KR20080053500A - 옵티컬 인테그레이터, 조명광학장치, 노광장치 및디바이스의 제조방법 - Google Patents

옵티컬 인테그레이터, 조명광학장치, 노광장치 및디바이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

조명광학장치의 변형조명할 때 광량손실을 작게 억제할 수 있는 옵티컬 인테그레이터. 본 발명에 관한 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터(4)는 입사광에 굴절작용을 부여하기 위한 복수의 굴절면영역(4a, 4b)과, 복수의 굴절면영역에 대응하도록 설치되고, 입사광의 진행방향을 바꾸기 위한 복수의 편향면영역(4c, 4d)을 구비하고 있다. 복수의 굴절면영역은 제1 방향(-X방향)의 방향으로 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 굴절면영역(4a)과 제2 방향(+X방향)의 방향으로 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 굴절면영역(4b)을 가진다.

Description

옵티컬 인테그레이터, 조명광학장치, 노광장치 및 디바이스의 제조방법{OPTICAL INTEGRATOR, ILLUMINATION OPTICAL DEVICE, ALIGNER, AND METHOD FOR FABRICATING DEVICE}
본 발명은 옵티컬 인테그레이터(optical itegrator), 조명광학장치, 노광장치 및 디바이스의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 반도체소자, 촬상(撮像)소자, 액정표시소자, 박막(薄膜)자기헤드 등의 디바이스를 리소그라피(lithography) 공정으로 제조할 때에 사용되는 노광장치의 조명광학장치에 바람직한 옵티컬 인테그레이터에 관한 것이다.
이런 종류의 전형적인 노광장치에 있어서는 광원으로부터 사출된 광속(光束)이 파면(波面) 분할형의 옵티컬 인테그레이터로서의 플라이 아이(fly eye) 렌즈로 입사하고, 그 뒤쪽 초점면 또는 그 근방에 다수의 광원으로 이루어진 2차 광원을 형성한다. 2차 광원으로부터의 광속은 플라이 아이 렌즈의 뒤쪽 초점면 또는 그 근방에 배치된 개구 조리개를 통하여 제한된 후, 콘덴서 렌즈(condenser lens)로 입사한다. 개구 조리개는 소망의 조명조건(노광조건)에 따라 2차 광원의 형상 또는 크기를 소망의 형상 또는 크기로 제한한다.
콘덴서 렌즈에 의해 집광된 광속은 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으 로 조명한다. 마스크의 패턴을 투과한 광은 투영 광학계를 통하여 웨이퍼 위에 결상(結像)한다. 이렇게 하여, 웨이퍼 위에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 또한, 마스크에 형성된 패턴은 고집적화(高集積化)되어 있고, 이 미세 패턴을 웨이퍼 위에 정확하게 전사하는 데는 웨이퍼 위에 있어서 균일한 조도(照度) 분포를 얻는 것이 불가결하다.
종래 기술에서는 웨이퍼 위에 있어서의 조도 균일성의 향상을 도모하기 위해서, 마스크를 조명하는 조명광학장치에 있어서 2개의 플라이 아이 렌즈를 텐덤(tandem) 배치한 구성, 즉 더블·플라이 아이 구성이 제안되고 있다(예를 들어 특허 문헌 1을 참조).
특허 문헌 1 : 미국 재발행 특허 발명 제34,634호 명세서
<발명이 해결하고자 하는 과제>
최근, 플라이 아이 렌즈의 사출 측에 배치된 개구 조리개의 개구부(광투과부)의 형상을 둥근 띠 모양이나 복수극 모양(2극 모양, 4극 모양 등)으로 설정하는 것에 의해, 2차 광원의 형상을 둥근 띠 모양이나 복수극 모양으로 제한하여 투영 광학계의 초점 심도(深度)나 해상력을 향상시키는 변형조명의 기술이 주목되고 있다. 더블·플라이 아이 구성의 종래 기술에서는 제1 플라이 아이 렌즈(광원 측의 플라이 아이 렌즈)의 작용에 의해, 제2 플라이 아이 렌즈의 입사면 위에 직사각형 모양의 조사 필드(照野)가 형성되고, 제2 플라이 아이 렌즈의 뒤쪽 초점면 또는 그 근방에 동일하게 직사각형 모양의 2차 광원이 형성된다.
이 경우, 변형조명(둥근 띠 조명이나 복수극 조명)을 실시하는 데는 제2 플라이 아이 렌즈에 의해 형성된 비교적 큰 직사각형 모양의 2차 광원으로부터의 광속을 둥근 띠 모양이나 복수극 모양의 개구부를 가지는 개구 조리개에 의해서 제한하게 된다. 즉, 종래 기술에서는 변형조명할 때 2차 광원으로부터의 광속의 상당 부분이 개구 조리개로 차폐(遮蔽)되어 조명(노광)에 기여하지 않고, 개구 조리개에 있어서의 광량손실에 기인하여 마스크 및 웨이퍼 위에서의 조도가 저하하며, 나아가서는 노광장치로서의 쓰로우풋(throughput)도 저하한다.
본 발명은 상술한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 예를 들어 조명광학장치의 변형조명할 때 광량손실을 작게 억제할 수 있는 옵티컬 인테그레이터를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 변형조명할 때 광량손실을 작게 억제할 수 있는 옵티컬 인테그레이터를 이용하여, 소망의 조명조건으로 피조사면을 조명할 수 있는 조명광학장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 소망의 조명조건으로 마스크를 조명하는 조명광학장치를 이용하여, 소망의 조명조건하에서 양호한 노광을 실시할 수 있는 노광장치 및 디바이스의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 형태에서는 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터에 있어서,
입사광에 굴절작용을 부여하기 위한 복수의 굴절면영역을 구비하고,
상기 복수의 굴절면영역은 제1 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상(弓狀)의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 굴절면영역과, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 굴절면영역을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터를 제공한다.
본 발명의 제2 형태에서는 입사광에 근거하여 소정 형상의 파-필드 패턴(far-field pattern)을 형성하는 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터에 있어서,
상기 입사광을 파면분할하기 위한 복수의 파면분할영역을 구비하고,
상기 복수의 파면분할영역은 제1 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 파면분할영역과, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 파면분할영역을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터를 제공한다.
본 발명의 제3 형태에서는 입사광에 근거하여 소정 형상의 파-필드 패턴을 형성하는 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터에 있어서,
입사광에 굴절작용을 부여하기 위한 복수의 굴절면영역과, 상기 복수의 굴절면영역에 대응하도록 설치되어 입사광의 진행방향을 바꾸기 위한 복수의 편향면영역을 구비하고,
상기 파-필드 패턴은 상기 굴절면영역 및 상기 편향면영역을 통과한 광속에 의해 형성되며, 또한 둥근 띠 모양의 영역에 한정되어 위치하고,
상기 파-필드 패턴을 형성하는 광속의 편광방향은 상기 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향으로 설정되는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터를 제공한다.
본 발명의 제4 형태에서는 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터의 제조방법에 있어서,
광투과성 기판을 준비하는 공정과,
이 광투과성 기판의 표면에 복수의 파면분할영역을 형성하는 공정을 구비하고,
상기 복수의 파면분할영역을 형성하는 공정은,
제1 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 파면분할영역을 형성하는 공정과, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 파면분할영역을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제5 형태에서는 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명광학장치에 있어서,
상기 광원과 상기 피조사면과의 사이의 광로(光路) 중에 배치된 제1 형태 ~ 제3 형태의 옵티컬 인테그레이터 또는 제4 형태의 제조방법으로 제조된 옵티컬 인테그레이터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명광학장치를 제공한다.
본 발명의 제6 형태에서는 소정의 패턴을 조명하기 위한 제5 형태의 조명광학장치를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다. 본 발명의 제7 형태에서는 제6 형태의 노광장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광공정과, 상기 노광공정을 거친 상기 감광성 기판을 현상하는 현상공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법을 제공한다.
<발명의 효과>
예를 들어 조명광학장치의 2극 조명할 때, 본 발명의 전형적인 형태에 따르는 옵티컬 인테그레이터를 이용하는 경우, 원호 모양의 각 제1 굴절면영역을 통하여 각 제1 편향면영역으로 유도된 광속 및 각 제1 굴절면영역과는 역방향의 원호 모양의 각 제2 굴절면영역을 통하여 각 제2 편향면영역으로 유도된 광속은 각 제1 편향면영역 및 각 제2 편향면영역의 역방향의 편향작용을 받아, 둥근 띠 모양 영역의 일부분에 대응하도록 하는 원호 모양의 2개의 실질적인 면광원으로 이루어진 대략 소망 형상의 2극 모양의 2차 광원을 형성한다. 그 결과, 대략 소망 형상의 2차 광원으로부터의 광속은 광량을 손실하는 일 없이, 혹은 개구 조리개의 개구부에서 약간의 광량을 손실하는 것만으로 피조사면으로 유도된다.
따라서, 본 발명의 조명광학장치에서는 변형조명할 때 광량손실을 작게 억제할 수 있는 옵티컬 인테그레이터를 이용하여, 소망의 조명조건으로 피조사면을 조명할 수 있다. 또, 본 발명의 노광장치에서는 소망의 조명조건으로 패턴을 조명하는 조명광학장치를 이용하여, 양호한 조명조건하에서 양호한 노광을 실시할 수 있고, 나아가서는 양호한 디바이스를 고(高)쓰로우풋으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 2는 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 2극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 도로서 (a)는 광원 측에서 본 도이고, (b)는 마스크 측에서 본 도이다.
도 4(a)는 도 3(a)의 선A-A에 따른 단면도이고, (b)는 도 3(a)의 선B-B에 따른 단면도이다.
도 5 본 실시 형태에 있어서 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 뒤쪽에 형성되는 2극 모양의 2차 광원을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 6은 제1 변형예의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성 및 작용에 대해서 설명하는 도이다.
도 7은 제2 변형예의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성 및 작용에 대해서 설명하는 도이다.
도 8은 제3 변형예의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성 및 작용에 대해서 설명하는 도이다.
도 9는 제4 변형예의 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 광원 측에서 본 도이다.
도 10은 제4 변형예의 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 마스크 측에서 본 도이다.
도 11은 제4 변형예의 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 단면도이다.
도 12는 제4 변형예의 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용하여 형성되는 십자형 4극 모양의 2차 광원을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 13은 십자형의 이중 4극 모양의 2차 광원 및 X자형의 이중 4극 모양의 2차 광원을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 14는 제5 변형예의 3극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 도로서, (a)는 광원 측에서 본 도이고, (b)는 마스크 측에서 본 도이다.
도 15는 제5 변형예의 3극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용하여 형성되는 3극 모양의 2차 광원 및 중심극을 규정하는 개구 조리개의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 16은 제6 변형예의 5극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구성을 개략적으로 나타내는 도로서, (a)는 광원 측에서 본 도이고, (b)는 마스크 측에서 본 도이다.
도 17은 제6 변형예의 5극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용하여 형성되는 5극 모양의 2차 광원을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 18은 3극 조명 또는 5극 조명에 있어서 중심극의 원형 면광원을 형성하는 다른 수법을 설명하는 도이다.
도 19는 제7 변형예의 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 광원 측에서 본 도이다.
도 20은 제7 변형예의 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 마스크 측에서 본 도이다.
도 21은 제7 변형예의 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 단면도이다.
도 22는 제7 변형예의 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용하여 형성되는 십자형 4극 모양의 2차 광원을 개략적으로 나타내는 도이다.
도 23은 실시 형태 및 각 변형예에 관한 변형조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 제조방법에 관한 실시 형태에 대해 설명하는 플로우 챠트이다.
도 24는 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 플로우 챠트이다.
도 25는 마이크로 디바이스로서의 액정표시소자를 얻을 때의 수법의 플로우 챠트이다.
<부호의 설명>
1 광원
3 편광상태 전환부
4, 41 ~ 47 마이크로 플라이 아이 렌즈
5 에이포컬(afocal) 렌즈,
7 원추 액시콘(axicon)계
8 줌 렌즈
9 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈
10 개구 조리개
11 콘덴서 광학계
12 마스크 블라인드
13 결상 광학계
M 마스크
PL 투영 광학계
W 웨이퍼
<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>
본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼(W)의 법선 방향에 따라서 Z축을, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼(W)의 면내에 있어서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다. 도 1을 참조하면, 본 실시 형태의 노광장치는 노광광(조명광)을 공급하기 위한 광원(1)을 구비하고 있다.
광원(1)으로서 예를 들어 193㎚의 파장의 광을 공급하는 ArF 엑시머(excimer) 레이저 광원이나 248㎚의 파장의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 광원(1)으로부터 사출된 광은 정형(整形) 광학계(2)에 의해 필요한 단면형상의 광속에 확대되어 광축 자동추적부(2a ~ 2c)를 거친 후, 편광상태 전환부(3) 및 복수극 조명(2극 조명, 4극 조명 등)용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)를 통하여, 에이포컬 렌즈(5)로 입사한다. 복수극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)의 상세한 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
광축 자동추적부는 2축 이상의 회전축을 가지는 1개 이상의 광로편향미러(2a)와, 광원(1)으로부터의 광의 광축으로 대하는 각도 차이를 검출하기 위한 각도 차이 검출부(2b)와, 해당 각도 차이 검출부(2b)로부터의 출력에 근거하여 각도 차이를 보정하도록 광로편향미러(2a)를 회전(경사)시키는 구동부(2c)를 구비하고, 후술하는 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 입사하는 광의 각도 차이를 소정의 허용값 내에 두는 기능을 가진다.
편광상태 전환부(3)는 광원 측으로부터 순서대로 광축 AX를 중심으로 하여 결정광학축이 회전이 자유롭게 구성되어 입사하는 타원 편광의 광을 직선 편광의 광으로 변환하는 1/4파장판(3a)과, 광축 AX를 중심으로 하여 결정광학축이 회전이 자유롭게 구성되어 입사하는 직선 편광의 편광방향을 변화시키는 1/2파장판(3b)과, 조명광로에 대해서 끼워고 떼기가 자유로운 디폴라라이저(depolarizer)(비편광화 소자)(3c)를 구비하고 있다. 편광상태 전환부(3)는 디폴라라이저(3c)를 조명광로로부터 퇴피시킨 상태로 광원(1)으로부터의 광을 소망의 편광방향을 가지는 직선 편광의 광으로 변환하여 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 입사시키는 기능을 가지고, 디폴라라이저(3c)를 조명광로 중에 설정한 상태로 광원(1)으로부터의 광을 실질적으로 비편광의 광으로 변환하여 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 입사시키는 기능을 가진다.
에이포컬 렌즈(5)는 앞쪽 렌즈그룹(5a)의 앞쪽 초점위치와 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)의 위치가 거의 일치하고 또한 뒤쪽 렌즈그룹(5b)의 뒤쪽 초점위치와 도면 중 파선으로 나타내는 소정면(6)의 위치가 거의 일치하도록 설정된 에이포컬 계(무초점 광학계)이다. 복수극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)는 후술하는 바와 같이, 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터로서 기능함과 동시에 직사각형 모양의 단면을 가지는 평행광속이 입사한 경우에 에이포컬 렌즈(5)의 동면(瞳面)에 복수극 모양(2극 모양, 4극 모양 등)의 광강도분포를 형성하는 기능을 가진다.
따라서, 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 입사한 대략 평행광속은 에이포컬 렌즈(5)의 동면에 복수극 모양의 광강도분포를 형성한 후, 복수극 모양의 각도 분포로 에이포컬 렌즈(5)로부터 사출된다. 에이포컬 렌즈(5)의 앞쪽 렌즈그룹(5a)과 뒤쪽 렌즈그룹(5b)과의 사이의 광로 중에 있어서 그 동면 또는 그 근방에는 원추 액시콘계(7)가 배치되어 있다. 원추 액시콘계(7)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
에이포컬 렌즈(5)를 통한 광속은 σ값(σ값 = 조명광학장치의 마스크 측 개구수 / 투영 광학계의 마스크 측 개구수) 가변용의 줌 렌즈(8)를 통하여, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)에 입사한다. 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 광원 측에 배치된 제1 플라이 아이 부재(9a)와 마스크 측에 배치된 제2 플라이 아이 부재(9b)로 구성되어 있다. 제1 플라이 아이 부재(9a)의 광원 측의 면 및 제2 플라이 아이 부재(9b)의 광원 측의 면에는 X방향으로 늘어서 배열된 원통형의 렌즈그룹(9aa 및 9ba)이 각각 피치 p1로 형성되어 있다.
한편, 제1 플라이 아이 부재(9a)의 마스크 측의 면 및 제2 플라이 아이 부재(9b)의 마스크 측의 면에는 Z방향으로 늘어서 배열된 원통형의 렌즈그룹(9ab 및 9bb)이 각각 피치 p2(p2 > p1)로 형성되어 있다. 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 X방향에 관한 굴절작용(즉 XY평면에 관한 굴절작용)에 주목하면, 광축 AX에 따라 입사한 평행광속은 제1 플라이 아이 부재(9a)의 광원 측에 형성된 원통형의 렌즈그룹(9aa)에 의해 X방향에 따라서 피치 p1로 파면분할되고, 그 굴절면에서 집광작용을 받은 후, 제2 플라이 아이 부재(9b)의 광원 측에 형성된 원통형의 렌즈그룹(9ba) 중 대응하는 원통형의 렌즈의 굴절면에서 집광작용을 받아 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 뒤쪽 초점 얼굴에 집광한다.
한편, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 Z방향에 관한 굴절작용(즉 YZ평면에 관한 굴절작용)에 주목하면, 광축 AX에 따라서 입사한 평행광속은 제1 플라이 아이 부재(9a)의 마스크 측에 형성된 원통형의 렌즈그룹(9ab)에 의해서 Z방향에 따라서 피치 p2로 파면분할되고, 그 굴절면에서 집광작용을 받은 후, 제2 플라이 아이 부재(9b)의 마스크 측에 형성된 원통형의 렌즈그룹(9bb) 중 대응하는 원통형의 렌즈의 굴절면에서 집광작용을 받아 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 뒤쪽 초점 얼굴에 집광한다.
이와 같이, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)는 원통형의 렌즈그룹이 양측면에 배치된 제1 플라이 아이 부재(9a)와 제2 플라이 아이 부재(9b)로 구성되어 있지만, X방향으로 p1의 사이즈를 가지고 Z방향으로 p2의 사이즈를 가지는 다수의 직사각형 모양의 미소 굴절면이 종횡으로 또한 조밀하게 일체 형성된 마이크로 플라이 아이 렌즈와 같은 광학적 기능을 발휘한다. 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)에서는 미소 굴절면의 면형상의 불균일에 기인하는 왜곡수차의 변화를 작게 억제하고, 예를 들어 에칭 가공에 의해 일체적으로 형성되는 다수의 미소 굴절면의 제조 오차가 조도 분포에 주는 영향을 작게 억제할 수 있다.
소정면(6)의 위치는 줌 렌즈(8)의 앞쪽 초점위치의 근방에 배치되고, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 입사면은 줌 렌즈(8)의 뒤쪽 초점위치의 근방에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 줌 렌즈(8)는 소정면(6)과 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환(Fourier transformation)의 관계로 배치하고, 나아가서는 에이포컬 렌즈(5)의 동면과 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 입사면을 광학적으로 거의 공역(公役)에 배치하고 있다.
따라서, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 입사면 위에는 에이포컬 렌즈(5)의 동면과 마찬가지로, 예를 들어 광축 AX를 중심으로 한 복수극 모양의 조사 필드(照野)가 형성된다. 이 복수극 모양의 조사 필드의 전체 형상은 줌 렌즈(8)의 초점거리에 의존하여 상사적으로 변화한다. 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)에 있어서의 파면분할 단위로서의 직사각형 모양의 미소 굴절면은 마스크(M) 위에 있어서 형성해야 하는 조사 필드의 형상(나아가서는 웨이퍼(W) 위에 있어서 형성해야 하는 노광영역의 형상)과 상사(相似)인 직사각형 모양이다.
원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)에 입사한 광속은 이차원적으로 분할되고, 그 뒤쪽 초점면 또는 그 근방(나아가서는 조명동(照明瞳))에는 입사광속에 의해서 형성되는 조사 필드와 거의 같은 광강도분포를 가지는 2차 광원, 즉 광축 AX를 중심으로 한 복수극 모양의 실질적인 면광원으로 이루어진 2차 광원이 형성된다. 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 뒤쪽 초점면 또는 그 근방에 형성된 2차 광원으로부터의 광속은 그 근방에 배치된 개구 조리개(10)에 입사한다.
개구 조리개(10)는 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 뒤쪽 초점면 또는 그 근방에 형성되는 복수극 모양의 2차 광원에 대응한 복수극 모양의 개구부(광투과부)를 가진다. 개구 조리개(10)는 조명광로에 대해서 끼우고 때기가 자유롭게 구성되고, 또한 크기 및 형상이 다른 개구부를 가지는 복수의 개구 조리개와 전환 가능하게 구성되어 있다. 개구 조리개의 전환 방식으로서, 예를 들어 주지의 터릿(turret) 방식이나 슬라이드 방식 등을 이용할 수 있다. 개구 조리개(10)는 후술하는 투영 광학계 PL의 입사동면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치되고, 2차 광원의 조명에 기여하는 범위를 규정한다.
개구 조리개(10)에 의해 제한된 2차 광원으로부터의 광은 콘덴서 광학계(11)를 통하여 마스크 블라인드(12)를 중첩적으로 조명한다. 이렇게 하여, 조명시야 조리개로서의 마스크 블라인드(12)에는 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 파면분할 단위인 직사각형 모양의 미소 굴절면의 형상과 초점거리에 따른 직사각형 모양의 조사 필드가 형성된다. 마스크 블라인드(12)의 직사각형 모양의 개구부(광투과부)를 통한 광속은 결상 광학계(13)의 집광작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크(M)를 중첩적으로 조명한다. 즉, 결상 광학계(13)는 마스크 블라인드(12)의 직사각형 모양 개구부의 상(像)을 마스크(M) 위에 형성하게 된다.
마스크 스테이지 MS 위에 유지된 마스크(M)의 패턴을 투과한 광속은 투영 광학계 PL을 통하여 웨이퍼 스테이지 WS 위에 유지된 웨이퍼(감광성 기판)(W) 위에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 이렇게 하여, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY평면) 내에 있어서 웨이퍼 스테이지 WS를 이차원적으로 구동 제어하면서, 나아가서는 웨이퍼(W)를 이차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 실시하는 것에 의해, 웨이퍼(W)의 각 노광영역에는 마스크(M)의 패턴이 차례차례 노광된다.
또한, 복수극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 대신하여, 예를 들어 둥근 띠 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈나 원형 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈와 같이 적당한 특성을 가지는 마이크로 플라이 아이 렌즈를 조명광로 중에 설정하는 것에 의해, 여러 가지 형태의 변형조명을 실시할 수 있다. 마이크로 플라이 아이 렌즈의 변경 방식으로서 예를 들어 주지의 터릿 방식이나 슬라이드 방식 등을 이용할 수 있다.
원추 액시콘계(7)는 광원 측으로부터 순서대로 광원 측에 평면을 향하고 또한 마스크 측에 오목한 원추형의 굴절면을 향한 제1 프리즘 부재(7a)와, 마스크 측에 평면을 향하고 또한 광원 측에 볼록한 원추형의 굴절면을 향한 제2 프리즘 부재(7b)로 구성되어 있다. 그리고, 제1 프리즘 부재(7a)의 오목한 원추형의 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록한 원추형의 굴절면은 서로 맞닿음 가능하도록 상보적(相補的)으로 형성되어 있다. 또, 제1 프리즘 부재(7a) 및 제2 프리즘 부재(7b) 중 적어도 한쪽 부재가 광축 AX에 따라서 이동 가능하게 구성되고, 제1 프리즘 부재(7a)의 오목한 원추형의 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록한 원추형의 굴절면과의 간격이 가변으로 구성되어 있다. 이하, 이해를 용이하게 하기 위해서, 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원에 주목하여 원추 액시콘계(7)의 작용 및 줌 렌 즈(8)의 작용을 설명한다.
여기서, 제1 프리즘 부재(7a)의 오목한 원추형 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록한 원추형 굴절면이 서로 맞닿고 있는 상태에서는 원추 액시콘계(7)는 평행 평면판으로서 기능하고, 형성되는 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원에 미치는 영향은 없다. 그렇지만, 제1 프리즘 부재(7a)의 오목한 원추형 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록한 원추형 굴절면을 이간시키면, 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원의 폭(둥근 띠 모양의 2차 광원의 외경과 내경과의 차이의 1/2;4극 모양의 2차 광원에 외접하는 원의 직경(외경)과 내접하는 원의 직경(내경)과의 차이의 1/2)을 일정하게 유지하면서, 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원의 외경(내경)이 변화한다. 즉, 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원의 둥근 띠 비율(내경/외경) 및 크기(외경)가 변화한다.
줌 렌즈(8)는 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원의 전체 형상을 상사적으로 확대 또는 축소하는 기능을 가진다. 예를 들어, 줌 렌즈(8)의 초점거리를 최소값으로부터 소정의 값으로 확대시키는 것에 의해, 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원의 전체 형상이 상사적으로 확대된다. 바꾸어 말하면, 줌 렌즈(8)의 작용에 의해, 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원의 둥근 띠 비율이 변화하지 않고, 그 폭 및 크기(외경)가 함께 변화한다. 이와 같이, 원추 액시콘계(7) 및 줌 렌즈(8)의 작용에 의해, 둥근 띠 모양 또는 4극 모양의 2차 광원의 둥근 띠 비율과 크기(외경)를 제어할 수 있다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 2극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 구 성을 개략적으로 나타내는 도로서, (a)는 광원 측에서 본 도이고, (b)는 마스크 측에서 본 도이다. 도 4(a)는 도 3(a)의 선A-A에 따른 단면도이고, 도 4(b)는 도 3(a)의 선B-B에 따른 단면도이다. 본 실시 형태의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)는 예를 들어 형석(螢石)(CaF2 : 불소화 칼슘)에 의해 형성된 단일의 광학부재(광투과부재)로서 구성되어 있다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(4)의 입사 측(광원 측)에는, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, -X방향(제1 방향)의 방향으로 중앙이 돌출한 원호 모양의 외형 형상을 가지는 다수의 제1 굴절면영역(4a)과, +X방향(제2 방향)의 방향으로 중앙이 돌출한 원호 모양의 외형 형상을 가지는 다수의 제2 굴절면영역(4b)이 형성되어 있다. 여기서, 제1 굴절면영역(4a) 및 제2 굴절면영역(4b)의 원호 모양의 외형 형상은 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분의 영역의 외형 형상에 대응하고 있다.
더욱 상세하게는 제1 굴절면영역(4a) 및 제2 굴절면영역(4b)의 원호 모양의 외형 형상은, 도 5를 참조하여 후술하는 바와 같이, 둥근 띠 모양의 영역의 중심으로부터 동일한 거리만큼 간격을 두고 서로 평행한 2개의 선분(도 5의 20e, 20f에 대응)과 둥근 띠 모양의 영역의 내측의 원(도 5의 20d에 대응)과 둥근 띠 모양의 영역의 외측의 원(도 5의 20c에 대응)에 의해 규정되는 원호 모양의 외형 형상에 대응하고 있다. 다만, 상기 2개의 선분과 2개의 원에 의해 규정되는 원호 모양의 외형 형상을 충실하게 각 굴절면영역(4a, 4b)에 적용하는 경우, 내측의 원호의 곡율과 외측의 원호의 곡율이 약간 다르기 때문에, 굴절면영역(4a, 4b)을 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이 X방향에 따라서 조밀하게 배치할 수 없다.
본 실시 형태에서는, 구성의 이해를 용이하게 하기 위해서, 각 굴절면영역(4a, 4b)의 원호 모양의 외형 형상은 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분의 영역의 외형 형상에 충실히 대응하는 것이 아니고, 둥근 띠 모양의 영역의 일부분으로서의 원호상으로부터 내측의 원호의 곡율을 외측의 원호의 곡율에 일치시켜 얻어지는 원호 모양의 외형 형상 또는 외측의 원호의 곡율을 내측의 원호의 곡율에 일치시켜 얻어지는 원호 모양의 외형 형상을 가지는 것으로 한다. 덧붙여서, 둥근 띠 모양의 영역으로부터 얻어지는 충실한 원호 모양의 외형 형상을 각 굴절면영역(4a, 4b)에 적용하는 경우, X방향에 따라서 인접하는 2개의 굴절면영역 사이의 미소한 초승달 모양의 영역을, 예를 들어 크롬과 같은 차광성 물질로 덮인 차광영역으로서 형성하게 된다.
각 굴절면영역(4a, 4b)은 볼록면 형상(또는 오목면 형상)을 가지고, 입사광에 굴절작용을 부여하는 기능을 가진다. 일반적으로, 각 굴절면영역(4a, 4b)의 면형상으로서 예를 들어 구면(球面)의 일부, 회전 대칭 비구면의 일부, 회전 비대칭 비구면(토릭(toric)면 등)의 일부 등을 포함하는 여러 가지 면형상을 적용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 설명의 단순화를 위해서, 각 굴절면영역(4a, 4b)은 도 4(a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 광축 AX에 평행한 각 중심축선에 관하여 대칭인 구면 모양의 볼록면 형상을 가지는 것으로 한다.
또, 본 실시 형태에서는 설명의 단순화를 위해서, 제1 굴절면영역(4a)의 구면곡율과 제2 굴절면영역(4b)의 구면곡율이 서로 동일하고 또한 제1 굴절면영 역(4a)의 외형 형상과 제2 굴절면영역(4b)의 외형 형상이 서로 동일하게 설정되어 있는 것으로 한다. 즉, 제1 굴절면영역(4a)의 외형 형상과 제2 굴절면영역(4b)의 외형 형상은 Z방향(제3 방향)에 관해서 대칭이고, 나아가서는 X방향에 따라서 서로 역방향이다. 이 경우, 제1 굴절면영역(4a)과 제2 굴절면영역(4b)은 연속적으로 형성되게 되고, 제1 굴절면영역(4a)과 제2 굴절면영역(4b)과의 사이에 있어서 X방향으로 연장하는 경계선은 실제로는 나타나지 않지만, 도 3(a)에서는 도면의 명료화를 위해서 제1 굴절면영역(4a)과 제2 굴절면영역(4b)과의 경계선을 도시하고 있다. 제1 굴절면영역(4a)과 제2 굴절면영역(4b)이 연속적으로 형성되고, 제1 굴절면영역(4a)과 제2 굴절면영역(4b)과의 사이에 단차가 없는 구성으로는 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)를 아무런 손실 없이 취할 수 있는(그대로 직진하여 투과하는) 불필요한 광의 발생을 저감할(억제할) 수 있다.
한편, 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)의 사출 측(마스크 측)에는, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 다수의 제1 굴절면영역(4a)에 대응하도록 X방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 외형 형상을 가지는 다수의 제1 편향면영역(4c)과, 다수의 제2 굴절면영역(4b)에 대응하도록 X방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 외형 형상을 가지는 다수의 제2 편향면영역(4d)이 형성되어 있다. 각 편향면영역(4c, 4d)은 X방향에 따라서 경사진 평면 형상을 가지고, 대응하는 각 굴절면영역(4a, 4b)을 통한 광의 진행방향을 바꾸는 기능을 가진다.
더욱 상세하게는, 제1 편향면영역(4c)은, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, +X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상, 즉 +X방향으로 향하여 마스크 측으로 돌출 하도록 경사진 평면 형상을 가진다. 한편, 제2 편향면영역(4d)은, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, -X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상, 즉 -X방향을 향하여 마스크 측으로 돌출하도록 경사진 평면 형상을 가진다. 바꾸어 말하면, 제1 편향면영역(4c)은 X방향에 따라서 경사진 제1 법선(4ca)으로 규정되는 평면 형상을 가지고, 제2 편향면영역(4d)은 X방향에 따라서 제1 법선(4ca)과는 역방향으로 경사진 제2 법선(4da)으로 규정되는 평면 형상을 가진다.
도 3(b)에서는 구성의 이해를 용이하게 하기 위해서, 각 편향면영역(4c, 4d)에 대하여, 평면 형상의 오름 구배 방향을 나타내기 위한 화살표를 부여하고 있다. 즉, 제1 편향면영역(4c)에는 +X방향의 방향의 화살표가 부여되고, 제2 편향면영역(4d)에는 X방향의 방향의 화살표가 부여되고 있다. 또한, 도면의 명료화를 위해서, 도 3에서는 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)를 구성하는 다수의 굴절면영역(4a, 4b) 및 편향면영역(4c, 4d)의 일부만을 표시하고 있다. 이 점은, 도 3에 관련하는 도 6(a), 도 7(a), 도 8(a), 도 9, 도 10, 도 14, 도 16, 도 18에 있어서도 마찬가지이다.
마이크로 플라이 아이 렌즈(4)는, 예를 들어 형석에 의해 형성된 평행 평면판을 물리적으로 가공(마이크로 머시닝(machining), 고온 상태에서 금형을 이용하는 가공 등)하는 것에 의해 형성된다. 이 때, 입방정계(立方晶系)에 속하는 형석에 의해 형성된 평행 평면판은 광축 AX에 대해(즉 각 굴절면영역(4a, 4b)으로의 입사광의 진행방향에 대해서) 결정면{111}을 향해 있는 것이 바람직하다. 이 결정면의 배치에 의해, 가공의 용이성 및 안정성을 향상시킴과 동시에 형석의 복(複)굴절성 의 영향을 양호하게 억제할 수 있다. 또한, 광축 AX에 대해서(즉 각 굴절면(4a)으로의 입사광의 진행방향에 대해서) 결정면{100}을 향하는 배치에 있어서도 형석의 복굴절성의 영향을 양호하게 억제할 수 있다.
본 실시 형태의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에서는 광원(1)으로부터 입사한 직사각형 모양의 대략 평행광속이 다수의 파면분할영역, 즉 다수의 원호 모양의 제1 굴절면영역(제1 파면분할영역)(4a) 및 다수의 원호 모양의 제2 굴절면영역(제2 파면분할영역)(4b)에 의해 파면분할된다. 그리고, 각 제1 굴절면영역(4a)에 의해 굴절작용을 받은 광속은 대응하는 각 제1 편향면영역(4c)으로 유도되고, 각 제2 굴절면영역(4b)에 의해 굴절작용을 받은 광속은 대응하는 각 제2 편향면영역(4d)으로 유도된다.
각 제1 굴절면영역(4a)을 통하여 각 제1 편향면영역(4c)으로 유도된 광속 및 각 제2 굴절면영역(4b)을 통하여 각 제2 편향면영역(4d)으로 유도된 광속은 에이포컬 렌즈(5)의 동면에 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 2극 모양의 광강도분포를 중첩적으로 형성한다. 이렇게 하여, 상술한 바와 같이, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 입사면 위에는 에이포컬 렌즈(5)의 동면과 마찬가지로 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 2극 모양의 조사 필드가 형성된다. 또, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 뒤쪽 초점면 또는 그 근방에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 실질적인 면광원(20a 및 20b)으로 이루어진 2극 모양의 2차 광원이 형성된다.
한 쌍의 면광원(20a 및 20b)은 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 띠 모양 영역 의 외측의 원(20c) 및 해당 둥근 띠 모양 영역의 내측의 원(20d)과, 광축 AX로부터 같은 거리만큼 간격을 두고 서로 평행한 2개의 선분(20e 및 20f)에 의해 규정되는 원호 모양의 외형 형상을 가진다. 다만, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 둥근 띠 모양의 영역으로부터 얻어지는 충실한 원호 모양의 외형 형상을 각 굴절면영역(4a, 4b)에 적용하고 있지 않기 때문에, 한 쌍의 면광원(20a 및 20b)은 2개의 원(20c 및 20d)와 2개의 선분(20e 및 20f)에 의해 규정되는 원호 모양의 외형 형상과는 약간 다른 외형 형상을 가진다.
이렇게 하여, 각 제1 굴절면영역(4a)을 통하여 각 제1 편향면영역(4c)으로 유도된 광속은 +X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가지는 각 제1 편향면영역(4c)의 편향작용을 받아, 2극 모양의 2차 광원 가운데, 한쪽의 원호 모양의 면광원(20a)에 대응하는 광강도분포를 중첩적으로 형성한다. 또, 각 제2 굴절면영역(4b)을 통하여 각 제2 편향면영역(4d)으로 유도된 광속은 -X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가지는 각 제2 편향면영역(4d)의 편향작용을 받아, 2극 모양의 2차 광원 가운데, 다른 쪽의 원호 모양의 면광원(20b)에 대응하는 광강도분포를 중첩적으로 형성한다. 면광원(20a)에 있어서의 광강도와 면광원(20b)에 있어서의 광강도를 거의 일치시키기 위해서, 제1 굴절면영역(4a)의 수와 제2 굴절면영역(4b)의 수가 서로 거의 같게 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 5에서는 도면의 명료화를 위해서, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 파면분할 단위인 직사각형 모양의 미소 굴절면을 파선으로 나타냄과 동시에 그 수를 실제보다 훨씬 적게 표시하고 있다. 이 점은, 도 5에 관련하는 도 6(b), 도 7(b), 도 8(b), 도 12, 도 13, 도 15(a), 도 17에 있어서도 마찬가지이다.
이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 2극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)는 파면분할영역으로서 다수의 원호 모양의 제1 굴절면영역(4a)과 제2 굴절면영역(4b)을 구비하고 있다. 또, 다수의 제1 굴절면영역(4a)에 대응하여 다수의 원호 모양의 제1 편향면영역(4c)을 가지고, 다수의 원호 모양의 제2 굴절면영역(4b)에 대응하여 다수의 원호 모양의 제2 편향면영역(4d)을 가진다. 여기서, 제1 굴절면영역(4a)의 원호 모양의 외형 형상과 제2 굴절면영역(4b)의 원호 모양의 외형 형상은 Z방향에 관해서 대칭(나아가서는 X방향에 따라서 서로 역방향)이고, 제1 굴절면영역(4a)과 제2 편향면영역(4d)은 X방향에 따라서 서로 역방향의 광속 편향작용을 가진다.
따라서, 각 제1 굴절면영역(4a)을 통하여 각 제1 편향면영역(4c)으로 유도된 광속 및 각 제2 굴절면영역(4b)을 통하여 각 제2 편향면영역(4d)으로 유도된 광속은 각 제1 편향면영역(4c) 및 각 제2 편향면영역(4d)의 편향작용을 받아, 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)의 뒤쪽 초점면 또는 그 근방에 한 쌍의 원호 모양의 면광원(20a 및 20b)으로 이루어진 2극 모양의 2차 광원을 형성한다. 여기서, 제1 면광원(20a)은 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분인 원호 모양의 제1 영역에 형성되고, 제2 면광원(20b)은 해당 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분으로서 제1 영역과 광축 AX에 관하여 대칭인 원호 모양의 제2 영역에 형성된다.
즉, 2극 모양의 2차 광원을 구성하는 한 쌍의 원호 모양의 면광원(20a 및 20b)은 광축 AX를 중심으로 한 원형 모양의 조명동의 바깥 둘레에 따라서 연장하고 또한 광축 AX를 사이에 두고 서로 대향하는 원호 모양의 영역을 차지하고 있어, 이른바 원형 모양의 조명동의 바깥 둘레에 들러붙는 형태를 가진다. 이렇게 하여, 본 실시 형태의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)는 입사광에 근거하여 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분의 제1 영역과 해당 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 다른 일부분의 제2 영역을 가지는 2극 모양의 파-필드 패턴을 형성하는 기능을 가진다.
그 결과, 본 실시 형태에서는 2극 모양의 2차 광원(20a, 20b)으로부터의 광속이 개구 조리개(10)의 2극 모양의 개구부에서 조금 차단되는 것만으로 개구 조리개(10)에 있어서의 광량손실을 작게 억제할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 매우 미소한 파면분할면을 가지는 마이크로 플라이 아이 렌즈(4) 및 매우 미소한 단위 파면분할면을 가지는 원통형의 마이크로 플라이 아이 렌즈(9)에 의해서 소망 형상의 2극 모양의 광강도분포가 형성되기 때문에, 경우에 따라서는 2극 모양의 2차 광원(20a, 20b)을 개구 조리개(10)에 의해서 제한하지 않아도 좋다.
또, 본 실시 형태에서는 2극 모양의 2차 광원을 구성하는 한 쌍의 원호 모양의 면광원(20a 및 20b)이 원형 조명동의 바깥 둘레에 들러붙는 형태를 가지므로, 예를 들어 조명동에 있어서의 X방향과 광학적으로 대응하는 방향으로 피치 방향을 가지는 마스크 패턴을 조명광학장치(1 ~ 13)의 최대 개구수(NA)에 대응하는 고NA의 광속으로 조명할 수 있고, 나아가서는 고콘트라스트(高contrast)의 패턴상을 웨이 퍼(W) 위에 형성할 수 있다.
또한, 고콘트라스트의 패턴상을 형성하는 데는 2극 모양의 2차 광원(20a, 20b)의 둥근 띠 비율(즉 도 5에 있어서의 내측원(20d)의 직경/외측원(20c)의 직경)을 예를 들어 8/10이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 고콘트라스트의 패턴상을 형성함과 동시에 원호 모양의 면광원(20a, 20b)으로의 광속의 중첩 톨러런스(tolerance)를 충분히 확보하는 데는 광축 AX로부터 원호 모양의 면광원(20a, 20b)을 예상하는 각도(즉 도 5에 있어서 광축 AX와 원호 모양의 면광원(20a)의 양단을 잇는 2개의 선분 20g와 20h가 이루는 각도) θ는, 예를 들어 35도 ~ 40도 정도인 것이 바람직하다.
덧붙여서, 파면분할 기능만을 가지는 종래의 플라이 아이 렌즈에서는 플라이 아이 렌즈의 파면분할면의 형상과 상사인 직사각형 모양(또는 정육각 형상 등)의 2차 광원이 형성된다. 이 때문에, 종래 기술에 있어서 고콘트라스트의 패턴상을 형성하는 데는 직사각형 모양의 2차 광원으로부터의 광속을 둥근 띠 비율이 큰 2극 모양의 개구부에 의해서 제한하는 것이 필요하게 되어, 개구 조리개에 있어서의 광량손실이 크게 발생해 버린다.
또, 본 실시 형태에서는 2극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)가 형석에 의해 형성된 단일의 광학부재(광투과부재)로서 구성되어 있으므로, 바꾸어 말하면, 형석에 의해 형성된 단일의 광학부재(광투과부재)에 복수의 굴절면영역(4a, 4b) 및 복수의 편향면영역(4c, 4d)이 일체적으로 형성되어 있으므로, ArF 엑시머 레이저, 광이나 KrF 엑시머 레이저 광과 같은 파장이 짧은 자외역(紫外域)의 광(펄 스 광)에 대해서도 충분한 내구성을 확보할 수 있다. 덧붙여서, 석영에 의해 형성된 종래의 플라이 아이 렌즈에서는 파장이 짧은 자외역의 광(특히 펄스 광)의 조사 에너지에 기인하는 손상이 발생하기 쉬어 충분한 내구성을 확보할 수 없다.
이렇게 하여, 본 실시 형태의 조명광학장치(1 ~ 13)에서는 2극 조명과 같은 변형조명할 때 개구 조리개(10)에 있어서의 광량손실을 작게 억제할 수 있고 또한 파장이 짧은 자외역의 광에 대해서 충분한 내구성을 가지는 마이크로 플라이 아이 렌즈(옵티컬 인테그레이터)(4)를 이용하여 소망의 조명조건으로 마스크(피조사면)(M)를 안정적으로 조명할 수 있다. 또, 본 실시 형태의 노광장치(1 ~ PL)에서는 소망의 조명조건에서 마스크(M)를 안정적으로 조명하는 조명광학장치를 이용하여 소망의 조명조건하에서 양호한 노광을 안정적으로 실시할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 -X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제1 굴절면영역(4a) 및 + X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제2 굴절면영역(4b)이 각각 X방향에 따라서 조밀 배치되어 있다. 즉, 제1 굴절면영역(4a)의 중앙이 돌출하는 방향과 제2 굴절면영역(4b)의 중앙이 돌출하는 방향이 1개의 직선에 따라서 서로 반대로 설정되어 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되지 않고, 제1 굴절면영역의 중앙이 돌출하는 방향과 제2 굴절면영역의 중앙이 돌출하는 방향을 1개의 직선에 따라서 서로 반대로 설정하지 않는 구성예도 가능하다. 다만, 이 경우, 2극 모양의 2차 광원을 구성하는 한 쌍의 원호 모양의 면광원은 광축을 사이에 둔 대칭인 위치에는 형성되지 않게 된다.
또, 상술한 실시 형태에서는 제1 굴절면영역(4a) 및 제2 굴절면영역(4b)이 둥근 띠 모양 영역의 중심으로부터 같은 거리만큼 간격을 두고 서로 평행한 2개의 선분과 둥근 띠 모양 영역의 내측 원과 둥근 띠 모양 영역의 외측 원에 의해 대략 규정되는 평행형 원호 모양의 외형 형상을 가진다. 그렇지만, 이것으로 한정되지 않고, 둥근 띠 모양 영역의 중심으로부터 소정의 각도를 이루도록 지름 방향으로 연장하는 2개의 선분과 둥근 띠 모양 영역의 내측 원과 둥근 띠 모양 영역의 외측 원에 의해 대략 규정되는 비평행형 원호 모양의 외형 형상을 제1 굴절면영역 및 제2 굴절면영역에 적용하는 변형예에 있어서도 상술한 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 제1 굴절면영역 및 제2 굴절면영역에 비평행형 원호 모양의 외형 형상을 적용한 변형예를 설명하는 도이다. 도 6(a)을 참조하면, 제1 변형예의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(41)는 -X방향을 향하여 중앙이 돌출한 비평행형 원호 모양의 외형 형상을 가지는 다수의 제1 굴절면영역(41a)과, +X방향을 향하여 중앙이 돌출한 비평행형 원호 모양의 외형 형상을 가지는 다수의 제2 굴절면영역(41b)을 구비하고 있다. 또, 도시를 생략하였으나, 다수의 제1 굴절면영역(41a)에 대응하여 다수의 비평행형 원호 모양의 제1 편향면영역(41c)을 가지고, 다수의 원호 모양의 제2 굴절면영역(41b)에 대응하여 다수의 비평행형 원호 모양의 제2 편향면영역(41d)을 가진다.
이렇게 하여, 제1 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(41)의 작용에 의해, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 비평행형 원호 모양의 면광원(21a 및 21b)으로 이루어진 2극 모양의 2차 광원 이 형성된다. 한 쌍의 면광원(21a 및 21b)은 광축 AX를 중심으로 하는 둥근 띠 모양 영역의 외측 원(21c) 및 해당 둥근 띠 모양 영역의 내측 원(21d)과, 광축 AX로부터 지름 방향으로 연장하는 2개의 선분(21e 및 21f)에 의해 대략 규정되는 원호 모양의 외형 형상을 가진다. 제1 변형예에 있어서도 제1 굴절면영역(41a) 및 제2 굴절면영역(41b)을 X방향에 따라서 조밀 배치할 수 있도록 둥근 띠 모양 영역으로부터 얻어지는 충실한 원호 모양을 약간 변형시킨 외형 형상을 제1 굴절면영역(41a) 및 제2 굴절면영역(41b)에 적용하는 것이 바람직하다.
즉, 둥근 띠 모양 영역의 중심으로부터 지름 방향으로 연장하는 2개의 선분(도 6(b)의 21e, 21f에 대응)과 둥근 띠 모양 영역의 내측 원(도 6(b)의 21d에 대응)과 둥근 띠 모양 영역의 외측 원(도 6(b)의 21c에 대응)에 의해 규정되는 원호 모양으로부터 내측의 원호의 곡율을 외측의 원호의 곡율에 일치시켜 얻어지는 원호 모양의 외형 형상 또는 외측의 원호의 곡율을 내측의 원호의 곡율에 일치시켜 얻어지는 원호 모양의 외형 형상을 제1 굴절면영역(41a) 및 제2 굴절면영역(41b)에 적용하는 것이 바람직하다.
또, 상술한 실시 형태에서는 제1 굴절면영역(4a) 및 제2 굴절면영역(4b)이 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분의 영역에 대응한 원호 모양의 외형 형상을 가진다. 그렇지만, 이것으로 한정되지 않고, 일반적으로 소정의 방향으로 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 예를 들어 궁상으로 만곡한 외형 형상이나 궁상으로 절곡한 외형 형상을 제1 굴절면영역 및 제2 굴절면영역의 적어도 한쪽에 적용할 수도 있다. 구체적으로, 제1 굴절면영역 및 제2 굴절면영역에 대해서, 도 7에 나타내는 바와 같이 산(山) 형상으로 절곡된 외형 형상을 적용하여도, 도 8에 나타내는 바와 같이 편평산 형상으로 절곡된 외형 형상을 적용하여도 상술한 실시 형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 7(a)을 참조하면, 제2 변형예의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(42)에서는 제1 굴절면영역(42a) 및 제2 굴절면영역(42b)이 산 형상으로 절곡된 육각 형상의 외형 형상을 가진다. 따라서, 제2 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(42)의 작용에 의해, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 산 형상으로 절곡된 육각 형상의 면광원(22a 및 22b) 으로 이루어진 2극 모양의 2차 광원이 형성된다.
도 8(a)을 참조하면, 제3 변형예의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)3에서는 제1 굴절면영역(43a) 및 제2 굴절면영역(43b)이 편평산 형상으로 절곡된 팔각 형상의 외형 형상을 가진다. 따라서, 제3 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)3의 작용에 의해, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이, 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 편평산 형상으로 절곡된 팔각 형상의 면광원(23a 및 23b)으로 이루어진 2극 모양의 2차 광원이 형성된다.
이상과 같이, 도 3 ~ 도 5에 나타내는 실시 형태의 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 있어서, 제1 굴절면영역이나 제2 굴절면영역의 외형 형상, 수, 배치 등에 대해서 여러 가지 변형예가 가능하다.
또한, 상술의 설명에서는 2극 조명을 실시하는 예를 나타내고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 도 3 ~ 도 5의 실시 형태에 유사한 구성에 근거하여 4극 조명 용의 마이크로 플라이 아이 렌즈를 실현할 수 있다. 이하, 도 9 ~ 도 12를 참조하여 제4 변형예에 관한 4극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈에 대해서 설명한다. 도 9를 참조하면, 제4 변형예에 관한 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)의 입사 측(광원 측)에는 -X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제1 굴절면영역(44a)과, +X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제2 굴절면영역(44b)과, +Z방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제3 굴절면영역(44c)과, -Z방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제4 굴절면영역(44d)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 굴절면영역(44a) 및 제2 굴절면영역(44b)은, 도 3 ~ 도 5에 나타내는 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 있어서의 제1 굴절면영역(4a) 및 제2 굴절면영역(4b)에 대응한 구성을 가진다. 또, 제3 굴절면영역(44c)은 제1 굴절면영역(44a)을 도면 중 시계방향으로 90도 회전하여 얻어지는 구성을 가지고, 제4 굴절면영역(44d)은 제 2 굴절면영역(44b)을 도면 중 시계방향으로 90도 회전하여 얻어지는 구성을 가진다. 또한, 제1 굴절면영역(44a) 및 제2 굴절면영역(44b)과 제3 굴절면영역(44c) 및 제4 굴절면영역(44d)과의 사이에 있어서 도면 중 해칭(hatching)이 시행된 영역(44e)은 차광영역이다.
한편, 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)의 사출 측(마스크 측)에는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 다수의 제1 굴절면영역(44a)에 대응하도록 X방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제1 편향면영역(44f)과, 다수의 제2 굴절면영역(44b)에 대응하도록 X방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제2 편향면영역(44g)과, 다수의 제3 굴절면영역(44c)에 대응하도록 Z방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제3 편향면영역(44h)과, 다수의 제4 굴절면영역(44d)에 대응하도록 Z방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제4 편향면영역(44i)이 형성되어 있다. 또한, 제1 편향면영역(44f) 및 제2 편향면영역(44g)과 제3 편향면영역(44h) 및 제4 편향면영역(44i)과의 사이에 있어서 도면 중 해칭이 시행된 영역(44j)은 차광영역이다. 사출 측의 차광영역(44j)은 입사 측의 차광영역(44e)에 대응하도록 설치되어 있다.
여기서, 도 10 및 도 11을 참조하면, 제1 편향면영역(44f)은 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 있어서의 제1 편향면영역(4c)과 마찬가지로 +X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가지고, 제2 편향면영역(44g)은 제2 편향면영역(4d)과 마찬가지로 X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가진다. 또, 제3 편향면영역(44h)은 제1 편향면영역(44f)을 도면 중 반시계방향으로 90도 회전하여 얻어지는 구성을 가지고, 제4 편향면영역(44i)은 제2 편향면영역(44g)을 도면 중 반시계방향으로 90도 회전하여 얻어지는 구성을 가진다. 즉, 제3 편향면영역(44h)은 -Z방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가지고, 제4 편향면영역(44i)은 +Z방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가진다.
이렇게 하여, 제4 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)의 작용에 의해, 도 12에 나타내는 바와 같이, 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 원호 모양의 면광원(24a 및 24b)과, 광축 AX를 사이에 두고 Z방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 원호 모양의 면광원(24c 및 24d)으로 이루어지는 십자형 4극 모양의 2차 광원이 형성된다. 각 면광원(24a ~ 24d)에 있어서의 광강도를 서로 대략 일치시키기 위해서, 제1 굴절면영역(44a)의 수와 제2 굴절면영역(44b)의 수와 제3 굴절면영역(44c)의 수와 제4 굴절면영역(44d)의 수가 서로 거의 같게 하는 것이 바람직하다.
제4 변형예에서는 예를 들어 조명동에 있어서의 X방향과 광학적으로 대응하는 방향으로 피치 방향을 가지는 마스크 패턴 및 조명동에 있어서의 Z방향과 광학적으로 대응하는 방향으로 피치 방향을 가지는 마스크 패턴을 조명광학장치(1 ~ 13)의 최대 개구수(NA)에 대응하는 고NA의 광속으로 조명할 수 있고, 나아가서는 고콘트라스트의 패턴상을 웨이퍼(W) 위에 형성할 수 있다.
또한, 제4 변형예의 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)에 있어서, 제1 변형예 ~ 제3 변형예에 나타내는 다른 적당한 궁상의 외형 형상을 적용할 수도 있다. 즉, 제4 변형예에 있어서, 각 굴절면영역의 외형 형상, 수, 배치 등에 대해서 여러 가지 변형예가 가능하고, 또한 각 편향면영역의 면형상 등에 대해서도 여러 가지 변형예가 가능하다.
구체적으로, 제4 변형예에서는 각 편향면영역(44f ~ 44i)이 각각 1종류의 법선에 의해서 규정되는 평면 형상을 가진다. 즉, 다수의 제1 편향면영역(44f)은 서로 평행한 평면 형상을 가지고, 다수의 제2 편향면영역(44g)은 서로 평행한 평면 형상을 가지며, 다수의 제3 편향면영역(44h)은 서로 평행한 평면 형상을 가지고, 다수의 제4 편향면영역(44i)은 서로 평행한 평면 형상을 가진다. 그렇지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 각 편향면영역이 각각 2 종류의 법선에 의해서 규정 되는 평면 형상을 가지는 구성에 근거하여, 도 13(a)에 나타내는 십자형의 이중 4극 모양의 2차 광원, 즉 8극 모양의 2차 광원을 형성할 수 있다.
다만, 도 13(b)에 나타내는 X자형의 이중 4극 모양의 2차 광원을 형성하는 데는 제4 변형예의 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)에 있어서, 각 편향면영역의 평면 형상을 각각 2종류의 법선에 의해서 규정함과 동시에, 다수의 굴절면영역 및 편향면영역의 배치를 Y축 방향으로 45도 회전시킬 필요가 있다. 또한, 필요하면, 도 3 ~ 도 5의 실시 형태 및 제1 변형예 ~ 제3 변형예에 있어서도 각 편향면영역의 평면 형상을 각각 2종류의 법선에 의해서 규정하는 것에 의해, 이중 2극 모양의 2차 광원(도시 생략)을 형성할 수 있다.
또한, 도 3 ~ 도 5의 실시 형태에 유사한 구성에 근거하여, 3극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈를 실현할 수 있다. 이하, 도 14 및 도 15를 참조하여 제5 변형예에 관한 3극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈에 대해 설명한다. 도 14(a)를 참조하면, 제5 변형예에 관한 3극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(45)의 입사 측(광원 측)에는 -X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제1 굴절면영역(45a)과, +X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제2 굴절면영역(45b)이 형성되어 있다. 또, 인접하는 2개의 제1 굴절면영역(45a)의 사이 및 인접하는 2개의 제2 굴절면영역(45b)의 사이에 다수의 제3 굴절면영역(45c)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 굴절면영역(45a) 및 제2 굴절면영역(45b)은, 도 3 ~ 도 5에 나타내는 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 있어서의 제1 굴절면영역(4a) 및 제2 굴절면영역(4b)에 대응한 구성을 가진다. 한편, 제3 굴절면영역(45c)는 제1 굴절면영역(45a)이나 제2 굴절면영역(45b)에 대응하는 원호 모양의 영역을 Z방향으로 분할(도 14에서는 예시적으로 5등 분할)하여 얻어지는 대략 직사각형 모양(혹은 정방형(正方形)에 가까운 원호 모양)의 외형 형상을 가진다. 또, 제3 굴절면영역(45c)은 제1 굴절면영역(45a)이나 제2 굴절면영역(45b)과 마찬가지로 볼록면 형상(또는 오목면 형상)을 가지고, 입사광에 굴절작용을 부여하는 기능을 가진다.
일반적으로, 각 제3 굴절면영역(45c)의 면형상으로서 제1 굴절면영역(45a)이나 제2 굴절면영역(45b)의 경우와 마찬가지로, 예를 들어 구면의 일부, 회전 대칭비구면의 일부, 회전 비대칭 비구면(토릭면 등)의 일부 등을 포함한 여러 가지 면형상을 적용할 수 있다. 제5 변형예에서는 설명의 단순화를 위해서, 각 제3 굴절면영역(45c)은 예를 들어 광축 AX에 평행한 각 중심축선에 관해서 대칭인 구면 모양의 볼록면 형상을 가지는 것으로 한다.
한편, 3극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(45)의 사출 측(마스크 측)에는, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 다수의 제1 굴절면영역(45a)에 대응하도록 X방향에 따라서 배치된 원호 모양의 다수의 제1 편향면영역(45d)과, 다수의 제2 굴절면영역(45b)에 대응하도록 X방향에 따라서 배치된 원호 모양의 다수의 제2 편향면영역(45e)과, 다수의 제3 굴절면영역(45c)에 대응하도록 배치된 대략 직사각형 모양의 다수의 제3 편향면영역(45f)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 편향면영역(45d)은 2극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(4)에 있어서의 제1 편향면영역(4c)과 마찬가지로 +X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형 상을 가지고, 제2 편향면영역(45e)은 제2 편향면영역(4d)과 마찬가지로 -X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가진다. 한편, 제3 편향면영역(45f)은 광축 AX에 수직인(나아가서는 Y축에 수직인) 평면 형상을 가지고, 대응하는 제3 굴절면영역(45c)을 통하여 광축 AX에 평행으로 입사한 광선의 진행방향을 바꾸지 않고 투과시키는 기능을 가진다.
따라서, 각 제3 굴절면영역(45c)을 통하여 각 제3 편향면영역(45f)으로 유도된 대략 평행광속은 각 제3 편향면영역(45f)에 있어서 편향작용을 실질적으로 받지 않고, 조명동면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 대략 원형 모양의 광강도분포를 중첩적으로 형성한다. 이렇게 하여, 제5 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(45)의 작용에 의해, 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 원호 모양의 면광원(25a 및 25b)과, 광축 AX를 중심으로 한 대략 원형 모양의 면광원(25c)으로 이루어지는 3극 모양의 2차 광원이 형성된다.
또한, 조명동면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 원형 모양의 광강도분포를 정확하게 얻는 데는 중심극의 면광원(25c)에 이르는 광 또는 면광원(25c)으로부터의 광을 도 15(b)에 나타내는 개구 조리개(10a)의 중심극용 개구부재(10aa)의 원형 모양 개구부(광투과부)에 의해 제한하는 것이 바람직하다. 개구 조리개(10a)는 한 쌍의 원호 모양의 면광원(25a 및 25b)에 외접하는 원에 의해서 규정되는 원형 모양 개구부를 가지는 외측 개구부재(10ab)를 구비하고 있다. 중심극용 개구부재(10aa)는 외측 개구부재(10ab)로부터 지름 방향에 내측으로 연장하는 4개의 현(弦)부 재(10ac)에 의해 유지되고 있다.
마찬가지로, 도 9 ~ 도 12의 제4 변형예에 유사한 구성에 근거하여, 5극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈를 실현할 수 있다. 이하, 도 16 및 도 17을 참조하여 제6 변형예에 관한 5극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈에 대해 설명한다. 도 16(a)을 참조하면, 제6 변형예에 관한 5극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(46)의 입사 측(광원 측)에는 -X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제1 굴절면영역(46a)과, +X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제2 굴절면영역(46b)과, +Z방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제3 굴절면영역(46c)과, -Z방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제4 굴절면영역(46d)이 형성되어 있다. 또, 인접하는 2개의 제1 굴절면영역(46a)의 사이, 인접하는 2개의 제2 굴절면영역(46b)의 사이, 인접하는 2개의 제3 굴절면영역(46c)의 사이 및 인접하는 2개의 제4 굴절면영역(46d)의 사이에 다수의 제5 굴절면영역(46e)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 굴절면영역(46a) ~ 제4 굴절면영역(46d)은 도 9 ~ 도 12에 나타내는 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)에 있어서의 제1 굴절면영역(44a) ~ 제4 굴절면영역(44d)에 대응한 구성을 가진다. 한편, 제5 굴절면영역(46e)은 제1 굴절면영역(46a)이나 제2 굴절면영역(46b)에 대응하는 원호 모양의 영역을 Z방향으로 분할(도 16에서는 예시적으로 5등 분할)하여 얻어지는 대략 직사각형 모양(혹은 정방형에 가까운 원호 모양)의 외형 형상 또는 제3 굴절면영역(46c)이나 제4 굴절면영역(46d)에 대응하는 원호 모양의 영역을 X방향으로 분할 (도 16에서는 예시적으로 5등 분할)하여 얻어지는 대략 직사각형 모양(혹은 정방형에 가까운 원호 모양)의 외형 형상을 가진다.
즉, 인접하는 2개의 제1 굴절면영역(46a)의 사이 및 인접하는 2개의 제2 굴절면영역(46b)의 사이에 형성된 제5 굴절면영역(46e)은 제5 변형예에 있어서의 제3 굴절면영역(45c)에 대응한 구성을 가진다. 또, 인접하는 2개의 제3 굴절면영역(46c)의 사이 및 인접하는 2개의 제4 굴절면영역(46d)의 사이에 형성된 제5 굴절면영역(46e)은 제5 변형예에 있어서의 제3 굴절면영역(45c)을 도면 중 90도 회전하여 얻어지는 구성을 가진다. 제5 굴절면영역(46e)은 제5 변형예에 있어서의 제3 굴절면영역(45c)과 마찬가지로 볼록면 형상(또는 오목면 형상)을 가지고, 입사광에 굴절작용을 부여하는 기능을 가진다. 또한, 제1 굴절면영역(46a) 및 제2 굴절면영역(46b)과 제3 굴절면영역(46c) 및 제4 굴절면영역(46d)과의 사이에는 차광영역(46f)이 설치되어 있다.
한편, 5극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(46)의 사출 측(마스크 측)에는, 도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 다수의 제1 굴절면영역(46a)에 대응하도록 X방향에 따라서 배치된 원호 모양의 다수의 제1 편향면영역(46g)과, 다수의 제2 굴절면영역(46b)에 대응하도록 X방향에 따라서 배치된 원호 모양의 다수의 제2 편향면영역(46h)과, 다수의 제3 굴절면영역(46c)에 대응하도록 Z방향에 따라서 배치된 원호 모양의 다수의 제3 편향면영역(46i)과, 다수의 제4 굴절면영역(46d)에 대응하도록 Z방향에 따라서 배치된 원호 모양의 다수의 제4 편향면영역(46j)과, 다수의 제5 굴절면영역(46e)에 대응하도록 배치된 대략 직사각형 모양의 다수의 제5 편향 면영역(46k)과, 차광영역(46f)에 대응하도록 배치된 차광영역(46m)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 편향면영역(46g)은 4극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)에 있어서의 제1 편향면영역(44f)과 마찬가지로 +X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가지고, 제2 편향면영역(46h)은 제2 편향면영역(44g)과 마찬가지로 -X방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가지며, 제3 편향면영역(46i)은 제3 편향면영역(44h)과 마찬가지로 -Z방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가지고, 제4 편향면영역(46j)은 제4 편향면영역(44i)과 마찬가지로 +Z방향을 향하여 오름 구배의 평면 형상을 가진다. 한편, 제5 편향면영역(46k)은 3극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(45)에 있어서의 제3 편향면영역(45f)과 마찬가지로 광축 AX에 수직인(나아가서는 Y축에 수직인) 평면 형상을 가지고, 대응하는 제5 굴절면영역(46e)을 통하여 광축 AX에 평행하게 입사한 광선의 진행방향을 바꾸지 않고 투과시키는 기능을 가진다.
따라서, 각 제5 굴절면영역(46e)을 통하여 각 제5 편향면영역(46k)으로 유도된 대략 평행광속은 각 제5 편향면영역(46k)에 있어서 편향작용을 실질적으로 받지 않고, 조명동면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 대략 원형 모양의 광강도분포를 중첩적으로 형성한다. 이렇게 하여, 제6 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(46)의 작용에 의해, 도 17에 나타내는 바와 같이, 광축 AX를 사이에 두고 X방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 원호 모양의 면광원(26a 및 26b)과, 광축 AX를 사이에 두고 Z방향으로 대칭 배치된 한 쌍의 원호 모양의 면광원(26c 및 26d)과, 광축 AX를 중심 으로 한 대략 원형 모양의 면광원(26e)으로 이루어지는 5극 모양의 2차 광원이 형성된다. 제6 변형예에 있어서도, 조명동면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 원형 모양의 광강도분포를 정확하게 얻는 데는 중심극의 면광원(26e)에 이르는 광 또는 면광원(26e)으로부터의 광을 도 15(b)에 나타내는 개구 조리개(10a)의 중심극용 개구부재(10aa)의 원형 모양 개구부에 의해 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 제5 변형예의 3극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(45) 및 제6 변형예의 5극 조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈(46)에 있어서, 제1 변형예 ~ 제3 변형예에 나타내 바와 같은 다른 적당한 궁상의 외형 형상을 적용할 수도 있다. 즉, 제5 변형예에 있어서, 제3 굴절면영역(45c)을 제외한 각 굴절면영역의 외형 형상, 수, 배치 등에 대해서 여러 가지 변형예가 가능하다. 또, 제6 변형예에 있어서, 제5 굴절면영역(46e)을 제외한 각 굴절면영역의 외형 형상, 수, 배치 등에 대해서 여러 가지 변형예가 가능하다.
또, 제5 변형예 및 제6 변형예에서는 중심극의 면광원을 중첩적으로 형성하기 위한 제3 굴절면영역(45c) 및 제5 굴절면영역(46e)이 다른 굴절면영역과 인접하는 원호 모양 영역을 분할한 대략 직사각형 모양의 외형 형상을 가진다. 그렇지만, 이것으로 한정되지 않고, 중심극의 면광원을 중첩적으로 형성하기 위한 중심극용 굴절면영역의 외형 형상, 수, 배치 등에 대해서 여러 가지 변형예가 가능하다. 일례로서 중심극용 굴절면영역의 외형 형상을 원형으로 설정한 구성예를 도 18에 나타낸다.
도 18의 구성예에서는 마이크로 플라이 아이 렌즈의 입사 측(광원 측)에 있 어서, 인접하는 2개의 굴절면영역(51)의 사이에 다수의 원형 모양의 중심극용 굴절면영역(52)이 형성되어 있다. 굴절면영역(51)은, 제5 변형예의 제1 굴절면영역(45a) 또는 제2 굴절면영역(45b)에 대응하고 있다. 혹은, 굴절면영역(51)은 제6 변형예의 제1 굴절면영역(46a), 제2 굴절면영역(46b), 제3 굴절면영역(46c) 또는 제4 굴절면영역(46d)에 대응하고 있다. 한편, 중심극용 굴절면영역(52)은 굴절면영역(51)에 대응하는 원호 모양의 영역에 있어서 서로 인접하도록 늘어서 형성되어 있다. 또한, 인접하는 2개의 굴절면영역(51) 사이의 원호 모양 영역에 있어서 중심극용 굴절면영역(52)을 제외한 영역에는 해칭이 시행되어 있지만, 이 해칭 영역(53)은 차광영역이다.
중심극용 굴절면영역(52)은 제5 변형예의 제3 굴절면영역(45c)이나 제6 변형예의 제5 굴절면영역(46e)과 마찬가지로 볼록면 형상(또는 오목면 형상)을 가지고, 입사광에 굴절작용을 부여하는 기능을 가진다. 구체적으로는 중심극용 굴절면영역(52)은 예를 들어 광축 AX에 평행한 각 중심축선에 관해서 대칭인 구면 모양의 볼록면 형상을 가진다. 또한, 도시를 생략하였으나, 마이크로 플라이 아이 렌즈의 사출 측(마스크 측)에는 다수의 중심극용 굴절면영역(52)에 대응하도록 다수의 원형 모양의 중심극용 편향면영역이 설치되고, 차광영역(53)에 대응하도록 차광영역이 설치되어 있다.
중심극용 편향면영역은 제5 변형예의 제3 편향면영역(45f)이나 제6 변형예의 제5 편향면영역(46k)과 마찬가지로 광축 AX에 수직인(나아가서는 Y축에 수직인) 평면 형상을 가지고, 대응하는 중심극용 굴절면영역(52)을 통하여 광축 AX에 평행하 게 입사한 광선의 진행방향을 바꾸지 않고 투과시키는 기능을 가진다. 따라서, 각 중심극용 굴절면영역(52)을 통하여 각 중심극용 편향면영역으로 유도된 대략 평행광속은 각 중심극용 편향면영역에 있어서 편향작용을 실질적으로 받지 않고, 조명동면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 정확하게 원형 모양의 광강도분포를 중첩적으로 형성한다. 따라서, 이 경우, 도 15(b)에 나타내는 개구 조리개(10a)의 중심극용 개구 부재(10aa)의 원형 모양 개구부에 의해 광속을 제한할 필요는 없다.
또, 중심극용 굴절면영역(52)에 대신하여, 혹은 중심극용 굴절면영역(52)에 더하여, 단부에 배치된 굴절면영역(51a)에 접하는 초승달 모양의 영역에 여러 가지 크기를 가지는 복수의 원형 모양의 중심극용 굴절면영역(54)과, 나머지 영역을 차지하는 차광영역(55)을 형성하는 구성예도 가능하다. 이 경우도, 마이크로 플라이 아이 렌즈의 사출 측(마스크 측)에 복수의 중심극용 굴절면영역(54)에 대응하도록 여러 가지 크기를 가지는 복수의 원형 모양의 중심극용 편향면영역이 설치되고, 차광영역(55)에 대응하도록 차광영역이 설치되어 있다.
또, 중심극용 굴절면영역(54)은 광축 AX에 평행한 각 중심축선에 관해서 대칭인 구면 모양의 볼록면 형상을 가지고, 중심극용 편향면영역은 광축 AX에 수직인(나아가서는 Y축에 수직인) 평면 형상을 가진다. 다만, 각 중심극용 굴절면영역(54)을 통한 광이 조명동면에 있어서 광축 AX를 중심으로 한 원형 영역에 중첩 되도록 각 중심극용 굴절면영역(54)에는 그 외형 형상의 크기에 따른 굴절력이 부여되고 있다. 따라서, 이 경우도 도 15(b)에 나타내는 개구 조리개(10a)의 중심극용 개구부재(10aa)의 원형 모양 개구부에 의해 광속을 제한할 필요는 없다.
또한, 상술한 실시 형태 및 각 변형예에서는 입사 측에 굴절면영역을 형성 함과 동시에 사출 측에 편향면영역을 형성한 마이크로 플라이 아이 렌즈를 이용하고 있지만, 입사 측에 편향면영역을 형성 함과 동시에 사출 측에 굴절면영역을 형성한 마이크로 플라이 아이 렌즈를 실현할 수도 있다.
또, 상술한 실시 형태 및 각 변형예에서는 편향면영역을 무굴절력의 평면 형상에 형성하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 편향면영역을 실질적으로 굴절력을 가지는 곡면 형상, 예를 들어 볼록형상의 구면 또는 비구면, 오목형상의 구면 또는 비구면 등에 대응하는 곡면 형상으로 형성할 수도 있다. 이 구성에 의해, 굴절면영역의 굴절작용을 분담할 수 있다.
또, 마이크로 플라이 아이 렌즈(4 ; 41 ~ 46)를 물리적인 가공을 이용하여 형성하는 경우, 가공 오차가 생기면 2차 광원의 광강도분포가 소망의 광강도분포가 되지 않을 우려가 있지만, 이와 같은 경우에는 예를 들어 조명동면에 보정 필터를 배치하면 좋다. 이와 같은 조명동면에 배치되는 보정 필터는, 예를 들어 일본국 특개2004-247527호 공보에 개시되어 있다.
또한, 상술한 설명에서는 파장이 짧은 자외역의 광에 대해서 충분한 내구성을 확보하기 위해서, 상술한 실시 형태 및 각 변형예에 관한 마이크로 플라이 아이 렌즈(4 ; 41 ~ 46)를 형석에 의해 형성하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들어 불소화 바륨, 불소화 리튬, 불소화 마그네슘, 불소화 나트륨, 불소화 스트론튬과 같은 다른 불소화물 결정재료에 의해 형성할 수도 있다.
또, 상술한 실시 형태 및 각 변형예에 관한 마이크로 플라이 아이 렌즈(4 ; 41 ~ 46)를 예를 들어 수정(SiO2), 티탄산바륨(BaTiO3), 삼산화 티탄(TiO3), 산화 마그네슘(MgO), 사파이어(Al2O3)와 같은 산화물 결정재료에 의해 형성할 수도 있다. 또한, 상술한 실시 형태 및 각 변형예에 관한 마이크로 플라이 아이 렌즈(4 ; 41 ~ 46)를 석영 유리와 같은 광투과성의 비정질 재료에 의해 형성할 수도 있다.
또, 상술한 실시 형태 및 각 변형예에 관한 마이크로 플라이 아이 렌즈(4 ; 41 ~ 46)를, 예를 들어 선광성(旋光性 : optical rotary power)을 가지는 광학재료나 리타데이션(retardation)을 가지는 광학재료로 형성할 수도 있다. 이것에 의해, 예를 들어 둥근 띠 모양 영역에 한정되어 위치하는 2차 광원을 형성하면서, 해당 2차 광원을 통과하는 광속을 그 둘레방향이 편광방향이 되는 직선 편광상태(이하, 대략적으로 「둘레방향 편광상태」라고 함)로 설정할 수 있다.
이하, 도 19 ~ 도 22를 참조하여, 제7 변형예에 관한 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈에 대해 설명한다. 도 19를 참조하면, 제7 변형예에 관한 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(47)의 입사 측(광원 측)에는 -X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제1 굴절면영역(47a)과, +X방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제2 굴절면영역(47b)과, +Z방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제3 굴절면영역(47c)과, -Z방향을 향하여 중앙이 돌출한 원호 모양의 다수의 제4 굴절면영역(47d)이 형성되어 있다.
여기서, 제1 ~ 제4 굴절면영역(47a ~ 47d)은, 도 9 ~ 도 12에 나타내는 4극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)에 있어서의 제1 ~ 제4 굴절면영역(44a ~ 44d)에 대응한 구성을 가진다. 또한, 제1 굴절면영역(47a) 및 제2 굴절면영역(47b)과 제3 굴절면영역(47c) 및 제4 굴절면영역(47d)과의 사이에 있어서 도면 중 해칭이 시행된 영역(47e)은 차광영역이다.
한편, 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(47)의 사출 측(마스크 측)에는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 다수의 제1 굴절면영역(47a)에 대응하도록 X방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제1 편향면영역(47f)과, 다수의 제2 굴절면영역(47b)에 대응하도록 X방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제2 편향면영역(47g)과, 다수의 제3 굴절면영역(47c)에 대응하도록 Z방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제3 편향면영역(47h)과, 다수의 제4 굴절면영역(47d)에 대응하도록 Z방향에 따라서 조밀 배치된 원호 모양의 다수의 제4 편향면영역(47i)이 형성되어 있다. 또한, 제1 편향면영역(47f) 및 제2 편향면영역(47g)과 제3 편향면영역(47h) 및 제4 편향면영역(47i)과의 사이에 있어서 도면 중 해칭이 시행된 영역(47j)은 차광영역이다. 사출 측의 차광영역(47j)은 입사 측의 차광영역(47e)에 대응하도록 설치되어 있다.
여기서, 제1 ~ 제4 편향면영역(47f ~ 47i)은, 도 9 ~ 도 12에 나타내는 4극 조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(44)에 있어서의 제1 ~ 제4 편향면영역(44f ~ 44i)에 대응한 구성을 가진다. 그리고, 제7 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(47)는 선광성을 가지는 광학재료, 예를 들어 수정(SiO2)으로 형성되어 있다. 이 때, 수정의 결정광학축이 광축방향(도에서는 Y축방향)과 대략 일치하고 있다.
도 21에 도시하는 바와 같이, 제7 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(47)에서는 제1 및 제2 굴절면영역(47a, 47b)(제1 및 제2 편향면영역(47f, 47g))에 대응하는 영역의 광축방향(Y축방향)의 두께(d1)와, 제3 및 제4 굴절면영역(47c, 47d)(제3 및 제4 편향면영역(47h, 47i))에 대응하는 영역의 광축방향의 두께(d2)가 d1·ρ = θ1, d2·ρ = θ2가 되도록 설정한다.
단, ρ는 광학재료(수정)의 선광능으로, θ1을 제1 및 제2 굴절면영역(47a, 47b)(제1 및 제2 편향면영역(47f, 47g))를 통과한 직선 편광의 편광방향의 회전각으로 하고, θ2를 제3 및 제4 굴절면영역(47c, 47d)(제3 및 제4 편향면영역(47h, 47i))를 통과한 직선 편광의 편광방향의 회전각으로 했을 때, θ1과 θ2와의 상대적 회전각의 차이가 90°이다.
이렇게 하여, 도 22에 나타내는 바와 같이, 제7 변형예의 마이크로 플라이 아이 렌즈(47)에 Z방향으로 편광방향을 가지는 직선 편광을 입사시키면, 제1 및 제2 굴절면영역(47a, 47b)(제1 및 제2 편향면영역(47f, 47g))을 통과한 광에 의해 형성되는 한 쌍의 원호 모양의 면광원(27a 및 27b)에서의 편광방향을 도면 중 Z방향으로 설정할 수 있고, 또한 제3 및 제4 굴절면영역(47c, 47d)(제3 및 제4 편향면영역(47h, 47i))을 통과한 광에 의해 형성되는 한 쌍의 원호 모양의 면광원(27c 및 27d)에서의 편광방향을 도면 중 X방향으로 설정할 수 있다. 즉, 둥근 띠 모양 영역에 한정되어 위치하는 2차 광원(27a ~ 27d)을 둘레방향 편광상태로 형성할 수 있고, 나아가서는 웨이퍼(W)에 대해서 S편광이 되는 편광상태로 4극 조명을 실현할 수 있다.
또한, 제7 변형예에 관한 마이크로 플라이 아이 렌즈(47)를 리타데이션을 가지는 광학재료를 이용하여 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1 및 제2 굴절면영역(47a, 47b)(제1 및 제2 편향면영역(47f, 47g))에 대응하는 광로 길이와, 제3 및 제4 굴절면영역(47c, 47d)(제3 및 제4 편향면영역(47h, 47i))에 대응하는 광로 길이의 차이가 1/2파장이면 좋다.
또, 제7 변형예에서는 둘레방향 편광상태를 수반하는 4극 모양의 2차 광원을 형성했지만, 상술한 변형예와 같이, 십자형의 이중 4극 모양의 2차 광원이나, X자형의 이중 4극 모양의 2차 광원, 3극 모양의 2차 광원이나 5극 모양의 2차 광원을 형성하여도 좋다. 또한, 각 극의 형상으로서 원호 모양으로는 한정되지 않고, 다른 적당한 궁상의 외형 형상을 적용할 수도 있다. 즉, 제7 변형예에 있어서, 각 굴절면영역의 외형 형상, 수, 배치나, 각 편향면영역의 외형 형상, 수, 배치, 각 굴절면영역과 각 편향면영역과의 광로 길이에 대해 여러 가지 변형예가 가능하다.
다음에, 도 23의 플로우 챠트를 참조하여, 상술한 실시 형태 및 각 변형예에 관한 변형조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈(4, 41 ~ 47)의 제조방법에 관한 실시 형태에 대해 설명한다.
우선, 도 23의 스텝 101에 있어서, 상술한 실시 형태와 같이, 예를 들어 형석 등의 불소화물 결정재료로 형성되는 평행 평면판을 준비한다. 또한, 제7 변형예에 관한 마이크로 플라이 아이 렌즈를 제조하는 경우에는 선광성을 가지는 광학재료나 리타데이션을 가지는 광학재료로 형성되는 평행 평면판을 준비한다.
다음의 스텝 102에 있어서, 형석제(製)의 평행 평면판의 결정면방위를 측정하고, 형석제의 평행 평면판의 결정면{111}이 광축으로 향하고 있는지 아닌지를 확인한다. 이 스텝 102에서는 예를 들어 라웨(Laue) 측정을 실시하여 결정면방위를 직접적으로 측정하는 수법이나, 형석제의 평행 평면판의 복굴절을 측정해 기지(旣知)의 결정축방위와 복굴절량과의 관계에 근거하여 측정된 복굴절로부터 결정축방위를 정하는 수법을 적용할 수 있다. 또한, 제7 변형예에 관한 마이크로 플라이 아이 렌즈를 제조하는 경우에는 선광성을 가지는 광학재료로서의 수정의 결정광학축이 광축으로 향하고 있는지 아닌지를 확인한다.
여기서, 결정면{111}이 광축으로 향해져 있고, 결정광학축이 광축으로 향해져 있는 것은 광축과 결정축방향과의 차이각이 소정의 허용량 이하인 것을 의미한다. 또한, 이 결정면방위의 측정할 때에는 형석제의 평행 평면판의 특정의 1점만의 측정이어도 좋고, 형석제의 평행 평면판에 있어서 복수점의 측정을 하여도 좋다. 또한, 형석제의 평행 평면판에 있어서 이단적(異端的)으로 결정면방위의 차이가 있는 영역이 국부적으로 존재하는 경우, 그 결정면방위의 차이가 허용값 이하이면 좋다.
그 후, 스텝 103에 있어서, 형석제의 평행 평면판을 물리적으로 가공(마이크로 머시닝, 고온 상태에서 금형을 이용하는 가공 등)하여, 복수의 편향면, 복수의 굴절면 또는 복수의 굴절 편향면을 형석제의 기판 또는 수정제의 기판 위에 창성(創成)한다.
그 후, 스텝 104에 있어서, 복수의 편향면, 복수의 굴절면 또는 복수의 굴절 편향면을 가지는 형석제의 기판, 즉 변형조명용의 마이크로 플라이 아이 렌즈의 검사를 실시한다. 이 마이크로 플라이 아이 렌즈의 검사에서는 마이크로 플라이 아이 렌즈의 파·필드에 형성되는 둥근 띠 모양 또는 다극 모양의 조사 필드의 외형이나 조도 분포가 소정의 허용값 내인지 아닌지를 검사한다. 이 검사할 때에는, 예를 들어 미국 특허 공개 제2006/0166142호 공보에 개시되는 기술을 이용할 수 있다. 여기서는, 미국 특허 공개 제2006/0166142호 공보를 참조로서 원용한다.
또한, 소정의 허용값으로부터 벗어나 있는 경우에는, 상술한 바와 같이 조명동면에 배치되는 보정 필터와 조합하여 사용하게 되므로, 둥근 띠 모양 또는 다극 모양의 조사 필드의 외형이나 조도 분포를 소정의 허용값으로 하기 위한 보정 필터의 농도분포를 산출해 두는 것이 바람직하다. 이 보정 필터의 농도분포에 관한 정보는 검사된 마이크로 플라이 아이 렌즈에 갖게 해 두는 것이 바람직하다. 여기서, 보정 필터의 농도분포에 관한 정보를 변형조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈에 갖게 하는 수법으로서는 변형조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈의 기판에 정보를 각인하는, 후술하는 변형조명용 마이크로 플라이 아이 렌즈를 유지하는 유지 부재에 예를 들어 무선 태그를 설치하여 해당 무선 태그에 기억시키는 등의 수법이나, 마이크로 플라이 아이 렌즈가 조립되는 조명광학장치 혹은 노광장치의 제조공장 내의 공정관리용의 컴퓨터에 검사된 마이크로 플라이 아이 렌즈의 제조 번호마다의 보정 필터의 정보를 대응표의 형태로 기억시키는 수법 등을 적용할 수 있다.
그 후, 스텝 105에 있어서, 검사된 마이크로 플라이 아이 렌즈를 유지 부재에 조립한다. 상술한 실시 형태에 따르면, 변형조명할 때 개구 조리개(10)에 있어 서의 광량손실을 작게 억제할 수 있고 또한 파장이 짧은 자외역의 광에 대해서 충분한 내구성을 가지는 마이크로 플라이 아이 렌즈를 제조할 수 있다.
상술한 실시 형태에 관한 노광장치에서는 조명광학장치에 의해서 마스크(레티클(reticle))를 조명하고(조명공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광하는(노광공정) 것에 따라, 마이크로 디바이스(반도체소자, 촬상소자, 액정표시소자, 박막 자기헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 상술한 실시 형태의 노광장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성하는 것에 의해, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 수법의 일례에 대해 도 24의 플로우 챠트를 참조해 설명한다.
먼저, 도 24의 스텝 301에 있어서, 1로트(lot)의 웨이퍼 위에 금속막이 증착 된다. 다음의 스텝 302에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 위의 금속막 위에 포토레지스트(photoresist)가 도포된다. 그 후, 스텝 303에 있어서, 상술한 실시 형태의 노광장치를 이용하여 마스크 위의 패턴의 상이 그 투영 광학계를 통하여 그 1로트의 웨이퍼 위의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 스텝 304에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 위의 포토레지스트의 현상을 행한 후, 스텝 305에 있어서, 그 1로트의 웨이퍼 위에서 레지스터 패턴을 마스크로서 에칭을 실시하는 것에 의해서, 마스크 위의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼 위의 각 쇼트 영역에 형성된다. 그 후, 더욱 위의 레이어(layer)의 회로 패턴의 형성 등을 실시하는 것에 의해서, 반도체소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술한 반도체 디바이스 제조방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 가지는 반도체 디바이스를 쓰로우풋 좋게 얻을 수 있다.
또, 상술한 실시 형태의 노광장치에서는 플레이트(유리 기판) 위에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성하는 것에 의해, 마이크로 디바이스로서의 액정표시소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 25의 프로우 챠트를 참조하여, 이 때의 수법의 일례에 대해 설명한다. 도 25에 있어서, 패턴 형성 공정 401에서는 상술한 실시 형태의 노광장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스터가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는 소위 광 리소그라피 공정이 실행된다. 이 광 리소그라피 공정에 의해서, 감광성 기판 위에는 다수의 전극 등을 포함한 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은 현상공정, 에칭 공정, 레지스터 박리 공정 등의 각 공정을 거치는 것에 의해서, 기판 위에 소정의 패턴이 형성되고, 다음의 칼라 필터 형성 공정 402로 이행한다.
다음에, 칼라 필터 형성 공정 402에서는 R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트(dot) 그룹이 매트릭스 모양으로 다수 배열되거나 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프 필터의 그룹을 복수 수평 주사선 방향으로 배열한 칼라 필터를 형성한다. 그리고, 칼라 필터 형성 공정 402의 후에 셀 조립 공정 403이 실행된다. 셀 조립 공정 403에서는 패턴 형성 공정 401에서 얻어진 소정 패턴을 가지는 기판 및 칼라 필터 형성 공정 402에서 얻을 수 있던 칼라 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다.
셀 조립 공정 403에서는, 예를 들면, 패턴 형성 공정 401에서 얻어진 소정 패턴을 가지는 기판과 칼라 필터 형성 공정 402에서 얻어진 칼라 필터와의 사이에 액정을 주입하여 액정 패널(액정 셀)을 제조한다. 그 후, 모듈 조립 공정 404에서 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 실시하게 하는 전기 회로, 백 라이트 등의 각 부품을 부착하여 액정표시소자로서 완성시킨다. 상술의 액정표시소자의 제조방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 가지는 액정표시소자를 쓰로우풋 좋게 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저, 광(파장 : 193㎚)이나 KrF 엑시머 레이저 광(파장 : 248㎚)을 이용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 다른 적당한 레이저 광원, 예를 들어 파장 157㎚의 레이저 광을 공급하는 F2 레이저 광원 등에 대해 본 발명을 적용할 수도 있다.
또, 상술한 실시 형태에서는 노광장치에 있어서 마스크 또는 웨이퍼를 조명하는 조명광학장치에 대해서 본 발명을 적용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 마스크 또는 웨이퍼 이외의 피조사면을 조명하는 일반적인 조명광학장치에 대해서 본 발명을 적용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은 옵티컬 인테그레이터, 조명광학장치, 노광장치 및 디바이스의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 반도체소자, 촬상소자, 액정표시소자, 박막 자기헤드 등의 디바이스를 리소그라피 공정으로 제조할 때에 사용되는 노광장치의 조명광학장치에 바람직한 옵티컬 인테그레이터에 이용 가능하다.

Claims (42)

  1. 파면(波面)분할형의 옵티컬 인테그레이터(optical integrator)에 있어서,
    입사광에 굴절작용을 부여하기 위한 복수의 굴절면영역을 구비하고,
    상기 복수의 굴절면영역은 제1 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상(弓狀)의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 굴절면영역과, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 굴절면영역을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향과는 서로 역방향인 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 제1 굴절면영역과 상기 제2 굴절면영역과는 연속하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 굴절면영역의 외형 형상과 상기 복수의 제2 굴절면영역의 외형 형상은 상기 제1 방향과 직교하는 제3 방향에 관해서 대략 대칭인 것을 특징 으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 굴절면영역 및 상기 복수의 제2 굴절면영역 중 적어도 한쪽은 궁상으로 만곡한 외형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 궁상으로 만곡한 외형 형상은 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분의 영역의 외형 형상에 대응하고 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  7. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 굴절면영역 및 상기 복수의 제2 굴절면영역 중 적어도 한쪽은 궁상으로 절곡된 외형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  8. 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 굴절면영역의 수와 상기 복수의 제2 굴절면영역의 수는 서로 거의 같은 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역은 상기 제1 방향과 직교하는 제3 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제3 굴절면영역과, 상기 제3 방향과는 역방향의 제4 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제4 굴절면영역을 더 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 제3 굴절면영역의 외형 형상과 상기 복수의 제4 굴절면영역의 외형 형상은 상기 제1 방향에 관해서 대략 대칭인 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  11. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 복수의 제3 굴절면영역 및 상기 복수의 제4 굴절면영역 중 적어도 한쪽은 궁상으로 만곡한 외형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 궁상으로 만곡한 외형 형상은 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분의 영역의 외형 형상에 대응하고 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  13. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    상기 복수의 제3 굴절면영역 및 상기 복수의 제4 굴절면영역 중 적어도 한쪽은 궁상으로 절곡된 외형 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  14. 청구항 9 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 제3 굴절면영역의 수와 상기 복수의 제4 굴절면영역의 수는 서로 거의 같은 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  15. 청구항 11 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역에 대응하도록 설치되어 입사광의 진행방향을 바꾸기 위한 복수의 편향면영역을 구비하고,
    상기 복수의 편향면영역은 상기 복수의 제3 굴절면영역에 대응하여 상기 제3 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제3 편향면영역과, 상기 복수의 제4 굴절면영역에 대응하여 상기 제4 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제4 편향면영역을 더 가지며,
    상기 복수의 제3 편향면영역은 상기 제3 방향에 따라서 경사진 제3 법선으로 규정되는 평면 형상을 가지고, 상기 복수의 제4 편향면영역은 상기 제4 방향에 따라서 상기 제3 법선과는 역방향으로 경사진 제4 법선으로 규정되는 평면 형상을 더 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  16. 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역에 대응하도록 설치되어 입사광의 진행방향을 바꾸기 위한 복수의 편향면영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역은 단일의 광학부재의 입사 측에 형성되고,
    상기 복수의 편향면영역은 상기 단일의 광학부재의 사출 측에 형성되어, 상기 복수의 굴절면영역을 통한 광의 진행방향을 바꾸는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  18. 청구항 16 또는 17에 있어서,
    상기 복수의 편향면영역은 상기 복수의 제1 굴절면영역에 대응하여 상기 제1 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 편향면영역과, 상기 복수의 제2 굴절면영역에 대응하여 상기 제2 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 편향면영역을 가지고,
    상기 복수의 제1 편향면영역은 상기 제1 방향에 따라서 경사진 제1 법선으로 규정되는 평면 형상을 가지며, 상기 복수의 제2 편향면영역은 상기 제2 방향에 따라서 상기 제1 법선과는 역방향으로 경사진 제2 법선으로 규정되는 평면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  19. 청구항 16 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역은 상기 궁상의 외형 형상과는 실질적으로 다른 외형 형상을 가지는 복수의 제5 굴절면영역을 더 가지고,
    상기 복수의 편향면영역은 상기 복수의 제5 굴절면영역에 대응한 외형 형상을 가지며 또한 상기 제1 방향과 대략 평행한 평면 형상을 가지는 복수의 제5 편향면영역을 더 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 편향면영역은 단일의 광학부재의 입사 측에 형성되어 입사광의 진행방향을 바꾸고,
    상기 복수의 굴절면영역은 상기 복수의 편향면영역에 대응하도록 상기 단일의 광학부재의 사출 측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  21. 청구항 1 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역의 각각은 볼록면 형상 또는 오목면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  22. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역은 단일의 광학부재 위에 형성되고,
    상기 단일의 광학부재는 불소화물 결정재료에 의해 형성되어 있는 것을 특징 으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  23. 청구항 1 내지 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 옵티컬 인테그레이터는 불소화물 결정재료에 의해 형성된 평행 평면판을 가공하는 것에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  24. 청구항 1 내지 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 굴절면영역은 단일의 광학부재 위에 형성되고,
    상기 단일의 광학부재는 입방정계(立方晶系)의 불소화물 결정재료에 의해 형성되며, 상기 입사광의 진행방향에 대해서 결정면{111}을 향하여 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  25. 청구항 1 내지 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 옵티컬 인테그레이터는 선광성(旋光性)을 가지는 광학재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 광학재료는 수정이고, 이 수정의 결정광학축이 상기 입사광의 진행방향에 대해서 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  27. 입사광에 근거하여 소정 형상의 파-필드 패턴(far-field pattern)을 형성하는 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터에 있어서,
    상기 입사광을 파면분할하기 위한 복수의 파면분할영역을 구비하고,
    상기 복수의 파면분할영역은 제1 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 파면분할영역과, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 파면분할영역을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 소정 형상의 파-필드 패턴은 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 일부분의 제1 영역과, 상기 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 다른 일부분의 제2 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  29. 청구항 28에 있어서,
    상기 소정 형상의 파-필드 패턴은 상기 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향에 따른 편광방향을 가지는 광에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  30. 청구항 27 내지 29 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 옵티컬 인테그레이터는 선광성을 가지는 광학재료에 의해 형성되는 것 을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 광학재료는 수정이고, 이 수정의 결정광학축이 상기 입사광의 진행방향에 대해서 일치하고 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  32. 청구항 27 내지 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 파면분할영역에 대응하도록 설치되어 입사광의 진행방향을 바꾸기 위한 복수의 편향면영역을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  33. 입사광에 근거하여 소정 형상의 파-필드 패턴을 형성하는 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터에 있어서,
    입사광에 굴절작용을 부여하기 위한 복수의 굴절면영역과, 상기 복수의 굴절면영역에 대응하도록 설치되어 입사광의 진행방향을 바꾸기 위한 복수의 편향면영역을 구비하고,
    상기 파-필드 패턴은 상기 굴절면영역 및 상기 편향면영역을 통과한 광속(光束)에 의해 형성되며, 또한 둥근 띠 모양의 영역에 한정되어 위치하고,
    상기 파-필드 패턴을 형성하는 광속의 편광방향은 상기 둥근 띠 모양의 영역의 둘레방향으로 설정되는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  34. 파면분할형의 옵티컬 인테그레이터의 제조방법에 있어서,
    광투과성 기판을 준비하는 공정과,
    이 광투과성 기판의 표면에 복수의 파면분할영역을 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 복수의 파면분할영역을 형성하는 공정은,
    제1 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제1 파면분할영역을 형성하는 공정과, 상기 제1 방향과는 다른 제2 방향을 향하여 중앙이 돌출한 궁상의 외형 형상을 가지는 복수의 제2 파면분할영역을 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 복수의 파면분할영역을 형성하는 공정은 입사광에 굴절작용을 부여하기 위한 복수의 굴절면영역을 형성하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 광투과성 기판의 상기 표면과는 다른 별도의 표면에 입사광의 진행방향을 바꾸기 위한 복수의 편향면영역을 상기 복수의 굴절면영역에 대응하도록 형성하는 공정을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  37. 청구항 34 내지 36 중 어느 한 항에 기재한 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 옵티컬 인테그레이터.
  38. 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명광학장치에 있어서,
    상기 광원과 상기 피조사면과의 사이의 광로(光路) 중에 배치된 청구항 1 내지 33 및 37 중 어느 한 항에 기재한 옵티컬 인테그레이터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 옵티컬 인테그레이터로부터의 광속의 광로 중에 배치된 제2 옵티컬 인테그레이터와, 이 제2 옵티컬 인테그레이터로부터의 광을 상기 피조사면에 중첩적으로 유도하기 위한 도광(導光) 광학계를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
  40. 청구항 38 또는 39에 있어서,
    상기 광원은 대략 평행광속을 공급하는 것을 특징으로 하는 조명광학장치.
  41. 소정의 패턴을 조명하기 위한 청구항 38 내지 40 중 어느 한 항에 기재한 조명광학장치를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으 로 하는 노광장치.
  42. 청구항 41에 기재한 노광장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광공정과,
    상기 노광공정을 거친 상기 감광성 기판을 현상하는 현상공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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