KR102404151B1 - 조명 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

조명 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 광원으로부터의 광속을 사용하여 피조명면을 조명하는 조명 광학계로서, 광원으로부터의 광속을 투과하도록 구성되는 광학 소자; 및 광학 소자를 투과한 광속이 입사하는 입사면을 갖는 부재를 포함하고, 광학 소자는 광학 소자의 중앙부를 포함하는 제1 영역 및 제1 영역 외측의 제2 영역을 갖고, 광학 소자는 제1 영역을 투과한 광속의 일부와 제2 영역을 투과한 광속의 일부를 입사면에서 중첩시키도록 형성되는, 조명 광학계를 제공한다.

Description

조명 광학계, 노광 장치 및 물품 제조 방법{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING ARTICLE}
본 발명은 조명 광학계, 노광 장치, 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 회로의 회로 패턴의 미세화 및 고집적화의 진보에 수반하여, 단파장의 레이저 빔을 사출하는 KrF 레이저(248 nm) 또는 ArF 레이저(193 nm) 등의 엑시머 레이저를 광원으로서 사용하는 노광 장치가 주목받고 있다. 노광 장치의 스루풋을 향상시키기 위해서, 광원의 출력이 증가되고 있다.
엑시머 레이저 등을 광원으로서 사용하는 경우, 광원으로부터 사출된 광속에서, 중앙 부근의 광 강도가 주변부의 광 강도보다 큰 광 강도 분포가 발생하는 것이 알려져 있다. 따라서, 광원으로부터의 광속이 조사되는 조명 광학계 등의 광학 부재에서는, 국소적으로 광학 에너지가 집중되고, 이는 광학 부재의 글래스재 성능의 저하를 촉진할 수 있다. 일본 특허 공개 제2004-172440호 공보에는, 광학 부재의 글래스재로서, 일반적으로 사용되는 석영 유리 대신에, 광의 조사에 의한 글래스재 성능의 저하가 일어나기 어려운 형석을 채용하는 것이 제안되어 있다.
그러나, 형석의 비용은 석영 유리의 비용보다 비교적 높기 때문에, 형석을 광학 부재의 글래스재로서 채용하면, 전체 노광 장치의 비용을 증가시킬 수 있다. 그러므로, 광학 부재의 글래스재로서 석영 유리를 사용하더라도, 글래스재 성능의 저하가 저감(지연)될 수 있는 구성을 갖는 노광 장치가 요망된다.
본 발명은 예를 들어 광원으로부터의 광속이 조사되는 광학 부재의 글래스재 성능의 저하를 저감하는데 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 광원으로부터의 광속을 사용해서 피조명면을 조명하는 조명 광학계로서, 상기 광원으로부터의 상기 광속을 투과하도록 구성되는 광학 소자; 및 상기 광학 소자를 투과한 상기 광속이 입사하는 입사면을 갖는 부재를 포함하고, 상기 광학 소자는 상기 광학 소자의 중앙부를 포함하는 제1 영역, 및 상기 제1 영역 외측의 제2 영역을 가지며, 상기 광학 소자는, 상기 제1 영역을 투과한 광속의 일부와 상기 제2 영역을 투과한 상기 광속의 일부를 상기 입사면에서 중첩시키도록 형성되는, 조명 광학계가 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시형태에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 노광 장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 2a는 실시예 1에 따른 광학 렌즈 구성을 도시하는 도면이다.
도 2b는 실시예 1의 광학 렌즈 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 광원으로부터의 광속이 광학 렌즈를 통해서 회절 광학 소자에 입사할 때까지의 광로를 도시하는 도면이다.
도 4는 광학 렌즈를 사용하지 않을 경우에 회절 광학 소자의 입사면에 형성되는 광 강도 분포를 나타낸다.
도 5는 광학 렌즈를 사용한 경우에 회절 광학 소자의 입사면에 형성되는 광 강도 분포를 나타낸다.
도 6a는 실시예 2에 따른 광학 렌즈 구성을 도시하는 도면이다.
도 6b는 실시예 2에 따른 광학 렌즈 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 실시예 3에 따른 광학 렌즈 구성을 도시하는 도면이다.
도 8은 광원으로부터의 광속이 광학 렌즈를 통해 회절 광학 소자에 입사할 때까지의 광로를 도시하는 도면이다.
본 발명의 예시적인 실시형태를 첨부의 도면을 참고하여 이하에서 설명한다. 동일한 참조 번호는 도면 전체를 통해 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 반복적인 설명은 주어지지 않는다.
<제1 실시형태>
본 발명의 제1 실시형태에 따른 노광 장치(100)에 대해서 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 노광 장치(100)의 구성을 도시하는 개략도이다. 노광 장치(100)는, 광원(1), 릴레이 광학계(2), 광원(1)으로부터의 광속을 사용해서 마스크나 레티클 등의 원판(13)을 조명하는 조명 광학계(IL), 원판(13)의 패턴을 웨이퍼나 액정 기판 등의 기판(15)에 투영하는 투영 광학계(14), 및 제어 유닛(16)을 포함한다. 제어 유닛(16)은, 예를 들어 CPU 및 메모리를 포함하고, 노광 장치(100)의 각 유닛을 제어한다(기판 노광 처리를 제어한다). 본 실시형태에서는, 스텝 앤드 스캔 방식의 노광 장치를 예시하지만, 본 발명은 스텝 앤드 리피트 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다.
광원(1)은, 엑시머 레이저 등의 레이저 광원을 포함하고, 광속(광)을 사출한다. 릴레이 광학계(2)는, 광원(1)과 조명 광학계(IL)(광학 렌즈(3)) 사이에 배치되고, 광원(1)으로부터 사출된 광속을 조명 광학계(IL)에 유도한다.
조명 광학계(IL)는, 광학 렌즈(3)(광학 소자), 회절 광학 소자(부재)(4), 콘덴서 렌즈(5), 프리즘 유닛(7), 및 줌 렌즈 유닛(8)을 포함할 수 있다. 조명 광학계(IL)는, 다광속 형성 유닛(10), 조리개(11), 및 콘덴서 렌즈(12)를 더 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는, 조명 광학계(IL)를 구성하는 광학 부재(예를 들어, 회절 광학 소자(4))의 글래스재로서, 예를 들어 석영 유리가 채용될 수 있다.
광학 렌즈(3)는, 릴레이 광학계(2)와 회절 광학 소자(4) 사이에 배치되고, 광원(1)(릴레이 광학계(2))으로부터의 광속의 광 강도 분포(광학축과 수직인 면 방향)의 형상을 변경함으로써 그 광속을 회절 광학 소자(4)에 유도한다. 더 구체적으로는, 광학 렌즈(3)는, 광원(1)으로부터의 광속의 광 강도 분포를 균일화하고 그 광속을 회절 광학 소자(4)에 유도한다. 광학 렌즈(3)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
회절 광학 소자(4)는, 광학 렌즈(3)와 콘덴서 렌즈(5) 사이에 배치되고, 광학 렌즈(3)를 투과한 광속이 입사하는 면(이하, 입사면(4a)이라 칭하기도 함)을 가지며, 해당 광속을 회절해서 광속을 콘덴서 렌즈(5)에 유도한다. 회절 광학 소자(4)는, 피조명면인 원판(13)과 공액인 면 또는 조명 광학계(IL)의 퓨필면과 푸리에 변환 관계에 있는 면에 배치될 수 있다. 회절 광학 소자(4)는, 투영 광학계(14)의 퓨필면과 공액인 면인 조명 광학계(IL)의 퓨필면이나, 조명 광학계(IL)의 퓨필면과 공액인 면에, 광원(1)으로부터의 광속의 광 강도 분포를 회절 효과에 의해 변환해서 원하는 광 강도를 형성한다. 회절 광학 소자(4)는, 회절 패턴면에 원하는 회절 패턴이 얻어질 수 있도록 계산기에 의해 설계된 계산기 생성 홀로그램(computer generated hologram)을 사용해도 된다. 투영 광학계(14)의 퓨필면에 형성되는 광원의 형상은 유효 광원 형상이라 불린다.
조명 광학계(IL)에는 복수의 회절 광학 소자(4)가 배치될 수 있으며, 각 회절 광학 소자(4)는 터렛(turret)(도시하지 않음)의 복수의 슬롯의 대응하는 1개에 부착 및 탑재된다. 복수의 회절 광학 소자(4)는 각각 상이한 유효 광원 형상을 형성할 수 있다. 이들 유효 광원 형상은, 소원형 형상(비교적 작은 원형 형상), 대원형 형상(비교적 큰 원형 형상), 환형 형상, 이중극, 사중극 등을 포함한다. 환형 형상, 이중극 또는 사중극 같은 유효 광원 형상을 사용하여 조명을 행하는 방법은 변형 조명이라 불린다.
콘덴서 렌즈(5)는, 회절 광학 소자(4)와 프리즘 유닛(7) 사이에 배치되고, 회절 광학 소자(4)에 의해 회절된 광속을 집광하며, 푸리에 변환면(6)에 회절 패턴을 형성한다.
프리즘 유닛(7) 및 줌 렌즈 유닛(8)은, 콘덴서 렌즈(5)와 다광속 형성 유닛(10)(옵티컬 인터그레이터) 사이에 배치되고, 푸리에 변환면(6)에 형성된 광 강도 분포를 확대하는 줌 광학계로서 기능한다. 프리즘 유닛(7)은, 푸리에 변환면(6)에 형성된 회절 패턴(광 강도 분포)의 환형률 등을 조정할 수 있으며, 패턴을 줌 렌즈 유닛(8)에 유도할 수 있다.
또한, 줌 렌즈 유닛(8)은 프리즘 유닛(7)과 다광속 형성 유닛(10) 사이에 배치된다. 줌 렌즈 유닛(8)은, 푸리에 변환면(6)에 형성된 회절 패턴을, 조명 광학계(IL)의 NA와 투영 광학계(14)의 NA 사이의 비에 기초하여 회절 패턴의 σ 값을 조정함으로써 다광속 형성 유닛(10)에 유도할 수 있다.
다광속 형성 유닛(10)은, 줌 렌즈 유닛(8)과 콘덴서 렌즈(12) 사이에 배치되고, 환형률, 개구각 및 σ 값이 조정된 회절 패턴에 따라 복수의 2차 광원을 형성해서 복수의 2차 광원을 콘덴서 렌즈(12)에 유도하는 플라이아이 렌즈(fly-eye lens)를 포함할 수 있다. 단, 다광속 형성 유닛(10)은, 옵티컬 파이프, 회절 광학 소자, 마이크로렌즈 어레이 등의 다른 옵티컬 인터그레이터를 포함할 수 있다. 다광속 형성 유닛(10)과 콘덴서 렌즈(12) 사이에는 조리개(11)가 배치된다.
콘덴서 렌즈(12)는, 다광속 형성 유닛(10)과 원판(13) 사이에 배치된다. 콘덴서 렌즈(12)는, 다광속 형성 유닛(10)으로부터 유도된 복수의 광속을 집광하고 집광된 복수의 광속을 중첩해서 원판(13)에 조명한다. 이렇게 형성된 조명 광학계(IL)를 원판(13)을 균일하게 조명할 수 있다.
원판(13)은, 콘덴서 렌즈(12)와 투영 광학계(14) 사이에 배치되고, 기판 상에 전사해야 할 회로 패턴을 갖는다. 원판(13)은 원판 스테이지(도시되지 않음)에 의해 보유지지되고 구동된다. 투영 광학계(14)는, 원판(13)과 기판(15) 사이에 배치되고, 원판(13)과 기판(15) 사이를 광학적으로 공액인 관계로 유지한다. 기판(15)은, 기판 스테이지(도시하지 않음)에 의해 보유지지되고 구동된다.
이렇게 엑시머 레이저 등을 광원(1)으로서 사용하는 노광 장치(100)에서는, 광원(1)으로부터 사출된 광속에서, 중앙 부근의 광 강도가 주변부의 광 강도보다 큰 광 강도 분포가 발생하는 것이 알려져 있다. 따라서, 광원(1)으로부터의 광속이 조사되는 조명 광학계(IL)의 광학 부재(예를 들어, 회절 광학 소자(4))에서는, 국소적으로 광학 에너지가 집중되고, 이는 해당 광학 부재의 글래스재 성능의 저하를 촉진할 수 있다.
그러므로, 본 실시형태에 따른 노광 장치(100)(조명 광학계(IL))에서는, 광원(1)으로부터 사출된 광속의 광 강도 분포를 균일화하는 광학 렌즈(3)가, 광원(1)(릴레이 광학계(2))과 회절 광학 소자(4) 사이에 배치된다. 광학 렌즈(3)는, 광학 렌즈(3)의 중앙부를 포함하는 제1 영역과 제1 영역보다 외 측의 제2 영역을 포함한다. 광원(1)으로부터의 광속의 중심 부근의 광속(제1 광속)은 제1 영역을 통해 투과된다. 제1 광속의 외측의 주변부의 광속(제2 광속)은 제2 영역을 통해 투과된다. 광학 렌즈(3)는, 제1 영역을 투과한 제1 광속의 일부와 제2 영역을 투과한 제2 광속의 일부가 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에서 서로 중첩되도록, 제1 영역과 제2 영역에 대해 상이한 곡률을 갖는다. 이하에, 광학 렌즈(3)의 상세한 구성에 대해서 설명한다. 광학 렌즈(3)는, 광원(1)으로부터의 광속의 광 강도 분포의 스펙(계측값일 수도 있음)에 따라서 설계될 수 있다.
[실시예 1]
엑시머 레이저 등을 사용하는 광원(1)에서는, 광원(1)으로부터 사출된 광속에서, 광학축과 수직인 면 방향 중 적어도 하나의 방향(도 1에서는 X 방향)으로 광 강도 분포가 발생할 수 있다. 실시예 1에서는, 광원(1)으로부터의 광속의 일 방향에서 광 강도 분포가 발생하는 경우에서의 광학 렌즈(3)의 구성에 대해서 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 실시예 1에 따른 광학 렌즈(3a)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2a는 사시도이며, 도 2b는 A-A 선을 따라 취한 단면도이다. 또한, 도 3은, 광속이 광학 렌즈(3a)를 통해 회절 광학 소자(4)에 입사할 때까지의 광원(1)으로부터의 광로를 도시하는 도면이다. 도 3에는, 광원(1)으로부터의 광속의 X 방향에서의 광 강도 분포(D)도 도시되어 있다.
광학 렌즈(3a)는, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 광원(1)으로부터의 광속(20)의 중심 부근의 제1 광속(21)이 투과하는 제1 영역(31a)과, 제1 광속(21)의 외측의 제2 광속(22)(제1 광속(21)보다 광 강도가 작음)이 투과하는 제2 영역(32a)을 갖는다. 제1 영역(31a) 및 제2 영역(32a)은 서로 상이한 곡률, 상이한 굴절력, 및 상이한 굴절각을 갖는다. 더 구체적으로는, 제1 영역(31a)에서, 부의 굴절력이 얻어지도록, 입사면은 원통 형상을 갖고 사출면은 평면 형상을 갖는다. 한편, 제2 영역(32a)에서, 입사면 및 사출면 모두 평면 형상을 갖는다. 이때, 제1 영역(31a)에 의한 제1 광속(21)의 최대 굴절 각을, 제2 영역(32a)에 의한 제2 광속(22)의 최대 굴절 각보다 크게 할 수 있다. 여기서, 제1 영역(31a)과 제2 영역(32a) 사이의 경계의 형상은 미분 연속 형상일 수 있다. 제2 영역(32a)은 정의 굴절력이 얻어지도록 구면 형상을 가질 수 있다.
이렇게 형성된 광학 렌즈(3a)를 사용하면, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 영역(31a)은 제1 광속(21)을 X 방향으로 확대해서 그것을 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사시킬 수 있다. 한편, 제2 영역(32b)은 제2 광속을 X 방향으로 확대하지 않으면서 제2 광속(22)을 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사시킨다. 그 결과, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에서는, 제1 영역(31a)을 투과한 제1 광속(21)의 일부와 제2 영역(32a)을 투과한 제2 광속(22)의 일부가 X 방향에서 중첩되고, 해당 입사면(4a)에 입사하는 광속의 광 강도를 균일화할 수 있다. 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사하는 광속의 최대 광 강도를 저감하여, 광학 에너지의 국소적인 집중을 저감할 수 있다.
도 4는 광학 렌즈(3a)를 사용하지 않을 경우에 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 형성되는 광 강도 분포를 나타내고, 도 5는 광학 렌즈(3a)를 사용한 경우에 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 형성되는 광 강도 분포를 나타낸다. 도 4 및 도 5 각각의 종축은, 광학 렌즈(3a)를 사용하지 않을 경우(도 4)에 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 형성되는 광 강도 분포의 최대 광 강도를 100%로서 정규화하고 있다. 도 4 및 도 5로부터, 광학 렌즈(3a)에 의해, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사하는 광속의 광 강도(즉, 광학 에너지 밀도)가 균일화되고 있는 것을 안다.
여기서, 광학 렌즈(3a)를 구성하는 데 있어서 바람직한 조건에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 이하의 3개의 조건은, 광학 렌즈(3a)를 형성(제작)할 때에 적용되는 것이 바람직한 조건이다. 조건 중 적어도 하나가 적용될 수 있거나, 3개의 조건 모두가 적용되지 않을 수 있다. 이하의 설명에서, "W"는 제1 영역(31a)의 폭(X 방향)을 나타내고, "L"은 광학 렌즈(3a)와 회절 광학 소자(4) 사이의 거리를 나타낸다. "θmax"는 제1 영역(31a)으로부터 사출되는 제1 광속(21)의 X 방향의 최대 사출 각도(즉, 제1 영역(31a)을 투과해서 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사하는 제1 광속(21)의 최대 입사 각도)를 나타낸다. "X0"는 회절 광학 소자(4)의 X 방향의 유효 직경(회절 광학 소자(4)에서 사용되는 광의 직경)을 나타내고, "θ0"는 회절 광학 소자(4)에 입사하는 광의 X 방향의 허용 각도(최대 허용 입사 각도)를 나타낸다.
조건 1
광학 렌즈(3a)는, 원통 형상을 갖는 제1 영역(31a)의 모선이 광원(1)으로부터의 광속(20)의 광학축과 교차하고 Y 방향과 평행해지도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 광학 렌즈(3a)는, 광원(1)으로부터의 광속(20)의 최대 광 강도의 반값 이상의 강도를 갖는 광속이 제1 영역(31a)을 투과하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 광속(21)은, 광원(1)으로부터의 광속(20)의 최대 광 강도의 반값 이상의 강도를 갖는 광속으로서 정의된다. 또한, 광학 렌즈(3a)는, 이하의 식 (1)로서 도시된 바와 같이, 제1 영역(31a)의 폭(W)이 광원(1)으로부터의 광속(20)의 광 강도 분포(D)의 반값폭(FWHM) 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
FWHM ≤ W ...(1)
결과적으로, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에서, 제1 영역(31a)을 투과한 제1 광속(21)의 일부와 제2 영역(32a)을 투과한 제2 광속(22)의 일부가 중첩되는 부분에서, 광 강도(광학 에너지 밀도)가 지나치게 높아지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에서, 중첩되는 부분의 광 강도가 최대 광 강도에 도달하는 것을 방지할 수 있다(중첩되는 부분의 광 강도를 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에서의 최대 광 강도보다 작게 할 수 있다).
조건 2
광학 렌즈(3a)는, 이하의 식 (2)로서 도시된 바와 같이, 제1 영역(31a)을 투과해서 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사한 제1 광속(21)의 폭(입사 범위 폭, 직경이라고도 칭함)이, 광속이 통과하는 회절 광학 소자(4)의 영역의 폭(이하, 유효 직경(X0)이라고도 칭함) 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
2 × (L × θmax) + W ≤ X0 ...(2)
광학 렌즈(3a)는, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사하는 제2 광속(22)의 직경이 회절 광학 소자(4)의 유효 직경(X0)보다 커지도록 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 영역(31a)을 투과해서 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사하는 제1 광속(21)의 직경은, 제2 영역(32a)을 투과해서 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사한 제2 광속(22)의 폭보다 작아질 수 있다. 이에 의해, 광학 렌즈(3a)를 투과해서 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사하는 광속 중, 회절 광학 소자(4)의 유효 직경(X0) 내에 들어오지 않는 광속, 즉 회절 광학 소자(4)에 의해 사용되지 않고 손실되는 광속을 저감할 수 있다.
조건 3
광학 렌즈(3a)는, 이하의 식 (3)에 도시된 바와 같이, 제1 영역(31a)을 투과해서 사출되는 제1 광속(21)의 X 방향의 최대 사출 각도(θmax)가, 회절 광학 소자(4)에 입사하는 광의 X 방향의 허용 각도(θ0) 이하로 되도록 형성되는 것이 바람직하다.
θmax ≤ θ0 ...(3)
이에 의해, 조건 (2)와 마찬가지로, 광학 렌즈(3a)를 투과해서 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사하는 광속 중, 회절 광학 소자(4)의 유효 직경(X0) 내에 들어오지 않고 손실되는 광속을 저감할 수 있다.
이렇게 형성된 광학 렌즈(3a)를, 광원(1)(릴레이 광학계(2))과 회절 광학 소자(4) 사이에 배치함으로써, 광원(1)으로부터의 광속의 광 강도 분포를 균일화하고 광속을 회절 광학 소자(4)에 유도할 수 있다. 즉, 조명 광학계(IL)의 광학 부재(예를 들어, 회절 광학 소자(4))에 국소적으로 광학 에너지가 집중하는 것을 방지하고, 글래스재 성능의 국소적인 저하를 저감할 수 있다. 본 실시형태에서는, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에서의 광 강도에 착안해서 설명했지만, 예를 들어 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 공액인 면도 마찬가지로 설명될 수 있다. 줌 렌즈 유닛(8)의 광로에는, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)의 공액면(9)이 존재하고, 공액면 근방에 배치된 복수의 단일 렌즈의 각각에서도, 광학 렌즈(3a)의 존재에 의해, 국소적으로 광학 에너지가 집중하는 것을 방지할 수 있다.
[실시예 2]
실시예 1에서는, 광원(1)으로부터의 광속의 광 강도 분포(D)가 적어도 일 방향(X 방향)으로 발생할 때 광학 렌즈(3a)를 사용하는 경우에 대해서 설명했다. 실시예 2에서는, 광원(1)으로부터의 광속의 광 강도 분포가, 광학축과 수직인 면 방향(도 1에서는 X 및 Y 방향) 각각, 즉 X 방향뿐만 아니라 Y 방향에서도 발생하는 경우에 사용되는 광학 렌즈(3b)에 대해서 설명한다. 도 6a 및 도 6b은 실시예 2에 따른 광학 렌즈(3b)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 6a는 사시도이며, 도 6b는 B-B 선을 따라 취한 단면도이다.
광학 렌즈(3b)는, 도 6a 및 도 6b에 도시하는 바와 같이, 광원(1)으로부터의 광속의 중심 부근의 제1 광속(21)이 투과하는 제1 영역(31b), 및 제1 광속(21)의 외측의 제2 광속(22)(제1 광속(21)보다 광 강도가 작음)이 투과하는 제2 영역(32b)을 포함한다. 부의 굴절력을 얻도록, 제1 영역(31b)의 입사면은 구면 형상을 갖고, 제1 영역(31b)의 사출면은 평면 형상을 갖는다. 한편, 제2 영역(32b)의 입사면 및 사출면 양자 모두는 평면 형상을 갖는다. 여기서, 광학 렌즈(3b)를 구성할 때, 실시예 1에서 설명한 상기의 조건 1 내지 3의 각각을 적절히 적용해도 된다. 이때, 조건 1 내지 3의 각각은 X 방향에 작용될 수 있을 뿐만 아니라, Y 방향에도 적용될 수 있다. 제2 영역(32b)은 정의 굴절력을 얻도록 구면 형상을 가질 수 있다.
이렇게 형성된 광학 렌즈(3b)에서는, 제1 영역(31b)을 투과한 제1 광속(21)을, X 방향뿐만 아니라 Y 방향으로도 확대해서 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에 입사시킬 수 있다. 그 결과, 제1 영역(31b)을 투과한 제1 광속(21)의 일부와 제2 영역(32b)을 투과한 제2 광속(22)의 일부를 XY 방향에서 서로 중첩시키고, 회절 광학 소자(4)에 입사하는 광속의 광 강도를 균일화하여, 광학 에너지의 국소적인 집중을 저감할 수 있다.
[실시예 3]
실시예 3에서는, 광원(1)으로부터의 광속(20)의 광 강도 분포를 균일화하는 광학 렌즈(3)의 다른 구성예에 대해서 설명한다. 도 7은, 실시예 3에 따른 광학 렌즈(3c)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 8은, 광원(1)으로부터의 광속(20)이 광학 렌즈(3c)를 통해 회절 광학 소자(4)에 입사할 때까지의 광로를 도시하는 도면이다. 실시예 3에 따른 광학 렌즈(3c)는, 광원(1)으로부터의 광속에, 광학축과 수직인 면 방향 중 적어도 하나의 방향(X 방향)에서 광 강도 분포가 발생하고, 회절 광학 소자(4)의 전방에 정의 굴절력을 갖는 볼록 렌즈가 배치되는 경우에 사용될 수 있다. 광원(1)으로부터의 광학축의 X 방향뿐만 아니라 Y 방향에도 광 강도 분포가 발생하는 경우에는, 실시예 2와 마찬가지로 이하의 구성이 Y 방향에도 적용될 수 있다.
광학 렌즈(3c)는 볼록 렌즈의 대체로서 사용된다. 광학 렌즈(3c)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 광원(1)으로부터의 광속(20)의 중심 부근의 제1 광속(21)이 투과하는 제1 영역(31c), 및 제1 광속(21)의 외측의 제2 광속(22)(제1 광속(21)보다 광 강도가 작음)이 투과하는 제2 영역(32c)을 포함한다. 제1 영역(31c)의 입사면 및 사출면은 양자 모두 평면 형상을 갖는다. 한편, 제2 영역(32c)의 입사면 및 사출면은, 정의 굴절력이 얻어지도록, 각각 구면 형상 및 평면 형상을 갖는다. 제1 영역(31c)은 부의 굴절력이 얻어지도록 구면 형상을 가질 수 있다.
이렇게 형성된 광학 렌즈(3c)를 사용하면, 회절 광학 소자(4)의 입사면(4a)에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(31c)을 투과한 제1 광속(21)의 일부와 제2 영역(32c)을 투과한 제2 광속(22)의 일부가 서로 중첩된다. 그 결과, 당해 볼록 렌즈를 사용하는 경우와 비교하여, 회절 광학 소자(4)에 입사하는 광속의 광 강도 분포를 균일화하고, 광학 에너지의 국소적인 집중을 저감할 수 있다.
<물품 제조 방법의 실시형태>
본 발명의 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 마이크로 디바이스(예를 들어, 반도체 디바이스) 또는 미세 구조를 갖는 소자 등의 물품을 제조하기에 적합하다. 본 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 기판에 도포된 포토레지스트에 상술한 노광 장치를 사용해서 잠상 패턴을 형성하는 단계(기판을 노광하는 단계)와, 앞 단계에서 잠상 패턴이 형성된 기판을 현상(가공)하는 단계를 포함한다. 또한, 본 제조 방법은 다른 공지의 단계(예를 들어, 산화, 성막, 증착, 도핑, 평탄화, 에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 등)을 포함한다. 본 실시형태에 따른 물품 제조 방법은, 종래의 방법에 비하여, 물품의 성능, 품질, 생산성, 및 생산 비용 중 적어도 하나에서 유리하다.
<다른 실시형태>
본 발명의 실시형태(들)는, 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체(보다 완전하게는 '비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체'라 칭할수도 있음)에 기록된 컴퓨터 실행가능 명령어(예를 들어, 하나 이상의 프로그램)를 판독 및 실행하고 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하는 하나 이상의 회로(예를 들어, 주문형 집적 회로(ASIC))를 포함하는 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해, 그리고 예를 들어 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 저장 매체로부터 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행함으로써 그리고/또는 전술한 실시형태(들) 중 하나 이상의 기능을 실행하기 위해 하나 이상의 회로를 제어함으로써 상기 시스템 또는 장치의 컴퓨터에 의해 실행되는 방법에 의해 실현될 수도 있다. 컴퓨터는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 중앙 처리 유닛(CPU), 마이크로 처리 유닛(MPU))를 포함할 수 있고 컴퓨터 실행가능 명령어를 판독 및 실행하기 위한 별도의 컴퓨터 또는 별도의 프로세서의 네트워크를 포함할 수 있다. 컴퓨터 실행가능 명령어는 예를 들어 네트워크 또는 저장 매체로부터 컴퓨터에 제공될 수 있다. 저장 매체는, 예를 들어 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 분산형 컴퓨팅 시스템의 스토리지, 광디스크(예를 들어, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 다기능 디스크(DVD) 또는 블루레이 디스크(BD)TM), 플래시 메모리 디바이스, 메모리 카드 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
(기타의 실시예)
본 발명은, 상기의 실시형태의 1개 이상의 기능을 실현하는 프로그램을, 네트워크 또는 기억 매체를 개입하여 시스템 혹은 장치에 공급하고, 그 시스템 혹은 장치의 컴퓨터에 있어서 1개 이상의 프로세서가 프로그램을 읽어 실행하는 처리에서도 실현가능하다.
또한, 1개 이상의 기능을 실현하는 회로(예를 들어, ASIC)에 의해서도 실행가능하다.
본 발명을 예시적인 실시형태를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 레이저 광원으로부터의 광속을 사용해서 피조명면을 조명하는 조명 광학계이며,
    상기 레이저 광원으로부터의 상기 광속을 투과하도록 구성되는 렌즈; 및
    상기 렌즈를 투과한 상기 광속이 입사하는 입사면을 갖고, 상기 렌즈를 투과한 상기 광속을 회절해서 상기 조명 광학계의 퓨필면에 유효 광원 형상을 형성하도록 구성되는 회절 광학 소자를 포함하고,
    상기 렌즈는, 상기 렌즈의 제1 영역을 투과한 제1 광속의 일부와 제2 영역을 투과한 제2 광속의 적어도 일부가 상기 회절 광학 소자의 상기 입사면에서 서로 중첩되도록 형성되고, 상기 제1 영역은 상기 렌즈의 중앙부를 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 외측이고,
    상기 렌즈는 제1 면 및 상기 제1 면 맞은편의 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면 및 상기 제2 면은 상기 레이저 광원으로부터의 광속을 투과하도록 구성되고, 상기 제1 면 상의 상기 제1 영역의 곡률과 상기 제1 면 상의 상기 제2 영역의 곡률은 상이하고,
    상기 렌즈는, 상기 제1 영역을 투과한 상기 제1 광속이, 상기 레이저 광원으로부터의 상기 광속의 광학축과 수직인 방향으로 확대되어 상기 회절 광학 소자의 상기 입사면에 입사함으로써, 상기 제1 광속의 일부가 상기 제2 영역을 투과한 상기 제2 광속의 일부와 중첩되도록 구성되고,
    상기 방향으로의 상기 제1 영역의 폭은, 상기 방향으로의 상기 레이저 광원으로부터의 상기 광속의 광 강도 분포의 반값폭(half-value width) 이상인 조명 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 면 상의 상기 제2 영역은 평면 형상을 갖는 조명 광학계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 레이저 광원으로부터의 광속의 상기 광학축과 수직인 상기 방향에서만, 상기 제1 영역을 투과한 상기 제1 광속의 상기 일부와 상기 제2 영역을 투과한 상기 제2 광속의 상기 일부를 상기 회절 광학 소자의 상기 입사면에서 중첩시키도록 형성되는 조명 광학계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 입사면 또는 사출면으로서의 상기 제1 면 상의 상기 제1 영역이 원통 형상을 갖는 조명 광학계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 입사면 또는 사출면으로서의 상기 제1 면 상의 상기 제1 영역은 구면 형상을 갖는 조명 광학계.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 면 상의 상기 제2 영역은 평면 형상을 갖는 조명 광학계.
  7. 제1항에 있어서, 상기 렌즈의 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 상이한 굴절력을 갖는 조명 광학계.
  8. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 제1 영역을 투과해서 상기 회절 광학 소자의 상기 입사면에 입사하는 상기 제1 광속의 폭이, 상기 제2 영역을 투과해서 상기 회절 광학 소자의 상기 입사면에 입사하는 상기 제2 광속의 폭보다 작도록 형성되는 조명 광학계.
  9. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 제1 영역을 투과해서 상기 회절 광학 소자의 상기 입사면에 입사하는 상기 제1 광속의 폭이, 상기 회절 광학 소자가 상기 광속을 통과시키는 영역의 폭보다 작도록 형성되는 조명 광학계.
  10. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 레이저 광원으로부터의 상기 광속의 최대 광 강도의 반값 이상의 강도를 갖는 광속이 상기 제1 영역을 투과하도록 형성되는 조명 광학계.
  11. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 제1 영역을 투과해서 상기 회절 광학 소자의 상기 입사면에 입사하는 상기 제1 광속의 최대 입사 각도가, 상기 회절 광학 소자의 최대 허용 입사 각도보다 작도록 형성되는 조명 광학계.
  12. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 경계의 형상이 미분 연속 형상이 되도록 형성되는 조명 광학계.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광원과 상기 렌즈 사이에 배치된 광학계를 더 포함하며,
    상기 광학계를 투과한 평행 광속이 상기 렌즈에 입사하는 조명 광학계.
  16. 기판을 노광하는 노광 장치이며,
    레이저 광원으로부터의 광속을 사용해서 원판을 조명하도록 구성되는, 제1항에 따른 조명 광학계; 및
    상기 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴을 기판 상에 투영하도록 구성되는 투영 광학계를 포함하는 노광 장치.
  17. 물품 제조 방법이며, 상기 방법은,
    제16항에 따른 노광 장치를 사용하여 기판을 노광하는 단계;
    노광된 상기 기판을 현상하는 단계; 및
    현상된 상기 기판을 가공하여 상기 물품을 제조하는 단계를 포함하는 물품 제조 방법.
  18. 제1항에 있어서, 복수의 2차 광원을 형성하도록 구성되는 옵티컬 인터그레이터를 더 포함하고,
    상기 렌즈 및 상기 회절 광학 소자는 상기 레이저 광원과 상기 옵티컬 인터그레이터 사이에 배치되는 조명 광학계.
  19. 제18항에 있어서, 상기 옵티컬 인터그레이터는 플라이아이 렌즈를 포함하는 조명 광학계.
  20. 제18항에 있어서, 상기 회절 광학 소자에 의해 회절된 광속을 집광하도록 구성되는 콘덴서 렌즈를 더 포함하고,
    상기 콘덴서 렌즈는 상기 옵티컬 인터그레이터와 상기 회절 광학 소자 사이에 배치되는 조명 광학계.
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