KR20090119825A

KR20090119825A - 광학 적분기 시스템, 조명 광학 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20090119825A
Application number: KR1020097012083A
Authority: KR
Inventors: 나오노리 기타
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2009-11-20
Also published as: US8587764B2; TWI515766B; WO2008114836A1; TW200849331A; EP3301503A1; KR101493536B1; HK1250792A1; EP2122407A1; JP5392454B2; JP2008227497A; US20080225256A1

Abstract

광학 적분기 시스템은, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 제1 파면 분할 요소(111)를 갖는 제1 광학 적분기(110)와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 제2 파면 분할 요소(121)를 갖는 제2 광학 적분기(120)를 포함한다. 각각의 제1 파면 분할 요소는 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 광축과 평행하게 출사되도록 구성되어 있다. 각각의 제2 파면 분할 요소도, 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 광축과 평행하게 출사되도록 구성되어 있다. 이 광학 적분기 시스템은 P2/(2×tanθ)<L12의 조건을 만족한다.

Description

광학 적분기 시스템, 조명 광학 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{OPTICAL INTEGRATOR SYSTEM, ILLUMINATION OPTICAL APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 광학 적분기 시스템, 조명 광학 장치, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 반도체 디바이스, 촬상 디바이스, 액정 표시 디바이스 및 박막 자기 헤드 등의 디바이스(전자 디바이스 등)를 리소그래피에 의해 제조하는 노광 장치에 있는 조명 광학 장치에 적절하게 적용할 수 있는 광학 적분기 시스템(optical integrator system)에 관한 것이다.

노광 장치에 있어서, 광원으로부터 출사된 빔은 광학 적분기인 플라이아이 렌즈(fly's eye lens)에 입사하여, 그 플라이아이 렌즈의 후측 초점면 위에 다수의 광원으로 이루어진 2차 광원을 형성한다. 2차 광원으로부터의 빔은 개구 조리개 및 집광 렌즈(condenser lens)를 통과하여, 미리 정해진 패턴을 갖는 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크의 패턴을 통과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼 위에 집중된다. 이런 식으로 마스크 패턴이 웨이퍼 위에 투영(또는 전사)되어 그 투영 노광이 이루어진다. 마스크 패턴이 고집적화된 패턴이기 때문에, 이 미세 패턴을 웨이퍼 위에 정확하게 전사하기 위해서는 웨이퍼에서 조도 분포가 균일해야 한다.

노광 장치에 있어서, 조도 분포의 균일성을 높이기 위해서는 플라이아이 렌즈를 구성하는 미소 렌즈 요소의 개수를 가능한 한 많이 설정해야 한다. 또한, 개구 조리개에서 광량 손실을 피하기 위해서는 2차 광원을 원하는 형상에 가까운 형상으로 형성하는 것이 필요하다. 이를 위해 생각할 수 있는 방법은, 예컨대 플라이아이 렌즈를 구성하는 미소 렌즈 요소의 크기를 매우 작게 설정하는 것, 즉 마이크로 플라이아이 렌즈를 이용하는 것이다. 마이크로 플라이아이 렌즈는 예컨대 MEMS 기술(리소그래피+에칭 등)을 응용하여 평행 평면 유리판에 다수의 미소 굴절면을 형성함으로써 제조된다.

본 출원인은, 예컨대 에칭에 의해 일체적으로 형성된 다수의 미소 굴절면의 제조 오차로부터의 조도 분포에 대한 영향을 저감할 수 있는 광학 적분기로서, 양측면에 원통형 렌즈군이 형성된 한 쌍의 플라이아이 부재를 포함하는 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈를 제안하였다(예컨대 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허출원 공개 제2004-198748호 공보

발명이 해결하고자 하는 과제

일반적으로, 종횡으로 그리고 조밀하게 배열된 양면볼록 렌즈(biconvex lens) 요소들로 이루어진 종래의 플라이아이 렌즈의 경우, 각 렌즈 요소의 입사면과 출사면의 표면 형상 오차는 피조사면(노광 장치에서는 마스크면이나 웨이퍼면)에서의 조도 분포에 영향을 미친다. 특히, 피조사면과 광학적 공역 관계에 있는 입사면의 표면 형상 오차보다도 출사면의 표면 형상 오차가 피조사면에서의 조도 분포에 더 많은 영향을 미친다.

이것은, 예컨대 플라이아이 렌즈의 전단에 배치된 가동 광학 부재의 이동으로 인한, 렌즈 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위의 변화에 따라, 렌즈 요소의 출사면을 광이 통과하는 영역도 변하기 때문이다. 렌즈 요소의 출사면에 표면 형상 오차가 있는 경우, 출사면을 광이 통과하는 영역이 변하면, 피조사면 위에 형성되는 조도 분포에 변화가 있게 되어, 조명 불균일을 야기할 것이다. 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈의 경우에도 마찬가지로, 각 파면 분할 요소에서 한 방향으로 굴절력이 작용하는 한 쌍의 광학면 중에서 후측 광학면의 표면 형상 오차가 전측 광학면의 표면 형상 오차보다도 피조사면에서의 조도 분포에 더 많은 영향을 미친다.

광학 적분기의 파면 분할 요소(플라이아이 렌즈의 경우에는 렌즈 요소)에 입사한 광의 각도 및 각도 범위가 일정하다면, 조명 불균일 보정 필터 등을 이용하여, 피조사면에서 실질적으로 균일한 조도 분포를 얻을 수 있다. 그러나, 종래의 기술에서는 예컨대 가동 광학 부재의 이동(회전을 포함하는 넓은 개념)으로 인해, 광학 적분기의 파면 분할 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위에 변동이 발생할 경우, 피조사면에서 원하는 조도 분포를 얻을 수 없으며, 나아가서는 노광 시에 원하는 결상 성능을 달성하기가 곤란하게 된다.

본 발명은 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 예컨대 전단측에 가동 광학 부재가 있는 경우에도, 파면 분할 요소의 광학면의 표면 형상 오차로부터 실질적으로 영향을 받지 않고, 피조사면에서 원하는 조도 분포를 형성할 수 있는 광학 적분기 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 파면 분할 요소의 광학면의 표면 형상 오차로부터 실질적으로 영향을 받지 않고, 피조사면에서 원하는 조도 분포를 형성하는 광학 적분기 시스템을 이용하여, 원하는 조명 조건 하에서 피조사면을 조명할 수 있는 조명 광학 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 원하는 조명 조건 하에서 피조사면을 조명하는 조명 광학 장치를 이용하여, 양호한 조명 조건 하에서 양호한 노광을 수행할 수 있는 노광 장치 및 디바이스 제조 방법을 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1 형태는, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 제1 파면 분할 요소를 갖는 제1 광학 적분기와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 제2 파면 분할 요소를 갖는 제2 광학 적분기를 포함하는 광학 적분기 시스템을 제공하고, 상기 제1 광학 적분기와 상기 제2 광학 적분기는 광의 입사측으로부터 순서대로 배치되며,

상기 복수의 제1 파면 분할 요소의 각각은, 그 제1 파면 분할 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 제1 파면 분할 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되고,

상기 복수의 제2 파면 분할 요소의 각각은, 그 제2 파면 분할 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 제2 파면 분할 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되며,

상기 제1 광학 적분기의 출사면과 상기 제2 광학 적분기의 입사면과의 간격 L12는 P2/(2×tanθ)<L12의 조건을 만족하고,

여기서 P2는 상기 제2 파면 분할 요소의 미리 정해진 방향에 따른 피치이고, θ는 상기 제1 파면 분할 요소로부터의 광의 상기 미리 정해진 방향에 따른 최대 출사 각도(반각)이다.

본 발명의 제2 형태는, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 광학 요소를 갖고 균일한 출사각을 형성하는 광학 부재와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 광학 적분기를 포함하는 광학 적분기 시스템을 제공하고, 상기 광학 부재와 상기 광학 적분기는 광의 입사측으로부터 순서대로 배치되며,

상기 복수의 광학 요소의 각각은, 그 광학 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 광학 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되고,

상기 복수의 파면 분할 요소의 각각은, 그 파면 분할 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 파면 분할 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되며,

상기 광학 부재의 하나의 광학 요소는 상기 광학 적분기를 형성하는 하나의 파면 분할 요소의 입사면보다 더 넓은 영역을 조명하며, 상기 광학 적분기의 입사면보다 더 좁은 영역을 조명한다.

본 발명의 제3 형태는, 광원으로부터의 광으로 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치를 제공하며, 상기 조명 광학 장치는 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로에 배치되는 제1 형태 또는 제2 형태의 광학 적분기 시스템을 포함한다.

본 발명의 제4 형태는, 미리 정해진 패턴을 조명하기 위한 제3 형태의 조명 광학 장치를 포함하여 상기 미리 정해진 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 장치를 제공한다.

본 발명의 제5 형태는, 제4 형태의 노광 장치를 이용하여, 상기 미리 정해진 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 단계와, 상기 노광 단계 후에 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.

발명의 효과

본 발명의 광학 적분기 시스템은, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 제1 광학 적분기로서의 보조 플라이아이 요소와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 제2 광학 적분기로서의 메인 플라이아이 요소를 포함하며, 이들 요소는 광의 입사측으로부터 순서대로 배치된다. 따라서, 예컨대 광학 적분기 시스템의 전단에 배치된 가동 광학 부재의 이동으로 인해, 보조 플라이아이 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위가 변동하는 경우에도, 보조 플라이아이 요소의 작용에 의해, 메인 플라이아이 요소의 각 파면 분할 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위를 일정하게 유지할 수 있으며, 나아가서는 피조사면에서 실질적으로 균일한 조도 분포를 유지할 수 있다.

즉, 본 발명의 광학 적분기 시스템은, 예컨대 전단측에 가동 광학 부재가 존재하는 경우에도, 파면 분할 요소의 광학면의 표면 형상 오차로부터 실질적으로 영향을 받지 않고 피조사면 위에 원하는 조도 분포를 형성할 수 있다. 이에, 본 발명의 조명 광학 장치는 파면 분할 요소의 광학면의 표면 형상 오차로부터 실질적으로 영향을 받지 않고, 피조사면 위에 원하는 조도 분포를 형성하는 광학 적분기 시스템을 이용하여, 원하는 조명 조건 하에서 피조사면을 조명할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치는 원하는 조명 조건 하에서 피조사면을 조명하는 조명 광학 장치를 이용하여, 양호한 조명 조건 하에서 양호한 노광을 수행할 수 있으며, 결국 양호한 디바이스를 제조할 수 있다.

도 1은 종횡으로 그리고 조밀하게 배열된 복수의 양면볼록 렌즈 요소로 이루어진 플라이아이 요소의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 2는 플라이아이 요소에 있어서 비스듬히 입사한 평행광에 대해서도 수직 입사한 평행광과 같은 출사 NA를 확보하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 플라이아이 요소에 있어서 비스듬히 입사한 평행광과 수직 입사한 평행광에 대해 같은 출사 NA를 확보하기 위한 필요 조건을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 보조 플라이아이 요소의 하나의 파면 분할 출사면으로부터의 광으로 적어도, 메인 플라이아이 요소의 하나의 파면 분할 입사면 전체를 조명하는 데 필요한 조건을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 보조 플라이아이 요소와 메인 플라이아이 요소와의 최소 간격을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 보조 플라이아이 요소와 메인 플라이아이 요소와의 최대 간격을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 8은 도 7에 도시한 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다.

도 9는 도 7에 도시한 편광 변환 요소의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 10은 수정의 광학 활성을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 편광 변환 요소의 작용에 의해 둘레 방향 편광 상태로 설정된 환형의 2차 광원을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 12는 편광 변환 요소의 작용에 의해 둘레 방향 편광 상태로 설정된 4극형의 2차 광원을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 13은 마이크로디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻기 위한 방법의 흐름도이다.

도 14는 마이크로디바이스로서의 액정 표시 디바이스를 얻기 위한 방법의 흐름도이다.

도면 부호의 설명

1 광원 3 편광 상태 스위치

4 회절 광학 요소 5 어포컬 렌즈(afocal lens)

6 편광 변환 요소 7 원뿔 액시콘 시스템

8 줌 렌즈 9 보조 플라이아이 요소

10 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(메인 플라이아이 요소)

11 집광 광학계 12 마스크 블라인드

13 결상 광학계

110 보조 플라이아이 요소(제1 광학 적분기)

120 메인 플라이아이 요소(제2 광학 적분기)

OP 광학 적분기 시스템 M 마스크

PL 투영 광학계 W 웨이퍼

본 발명의 실시형태들에 대한 구체적인 설명에 앞서서, 플라이아이 요소(플라이아이 렌즈, 마이크로 플라이아이 렌즈, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈 등을 포함하는 넓은 개념)의 기능, 및 본 발명의 기본적인 구성 및 작용에 관해서 설명한다. 설명을 간략화하기 위하여, 이하에서는 플라이아이 요소로서, 도 1에 도시한 바와 같이, 종횡으로 그리고 조밀하게 배열된(2차원적으로 병렬 배치된) 복수의 양면볼록 렌즈 요소(파면 분할 요소)(100)로 이루어진 플라이아이 렌즈(101)를 이용하는 예에 대해서 설명한다.

조명 광학 장치의 광축(AX)을 따라 배치된 플라이아이 요소(101)는 피조사면(103) 위에 필요한 조명 영역(103a)을 확보하면서, 그 조명 영역(103a)에서의 조도 분포를 균일하게 하는 역할을 담당한다. 이 목적을 위해, 각 렌즈 요소(100)의 입사면(100a)에 입사한 빔은 출사면(100b) 근방에 점광원을 형성하고, 각각의 점광원으로부터의 빔은 집광 광학계(102)를 통과하여 피조사면(103) 위의 조명 영역(103a)을 중첩적으로 조명한다. 이 때, 도 2에 도시하는 바와 같이, 렌즈 요 소(100)의 입사면(100a)에 수직 입사한[또는 렌즈 요소(100)의 광축(AXe) 방향으로 입사한] 평행광(도 2에서 실선으로 표시)은 미리 정해진 출사 NA를 갖는 광으로서 출사면(100b)으로부터 출사되고, 결국 필요한 NA(개구수 또는 각도 범위)를 갖는 광이 되어 조명 영역(103a)에 도달한다.

또한, 플라이아이 요소(101)에서는, 렌즈 요소(100)의 입사면(100a)에 비스듬히 입사한[또는 광축(AXe)에 대해 경사 방향으로 입사한] 평행광(도 2에서 파선으로 표시)도, 수직 입사한 평행광과 출사 NA가 동일하며 또 그 중심 각도(각 렌즈 요소에서의 주광선 각도)가 광축에 평행한 광으로서 출사면(100b)으로부터 출사되고, 결국 수직 입사한 평행광과 NA가 동일하고 그 중심 각도가 광축에 평행한 광이 되어 조명 영역(103a)에 도달한다. 비스듬히 입사한 평행광에 대해서도 수직 입사한 평행광과 동일한 중심 각도를 확보하기 위한 조건은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 입사면(100a) 위의 광축 중심[입사면(100a)과 광축(AXe)과의 교점]을 통과하는 주광선(도 3에서 파선으로 표시)이 광축(AXe)에 평행한 광으로서 출사면(100b)으로부터 출사되는 조건을 만족함으로써 실현된다. 덧붙여서, 이 조건에 의해 입사면(100a)이 피조사면과 공역 관계를 유지한다.

전술한 바와 같이, 플라이아이 요소(101)는, 파면 분할 요소인 각각의 렌즈 요소(100)의 입사면(100a)의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 출사면(100b)으로부터 광축(AXe)과 평행하게 출사되도록 구성된다. 플라이아이 요소(101)는 광축(AXe) 방향을 따라 각각의 렌즈 요소(100)의 입사면(100a)에 입사한 광(평행광 등)에 의해 형성되는 출사면(100b)으로부터의 광의 최대 출사 각도[반각; 출사 NA 에 대응하는 각도]와, 광축(AXe)에 대해 경사 방향을 따라 입사면(100a)에 입사한 광(평행광 등)에 의해 형성되는 출사면(100b)으로부터의 광의 최대 출사 각도[반각; 출사 NA에 대응하는 각도]가 같아지도록 구성된다. 따라서, 플라이아이 요소(101)에 다양한 각도로 입사한 평행 광빔은 각각 NA가 동일하고 또 그 중심 각도가 광축에 평행한 평행 광빔으로서 출사되기 때문에, 플라이아이 요소(101)에 대한 입사광의 각도 범위(NA) 및 중심 각도와 완전히 독립적인 출사 각도 특성을 갖는다.

덧붙여서, 예컨대 플라이아이 요소를 제외한 마이크로렌즈 어레이는 각각의 파면 분할 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 광축과 평행하게 출사되는 것이 아니라 파면 분할 요소로부터 비스듬히 출사되도록 구성된다. 그 결과, 이러한 종류의 마이크로렌즈 어레이에 다양한 각도로 입사한 평행 광빔은 각각 NA(각도 범위)는 동일하지만 그 중심 각도(주광선 각도)는 그대로 유지된 채로 출사되기 때문에, 결국 플라이아이 요소(101)와 달리, 마이크로 렌즈 어레이에 대한 입사광의 각도 범위(NA) 및 중심 각도에 종속되는 출사 각도 특성을 갖는다.

전술한 바와 같이, 예컨대 플라이아이 요소(101)의 전단에 배치된 가동 광학 부재의 이동으로 인한, 렌즈 요소(100)에 입사한 광의 각도[입사 빔의 무게중심 광선, 즉 중심 광선이 렌즈 요소(100)의 광축(AXe)과 이루는 각도] 및 각도 범위[입사면(100a) 위의 한 점에 입사한 광선이 형성하는 최대 각도]의 변화에 따라, 렌즈 요소(100)의 출사면(100b)을 광이 통과하는 영역도 변한다. 렌즈 요소(100)의 출사면(100b)에 표면 형상 오차가 존재하면, 출사면(100b)을 광이 통과하는 영역의 변 화로, 피조사면(103) 위의 조명 영역(103a)에 형성된 조도 분포가 변하여, 결국 조명 불균일을 야기할 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 과제의 인식에 기초하며, 플라이아이 요소의 기능, 즉 플라이아이 요소의 파면 분할 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위가 변동하더라도 항상 일정한 NA를 갖는 광을 출사하고 그 광을 후단의 광학 부재로 안내하는 기능에 착안하여, 메인 플라이아이 요소의 전단에 보조 플라이아이 요소를 추가 설치하는 구성을 제안한다. 본 발명의 구성에서는, 보조 플라이아이 요소를 추가 설치하여, 메인 플라이아이 요소의 각 파면 분할 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위를 안정화하고, 광은 항상 메인 플라이아이 요소의 각 파면 분할 요소의 출사면 위의 동일한 영역을 통과하므로, 결과적으로 피조사면에서의 조도 분포를 안정화한다.

즉, 본 발명의 광학 적분기 시스템은, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 보조 플라이아이 요소(제1 광학 적분기)와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 메인 플라이아이 요소(제2 광학 적분기)로 구성되며, 이들 요소는 광의 입사측으로부터 순서대로 배치되어 있다. 따라서, 예컨대 광학 적분기 시스템의 전단에 배치된 가동 광학 부재의 이동으로 인해, 보조 플라이아이 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위가 변동하더라도, 보조 플라이아이 요소의 작용에 의해, 메인 플라이아이 요소의 각 파면 분할 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위를 일정하게 유지할 수 있고, 나아가서는 피조사면에서 균일한 조도 분포를 유지할 수 있다.

본 발명의 광학 적분기 시스템의 광 입사측에 배치된 보조 플라이아이 요소(제1 광학 적분기)를 다른 관점에서 보면, 그 보조 플라이아이 요소는 플라이아이 요소(제1 광학 적분기)로서 기능하는 것이 아니라, 각 광학 요소에 입사한 광을, 일정한 NA(개구수 또는 각도 범위)를 갖는 광으로 변환하고, 각 광학 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선을 광축과 평행하게 출사시키도록 기능하는, 균일한 출사각을 형성하는 광학 부재로서 간주될 수도 있다. 이 경우, 다수의 광학 요소로 구성되며 균일한 출사각을 형성하는 광학 부재와 플라이아이 요소(광학 적분기) 사이에, 파워가 없거나 파워가 약한 렌즈와 같은 광학 부재를 개재할 수도 있지만, 균일한 출사각을 형성하는 광학 부재의 하나의 광학 요소가 플라이아이 요소(광학 적분기)의 하나의 광학 요소의 입사면보다 더 넓은 영역을 조명하고 플라이아이 요소(광학 적분기)의 입사면보다 더 좁은 영역을 조명하도록 시스템을 구성하는 것이 바람직하다.

그러나, 본 발명에 있어서 보조 플라이아이 요소의 작용을 충분히 발휘하여 본 발명의 효과를 양호하게 달성하기 위해서는, 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 보조 플라이아이 요소(110)의 하나의 파면 분할 요소(111)의 출사면(111b)으로부터 출사된 광이 적어도, 메인 플라이아이 요소(120)의 하나의 파면 분할 요소(121)의 입사면(121a) 전체를 조명하는 것이 중요하다. 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 보조 플라이아이 요소(110)의 하나의 출사면(111b)으로부터의 광이 메인 플라이아이 요소(120)의 하나의 입사면(121a)의 일부분만 조명하는 구성에서는, 입사면(121a) 전체에서 입사광의 각도 및 각도 범위가 일정하지 않고, 피조사면에서 균 일한 조도 분포를 유지할 수 없다.

다시 말해, 본 발명의 광학 적분기 시스템에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 보조 플라이아이 요소(제1 광학 적분기)(110)의 출사면과 메인 플라이아이 요소(제2 광학 적분기)(120)의 입사면과의 간격 L12가 다음 조건식 (1)을 만족하는 것이 중요하다. 조건식 (1)에서는, P2가 메인 플라이아이 요소(120)의 파면 분할 요소(121)의 피치이고, θ는 보조 플라이아이 요소(110)의 파면 분할 요소(111)로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)이다.

P2/(2×tanθ)<L12 (1)

조건식 (1)에서는, 보조 플라이아이 요소(110)의 출사면과 메인 플라이아이 요소(120)의 입사면과의 간격 L12를 미리 정해진 값보다 크게 설정하는 것이 요구된다. 그러나, 간격 L12를 너무 크게 설정하면, 보조 플라이아이 요소(110)의 하나의 출사면(111b)으로부터의 광의 일부가 메인 플라이아이 요소(120)에 입사하지 않게 되므로(조명에 기여하지 않게 되어), 광량 손실이 발생하기 때문에 바람직하지 않다. 즉, 본 발명의 광학 적분기 시스템에서는 광량 손실을 피한다는 관점에서, 도 6에 도시하는 바와 같이 간격 L12가 다음 조건식 (2)을 만족하는 것이 바람직하다. 조건식 (2)에 있어서, D2는 메인 플라이아이 요소(120)의 입사면의 길이이다.

L12<D2/(2×tanθ) (2)

또한, 본 발명의 광학 적분기 시스템에서는, 보조 플라이아이 요소(110)의 파면 분할 요소(111)의 피치 P1(도 5 참조)을 가능한 한 작게 설정하면서, 메인 플라이아이 요소(120)의 파면 분할 요소(121)의 피치 P2를 피치 P1의 정수배와 실질 적으로 다르게 설정하는 것이 바람직하다. 메인 플라이아이 요소(120)의 파면 분할 요소(121)의 피치 P2를 보조 플라이아이 요소(110)의 파면 분할 요소(111)의 피치 P1의 정수배로 설정하면, 메인 플라이아이 요소(120)의 하나의 파면 분할 요소(121)에 입사한 광의 조도 분포에 주기적인 중첩 구조가 나타날 가능성이 있어, 피조사면에서 균일한 조도 분포를 얻을 수 없게 될 것이다.

본 발명의 광학 적분기 시스템에서는, 예컨대 조명 광학 장치의 광축에 수직인 방향(도 5 및 도 6에서의 수직 방향)에 있어서, 보조 플라이아이 요소(제1 광학 적분기)(110)와 메인 플라이아이 요소(제2 광학 적분기)(120)를 고정밀도로 위치 결정할 필요는 없다. 본 발명에 있어서 중요한 점은, 보조 플라이아이 요소(110)의 하나의 파면 분할 요소(111)의 출사면(111b)으로부터 출사된 광이 적어도, 메인 플라이아이 요소(120)의 하나의 파면 분할 요소(121)의 입사면(121a) 전체를 조명함으로써, 입사면(121a)에 입사한 광의 각도 및 각도 범위를 일정하게 유지해야 한다는 것이다. 본 발명의 실시형태의 광학 적분기 시스템에서는, 제1 광학 적분기와 제2 광학 적분기 사이의 공간을 기체로 충전할 수 있다. 또한, 본 발명의 광학 적분기 시스템에 있어서, 제1 광학 적분기와 제2 광학 적분기 사이의 공간에는 광 파워(optical power)를 갖는 렌즈 또는 광학 부재를 배치할 수 없다.

본 발명의 실시형태에 대해 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 7에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼(W)의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼(W)의 표면 내에서 도 7의 지면에 평행한 방향을 따라 Y축을, 웨이퍼(W)의 표면 내에서 도 7의 지 면의 법선 방향을 따라 X축을 정의한다. 도 7을 참조하면, 본 실시형태의 노광 장치에는 노광광(조명광)을 공급하기 위한 광원(1)이 설치된다. 광원(1)은, 예컨대 193 nm 파장의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저 광원, 248 nm 파장의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원 등일 수 있다.

광원(1)으로부터 출사된 광은 정형 광학계(2)에 의해 필요한 단면 형상의 빔으로 확대되며, 확대된 빔은 편광 상태 스위치(3) 및 환형 조명(annular illumination)용 회절 광학 요소(4)를 통과하여, 어포컬 렌즈(5)에 입사한다. 편광 상태 스위치(3)는, 광축(AX)을 중심으로 결정 광학축이 회전 가능하게 구성되며 입사한 타원형 편광을 직선형 편광으로 변환하는 1/4 파장판(3a)과, 광축(AX)을 중심으로 결정 광학축(crystal optical axis)이 회전 가능하게 구성되며 입사한 직선형 편광의 편광 방향을 변경하는 1/2 파장판(3b)과, 조명 광로로부터 착탈 가능하게 구성된 편광 해제기(depolarizer)(비편광화 요소)(3c)로 구성되어 있다.

편광 해제기(3c)를 조명 광로에서 제거한 상태에서 편광 상태 스위치(3)는 광원(1)으로부터의 광을 원하는 편광 방향을 갖는 직선형 편광으로 변환하여 그 직선 편광을 회절 광학 요소(4)로 안내하는 기능을 갖고, 편광 해제기(3c)를 조명 광로에 설정한 상태에서 편광 상태 스위치(3)는 광원(1)으로부터의 광을 실질적으로 편광 해재된 광으로 변환하여 그 편광 해제된 광을 회절 광학 요소(4)로 유도하는 기능을 갖는다. 어포컬 렌즈(5)는 전측 초점 위치가 회절 광학 요소(4)의 위치와 실질적으로 일치하고 후측 초점 위치가 도면에 파선으로 표시하는 미리 정해진 면(IP)의 위치와 실질적으로 일치하는 어포컬 시스템(무초점 광학계)이다.

회절 광학 요소(4)는 기판에 노광광(조명광)의 파장과 대략 같은 피치로 단차를 형성함으로써 제조되며, 입사빔을 원하는 각도로 회절시키는 작용을 한다. 구체적으로는, 환형 조명용 회절 광학 요소(4)는, 직사각형 단면을 갖는 평행빔이 입사하는 경우에, 그 원거리장 영역(far field)(또는 프라운호퍼 회절 영역)에 환형의 광강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 요소(4)에 입사한 대략 평행빔은 어포컬 렌즈(5)의 동공면 위에 환형의 광강도 분포를 형성한 다음, 그 어포컬 렌즈(5)로부터 환형 각도 분포로 출사된다.

어포컬 렌즈(5)의 전측 렌즈 유닛(5a)과 후측 렌즈 유닛(5b) 사이의 광로에는 그 동공 위치 또는 그 근방에 편광 변환 요소(6) 및 원뿔 액시콘 시스템(conical axicon system)(7)이 배치되어 있다. 편광　변환　요소(6) 및 원뿔 액시콘 시스템(7)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다. 어포컬 렌즈(5)를 통과한 빔은 σ 값(σ 값 = 조명 광학 장치의 마스크측 개구수/투영 광학계의 마스크측 개구수)을 변경하는 줌 렌즈(8)를 거쳐서, 광학 적분기 시스템(OP)에 입사한다. 광학 적분기 시스템(OP)은 광 입사측으로부터 순서대로, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 제1 광학 적분기로서의 보조 플라이아이 요소(9)와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 제2 광학 적분기로서의 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)로 구성되어 있다.

보조 플라이아이 요소(9)는 예컨대 복수의 양면볼록 렌즈 요소를 종횡으로 그리고 조밀하게 배열함으로써 형성된 플라이아이 렌즈이다. 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)는 도 8에 도시하는 바와 같이, 광원측에 배치된 제1 플라이아이 부재(10a)와 마스크측에 배치된 제2 플라이아이 부재(10b)로 구성되어 있다. 제1 플라이아이 부재(10a)의 광원측 면과 제2 플라이아이 부재(10b)의 광원측 면의 각각에는, X 방향으로 병렬 배열된 원통형 렌즈군(10aa 및 10ba)이 각각 피치 px로 형성되어 있다.

제1 플라이아이 부재(10a)의 마스크측 면과 제2 플라이아이 부재(10b)의 마스크측 면의 각각에는, Z 방향으로 병렬 배열된 원통형 렌즈군(10ab 및 10bb)이 각각 피치 pz(pz>px)로 형성되어 있다. 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 X 방향에서의 굴절 작용(또는, XY 평면에서의 굴절 작용)에 착안하면, 광축(AX)을 따라 입사한 평행빔은, 제1 플라이아이 부재(10a)의 광원측에 형성된 원통형 렌즈군(10aa)에 의해 X 방향을 따라 피치 px로 파면 분할되고, 그 굴절면에서 집광된 후에, 제2 플라이아이 부재(10b)의 광원측에 형성된 원통형 렌즈군(10ba) 중에 대응하는 원통형 렌즈의 굴절면에서 집광되어, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 위에 집속된다.

원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 Z 방향에서의 굴절 작용(또는, YZ 평면에서의 굴절 작용)에 착안하면, 광축(AX)을 따라 입사한 평행빔은, 제1 플라이아이 부재(10a)의 마스크측에 형성된 원통형 렌즈군(10ab)에 의해 Z 방향을 따라 피치 pz로 파면 분할되고, 그 굴절면에서 집광된 후에, 제2 플라이아이 부재(10b)의 마스크측에 형성된 원통형 렌즈군(10bb) 중에 대응하는 원통형 렌즈의 굴절면에서 집광되어, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 위에 집속된다.

전술한 바와 같이, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)는 원통형 렌즈군이 각각의 양측면에 배치된 제1 플라이아이 부재(10a)와 제2 플라이아이 부재(10b)로 구성되어 있으며, X 방향으로 px의 크기를 갖고 Z 방향으로 pz의 크기를 갖는 다수의 직사각형 미소 굴절면(파면 분할 요소)이 종횡으로 그리고 조밀하게 일체적으로 형성되는 마이크로 플라이아이 렌즈와 같은 광학적 기능을 발휘한다. 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)는 미소 굴절면의 표면 형상의 변동으로 인한 왜곡 변화를 작게 하는 것과, 예컨대 에칭에 의해 일체적으로 형성되는 다수의 미소 굴절면의 제조 오차로부터의 조도 분포에 대한 영향을 저감하는 것이 가능하다.

미리 정해진 면(IP)의 위치는 줌 렌즈(8)의 전측 초점 위치의 근방으로 결정되고, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면은 줌 렌즈(8)의 후측 초점 위치의 근방에 배치된다. 다시 말해, 줌 렌즈(8)는 미리 정해진 면(IP)과 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환 관계로 유지하고, 나아가서는 어포컬 렌즈(5)의 동공면과 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면이 실질적으로 서로 광학적 공역 관계를 유지하도록 작용한다.

따라서, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면 위에는 어포컬 렌즈(5)의 동공면에서와 같이, 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 환형의 조명 필드가 형성된다. 이 환형 조명 필드의 전체 형상은 줌 렌즈(8)의 초점 길이에 의존하여 같은꼴로 변한다. 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)에 있어서 파면 분할 단위 요소인 직사각형 미소 굴절면은 마스크(M) 위에 형성되는 조명 필드의 형상과 닮은[나아가서는 웨이퍼(W) 위에 형성되는 노광 영역의 형상과 닮은] 직사각형 형상이다.

원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)에 입사한 빔은 2차원적으로 분할되어, 그 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 또는 그 근방(그리고 사실상 조명 동공)에, 입사 빔에 의해 형성된 조명 필드와 대략 동일한 광강도 분포를 갖는 2차 광원, 즉 광축(AX)을 중심으로 한 환형의 실질적인 면광원으로 이루어지는 2차 광원을 형성한다. 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 또는 그 근방에 형성된 2차 광원으로부터의 빔은 그 근방에 배치된 개구 조리개(AS)에 입사한다.

개구 조리개(AS)는 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 또는 그 근방에 형성된 환형의 2차 광원에 대응하는 환형의 개구부(광투과부)를 갖는다. 개구 조리개(AS)는 조명 광로로부터 착탈 가능하게 구성되며, 각각의 개구부의 크기 및 형상이 다른 복수의 개구 조리개로 교체 가능하게 구성되어 있다. 개구 조리개를 전환하는 방법은, 예컨대 잘 알려진 터릿 방법(turret method) 및 슬라이드 방식 등에서 선택할 수 있다. 개구 조리개(AS)는 후술하는 투영 광학계(PL)의 입사 동공면과 실질적으로 광학적 공역 위치에 배치되며, 2차 광원의 조명에 기여하는 범위를 규정한다. 개구 조리개(AS)의 설치는 생략할 수도 있다.

개구 조리개(AS)에 의해 제한된 2차 광원으로부터의 광은 집광 광학계(11)를 통과하여, 마스크 블라인드(12)를 중첩적으로 조명한다. 이런 식으로, 조명 필드 조리개로서의 마스크 블라인드(12)에는 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 파면 분할 요소인 직사각형 미소 굴절면의 형상 및 초점 길이에 따른 직사각형 형상의 조명 필드가 형성된다. 마스크 블라인드(12)의 직사각형 개구부(광투과부)를 통 과한 빔은 결상 광학계(13)에 의해 집속된 후에, 미리 정해진 패턴을 갖는 마스크(M)를 중첩적으로 조명한다. 즉, 결상 광학계(13)는 마스크 블라인드(12)의 직사각형 개구부의 상(像)을 마스크(M) 위에 형성한다.

전사되는 패턴은 마스크 스테이지(MS) 위에 유지된 마스크(M)에 형성되고, 마스크에 있어서 전체 패턴 영역 중 Y 방향을 따라 긴 변을 갖고 X 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형(슬릿형)의 패턴 영역이 조명된다. 마스크(M)의 패턴 영역을 통과한 광은 투영 광학계(PL)를 거쳐서, 웨이퍼 스테이지(WS) 위에 유지된 웨이퍼(감광성 기판)(W) 위에 마스크 패턴 상을 형성한다. 즉, 마스크(M) 위의 직사각형 조명 영역에 광학적으로 대응하도록, 웨이퍼(W)에 있어서 Y 방향을 따라 긴 변을 갖고 X 방향을 따라 짧은 변을 갖는 직사각형 정지 노광 영역(유효 노광 영역)에 패턴 상이 형성된다.

이 구성에서는, 소위 스텝 앤드 스캔 방식(step-and-scan method)에 따라, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 수직인 평면(XY 평면) 내에서 X 방향(주사 방향)을 따라, 마스크 스테이지(MS)와 웨이퍼 스테이지(WS)가, 그래서 마스크(M)와 웨이퍼(W)가 동기적으로 이동함으로써(주사됨으로써), 웨이퍼(W) 위에서 정지 노광 영역의 Y 방향 길이와 같은 폭과 웨이퍼(W)의 주사 거리(이동 거리)에 따른 길이를 갖는 샷 영역(shot area)(노광 영역)이 주사되어 마스크 패턴이 주사 노광된다.

환형 조명용의 회절 광학 요소(4) 대신에, 복수극 조명(2극 조명, 4극 조명, 8극 조명 등)용의 회절 광학 요소(4m)를 조명 광로에 설정함으로써, 복수극 조명을 실시할 수 있다. 직사각형 단면을 갖는 평행빔이 복수극 조명용의 회절 광학 요소 에 입사한 경우, 복수극 조명용의 회절 광학 요소는 그 파 필드에 복수극 형상(2극형, 4극형, 8극형 등)의 광강도 분포를 형성하도록 기능한다. 따라서, 복수극 조명용의 회절 광학 요소를 통과한 빔은, 예컨대 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면에 광축(AX)을 중심으로 한 복수의 원형 조명 필드로 이루어진 복수극 형상의 조명 필드를 형성한다. 그 결과, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 또는 그 근방에도 입사면에 형성된 조명 필드와 동일한 복수극 형상의 2차 광원이 형성된다.

또한, 환형 조명용의 회절 광학 요소(4) 대신에, 원형 조명용의 회절 광학 요소(4c)를 조명 광로에 설정하면, 통상의 원형 조명을 실시할 수 있다. 직사각형 단면을 갖는 평행빔이 원형 조명용의 회절 광학 요소에 입사하면, 원형 조명용의 회절 광학 요소는 그 파 필드에 원형의 광강도 분포를 형성하도록 기능한다. 따라서, 원형 조명용의 회절 광학 요소를 통과한 빔은, 예컨대 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면에 광축(AX)을 중심으로 한 원형의 조명 필드를 형성한다. 그 결과, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 또는 그 근방에도 입사면에 형성된 조명 필드와 동일한 원형의 2차 광원이 형성된다. 또한, 환형 조명용의 회절 광학 요소(4) 대신에, 적절한 특성을 갖는 회절 광학 요소(도시 생략)를 조명 광로에 설정하면, 다양한 형태의 변형 조명 중 하나를 실시하기가 용이해진다. 회절 광학 요소(4)를 전환하는 방법은 예컨대 잘 알려진 터릿 방식 및 슬라이드 방식 등에서 선택할 수 있다.

원뿔 액시콘 시스템(7)은, 광원측에서는 평면으로 그리고 마스크측에서는 오 목 원뿔형 굴절면으로 된 제1 프리즘 부재(7a)와, 마스크측에서는 평면으로 그리고 광원측에서는 볼록 원뿔형 굴절면으로 된 제2 프리즘 부재(7b)로 구성되어 있으며, 이들 프리즘 부재는 광원측으로부터 순서대로 배치되어 있다. 제1 프리즘 부재(7a)의 오목 원뿔형 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록 원뿔형 굴절면은 서로 맞춰지도록 상보적으로 형성되어 있다. 또한, 제1 프리즘 부재(7a)와 제2 프리즘 부재(7b) 중 적어도 하나는 광축(AX)을 따라 이동 가능하게 구성되어, 제1 프리즘 부재(7a)의 오목 원뿔형 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록 원뿔형 굴절면과의 간격을 변경하는 것이 가능하다. 이하에서는 환형 또는 4극형 2차 광원에 착안하여, 원뿔 액시콘 시스템(7)의 작용 및 줌 렌즈(8)의 작용에 대해서 설명한다.　

제1 프리즘 부재(7a)의 오목 원뿔형 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록 원뿔형 굴절면이 서로 접촉한 상태에서는 원뿔 액시콘 시스템(7)이 평행 평면판으로서 기능하며, 형성된 환형 또는 4극형 2차 광원에 영향을 미치지 않는다. 제1 프리즘 부재(7a)의 오목 원뿔형 굴절면과 제2 프리즘 부재(7b)의 볼록 원뿔형 굴절면을 서로 이격시키면, 환형 또는 4극형 2차 광원의 외경(내경)은, 환형 또는 4극형 2차 광원의 폭[환형 2차 광원의 외경과 내경의 직경차의 1/2; 또는 4극형 2차 광원에 외접하는 원의 직경(외경)과 4극형 2차 광원에 내접하는 원의 직경(내경)의 직경차의 1/2]을 일정하게 유지하면서 변한다. 즉, 그 이격에 의해 환형 또는 4극형 2차 광원의 환형 비율(annular ratio)(내경/외경) 및 크기(외경)가 변한다.

줌 렌즈(8)는 환형 또는 4극형 2차 광원의 전체 형상을 닮은꼴로 확대 또는 축소하는 기능을 갖는다. 예컨대, 줌 렌즈(8)의 초점 길이가 최소값으로부터 미리 정해진 값으로 증가하면, 환형 또는 4극형 2차 광원의 전체 형상이 닮은꼴로 확대된다. 다시 말해, 줌 렌즈(8)의 작용에 의해, 그 폭 및 크기(외경) 모두가 환형 또는 4극형 2차 광원의 환형 비율의 변화 없이 변한다. 이런 식으로, 환형 또는 4극형 2차 광원의 환형 비율 및 크기(외경)를 원뿔 액시콘 시스템(7) 및 줌 렌즈(8)의 작용에 의해 제어할 수 있다.

편광 변환 요소(6)는 어포컬 렌즈(5)의 동공 위치 또는 그 근방, 즉 조명 광학계(2∼13)의 동공면 또는 그 근방에 배치되어 있다. 따라서, 환형 조명의 경우, 편광 변환 요소(6)에는 광축(AX)을 중심으로 하여 단면이 거의 환형인 빔이 입사한다. 편광 변환 요소(6)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 전체적으로 광축(AX)을 중심으로 한 환형의 유효 영역을 갖고, 이 환형의 유효 영역은 그 유효 영역을 원주 방향으로 등분하여 얻은, 광축(AX)을 중심으로 한 4개의 부채꼴 형상의 기본 요소로 구성되어 있다. 이들 4개의 기본 요소 중에서, 광축(AX)의 양측에서 대향하는 한 쌍의 기본 요소는 동일한 특성을 갖는다.

즉, 4개의 기본 요소는 광의 투과 방향(Y 방향)을 따라 각각 서로 상이한 두께(광축 방향의 길이)를 갖는 2가지의 기본 요소(6A 및 6B)를 2개 포함한다. 구체적으로는, 제1 기본 요소(6A)의 두께는 제2 기본 요소(6B)의 두께보다 크게 설정된다. 그 결과, 편광 변환 요소(6)의 한쪽 면(예컨대, 입사면)은 평면형이지만, 다른쪽 면(예컨대, 출사면)은 각 기본 요소(6A, 6B)의 두께차 때문에 평탄하지 않다. 각각의 기본 요소(6A, 6B)는 광학 활성(선광성)을 갖는 광학 재료인 수정으로 이루어지며, 그 결정 광학축은 광축(AX)과 대략 일치하도록 설정된다.

이하, 도 10을 참조하여, 수정의 광학 활성에 대해서 간단히 설명한다. 도 10을 참조하면, 두께 d의 수정으로 이루어진 평행 평면판형의 광학 부재(200)는 그 결정 광학축이 광축(AX)과 일치하도록 배치된다. 이 경우, 광학 부재(200)에 입사한 직선형 편광은 그 광학 활성에 의해 그 편광 방향이 광축(AX)을 중심으로 θ 회전한 상태로 출사된다. 이 때, 광학 부재(200)의 광학 활성에 의한 편광 방향의 회전각(선광 각도) θ는 광학 부재(200)의 두께 d와 수정의 광학 활성 ρ을 이용하여, 다음 식 (a)로 표현된다.

θ = d·ρ (a)

일반적으로, 수정의 광학 활성 ρ은 파장 의존성(사용광의 파장에 따라 광학 활성치가 변하는 특성: 선광 분산)을 지니며, 구체적으로 그 특성은 사용광의 파장이 짧을수록 상승하는 경향이 있다. "Applied Optics II"의 p167에 기재된 내용에 따르면, 250.3 nm의 파장을 갖는 광에 대한 수정의 광학 활성 ρ은 153.9°/mm이다.

제1 기본 요소(6A)는, Z 방향을 따라 편광 방향을 갖는 직선형 편광이 입사하는 경우, Z 방향을 Y축 둘레에 +180° 회전시킨 방향, 즉 Z 방향을 따라 편광 방향을 갖는 직선형 편광을 출사하도록 두께 dA가 정의된다. 따라서, 이 경우, 도 11에 도시하는 환형 2차 광원(31)에 있어서, Z 방향은 한 쌍의 제1 기본 요소(6A)에 의해 광학적으로 회전한 빔이 형성한 한 쌍의 원호형 영역(31A)을 통과하는 빔의 편광 방향이다.

제2 기본 요소(6B)는, Z 방향을 따라 편광 방향을 갖는 직선형 편광이 입사 하는 경우, Z 방향을 Y축 둘레에 +90° 회전시킨 방향, 즉 X 방향을 따라 편광 방향을 갖는 직선형 편광을 출사하도록 두께 dB가 정의된다. 따라서, 이 경우, 도 11에 도시하는 환형 2차 광원(31)에 있어서, X 방향은 한 쌍의 제2 기본 요소(6B)에 의해 광학적으로 회전한 빔이 형성한 한 쌍의 원호형 영역(31B)을 통과하는 빔의 편광 방향이다.

또한, 개별적으로 형성된 4개의 기본 요소를 조합하여 편광 변환 요소(6)를 얻을 수도 있고, 또는 평행 평면판형의 수정 기판에 필요한 요철 형상(단차)을 형성함으로써 편광 변환 요소(6)를 얻을 수도 있다. 일반적으로, 편광 변환 요소(6)를 구성하는 기본 요소의 수, 형상, 광학 특성 등에 대해서는 다양한 변형예를 생각할 수 있다. 또한, 편광 변환 요소(6)를 광로로부터 제거하지 않고 통상의 원형 조명을 실시할 수 있도록, 편광 변환 요소(6)의 유효 영역의 반경 방향 크기의 1/3 이상의 크기를 갖고 광학 활성이 없는 원형의 중앙 영역(6C)이 마련된다. 여기서, 중앙 영역(6C)은, 예컨대 석영과 같이 광학 활성 없는 광학 재료로 이루어질 수도 있고 단순히 원형의 개구일 수도 있다.

본 실시형태에 있어서, 둘레 방향 편광(circumferential polarization)(방위 편광) 환형 조명(환형 2차 광원을 통과하는 빔이 둘레 방향으로 편광된 상태로 설정되어 있는 수정된 조명)은, 편광 상태 스위치(3)에 있어서 1/2 파장판(3b)의 결정 광학축의 각도 위치를 광축을 중심으로 조정하여 Z 방향 편광(Z 방향을 따라 편광 방향을 갖는 직선형 편광)을 환형 조명용의 회절 광학 요소(4)에 입사하게 함으로써, Z 방향으로 편광된 광이 편광 변환 요소(6)에 입사하게 된다. 그 결과, 원통 형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 또는 그 근방에는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 환형 2차 광원(환형의 조명 동공 분포)(31)이 형성되고, 이 환형 2차 광원(31)을 통과하는 빔은 둘레 방향 편광 상태로 설정된다.

둘레 방향으로 편광된 상태에서, 환형 2차 광원(31)을 구성하는 원호형 영역(31A, 31B)을 각각 통과하는 빔은 각 원호형 영역(31A, 31B)의 원주 방향을 따른 중심 위치에서, 광축(AX)을 중심으로 한 원의 접선 방향과 대략 일치한 편광 방향을 갖는 직선 편광 상태로 변한다. 둘레 방향으로 편광된 상태의 환형 조명 동공 분포에 기초한 둘레 방향 편광(방위 편광) 환형 조명에서, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼(W)에 조사되는 광은 주성분이 S 편광인 편광 상태가 된다. 여기서, S 편광이란, 입사면에 수직인 방향을 따라 편광 방향을 갖는 직선형 편광(또는 입사면에 수직인 방향으로 전기 벡터가 진동하는 편광)이다. 입사면은, 광이 매질의 경계면[피조사면: 웨이퍼(W)의 표면]에 도달하는 점에서 그 경계면의 법선과 광 입사 방향을 포함하는 면으로서 정의된다.

그 결과, 둘레 방향 편광(방위 편광) 환형 조명은, 투영 광학계의 광학 성능(초점 심도 등)을 향상시키고, 웨이퍼(감광성 기판)에 고콘트라스트의 양호한 마스크 패턴 상을 제공한다. 일반적으로, 환형 조명의 경우뿐만 아니라, 예컨대 둘레 방향 편광 상태의 복수극 조명 동공 분포에 기초한 조명의 경우에도 웨이퍼(W)에 입사한 광이 S 편광을 주성분으로 하는 편광 상태가 되며, 웨이퍼(W)에서 고콘트라스트의 양호한 마스크 패턴 상을 얻는다. 이 경우, 환형 조명용의 회절 광학 요소(4) 대신에, 복수극 조명(2극 조명, 4극 조명, 8극 조명 등)용의 회절 광학 요소 를 조명 광로에 설정하고, 편광 상태 스위치(3)에 있어서 1/2 파장판(3b)의 결정 광학축의 각도 위치를 광축을 중심으로 조정하여 Z 방향 편광을 복수극 조명용의 회절 광학 요소에 입사하게 함으로써, Z 방향으로 편광된 광이 편광 변환 요소(6)에 입사하게 된다.

구체적으로, 예컨대 둘레 방향으로 편광된 4극형 조명(4극형 2차 광원을 통과하는 빔에 둘레 방향 편광 상태로 설정된 변형 조명)의 경우, 편광 상태 스위치(3)에 있어서 1/2 파장판(3b)의 결정 광학축의 각도 위치를 광축을 중심으로 조정하여 Z 방향 편광을 4극 조명용의 회절 광학 요소에 입사하게 함에 따라, Z 방향으로 편광된 광이 편광 변환 요소(6)에 입사하게 된다. 그 결과, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 후측 초점면 또는 그 근방에는 도 12에 도시하는 바와 같이, 4극형 2차 광원(4극형 조명 동공 분포)(32)이 형성되고, 이 4극형 2차 광원(32)을 통과하는 빔은 둘레 방향 편광 상태로 설정된다. 둘레 방향으로 편광된 4극형 조명에 있어서, 4극형 2차 광원(32)을 구성하는 각각의 원형 영역(32A, 32B)을 통과하는 빔은 각 원형 영역(32A, 32B)의 원주 방향을 따른 중심 위치에서 광축(AX)을 중심으로 한 원의 접선 방향과 대략 일치한 편광 방향을 갖는 직선 편광 상태로 변한다.

본 실시형태의 노광 장치에 있어서, 광학 적분기 시스템(OP)의 전단에는 원뿔 액시콘 시스템(7)의 가동 프리즘 부재 및 줌 렌즈(8)의 가동 렌즈와 같이 광로에서 이동 가능하게 구성된 가동 광학 부재가 배치된다. 이들 가동 광학 부재가 이동할 때, 광학 적분기 시스템(OP)에 입사한 광의 각도 및 각도 범위가 변동한다. 그러나, 본 실시형태에서는, 예컨대 광학 적분기 시스템(OP)의 전단에 배치된 가동 광학 부재의 이동으로 인해, 보조 플라이아이 요소(9)에 입사한 광의 각도 및 각도 범위가 변동하는 경우에도, 보조 플라이아이 요소(9)의 작용에 의해, 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 각 파면 분할 요소에 입사한 광의 각도 및 각도 범위를 일정하게 유지할 수 있고, 나아가서는 최종적인 피조사면인 웨이퍼(W)에서 균일한 조도 분포를 유지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 실시형태에서 보조 플라이아이 요소(9)의 작용을 충분히 발휘하여 본 발명의 효과를 양호하게 달성하기 위해서, 보조 플라이아이 요소(9)의 출사면과 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면과의 간격 L12은 X 방향 및 Z 방향에 있어서 조건식 (1)을 만족하는 것이 중요하다. 그러나, 본 실시형태에서와 같이 스텝 앤드 스캔 방식의 노광 장치는 주사 노광의 평균화 효과에 의해, 웨이퍼(W) 위의 Y 방향을 따라 연장되는 직사각형 정지 노광 영역에서 주사 방향(스캔 방향: X 방향)으로 약간의 조도 불균일이 남아있는 경우라도 큰 문제가 발생하지 않는다. 다시 말해, 웨이퍼(W) 위의 정지 노광 영역에서 억제되어야 하는 조도 불균일은 주사 방향에 수직인 방향, 즉 주사 직교 방향(비스캔 방향: Y 방향)의 조도 불균일이다.

따라서, 본 실시형태에 있어서, 보조 플라이아이 요소(9)의 출사면과 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면과의 간격 L12는 주사 직교 방향에 대응하는 Z 방향에 있어서 조건식 (1)을 만족하는 것이 특히 중요하다. 광학 적분기 시스템(OP)에서의 광량 손실을 피하기 위해서, 보조 플라이아이 요소(9)의 출사면과 원 통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)의 입사면과의 간격 L12는 X 방향 및 Z 방향에 있어서 조건식 (2)를 만족하는 것이 바람직하다.

전술한 실시형태에서는, 메인 플라이아이 요소인 원통형 마이크로 플라이아이 렌즈(10)가 제1 플라이아이 부재(10a)와 제2 플라이아이 부재(10b)로 구성되어 있고, 제1 플라이아이 부재(10a) 및 제2 플라이아이 부재(10b) 각각은 X 방향으로 병렬 배치된 복수의 원통형 입사 굴절면과 Z 방향으로 병렬 배치된 복수의 원통형 출사 굴절면을 갖는다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 메인 플라이아이 요소는, 예컨대 도 5에 도시하는 플라이아이 렌즈(120)와 같이, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 곡면형 입사 굴절면과 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 곡면형 출사 굴절면을 갖는 단일의 광학 부재로도 구성될 수 있다.

또한, 전술한 실시형태는, 마스크 및 웨이퍼를 투영 광학계에 대해 상대 이동시키면서, 소위 스텝 앤드 스캔 방식에 따라 웨이퍼의 각 노광 영역에 패턴을 주사 노광하는 노광 장치에 본 발명을 적용한 것이다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 웨이퍼를 2차원적으로 구동 및 제어하면서 일괄 노광을 수행함으로써, 소위 스텝 앤드 리피트 방식에 따라 웨이퍼의 샷 영역에 패턴을 순차 노광하는 노광 장치에도 적용될 수 있다.

전술한 실시형태에 따른 노광 장치는, 본 출원의 특허청구범위에 나타내는 각 구성요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 미리 정해진 기계적 정밀도, 전기적 정밀도 및 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서, 조립 전후에, 각종 광학계의 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계의 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계의 전기적 정밀도를 달성하기 위해 조정이 행해진다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 단계는 각종 서브시스템 간의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등을 포함한다. 이 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 단계 전에, 개개의 서브시스템의 조립 단계가 있는 것은 당연하다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 단계를 종료한 후에, 완전한 노광 장치로서 각종 정밀도를 확보하기 위해 전체 조정이 행해진다. 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등을 제어하는 청정실에서 이루어지는 것이 바람직하다.

전술한 실시형태에 따른 노광 장치는, 조명 광학 장치로 마스크(레티클)를 조명하는 공정(조명 단계), 투영 광학계를 이용하여, 마스크에 형성된 전사용 패턴을 감광성 기판에 노광하는 공정(노광 단계)을 통해, 마이크로디바이스(반도체 디바이스, 촬상 디바이스, 액정 표시 디바이스, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 전술한 실시형태의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 미리 정해진 회로 패턴을 형성하여, 마이크로디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻기 위한 방법의 일례에 대해서 도 13의 흐름도를 참조하여 후술한다.

먼저 도 13의 단계 301에서는 1 로트 내의 각 웨이퍼 위에 금속막을 증착한다. 다음 단계 302에서는 그 로트 내의 각 웨이퍼 위의 금속막에 포토레지스트를 도포한다. 그 후, 단계 303에서는, 전술한 실시형태의 노광 장치를 이용하여, 마스크 위의 패턴 상을, 그 노광 장치의 투영 광학계를 통해 로트 내의 각 웨이퍼 위의 각 샷 영역에 순차 전사한다. 후속 단계 304에서는 로트 내의 각 웨이퍼 위의 포토 레지스트 패턴을 현상하고, 다음 단계 305에서는 로트 내의 각 웨이퍼 위의 레지스트 패턴을 마스크로서 이용하여 에칭함으로써, 마스크 위의 패턴에 대응하는 회로 패턴을 각 웨이퍼 위의 각 샷 영역에 형성한다. 그 후, 상위 층에서의 회로 패턴 형성을 포함하는 단계를 통해 반도체 디바이스 등의 디바이스를 제조한다. 전술한 반도체 디바이스 제조 방법에 따르면, 초미세 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 높은 수율로 얻을 수 있다.

또한, 전술한 실시형태의 노광 장치는 플레이트(유리 기판) 위에 미리 정해진 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로디바이스로서의 액정 표시 디바이스를 제조할 수 있다. 도 14의 흐름도를 참조하여, 이 경우의 방법의 일례에 대해서 후술한다. 도 14에 있어서, 패턴 형성 단계 401에서는 전술한 실시형태의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는 소위 광 리소그래피 단계를 실행한다. 이 광 리소그래피 단계에 의해서, 감광성 기판 위에는 다수의 전극 등을 비롯한 미리 정해진 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판을, 현상 단계, 에칭 단계, 레지스트 박리 단계 등을 포함하는 각각의 단계를 통과해 처리하여, 기판 위에 미리 정해진 패턴이 형성되고, 다음 컬러 필터 형성 단계 402가 이어진다.

다음 컬러 필터 형성 단계 402에서는 R(레드), G(그린), B(블루)에 대응하는 3가지 도트의 세트가 매트릭스 패턴으로 다수 배열되어 있거나, 또는 R, G, B의 3가지 스트라이프의 필터의 세트들이 수평 주사선 방향으로 배열되어 있는 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 단계 402 후에, 셀 조립 단계 403이 실행 된다. 셀 조립 단계 403에서는 패턴 형성 단계 401에서 얻은 미리 정해진 패턴을 갖는 기판, 및 컬러 필터 형성 단계 402에서 얻은 컬러 필터, 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다.

셀 조립 단계 403에서는, 예컨대 패턴 형성 단계 401에서 얻은 미리 정해진 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 단계 402에서 얻은 컬러 필터와의 사이에 액정을 주입하여, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다. 이어지는 모듈 조립 단계 404에서는 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 위한 전기 회로, 배면광 등의 다양한 구성요소를 부착하여 액정 표시 디바이스를 완성한다. 전술한 액정 표시 디바이스의 제조 방법에 따르면, 초미세 회로 패턴을 갖는 액정 표시 디바이스를 높은 수율로 얻을 수 있다.

전술한 실시형태에서는 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장: 193 nm)이나 KrF 엑시머 레이저광(파장: 248 nm)을 이용하였지만, 노광광은 이들에 한정되지 않고, 본 발명은 그외 다른 적절한 레이저 광원, 예컨대 파장 157 nm의 레이저 광을 공급하는 F₂ 레이저 광원 등에도 적용될 수 있다.

또한, 전술한 실시형태는 노광 장치의 조명 광학 장치에 사용되는 광학 적분기 시스템에 본 발명을 적용한 것이었지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 일반적으로 사용하는 광학 장치에 이용된 임의의 광학 적분기 시스템에도 적용될 수 있다. 또한, 전술한 실시형태는 노광 장치에 있어서 마스크 또는 웨이퍼를 조명하는 조명 광학 장치에 적용한 것이었지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명은 마스크 또 는 웨이퍼 이외의 피조사면을 조명하기 위해 일반적으로 사용하는 조명 광학 장치에도 적용될 수 있다.

전술한 실시형태들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 그 이해를 한정하지 않기 위해서 기술한 것이다. 그러므로, 전술한 실시형태에 개시한 요소들은 본 발명의 기술적 범주 내에 있는 설계 변화 및 등가물을 포함하는 것이다. 전술한 실시형태의 구성요소들 및 동류 간에는 임의의 조합 등이 가능하다.

Claims

2차원적으로 병렬 배치된 복수의 제1 파면 분할 요소를 갖는 제1 광학 적분기(optical integrator)와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 제2 파면 분할 요소를 갖는 제2 광학 적분기를 포함하는 광학 적분기 시스템에 있어서,

상기 제1 광학 적분기와 상기 제2 광학 적분기는 광의 입사측으로부터 순서대로 배치되며,

상기 복수의 제1 파면 분할 요소의 각각은, 그 제1 파면 분할 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 제1 파면 분할 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되고,

상기 복수의 제2 파면 분할 요소의 각각은, 그 제2 파면 분할 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 제2 파면 분할 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되며,

상기 제1 광학 적분기의 출사면과 상기 제2 광학 적분기의 입사면과의 간격 L12는 P2/(2×tanθ)<L12의 조건을 만족하고,

여기서 P2는 상기 제2 파면 분할 요소의 미리 정해진 방향에 따른 피치이며, θ는 상기 제1 파면 분할 요소로부터의 광의 상기 미리 정해진 방향에 따른 최대 출사 각도(반각)인 것인 광학 적분기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 간격 L12는 L12<D2/(2×tanθ)의 조건을 만족하고,

여기서 D2는 상기 제2 광학 적분기의 입사면의 상기 미리 정해진 방향에 따른 길이인 것인 광학 적분기 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 파면 분할 요소의 상기 미리 정해진 방향에 따른 피치 P2는 상기 제1 파면 분할 요소의 상기 미리 정해진 방향에 따른 피치 P1의 정수배와 다른 것인 광학 적분기 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수의 제1 파면 분할 요소의 각각은, 광축 방향을 따라 그 제1 파면 분할 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 제1 파면 분할 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)와, 광축에 대해 경사 방향을 따라 그 제1 파면 분할 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 제1 파면 분할 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)가 같아지도록 구성되고,

상기 복수의 제2 파면 분할 요소의 각각은, 광축 방향을 따라 그 제2 파면 분할 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 제2 파면 분할 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)와, 광축에 대해 경사 방향을 따라 그 제2 파면 분할 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 제2 파면 분할 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)가 같아지도록 구성되는 것인 광학 적분기 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광학 적분기는 단일의 광학 부재를 포함하고,

상기 단일의 광학 부재는 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 곡면형 입사 굴절면과, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 곡면형 출사 굴절면을 갖는 것인 광학 적분기 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광학 적분기는 광의 입사측으로부터 순서대로 배치된 제1 광학 부재와 제2 광학 부재를 포함하고,

상기 제1 광학 부재 및 상기 제2 광학 부재의 각각은 한 방향으로 병렬 배치된 복수의 원통형 입사 굴절면과, 한 방향으로 병렬 배치된 복수의 원통형 출사 굴절면을 갖는 것인 광학 적분기 시스템.
2차원적으로 병렬 배치된 복수의 광학 요소를 갖고 균일한 출사각을 형성하는 광학 부재와, 2차원적으로 병렬 배치된 복수의 파면 분할 요소를 갖는 광학 적분기를 포함하는 광학 적분기 시스템에 있어서,

상기 광학 부재 및 상기 광학 적분기는 광의 입사측으로부터 순서대로 배치되며,

상기 복수의 광학 요소의 각각은, 그 광학 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 광학 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되고,

상기 복수의 파면 분할 요소의 각각은, 그 파면 분할 요소의 입사면의 광축 중심에 비스듬히 입사한 광선이 상기 파면 분할 요소로부터 광축과 평행하게 출사되도록 구성되며,

상기 광학 부재의 하나의 광학 요소는 상기 광학 적분기의 하나의 파면 분할 요소의 입사면보다 더 넓은 영역을 조명하고, 상기 광학 적분기의 입사면보다 더 좁은 영역을 조명하는 것인 광학 적분기 시스템.
제7항에 있어서,

상기 복수의 광학 부재의 각각은, 광축 방향을 따라 그 광학 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 광학 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)와, 광축에 대해 경사 방향을 따라 그 광학 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 광학 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)가 같아지도록 구성되며,

상기 복수의 파면 분할 요소의 각각은, 광축 방향을 따라 그 파면 분할 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 파면 분할 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)와, 광축에 대해 경사 방향을 따라 그 파면 분할 요소의 입사면에 입사한 광에 의해 형성되는 상기 파면 분할 요소로부터의 광의 최대 출사 각도(반각)가 같아지도록 구성되는 것인 광학 적분기 시스템.
광원으로부터의 광으로 피조사면을 조명하기 위한 조명 광학 장치에 있어서,

상기 조명 광학 장치는, 상기 광원과 상기 피조사면 사이의 광로에 배치되는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 광학 적분기 시스템을 포함하는 것인 조명 광학 장치.
제9항에 있어서, 상기 광원과 상기 광학 적분기 시스템 사이의 광로에 이동 가능하게 배치된 가동 광학 부재를 포함하는 조명 광학 장치.
미리 정해진 패턴을 조명하기 위한 제9항 또는 제10항에 따른 조명 광학 장치를 포함하여, 상기 미리 정해진 패턴을 감광성 기판에 노광하는 노광 장치.
제11항에 있어서, 상기 미리 정해진 패턴의 상을 상기 감광성 기판 위에 형성하기 위한 투영 광학계를 포함하고, 상기 미리 정해진 패턴 및 상기 감광성 기판을 주사 방향을 따라 상기 투영 광학계에 대해 상대 이동시켜, 상기 미리 정해진 패턴이 상기 감광성 기판에 투영 노광됨에 따라, 상기 미리 정해진 패턴을 상기 감광성 기판에 투영 노광하는 것인 노광 장치.
제12항에 있어서, 상기 광학 적분기 시스템에서의 상기 미리 정해진 방향은 상기 감광성 기판 위에서 상기 주사 방향에 수직인 방향에 대응하는 것인 노광 장치.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 노광 장치를 이용하여, 상기 미리 정해진 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 단계와,

상기 노광 단계 후에 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 단계

를 포함하는 디바이스 제조 방법.