KR101009793B1 - 플라이 아이 렌즈, 조명 광학 장치, 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents
플라이 아이 렌즈, 조명 광학 장치, 노광 장치 및 노광 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 조명 동면에 형성되는 2차 광원을 구성하는 다수의 광원의 충전도를 향상시킬 수 있는 조명 광학 장치를 제공한다.
광적분기(optical integrator)(4)와 피조사면(M, W) 사이의 광로중에는, 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이(fly eye) 렌즈(8)가 배치되어 있다. 플라이 아이 렌즈는, 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)를 갖는다. 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고, 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되어 있다.
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 마이크로 플라이 아이(fly eye) 렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도,
도 3a 및 도 3b는 도 1의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 작용을 설명하는 도면,
도 4a 및 도 4b는 도 1의 마이크로 플라이 아이 렌즈에 대하여 한쌍의 보정 필터를 설치한 형태를 나타내는 도면,
도 5는 제 1 보정 필터의 구성 및 배치를 개략적으로 나타내는 도면,
도 6은 제 2 보정 필터의 구성 및 배치를 개략적으로 나타내는 도면,
도 7은 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 흐름도,
도 8은 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 흐름도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 광원 4 : 회절 광학 소자(광적분기)
5 : 아포컬 줌 렌즈 6, 60, 61 : 회절 광학 소자
7 : 줌 렌즈
8 : 마이크로 플라이 아이 렌즈(플라이 아이 렌즈)
9 : 콘덴서 광학계 11, 12 : 원통형 렌즈 그룹
13, 14 : 마크 15, 16 : 보정 필터
M : 마스크 PL : 투영 광학계
W : 웨이퍼 20 : 입력 수단
21 : 제어계 22~25 : 구동계
본 발명은 조명 광학 장치, 노광(露光) 장치 및 노광 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 마이크로 디바이스를 리소그라피 공정으로 제조하기 위한 노광 장치에 적합한 조명 광학 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광속이 플라이 아이 렌즈에 입사하고, 그 후측 초점면에 다수의 광원으로 구성되는 2차 광원을 형성한다. 2차 광원으로부터의 광속은 플라이 아이 렌즈의 후측 초점면의 근방에 배치된 개구 스로틀을 통해 제한된 후, 콘덴서 렌즈에 입사한다. 개구 스로틀은 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 거쳐 웨이퍼상에 결상된다. 이렇게 해서, 웨이퍼상에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 또한, 마스크에 형성된 패턴은 고집적화되어 있고, 이 미세 패턴을 웨이퍼상에 정확히 전사하기 위해서는 웨이퍼상에 있어서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다.
상술한 구성을 갖는 노광 장치에 있어서, 결상 성능의 향상을 도모하기 위해서는 조명 동면(瞳面)에 형성되는 2차 광원을 구성하는 다수의 광원의 충전도를 향상시키는 것이 필요하다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 성립된 것으로, 조명 동면에 형성되는 2차 광원을 구성하는 다수의 광원의 충전도를 향상시킬 수 있는 조명 광학 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 조명 동면에 형성되는 2차 광원을 구성하는 다수의 광원의 충전도가 향상된 조명 광학 장치를 사용하여, 양호한 결상 성능 하에서 양호한 투영 노광을 실시할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 발명에서는 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서,
상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기와,
상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈를 구비하며,
상기 플라이 아이 렌즈는 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 갖고,
상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고,
상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다.
제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Ra라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rb라 하고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rc라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rd라 했을 때,
수학식 1
0.3<Rd/Rc<0.5
수학식 2
0.3<Rb/Ra<0.5
의 조건을 만족한다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 플라이 아이 부재는 석영을 갖고, 상기 제 2 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는다. 또는, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재중, 1mJ/㎠ 이상의 에너지 밀도로 광조사되는 영역이 존재하는 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대해 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 결정 재료는 형석, 수정, 불화마그네슘, 불화바륨, 불화리튬, 불화란탄, 불화스트론튬, 불화베릴륨, 불화나트륨, 라이카프, 및 라이사프로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 1개를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재에는 상기 제 1 플라이 아이 부재와 상기 제 2 플라이 아이 부재의 위치를 맞추기 위한 얼라인먼트 마크가 형성되어 있다. 이 경우, 상기 얼라인먼트 마크는 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에서 상기 제 2 방향에 따라 형성된 직선상의 마크와, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 있어서 상기 제 1 방향을 따라 형성된 직선 형상의 마크를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 1 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방 및 상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 2 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방 중 적어도 한쪽에는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포를 보정하기 위한 보정 필터가 설치되어 있다. 이 경우, 상기 보정 필터에는 상기 보정 필터를 상기 제 1 플라이 아이 부재 또는 상기 제 2 플라이 아이 부재의 위치를 맞추기 위한 제 2 얼라인먼트 마크가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 경우, 상기 제 2 얼라인먼트 마크는 상기 제 1 방향 또는 상기 제 2 방향을 따라 형성된 직선 형상의 마크를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 1 방향에 따른 피치, 및 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 2 방향에 따른 피치중 적어도 한쪽은 2㎜ 이하이다.
또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재중 적어도 한쪽은 이동 가능하게 구성되어 있다. 이 경우, 상기 피조사면에 있어서의 조명 영역의 크기의 제어 또는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재중 적어도 한쪽은 광축을 따라 이동 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 피조사면에 있어서의 조명 영역의 크기의 제어 또는 상기 피조사 면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해서, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향중 적어도 한쪽 방향을 따라 이동 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 조명 동면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향중 적어도 한쪽 방향 둘레로 회전 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2 발명에서는 제 1 발명의 조명 광학 장치와, 상기 피조사면에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하기 위한 투영 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다. 이 경우, 상기 제 1 방향과 광학적으로 대응하는 방향을 따라 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 상기 투영 광학계에 대하여 상대 이동시킴으로써, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것이 바람직하다.
또한 이 경우, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측에 형성된 상기 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 1 방향에 따른 피치는 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측에 형성된 상기 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 2 방향에 따른 피치보다도 작게 설정되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한 이 경우, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측에 형성된 상기 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 2 방향에 따른 피치를 a라 하고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측에 형성된 상기 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 1 방향에 따른 피치를 b라 했을 때, 1.2<a/b<13.0을 만족하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 2.6<a/b<4.0을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 3 발명에서는 제 1 발명의 조명 광학 장치를 거쳐 마스크를 조명하고, 조명된 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 감광성 기판상에 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 4 발명에서는 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광원으로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈를 구비하고, 상기 플라이 아이 렌즈는 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 갖고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Ra라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rb라 하고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rc라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rd라 했을 때,
수학식 1
0.3<Rd/Rc<0.5
수학식 2
0.3<Rb/Ra<0.5
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 5 발명에서는 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광원으로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈를 구비하고, 상기 플라이 아이 렌즈는 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 갖고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재중, 1mJ/㎠ 이상의 에너지 밀도로 광조사되는 영역이 존재하는 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 제 6 발명에서는 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되고, 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향중 적어도 한쪽 방향을 따라 배열된 다수의 광학 소자로 구성되는 광학 소자 어레이와, 상기 광학 소자 어레이와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광학소자로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈를 구비하고, 상기 플라이 아이 렌즈는 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 갖고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 상기 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 2 방향에 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 6 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 광학 소자 어레이는 상기 광원으로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 제 6 발명에 있어서, 상기 광학 소자 어레이는 상기 광원으로부터의 광속에 기초하여, 광축을 포함하는 중심 영역에서의 빛 강도가 상기 중심 영역의 주위의 영역보다도 작게 설정된 빛 강도 분포를 갖는 광속을, 상기 플라이 아이 렌즈에 대하여 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 제 6 발명에 있어서, 상기 광학 소자 어레이와 상기 플라이 아이 렌즈와의 사이의 광로중에 릴레이 광학계가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 조명 광학 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼(W)의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼 면내에 있어서 도 1의 용지면(紙面)에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼 면내에 있어서 도 1의 용지면에 수직한 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다. 또한, 도 1에서는 조명 광학 장치가 환형 조명(annular illumination)을 실행하도록 설정되어 있다.
도 1의 노광 장치는, 노광광(조명광)을 공급하기 위한 광원(1)으로서, 예컨대 248㎚의 파장의 빛을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원 또는 193㎚의 파장의 빛을 공급하는 ArF 엑시머 레이저 광원을 구비하고 있다. 광원(1)으로부터 Z 방향을 따라 사출된 거의 평행한 광속은, X 방향을 따라 가늘고 길게 연장된 직사각형의 단면을 가지며, 한쌍의 렌즈(2a, 2b)로 구성되는 빔 익스팬더(beam expander)(2)에 입사한다. 각 렌즈(2a, 2b)는, 도 1의 용지면내(YZ 평면내)에 있어서 음의 굴절력 및 양의 굴절력을 각각 갖는다. 따라서, 빔 익스팬더(2)에 입사한 광속은, 도 1의 용지면내에서 확대되어, 소정의 직사각형의 단면을 갖는 광속의 형태로 조정된다.
정형 광학계로서의 빔 익스팬더(2)를 통과한 거의 평행한 광속은, 절곡 미러(3)에 의해 Y 방향으로 편향된 후, 회절 광학 소자(4)를 거쳐, 아포컬 줌 렌즈(5)에 입사한다. 일반적으로, 회절 광학 소자는, 유리 기판에 노광광(조명광)의 파장 정도의 피치를 갖는 단차를 형성함으로써 구성되고, 입사 빔을 소망하는 각도로 회절하는 작용을 갖는다. 구체적으로는, 회절 광학 소자(4)는, 직사각형의 단면을 갖는 평행 광속이 입사된 경우에, 그 파필드(far field)(또는 프라운호퍼 회절 영역)에 원 형상의 빛 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(4)를 통과한 광속은, 아포컬 줌 렌즈(5)의 중심 위치에 원 형상의 빛 강도 분포, 즉 원 형상의 단면을 갖는 광속을 형성한다.
또한, 회절 광학 소자(4)는 조명 광로로부터 분리 가능하게 구성되어 있다. 회절 광학 소자(4)의 조명 광로로부터의 퇴피 및 조명 광로로의 설정은 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 동작하는 구동계(22)에 의해 실행된다. 아포컬 줌 렌즈(5)는, 아포컬계(무초점 광학계)를 유지하면서 소정의 범위로 배율을 연속적으로 변화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 동작하는 구동계(23)에 의해 실행된다. 아포컬 줌 렌즈(5)를 통과한 광속은, 환형 조명용의 회절 광학 소자(6)에 입사한다. 아포컬 줌 렌즈(5)는, 회절 광학 소자(4)의 발산 원점과 회절 광학 소자(6)의 회절면을 광학적으로 거의 공액으로 연결하고 있다. 그리고, 회절 광학 소자(6)의 회절면 또는 그 근방의 면의 한점에 집광하는 광속의 개구수는, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율에 의존하여 변화된다.
환형 조명용 회절 광학 소자(6)는, 평행 광속이 입사된 경우에, 그 파필드에 링 형상의 빛 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 또한, 회절 광학 소자(6)는, 조명 광로에 대하여 삽입 탈착이 자유롭게 구성되고, 또한 4극 조명용 회절 광학 소자(60) 및 원형 조명용 회절 광학 소자(61)와 교환 가능하게 구성되어 있다. 4극 조명용 회절 광학 소자(60) 및 원형 조명용 회절 광학 소자(61)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 여기서, 환형 조명용 회절 광학 소자(6)와 4극 조명용 회절 광학 소자(60)와 원형 조명용 회절 광학 소자(61) 사이의 교환은 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 동작하는 구동계(24)에 의해 실행된다.
회절 광학 소자(6)를 통과한 광속은 줌 렌즈(7)에 입사한다. 줌 렌즈(7)의 후측 초점면의 근방에는, 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)로 구성되는 마이크로 플라이 아이 렌즈(또는 플라이 아이 렌즈)(8)의 입사면[즉 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 입사면]의 위치가 결정되어 있다. 또한, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)는 입사 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 광적분기로서 기능하지만, 그 상세한 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
상술한 바와 같이, 회절 광학 소자(4)를 거쳐 아포컬 줌 렌즈(5)의 중심 위치에 형성되는 원 형상의 빛 강도 분포에서의 광속은, 아포컬 줌 렌즈(5)로부터 사출된 후, 다양한 각도 성분을 갖는 광속으로 되어 회절 광학 소자(6)에 입사한다. 즉, 회절 광학 소자(4)는 각도 광속 형성 작용을 갖는 광적분기를 구성하고 있다. 한편, 회절 광학 소자(6)는, 평행 광속이 입사된 경우에, 그 파필드에 링 형상의 빛 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(6)를 통과한 광속은 줌 렌즈(7)의 후측 초점면에[나아가서는 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에], 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 환형의 조명 영역을 형성한다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 환형의 조명 영역의 외경은, 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 의존하여 변화된다. 이와 같이, 줌 렌즈(7)는, 회절 광학 소자(6)와 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 푸리에(Fourier) 변환의 관계를 맺고 있다. 또한, 줌 렌즈(7)의 초점 거리의 변화는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 동작하는 구동계(25)에 의해 실행된다. 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)에 입사된 광속은 2차원적으로 분할되고, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에는 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)로의 입사 광속에 의해 형성되는 조명 영역과 동일한 환형의 다수의 광원(이하, 「2차 광원」이라고 함)이 형성된다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성된 환형의 2차 광원으로부터의 광속은, 콘덴서 광학계(9)의 집광 작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크(M)를 중첩적으로 조명한다. 마스크(M)의 패턴을 투과한 광속은, 투영 광학계(PL)를 거쳐, 감광성 기판인 웨이퍼(W)상에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 이렇게 해서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 직교하는 평면(XY 평면)내에 있어서 웨이퍼(W)를 2차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 실행함으로써, 웨이퍼(W)의 각 노광 영역에는 마스크(M)의 패턴이 점차 노광된다.
또한, 일괄 노광에서는, 소위 스텝·앤드·리피트(step-and-repeat) 방식에 따라서, 웨이퍼의 각 노광 영역에 대하여 마스크 패턴을 일괄적으로 노광한다. 이 경우, 마스크(M)상에서의 조명 영역의 형상은 정방형(정사각형)에 가까운 직사각형으로 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(M)상에서의 조명 영역의 형상은 짧은 변과 긴 변의 비가 예컨대 1:3인 직사각형으로 된다.
본 실시예에서는, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율이 변화되면, 환형의 2차 광원의 중심 높이[원 형상의 중심선의 광축(AX)으로부터의 거리]가 변화되지 않고, 그 폭[외경(지름)과 내경(지름)의 차의 1/2]만이 변화된다. 즉, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시킴으로써, 환형의 2차 광원의 크기(외경) 및 그 형상(환형비 : 내경/외경)을 함께 변경할 수 있다.
또한, 줌 렌즈(7)의 초점 거리가 변화되면, 환형의 2차 광원의 환형비가 변화되지 않고, 중심 높이 및 그 폭이 함께 변화된다. 즉, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시킴으로써, 환형의 2차 광원의 환형비를 변경하지 않고 그 외경을 변경할 수 있다. 이상으로부터, 본 실시예에서는, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율과 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 적절히 변화시킴으로써, 환형의 2차 광원의 외경을 변화시키지 않고 그 환형비만을 변경할 수 있다.
상술한 바와 같이, 회절 광학 소자(6)는, 조명 광로에 대하여 삽입 분리 가능하게 구성되고, 또한 4극 조명용 회절 광학 소자(60)나 원형 조명용 회절 광학 소자(61)와 교환 가능하게 구성되어 있다. 이하, 회절 광학 소자(6)를 대신하여 회절 광학 소자(60)를 조명 광로중에 설정함으로써 얻어지는 4극 조명에 대하여 설명한다. 4극 조명용 회절 광학 소자(60)는, 평행 광속이 입사된 경우에, 그 파필드에 4점 형상의 빛 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(60)를 통과한 광속은, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에, 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 4개의 원 형상의 조명 영역으로 구성되는 4극 형상의 조명 영역을 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에도, 그 입사면에 형성된 조명 영역과 동일한 4극 형상의 2차 광원이 형성된다.
4극 조명에 있어서도 환형 조명의 경우와 같이, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시킴으로써, 4극 형상의 2차 광원의 외경(4개의 원 형상의 면 광원에 외접하는 원의 직경) 및 환형비(4개의 원 형상의 면 광원에 내접하는 원의 직경/4개의 원 형상의 면 광원에 외접하는 원의 직경)를 모두 변경할 수 있다. 또한, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시킴으로써, 4극 형상의 2차 광원의 환형비를 변경하지 않고 그 외경을 변경할 수 있다. 그 결과, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율과 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 적절히 변화시킴으로써, 4극 형상의 2차 광원의 외경을 변화시키지 않고 환형비만을 변경할 수 있다.
이어서, 회절 광학 소자(4)를 조명 광로로부터 분리시키는 동시에, 회절 광학 소자(6 또는 60)를 대신하여 원형 조명용 회절 광학 소자(61)를 조명 광로중에 설정함으로써 얻어지는 원형 조명에 대하여 설명한다. 이 경우, 아포컬 줌 렌즈(5)에는 광축(AX)을 따라 직사각형의 단면을 갖는 광속이 입사한다. 아포컬 줌 렌즈(5)에 입사된 광속은, 그 배율에 따라 확대 또는 축소되고, 직사각형의 단면을 갖는 광속의 상태로 광축(AX)을 따라 아포컬 줌 렌즈(5)로부터 사출되어, 회절 광학 소자(61)에 입사한다.
여기서, 원형 조명용 회절 광학 소자(61)는 회절 광학 소자(4)와 같이 직사각형의 단면을 갖는 평행 광속이 입사한 경우에, 파필드에 원 형상의 빛 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(61)에 의해 형성된 원형 광속은, 줌 렌즈(7)를 거쳐, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 입사면에 있어서 광축(AX)을 중심으로 한 원 형상의 조명 영역을 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에도, 광축(AX)를 중심으로 한 원 형상의 2차 광원이 형성된다. 이 경우, 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율 또는 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시킴으로써, 원 형상의 2차 광원의 외경을 적절히 변경할 수 있다.
이하, 본 실시예에 있어서의 조명의 교환 동작 등에 대하여 간단히 설명한다. 우선, 스텝·앤드·리피트 방식 또는 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서 순차적으로 조광해야 할 각종 마스크에 관한 정보 등이, 키보드 등의 입력 수단(20)을 거쳐 제어계(21)에 입력된다. 제어계(21)는, 각종 마스크에 관한 적절한 선폭(해상도), 초점 심도(深度) 등의 정보를 내부의 메모리부에 기억하고, 입력 수단(20)으로부터의 입력에 응답하여 구동계(22 내지 25)에 적절한 제어 신호를 공급한다.
즉, 적절한 해상도 및 초점 심도를 기초로 환형 조명을 실행하는 경우, 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 환형 조명용 회절 광학 소자(6)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 있어서 소망하는 크기(외경) 및 환형비를 갖는 환형의 2차 광원을 얻기 위해서, 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 설정하고, 구동계(25)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다.
또한, 필요에 따라, 구동계(23)에 의해 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시키거나, 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시킴으로써, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 환형의 2차 광원의 크기 및 환형비를 적절히 변경할 수 있다. 이렇게 해서, 환형의 2차 광원의 형성에 있어서 거의 광량 손실이 없고, 환형의 2차 광원의 크기 및 환형비를 적절히 변화시켜서 다양한 환형 조명을 실행할 수 있다.
또한, 적절한 해상도 및 초점 심도를 기초로 4극 조명을 실행하는 경우, 구동계(24)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 4극 조명용 회절 광학 소자(60)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 있어서 소망하는 크기(외경) 및 형상(환형비)을 갖는 4극 형상의 2차 광원을 얻기 위해서, 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 설정하고, 구동계(25)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다.
또한, 필요에 따라, 구동계(23)에 의해 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 변화시키거나, 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시킴으로써, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 4극 형상의 2차 광원의 크기 및 형상을 적절히 변경할 수 있다. 이렇게 해서, 4극 형상의 2차 광원의 형성에 있어서 광량 손실을 양호하게 억제한 상태에서, 4극 형상의 2차 광원의 크기 및 형상을 적절히 변화시켜서 다양한 4극 조명을 실행할 수 있다.
또한, 적절한 해상도 및 초점 심도를 기초로 통상의 원형 조명을 실행하는 경우, 구동계(22)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 회절 광학 소자(4)를 조명 광로로부터 분리시킨다. 또한, 구동계(24)는, 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여, 원형 조명용 회절 광학 소자(61)를 조명 광로중에 위치 결정한다. 그리고, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 있어서 소망하는 크기(외경)를 갖는 원 형상의 2차 광원을 얻기 위해서, 구동계(23)는 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 아포컬 줌 렌즈(5)의 배율을 설정하고, 구동계(25)가 제어계(21)로부터의 지령에 기초하여 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 설정한다.
또한, 필요에 따라, 구동계(25)에 의해 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 변화시킴으로써, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 원 형상의 2차 광원의 크기를 적절히 변경할 수 있다. 이렇게 해서, 원 형상의 2차 광원의 형성에 있어서 광량 손실을 양호하게 억제하면서, σ값(σ값=2차 광원의 외경/투영 광학계의 중심 직경, 혹은 σ값=조명 광학계의 사출측 개구수/투영 광학계의 입사측 개구수)을 적절히 변화시켜서 다양한 원형 조명을 실행할 수 있다.
도 2는 도 1의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 또한, 도 3a 및 도 3b는 도 1의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 작용을 설명하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)는 광원측에 배치된 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 마스크측(피조사면측)에 배치된 제 2 플라이 아이 부재(8b)로 구성되어 있다. 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)는 전체적으로 동일한 구성을 갖지만, 그 굴절면의 곡률 반경, 그 재질 등은 반드시 일치하지 않는다.
또한, 상세하게는 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 면에는, X 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹(11a, 11b)이 각각 형성되어 있다. 즉, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11a, 11b)은 X 방향을 따라 피치(p1)를 갖는다.
한편, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면 및 제 2 플라이 아이 부 재(8b)의 마스크측의 면에는, Z 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹(12a, 12b)이 각각 형성되어 있다. 즉, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12a, 12b)은 Z 방향을 따라 피치(p2)를 갖는다. 본 실시예에서는, 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11a, 11b)의 피치(p1)가, 마스크측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12a, 12b)의 피치(p2)보다도 작게 설정되어 있다.
또한, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 면에는, Z 방향을 따른 직선 형상의 마크(13a, 13b)가 X 방향을 따른 양측에 있어서 광학적으로 대응하는 위치에 각각 형성되어 있다. 마찬가지로, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 면에는, X 방향을 따른 직선 형상의 마크(14a, 14b)가 Z 방향을 따른 양측에 있어서 광학적으로 대응하는 위치에 각각 형성되어 있다. 마크(13a, 13b, 14a, 14b)는, 예컨대 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)를 구성하는 기판에 새겨 형성된 직선 형상의 홈이다.
도 3a를 참조하여, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 X 방향에 관한 굴절 작용(즉 XY 평면에 관한 굴절 작용)에 착안하면, 광축(AX)을 따라 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)에 입사한 평행 광속은, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측(도면중 좌측)에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11a)에 의해 X 방향을 따라 피치(p1)로 파면 분할된다. 그리고, 원통형 렌즈 그룹(11a)의 각 원통형 렌즈에 입사한 광속은, 그 굴절면에서 집광 작용을 받은 후, 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11b)중 대응하는 원통형 렌즈의 굴절면에서 집광 작용을 받아, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면(8c)상에 집광한다.
한편, 도 3b를 참조하여, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 Z 방향에 관한 굴절 작용(즉 ZY 평면에 관한 굴절 작용)에 착안하면, 광축(AX)을 따라 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)에 입사한 평행 광속은, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측(도면중 우측)에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12a)에 의해 Z 방향을 따라 피치(p2)로 파면 분할된다. 그리고, 원통형 렌즈 그룹(12a)의 각 원통형 렌즈에 입사한 광속은, 그 굴절면에서 집광 작용을 받은 후, 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12b)중 대응하는 원통형 렌즈의 굴절면에서 집광 작용을 받아, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면(8c)상에 집광한다.
또한, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 X 방향에 대한 입사 동면의 위치와 Z 방향에 대한 입사 동면의 위치와는 달리, X 방향에 대한 입사 동면쪽이 Z 방향에 대한 입사 동면보다도 광원측에 위치하게 된다. 이와 같이, 본 실시예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)는, 광축(AX)을 따라 간격을 두어 배치된 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)에 의해 구성되어 있지만, X 방향으로 p1의 사이즈를 갖고 Z 방향으로 p2의 사이즈를 갖는 다수의 렌즈 소자를 종횡으로 또한 조밀하게 배열하여 구성되는 통상의 플라이 아이 렌즈와 동일한 광학적 기능을 발휘한다.
그러나, 본 실시예에서는, 각 굴절면이 2차원적인 곡면 형상(구면 형상)으로 형성되는 통상의 플라이 아이 렌즈와는 달리, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)를 구 성하는 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 각 굴절면이 일차원적인 곡면 형상(원통면 형상)으로 형성되기 때문에 가공이 용이하고, 나아가서는 제조 비용을 저감할 수 있다. 특히, 최소 피치(p1)가 2㎜ 이하인 마이크로 플라이 아이 렌즈의 경우에는, 제조 비용의 저감 효과는 현저하다. 덧붙여서, 본 실시예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)는, 예컨대 연삭 가공, 에칭 가공, 금형(型) 프레스 가공 등에 의해 제조 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 광원(1)과 마이크로 플라이 아이 렌즈(8) 사이의 광로중에 광적분기로서의 회절 광학 소자(4)가 배치되어 있기 때문에, 회절 광학 소자(4)의 각도 광속 형성 작용에 의해, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면에 형성되는 다수의 광원(2차 광원)을 구성하는 각 광원이 확대되어 광원끼리의 간격이 좁혀진다. 그 결과, 본 실시예에서는, 조명 동면[마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 후측 초점면]에 형성되는 2차 광원을 구성하는 다수의 광원의 충전도를 향상시킬 수 있기 때문에, 양호한 결상 성능하에서 양호한 투영 노광을 실행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 이하의 수학식 1 및 2를 만족하는 것이 바람직하다.
수학식 1
0.3<Rd/Rc<0.5
수학식 2
0.3<Rb/Ra<0.5
여기서, Ra는 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈(11a)의 곡률 반경이고, Rb는 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈(11b)의 곡률 반경이다. 또한, Rc는 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈(12a)의 곡률 반경이고, Rd는 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈(12b)의 곡률 반경이다.
수학식 1의 하한값보다 작으면, 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 굴절면[원통형 렌즈 그룹(12b)의 굴절면]의 제조 오차가 웨이퍼 공액면(웨이퍼 면을 포함함)에 있어서의 조도 분포에 미치는 영향이 지나치게 커지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 수학식 1의 상한값보다 크면, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 굴절면[원통형 렌즈 그룹(11b)의 굴절면]의 제조 오차가 웨이퍼 공액면에 있어서의 조도 분포에 미치는 영향이 지나치게 커지기 때문에 바람직하지 않다.
마찬가지로, 수학식 2의 하한값보다 작으면, 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 굴절면[원통형 렌즈 그룹(12a)의 굴절면]의 제조 오차가 웨이퍼 공액면에 있어서의 조도 분포에 미치는 영향이 지나치게 커져 바람직하지 않다. 또한, 조건식 (2)의 상한값보다 크면, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 굴절면[원통형 렌즈 그룹(11a)의 굴절면]의 제조 오차가 웨이퍼 공액면에 있어서의 조도 분포에 부여하는 영향이 지나치게 커지기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 본 실시예에서는, 제 1 플라이 아이 부재(8a)가 석영에 의해 형성되고, 제 2 플라이 아이 부재(8b)가 노광빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하 여 투과성을 갖는 결정 재료로서, 형석, 수정, 불화마그네슘, 불화바륨, 불화리튬, 불화란탄, 불화스트론튬, 불화베릴륨, 불화나트륨, 라이카프(LiCaAlF6 등: 리튬 칼슘 알루미늄 플로라이드), 라이사프(LiSrAlF6 : 리튬 스트론튬 알루미늄 플로라이드) 등을 사용할 수 있다.
상술한 결정 재료는, 에너지 밀도가 비교적 높은 광조사에 대해서도 손상되기 어려운 광학 재료이다. 도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)에서는, 광원측에 배치된 제 1 플라이 아이 부재(8a)보다도 마스크측에 배치된 제 1 플라이 아이 부재(8b)에 있어서의 광조사의 에너지 밀도가 높아진다. 따라서, 에너지 밀도가 비교적 낮은 제 1 플라이 아이 부재(8a)에서는 재료 비용 및 제조 비용이 낮은 석영을 사용하고, 에너지 밀도가 비교적 높은 제 2 플라이 아이 부재(8b)에서는 재료 비용 및 제조 비용은 비교적 높지만 광조사에 의해 손상되기 어려운 특성을 갖는 상술한 결정 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 동일한 이유에 의해, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중, 1mJ/㎠ 이상의 에너지 밀도로 광조사되는 영역이 존재하는 플라이 아이 부재는 상술한 결정 재료에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이것은, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 쌍방에 있어서 1mJ/㎠ 이상의 에너지 밀도로 광조사되는 영역이 존재하는 경우에는, 쌍방의 플라이 아이 부재(8a, 8b)를 상술한 결정 재료에 의해 형성한 편이 바람직하다는 것을 의미하고 있다.
또한, 본 실시예에서는, 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 위치를 맞추는 것, 즉 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11a)과 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11b)의 위치를 광학적으로 맞추는 동시에, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12a)과 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12b)의 위치를 광학적으로 맞추는 것이 중요하다.
따라서, 본 실시예에서는, 예컨대 현미경과 같은 적절한 관찰 장치를 사용하여 광축(AX)을 따라 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)를 관찰하면서, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 마크(13a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 면에 형성된 마크(13b)가 X 방향으로 일치하는 동시에, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면에 형성된 마크(14a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 면에 형성된 마크(13b)가 Z 방향으로 일치하도록, 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 위치를 맞추는 것(얼라인먼트하는 것)이 바람직하다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 마이크로 플라이 아이 렌즈에 대하여 한쌍의 보정 필터를 설치한 모양을 나타내는 도면이다. 또한, 도 5 및 도 6은 각각 제 1 보정 필터 및 제 2 보정 필터의 구성 및 배치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 본 실시예에서는, 도 4a 및 도 4b에 도시하는 바와 같이, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 X 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방에, 웨이퍼 면(피조사면)에 있어서의 조도 분포(조도 불균일)를 X 방향을 따라 보정하기 위한 제 1 보정 필터(임의 패턴 필터)(15)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 Z 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방에, 웨이퍼 공액면(피조사면)에 있어서의 조도 분포(조도 불균일)를 Y 방향[마이크로 플라이 아이 렌즈(8)에 있어서의 Z 방향으로 광학적으로 대응하는 방향]을 따라 따라 보정하기 위한 제 2 보정 필터(임의 패턴 필터)(16)를 설치하는 것이 바람직하다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 제 1 보정 필터(15)는 전체적으로 제 1 플라이 아이 부재(8a)와 같은 평행 평면판의 형태를 갖는다. 그리고, 제 1 보정 필터(15)의 광원측의 면(일반적으로는 한쪽면)에는, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12a)의 각 원통형 렌즈에 대응하도록, Z방향을 따라 가늘고 길게 연장된 직사각형의 임의 패턴(15a)이 X 방향을 따라 피치(p1)로 형성되어 있다. 또한, 제 1 보정 필터(15)의 광원측의 면에는, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 한쌍의 마크(13a)에 대응하도록, Z 방향을 따른 직선 형상의 한쌍의 마크(15b)가 형성되어 있다.
마찬가지로, 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 2 보정 필터(16)도 평행 평면판의 형태를 갖고, 그 한쪽면에는 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12b)의 각 원통형 렌즈에 대응하도록, X 방향을 따라 가늘고 길게 연장된 직사각형의 랜덤 패턴(16a)이 Z 방향을 따라 피치(p2)로 형성되어 있다. 또한, 제 2 보정 필터(16)의 한쪽면에는, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면에 형성된 한쌍의 마크(14a)[나아가서는 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마 스크측의 면에 형성된 한쌍의 마크(14b)]에 대응하도록, Z 방향을 따른 직선 형상의 한쌍의 마크(15b)가 형성되어 있다. 또한, 마크(15b, 16b)는, 예컨대 제 1 보정 필터(15) 및 제 2 보정 필터(16)를 구성하는 기판에 새겨 형성된 직선 형상의 홈이다.
이렇게 해서, 제 1 보정 필터(15) 및 제 2 보정 필터(16)의 작용에 의해, 웨이퍼 면(피조사면)에 있어서 균일한 조도 분포를 얻을 수 있다. 단, 이 경우 제 1 보정 필터(15) 및 제 2 보정 필터(16)와 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 위치를 맞추는 것, 즉 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11a)과 제 1 보정 필터(15)의 광원측의 면에 형성된 복수의 임의 패턴(15a)의 위치를 광학적으로 맞추는 동시에, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12a)[나아가서는 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(12b)]과 제 2 보정 필터(16)의 광원측의 면에 형성된 복수의 임의 패턴(16a)의 위치를 광학적으로 맞추는 것이 중요하다.
따라서, 본 실시예에서는, 예컨대 현미경을 사용하여 광축(AX)을 따라 제 1 보정 필터(15) 및 제 2 보정 필터(16)와 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)를 관찰하면서, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 마크(13a)와 제 1 보정 필터(15)의 광원측의 면에 형성된 마크(15b)가 X 방향으로 일치하는 동시에, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측의 면에 형성된 마크(14a)[나아가는 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 면에 형성된 마크(14b)]와 제 2 보정 필터(16)의 광원측의 면에 형성된 마크(16b)가 Z 방향으로 일치하도록, 제 1 보정 필터(15) 및 제 2 보정 필터(16)와 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재의 위치를 맞추는 것(얼라인먼트하는 것)이 바람직하다.
그런데, 상술한 설명에서는, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 X 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방에 제 1 보정 필터(15)를 설치하고, Z 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방에 제 2 보정 필터(16)를 설치하고 있지만, 스텝·앤드·스캔 방식에 따라서 스캔 노광을 실행하는 노광 장치의 경우에는 제 2 보정 필터(16)의 설치를 생략할 수도 있다. 바꾸어 말하면, 스텝·앤드·리피트 방식에 따라서 일괄적으로 노광을 실행하는 노광 장치의 경우에는 제 1 보정 필터(15) 및 제 2 보정 필터(16)의 쌍방을 설치하는 것이 바람직하다.
본 실시예가 스캔 노광형의 노광 장치에 적용되는 경우, 원통형 렌즈 그룹(11a, 11b)의 X 방향을 따른 피치(p1)가 원통형 렌즈 그룹(12a, 12b)의 Z 방향을 따른 피치(p2)보다도 작게 설정되어 있기 때문에, XY 평면에 따른 웨이퍼(W)상에서는 Y 방향[마이크로 플라이 아이 렌즈(8)에 있어서의 Z 방향으로 광학적으로 대응하는 방향]을 따라 가늘고 긴 직사각형의 노광 영역이 초기적으로 형성된다. 그리고, 웨이퍼(W)상에 있어서 마스크 패턴은 X 방향을 따라 주사되게 되고, 스캔 노광에 의해 피치(p2)에 광학적으로 대응하는 Y 방향 사이즈를 갖고 또한 이동 거리(주사 거리)에 대응한 X 방향 사이즈를 갖는 직사각형의 노광 영역이 최종적으로 형성된다. 즉, X 방향은 주사 방향이고, Y 방향은 비주사 방향이다.
이 경우, 웨이퍼(W)상에 있어서의 주사 방향 즉 X 방향의 조도 불균일은, 스캔 노광에 의한 평균화 효과에 의해 저감되기 때문에, 웨이퍼(W)면에서의 조도 불균일은 X 방향을 따라 보정하기 위한 제 1 보정 필터(15)의 설치를 생략할 수도 있다. 또한, 보정 필터(랜덤 패턴 필터)의 더욱 상세한 구성 및 작용에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 1995-130600 호 등을 참조할 수 있다.
또한, 본 실시예가 스캔 노광형의 노광 장치에 적용되는 경우, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11a)의 X 방향에 따른 피치(p1)는, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11b)의 Z 방향에 따른 피치(p2)보다도 작게 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 원통형 렌즈 그룹(11a)보다도 개구수가 커지는 원통형 렌즈 그룹(11b)을 마스크측에 배치할 수 있기 때문에, 수차(收差)를 양호하게 억제한 광학 설계가 가능해진다.
또한, 이 경우 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 마스크측에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11b)의 Z 방향에 따른 피치(p2)를 a로 하고, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측에 형성된 원통형 렌즈 그룹(11a)의 X 방향을 따른 피치(p1)를 b라 하면, 1.2<a/b(=p2/p1)<13.0을 만족하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.6<a/b<4.0을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서는, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽이 이동 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽이 광축(AX)을 따라 이동 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽을 광축(AX)을 따라 이동시켜, 피조사면(마스크 면 또는 웨이퍼 면)에 있어서의 조명 영역의 크기를 제어할 수 있다.
또한 이 경우, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 광원측의 굴절면 및 마스크측의 굴절면중 적어도 한쪽에 고차(高次)의 비구면에 대응하는 고차의 비원통면을 도입함으로써, 피조사면에서의 조도 분포(특히 요철 불균일)를 제어할 수 있다. 여기서, 고차의 비구면이란, 8차 비구면 계수(C8) 이상의 비구면 계수를 포함하는 비구면으로서, 광축에 수직한 방향의 높이를 y로 하고, 비구면의 정점에 있어서의 접평면으로부터 높이(y)에 있어서의 비구면상의 위치까지의 광축에 따른 거리[새그량(sag)]를 z로 하고, 정점 곡률 반경을 r로 하고, 원추 계수를 k로 하고, n차 비구면 계수를 Cn으로 했을 때, 이하의 수학식 3으로 표시된다.
수학식 3
z=(y2/r)/[1+{1-(1+k)·y2/r2｝1/2]+C4·y4
+C6·y6+C8·y8+C10·y10+ C12·y12+C14·y14+···
또한, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽이, X 방향 및 Z 방향중 적어도 한쪽 방향을 따라 이동 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽을 X 방향 또는 Z 방향(광축과 교차하는 방향, 전형적으로는 축 직교 방향)을 따라 이동시켜, 피조사면에서의 조명 영역의 크기나 피조사면에서의 조도 분포(경사 불균일)를 제어할 수 있다.
또한, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽이, X 방향 및 Z 방향중 적어도 한쪽의 방향 둘레(광축과 교차하는 방향 둘레, 전형적으로는 광축 직교 방향 둘레)로 회전 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽을 X 방향 둘레 또는 Z 방향 둘레로 회전시켜서, 조명 동면에 있어서의 조도 분포를 제어할 수 있고, 나아가서는 피조사면상에서의 텔레센트릭성(telecentricity)(특히 텔레센트릭성의 경사 성분)을 제어할 수 있다. 이 때, 제 1 플라이 아이 부재(8a)를 원통형 렌즈 그룹(11a)을 갖는 플라이 아이 부재와 원통형 렌즈 그룹(12a)을 갖는 플라이 아이 부재로 분할하고, 제 2 플라이 아이 부재(8b)를 원통형 렌즈 그룹(11b)을 갖는 플라이 아이 부재와 원통형 렌즈 그룹(12b)을 갖는 플라이 아이 부재로 분할하며, 이 4개의 플라이 아이 부재를 독립적으로 조정 가능하게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 피조사면상에서의 텔레센트릭성의 경사 성분의 제어성의 향상을 측정할 수 있다. 또한, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 또는 제 2 플라이 아이 부재(8b)를 구성하는 기판이 제조 오차 등에 의해 전체적으로 평행 평면 형상이 아니라 「쐐기 형상」으로 되어 있는 경우에 그 보정을 위한 광학 조정을 실행할 수 있다.
또한, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽이 Y 방향 둘레(광축과 교차하는 방향 둘레, 전형적으로는 광축 직교 방향 둘레, 바람직하게는 플라이 아이 부재의 원통형 렌즈 그룹의 피치 직교 방향 둘레)로 회전 가능하게 구성되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 및 제 2 플라이 아이 부재(8b)중 적어도 한쪽을 Y 방향 둘레로 회전시켜서, 제 1 플라이 아이 부재(8a) 또는 제 2 플라이 아이 부재(8b)에 있어서 원통형 렌즈 그룹이 제조 오차 등에 의해 X 방향 또는 Z 방향에 대하여 조금 경사지게 형성되어 있는 경우에 그 보정을 위한 광학 조정을 실행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 피조사면(마스크 면 또는 웨이퍼 면)의 전체에 걸쳐 광속의 개구수의 일치성을 확보하기 위해서, 마이크 플라이 아이 렌즈(8)가 정현 조건을 만족시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 광원측의 굴절면 및 마스크측의 굴절면중 적어도 한쪽에 저차(低次) 비구면에 대응하는 저차 비원통면을 도입함으로써[바람직하게는 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 마스크측의 굴절면에 저차 비구면에 대응하는 저차 비원통면을 도입함으로써], 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)가 정현 조건을 만족시키도록 설정할 수 있다. 여기서, 저차 비구면이란, 6차 비구면 계수(C6) 이하의 비구면 계수를 포함하는 비구면이다. 여기서, 피조사면[마스크 면 또는 웨이퍼 면, 혹은 마스크 공액면[레티클(reticle) 블라인드면]의 전체에 걸쳐 조도 균일성을 유지하면서 광속의 개구수의 일치성을 확보하기 위해서, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)보다도 마스크측에 위치하는 콘덴서 광학계(9)도 정현 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
그런데, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)를 정현 조건으로부터 약간 벗어나도 록 구성하여, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)로 입사하는 광속의 각도를 기울임으로써(상기 광속의 광축에 대한 각도를 변경함), 피조사면에서의 조사 분포의 경사 성분(경사 불균일)을 조정하는 것이 가능하다. 여기서, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)가 정현 조건으로부터 벗어나는 것에 기인하여 발생하는 조도 불균일의 회전 대칭 성분(요철 불균일)은, 상술한 보정 필터(15, 16)를 사용하면 보정하는 것이 가능하다. 또한, 이 경우도, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)보다도 피조사면측에 위치하는 콘덴서 광학계(9)가 정현 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(8)로 입사하는 광속의 각도를 조정하는 구성으로서는, 예컨대 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)보다도 광원측에 위치하는 광로 절곡 미러가 존재하는 경우는, 이 광로 절곡 미러의 설치 각도를 조정하는 구성, 줌 렌즈(7)보다도 광원축의 광로[바람직하게는 줌 렌즈(7)와 회절 광학 소자(6) 사이의 광로]에 광축 직교 방향을 회전축으로 하여 회전 가능하게 설치된 평행 평면판을 설치하고, 이 평행 평면판을 회전축을 중심으로 하여 기울이는 구성, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)의 상류[바람직하게는 줌 렌즈(7)와 마이크로 플라이 아이 렌즈(8) 사이]의 광로에 광축을 따른 방향으로 회전축을 갖는 1쌍의 쐐기 프리즘을 설치하고, 1쌍의 쐐기 프리즘의 상대적인 각도를 변경하여 전체의 편각을 조정하는 구성, 줌 렌즈(7)중의 일부 렌즈를 광축을 가로지르는 방향(전형적으로는 광축 직교 방향)으로 이동시키는 구성 등을 사용할 수 있다.
이와 같이, 제 1 플라이 아이 부재(8a)의 이동, 제 2 플라이 아이 부재(8b)의 이동, 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)로의 광속의 입사각의 변경 등의 방법에 의 해, 피조사면상에서의 조사 불균일을 연속적으로 변경하는 것이 가능해진다.
상술한 각 실시예에 따른 노광 장치에서는, 조명 광학 장치에 의해 마스크(레티클)를 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 사용하여 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 노광함(노광 공정)으로써, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 상술한 각 실시예의 노광 장치를 사용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 일례에 대하여 도 7의 흐름도를 참조하여 설명한다.
우선, 도 7의 단계(301)에 있어서, 1로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음 단계(302)에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 단계(303)에 있어서, 상술한 각 실시예의 노광 장치를 사용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투영 광학계를 거쳐, 그 1로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차 노광 전사된다. 그 후, 단계(304)에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 실행된 후, 단계(305)에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭을 실행함으로써, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 보다 상측 층의 회로 패턴의 형성 등을 실행함으로써, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 처리 효율(throughput)이 양호하게 얻을 수 있다.
또한, 상술한 각 실시예의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정 의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 8의 흐름도를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 8에 있어서, 패턴 형성 공정(401)에서는, 상술한 각 실시예의 노광 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 공정(402)으로 이행한다.
다음에, 컬러 필터 형성 공정(402)에서는, R(적색), G(녹색), B(청색)에 대응한 3개의 도트의 쌍이 매트릭스 형상으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 쌍을 복수 수평 주사선 방향으로 배열한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(402) 후에, 셀 조립 공정(403)이 실행된다. 셀 조립 공정(403)에서는, 패턴 형성 공정(401)으로 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 공정(402)으로 얻어진 컬러 필터 등을 사용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 셀 조립 공정(403)에서는, 예컨대 패턴 형성 공정(401)으로 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(402)으로 얻어진 컬러 필터의 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다.
그 후, 모듈 조립 공정(404)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 실행시키는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 장착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술한 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 매우 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 처리 효율이 양호하게 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 최소 피치(p1)가 2㎜ 이하인 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 최소 피치(p1)가 2㎜를 초과하는 통상의 플라이 아이 렌즈에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다. 단, 이 경우에는, 필요에 따라, 플라이 아이 렌즈의 사출면의 근방에 광속을 제한하기 위한 개구 스로틀(다양한 환형 개구 스로틀, 4극 개구 스로틀, 원형 개구 스로틀, 홍채 스로틀 등)을 배치하게 된다.
또한, 상술한 실시예에 한정되지 않고, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 2002-75835 호에 개시된 조명 광학 장치의 플라이 아이 렌즈(8)를 대신하여 본 실시예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)를 적용할 수도 있다. 또한, 예컨대 일본 특허 공개 공보 제 2001-176766 호에 개시된 조명 광학 장치의 플라이 아이 렌즈(8)를 대신하여 본 실시예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)를 적용할 수도 있다. 또한, 예컨대 유럽 특허 공개 제 1014196 호 공보에 있어서 도 43을 참조하여 개시된 조명 광학 장치의 플라이 아이 렌즈(1008)를 대신하여 본 실시예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(8)를 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시예에 있어서는, 도광 광학계로서의 콘덴서 광학계(9)에 의해 2차 광원으로부터의 광을 집광하여 중첩적으로 마스크(M)를 조명하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 콘덴서 광학계(9)와 마스크(M) 사이의 광로중에, 조명 시야 스로틀(마스크 블라인드)과, 이 조명 시야 스로틀의 상을 마스크(M)상에 형성 하는 릴레이 광학계를 배치할 수도 있다. 이 경우, 콘덴서 광학계(9)는, 2차 광원으로부터의 광을 집광하여 중첩적으로 조명 시야 스로틀을 조명하게 되고, 릴레이 광학계는 조명 시야 스토를의 개구부(빛 투과부)의 상을 마스크(M)상에 형성하게 된다.
또한, 상술한 실시예에서는, 노광광으로서 KrF 엑시머 레이저광(파장 : 248㎚)이나 ArF 엑시머 레이저광(파장 : 193㎚)을 이용하고 있지만, 이에 한정시키지 않고, 예컨대 250㎚ 이하의 파장을 갖는 노광빛에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는, 조명 광학 장치를 구비한 투영 노광 장치를 예로 들어 본 발명을 설명했지만, 마스크 이외의 피조사면을 조명하기 위한 일반적인 조명 광학 장치에 본 발명을 적용할 수 있음이 명백하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는, 조명 동면에 2차 광원을 형성하기 위한 광적분기로서, 원통형 렌즈 그룹이 형성된 한쌍의 플라이 아이 부재로 구성되는 마이크로 플라이 아이 렌즈를 사용하고 있다. 그 결과, 각 굴절면이 2차원적 곡면 형상(구면 형상)으로 형성되는 통상의 플라이 아이 렌즈와는 달리, 각 굴절면이 일차원적인 곡면 형상(원통면 형상)으로 형성되기 때문에 가공이 용이하고, 나아가서는 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 광원과 마이크로 플라이 아이 렌즈 사이의 광로중에 광적분기가 배치되어 있기 때문에, 마이크로 플라이 아이 렌즈의 후측 초점면에 형성되는 다수의 광원(2차 광원)을 형성하는 각 광원이 확대되어 광원끼리의 간격이 좁아진다. 그 결과, 본 발명에서는, 조명 동면에 형성되는 2차 광원을 구성하는 다수의 광원의 충전도를 향상시켜서, 양호한 결상 성능하에서 양호한 투영 노광을 실행함으로써 양호한 디바이스를 제조할 수 있다.
Claims (49)
- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기(optical integrator)를 구비한 조명 광학 장치에 이용되며, 상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈에 있어서,광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 포함하고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 1 방향을 따른 피치, 및 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 2 방향에 따른 피치 중 적어도 한쪽은 2㎜ 이하인플라이 아이 렌즈.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Ra라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rb라 하고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rc라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rd라 했을 때,수학식 10.3<Rd/Rc<0.5수학식 20.3<Rb/Ra<0.5의 조건을 만족하는플라이 아이 렌즈.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재는 석영을 갖고,상기 제 2 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중, 1mJ/㎠ 이상의 에너지 밀도로 광조사되는 영역이 존재하는 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재는 석영을 갖고,상기 제 2 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 제 5 항에 있어서,상기 결정 재료는 형석, 수정, 불화마그네슘, 불화바륨, 불화리튬, 불화란탄, 불화스트론튬, 불화베릴륨, 불화나트륨, 라이카프(LICAF), 및 라이사프(LISAF)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 1개를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중, 1mJ/㎠ 이상의 에너지 밀도로 광조사되는 영역이 존재하는 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 제 7 항에 있어서,상기 결정 재료는 형석, 수정, 불화마그네슘, 불화바륨, 불화리튬, 불화란탄, 불화스트론튬, 불화베릴륨, 불화나트륨, 라이카프(LICAF), 및 라이사프(LISAF)로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 1개를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재에는 상기 제 1 플라이 아이 부재와 상기 제 2 플라이 아이 부재의 위치를 맞추기 위한 얼라인먼트 마크가 형성된플라이 아이 렌즈.
- 제 7 항에 있어서,상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 1 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방 및 상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 2 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방 중 적어도 한쪽에는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포를 보정하기 위한 보정 필터가 마련되어 있는플라이 아이 렌즈.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 이동 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재에는 상기 제 1 플라이 아이 부재와 상기 제 2 플라이 아이 부재의 위치를 맞추기 위한 얼라인먼트 마크가 형성되어 있는플라이 아이 렌즈.
- 제 13 항에 있어서,상기 얼라인먼트 마크는 상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에서 상기 제 2 방향을 따라 형성된 직선 형상의 마크와, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에서 상기 제 1 방향을 따라 형성된 직선 형상의 마크를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 제 13 항에 따른 플라이 아이 렌즈를 구비한 조명 광학 장치에 있어서,상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 1 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방 및 상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 2 방향에 대한 입사 동면 또는 그 근방 중 적어도 한쪽에는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포를 보정하기 위한 보정 필터가 마련되어 있는조명 광학 장치.
- 제 1 항에 따른 플라이 아이 렌즈를 구비한 조명 광학 장치에 있어서,상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 1 방향에 따른 입사 동면 또는 그 근방 및 상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 2 방향에 따른 입사 동면 또는 그 근방 중 적어도 한쪽에는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포를 보정하기 위한 보정 필터가 마련되어 있는조명 광학 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 보정 필터에는 상기 보정 필터를 상기 제 1 플라이 아이 부재 또는 상기 제 2 플라이 아이 부재와 위치를 맞추기 위한 제 2 얼라인먼트 마크가 형성되어 있는조명 광학 장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 제 2 얼라인먼트 마크는 상기 제 1 방향 또는 상기 제 2 방향을 따라 형성된 직선 형상의 마크를 갖는 것을 특징으로 하는조명 광학 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 이동 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 21 항에 있어서,상기 피조사면에 있어서의 조명 영역의 크기의 제어 또는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해서, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 광축을 따라 이동 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 22 항에 있어서,상기 피조사면에 있어서의 조명 영역의 크기의 제어 또는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해서, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 중 적어도 한쪽 방향을 따라 이동 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 23 항에 있어서,조명 동면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해서, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 중 적어도 한쪽 방향 둘레로 회전 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 22 항에 있어서,조명 동면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 중 적어도 한쪽 방향 둘레로 회전 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 21 항에 있어서,상기 피조사면에 있어서의 조명 영역의 크기의 제어 또는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 중 적어도 한쪽 방향을 따라 이동 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 26 항에 있어서,조명 동면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해서, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 중 적어도 한쪽 방향 둘레로 회전 가능한플라이 아이 렌즈.
- 제 21 항에 있어서,조명 동면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해서, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 중 적어도 한쪽 방향 둘레로 회전 가능한플라이 아이 렌즈.
- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기와, 상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈를 포함하는, 상기 조명 광학 장치에 있어서,상기 플라이 아이 렌즈는 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 포함하고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는, 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 1 방향에 따른 피치, 및 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 원통형 렌즈 그룹의 상기 제 2 방향에 따른 피치 중 적어도 한쪽은 2㎜ 이하인조명 광학 장치.
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- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기를 구비한 조명 광학 장치에 이용되며, 상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈에 있어서,광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 포함하고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Ra라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rb라 하고, 상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rc라 하고, 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에 형성된 각 원통형 렌즈의 곡률 반경을 Rd라 했을 때,수학식 10.3<Rd/Rc<0.5수학식 20.3<Rb/Ra<0.5의 조건을 만족하는플라이 아이 렌즈.
- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기를 구비한 조명 광학 장치에 이용되며, 상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈에 있어서,광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 포함하고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재는 석영을 갖고,상기 제 2 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기를 구비한 조명 광학 장치에 이용되며, 상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈에 있어서,광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 포함하고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중, 1mJ/㎠ 이상의 에너지 밀도로 광조사되는 영역이 존재하는 플라이 아이 부재는 250㎚ 이하의 파장을 갖는 빛에 대하여 투과성을 갖는 결정 재료를 갖는플라이 아이 렌즈.
- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기와, 상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈를 포함하는, 상기 조명 광학 장치에 있어서,상기 플라이 아이 렌즈는 광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 포함하고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 1 방향에 따른 입사 동면 또는 그 근방 및 상기 플라이 아이 렌즈의 상기 제 2 방향에 따른 입사 동면 또는 그 근방 중 적어도 한쪽에는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포를 보정하기 위한 보정 필터가 마련되어 있는조명 광학 장치.
- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치로서, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치된 광적분기를 구비한 조명 광학 장치에 이용되며, 상기 광적분기와 상기 피조사면 사이의 광로중에 배치되어, 상기 광적분기로부터의 광속에 기초하여 다수의 광원을 형성하는 플라이 아이 렌즈에 있어서,광원측으로부터 순차적으로 제 1 플라이 아이 부재와 제 2 플라이 아이 부재를 포함하고,상기 제 1 플라이 아이 부재의 광원측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 광원측의 면에는 제 1 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면 및 상기 제 2 플라이 아이 부재의 피조사면측의 면에는 상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향을 따라 배열된 원통형 렌즈 그룹이 형성되며,상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 이동 가능하며,상기 피조사면에 있어서의 조명 영역의 크기의 제어 또는 상기 피조사면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해서, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 광축을 따라 이동 가능하며,조명 동면에 있어서의 조도 분포의 제어를 위해, 상기 제 1 플라이 아이 부재 및 상기 제 2 플라이 아이 부재 중 적어도 한쪽은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 중 적어도 한쪽 방향 둘레로 회전 가능한플라이 아이 렌즈.
- 광원으로부터의 광속에 기초하여 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서,제 1 항 내지 제 10 항, 제 12 항 내지 제 14 항, 제 21 항 내지 제 28 항 또는 제 40 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 플라이 아이 렌즈를 구비하는조명 광학 장치.
- 노광 장치에 있어서,제 45 항에 따른 조명 광학 장치와,상기 피조사면에 배치된 마스크의 패턴을 감광성 기판에 투영 노광하기 위한 투영 광학계를 포함하는노광 장치.
- 제 46 항에 있어서,상기 제 1 방향과 광학적으로 대응하는 방향을 따라 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 상기 투영 광학계에 대하여 상대 이동시킴으로써, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는노광 장치.
- 노광 방법에 있어서,제 45 항에 따른 조명 광학 장치를 통해 마스크를 조명하는 공정과,조명된 상기 마스크에 형성된 패턴의 상을 감광성 기판상에 투영 노광하는 공정을 포함하는노광 방법.
- 제 48 항에 있어서,상기 제 1 방향과 광학적으로 대응하는 방향을 따라 상기 마스크 및 상기 감광성 기판을 상기 투영 광학계에 대하여 상대 이동시킴으로써, 상기 마스크의 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는노광 방법.
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