 공간에 배치되고, 광로를 전파하는 전파 광속 중 일부의 광속의 편광 상태를 변화시키는 편광 부재
    를 구비하고 있고,
    상기 발산각 부여 부재는, 평행 광속이 입사했을 때에 제 1 발산각을 갖는 제 1 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 제 1 영역과, 평행 광속이 입사했을 때에 상기 제 1 발산각보다 큰 제 2 발산각을 갖는 제 2 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 제 2 영역을 구비하고 있고,
    상기 발산각 부여 부재의 입사측의 광로에 배치되고, 상기 제 1 영역에 입사하는 광강도보다 상기 제 2 영역에 입사하는 광강도가 강한 광강도 분포로 하는 광강도 분포 설정부를 구비하고 있는
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 조명 광학계의 조명 광로 내의 면인 제 1 면에 배치되고, 그 제 1 면을 통과하는 상기 광원으로부터의 광이 상기 공간광 변조기에 입사하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 조명 광학계의 조명 광로 내의 면인 제 1 면에 배치되고, 그 제 1 면을 통과하는 상기 광원으로부터의 광이 상기 발산각 부여 부재에 입사하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 소정면과 광학적으로 공역인 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재는, 광로를 전파하는 전파 광속 중 적어도 일부의 광속이 진행하는 제 1 광로에만 배치되고, 평행 광속이 입사했을 때에 소정의 발산각을 갖는 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재로부터는 서로 발산각이 다른 복수의 광속이 사출되고, 그 발산각이 다른 복수의 광속은 상기 조명 광학계의 광축과 가로지르는 면에 있어서 서로 다른 위치를 통과하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재는, 특성이 상이한 다른 발산각 부여 부재와 교환 가능한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재에 평행 광속이 입사했을 때, 상기 발산각 부여 부재로부터 사출되는 광속의 발산각의, 상기 조명 광학계의 광축과 가로지르는 면에 있어서의 분포를 제 1 발산각 분포로 하고, 상기 다른 발산각 부여 부재에 평행 광속이 입사했을 때, 상기 다른 발산각 부여 부재로부터 사출되는 광속의 발산각의, 상기 조명 광학계의 광축과 가로지르는 면에 있어서의 분포를 제 2 발산각 분포로 할 때, 상기 제 1 및 제 2 발산각 분포는 서로 다른 분포인 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 입사한 제 1 광속을 제 1 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 1 편광 소자와, 입사한 제 2 광속을 제 2 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 2 편광 소자를 갖고,
    상기 제 2 광속은 상기 제 1 광속과 병렬로 되어 있는
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 입사한 광속 중 제 1 편광 성분과 그 제 1 편광 성분과는 다른 편광 상태의 제 2 편광 성분에 위상차를 부여하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 전파 광속 중 일부의 광속이 진행하는 제 1 광로에만 배치된 파장판을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 전파 광속 중 일부의 광속이 진행하는 제 1 광로에만 배치된 선광자를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    옵티컬 인티그레이터를 구비하고,
    상기 편광 부재는, 상기 광원과 상기 옵티컬 인티그레이터의 사이의 광로 중에 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  16. 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    소정면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 광강도 분포를 가변적으로 형성하는 공간광 변조기와,
    상기 소정면과 광학적으로 공역인 면을 포함하는 공역 공간에 배치되고, 광로를 전파하는 전파 광속 중 적어도 일부의 광속에 발산각을 부여하여 발산각이 다른 복수의 광속을 생성하는 발산각 부여 부재
    를 구비하고 있고,
    상기 발산각 부여 부재는, 평행 광속이 입사했을 때에 제 1 발산각을 갖는 제 1 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 제 1 영역과, 평행 광속이 입사했을 때에 상기 제 1 발산각보다 큰 제 2 발산각을 갖는 제 2 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 제 2 영역을 구비하고 있고,
    상기 발산각 부여 부재의 입사측의 광로에 배치되고, 상기 제 1 영역에 입사하는 광강도보다 상기 제 2 영역에 입사하는 광강도가 강한 광강도 분포로 하는 광강도 분포 설정부를 구비하고 있는
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재로부터는 서로 발산각이 다른 복수의 광속이 사출되고, 그 발산각이 다른 복수의 광속은 상기 조명 광학계의 광축과 가로지르는 면에 있어서 서로 다른 위치를 통과하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재는, 상기 전파 광속 중 일부의 광속이 진행하는 제 1 광로에 배치되고, 평행 광속이 입사했을 때에 소정의 발산각을 갖는 발산 광속으로 변환하여 사출하는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
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  21. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재는, 특성이 상이한 다른 발산각 부여 부재와 교환 가능한 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 발산각 부여 부재에 평행 광속이 입사했을 때, 상기 발산각 부여 부재로부터 사출되는 광속의 발산각의, 상기 조명 광학계의 광축과 가로지르는 면에 있어서의 분포를 제 1 발산각 분포로 하고, 상기 다른 발산각 부여 부재에 평행 광속이 입사했을 때, 상기 다른 발산각 부여 부재로부터 사출되는 광속의 발산각의, 상기 조명 광학계의 광축과 가로지르는 면에 있어서의 분포를 제 2 발산각 분포로 할 때, 상기 제 1 및 제 2 발산각 분포는 서로 다른 분포인 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  23. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 소정면을 포함하는 소정 공간 또는 상기 공역 공간에 배치되고, 광로를 전파하는 전파 광속 중 일부의 광속의 편광 상태를 변화시키는 편광 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 입사한 제 1 광속을 제 1 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 1 편광 소자와, 입사한 제 2 광속을 제 2 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 2 편광 소자를 갖고,
    상기 제 2 광속은 상기 제 1 광속과 병렬로 되어 있는
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 전파 광속 중 일부의 광속이 진행하는 제 1 광로에만 배치된 파장판을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 전파 광속 중 일부의 광속이 진행하는 제 1 광로에만 배치된 선광자를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  27. 제 23 항에 있어서,
    옵티컬 인티그레이터를 구비하고,
    상기 편광 부재는, 상기 광원과 상기 옵티컬 인티그레이터의 사이의 광로 중에 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  28. 제 1 항, 제 2 항, 제 16 항, 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간광 변조기의 입사측의 광로 중의 제 2 소정면에 배치되고, 상기 소정면에 입사하는 광의 강도 분포의 상기 소정면 내에서의 균일성을 상기 제 2 소정면에 입사하는 광의 강도 분포의 상기 제 2 소정면 내에서의 균일성보다 향상시키는 광강도 균일화 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 광강도 균일화 부재는, 입사한 광속을 복수의 광속으로 파면 분할하는 파면 분할 소자와, 그 파면 분할 소자에 의해 파면 분할된 상기 복수의 광속을 상기 소정면에 있어서 중첩시키는 릴레이 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 릴레이 광학계의 전측 초점 위치에 상기 파면 분할 소자가 배치되고, 상기 소정면에 상기 릴레이 광학계의 후측 초점 위치가 위치 결정되는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 광강도 균일화 부재는, 상기 광원과 상기 공간광 변조기의 사이의 광로의 중간 위치보다 상기 광원측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 파면 분할 소자와 상기 공간광 변조기의 사이의 광로로부터 추출한 광에 근거하여, 상기 소정면에 입사하는 광의 상기 광로를 가로지르는 면 내의 위치와, 상기 소정면에 입사하는 광의 상기 소정면에 대한 각도의 적어도 한쪽을 검출하는 빔 검출부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  33. 제 1 항, 제 2 항, 제 16 항, 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 동공의 근방에 배치되고, 소정의 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광의 입사광을, 상기 조명 광학계의 광축을 중심으로 하는 원의 접선 방향으로 편광 방향을 갖는 둘레 방향 편광의 사출광 또는 그 원의 반경 방향으로 편광 방향을 갖는 지름 방향 편광의 사출광으로 변환하는 편광 변환 유닛을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 편광 변환 유닛은, 선광성을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 상기 광축을 중심으로 하는 원의 둘레 방향을 따라서 두께가 변화하는 형태의 편광 변환 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 편광 변환 부재는, 상기 광축을 중심으로 하는 원의 둘레 방향을 따라서 두께가 연속적으로 변화하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  36. 제 1 항, 제 2 항, 제 16 항, 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간광 변조기는, 상기 소정면 내에서 2차원적으로 배열된 복수의 미러 요소와, 그 복수의 미러 요소의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
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  47. 소정의 패턴을 조명하기 위한 청구항 1, 청구항 2, 청구항 16, 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 소정의 패턴의 상을 상기 감광성 기판상에 형성하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 동공은 상기 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공역인 위치인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  49. 청구항 47에 기재된 노광 장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 것과,
    상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 것과,
    상기 마스크층을 사이에 두고 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 것
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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