KR20100105649A - 공간 광 변조 유닛, 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

공간 광 변조 유닛, 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

예컨대, 규칙적으로 배치된 다수의 미소한 미러 요소의 주위로부터 발생하는 회절광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있는 조명 광학계. 광원(1)으로부터의 광에 근거하여 피조사면(M)을 조명하는 조명 광학계(IL)는, 공간 광 변조 유닛(3)과, 공간 광 변조기를 거친 광속에 근거하여 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계(4, 5)를 구비하고 있다. 공간 광 변조 유닛(3)은, 이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광 변조기(3a)와, 복수의 광학 요소의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역과 상기 회절광 발생 영역으로의 입사광의 상대적인 각도를 변화시키는 각도 가변 수단을 구비하고 있다.

Description

공간 광 변조 유닛, 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{SPATIAL LIGHT MODULATING UNIT, ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM, ALIGNER, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 공간 광 변조 유닛, 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은, 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 디바이스를 리소그래피 공정에서 제조하기 위한 노광 장치에 바람직한 조명 광학계에 관한 것이다.
이 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광속이, 옵티컬 인티그레이터로서의 플라이아이 렌즈를 통해서, 다수의 광원으로 이루어지는 실질적인 면광원으로서의 2차 광원(일반적으로는 조명 동공에서의 소정의 광 강도 분포)을 형성한다. 이하, 조명 동공에서의 광 강도 분포를 「동공 강도 분포」라고 한다. 또한, 조명 동공이란, 조명 동공과 피조사면(노광 장치의 경우에는 마스크 또는 웨이퍼)의 사이의 광학계의 작용에 의해, 피조사면이 조명 동공의 푸리에 변환면으로 되는 위치로서 정의된다.
2차 광원으로부터의 광속은, 콘덴서 렌즈에 의해 집광된 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크를 투과한 광은 투영 광학계를 통해서 웨이퍼 상에 결상하고, 웨이퍼 상에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 마스크에 형성된 패턴은 고집적화되어 있고, 이 미세 패턴을 웨이퍼 상에 정확히 전사하기 위해서는 웨이퍼 상에서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다.
종래, 줌 광학계를 이용하지 않고 동공 강도 분포(나아가서는 조명 조건)를 연속적으로 변경할 수 있는 조명 광학계가 제안되어 있다(특허문헌 1을 참조). 특허문헌 1에 개시된 조명 광학계에서는, 어레이 형상으로 배열되고 또한 경사각 및 경사 방향이 개별적으로 구동 제어되는 다수의 미소한 미러 요소에 의해 구성된 가동 멀티미러를 이용하여, 입사광속을 반사면마다의 미소 단위로 분할하여 편향시키는 것에 의해, 광속의 단면을 소망의 형상 또는 소망의 크기로 변환하여, 나아가서는 소망의 동공 강도 분포를 실현하고 있다.
[특허문헌 1] 일본특허공개 제2002-353105호 공보
특허문헌 1에 기재된 조명 광학계에서는, 자세가 개별적으로 제어되는 다수의 미소한 미러 요소를 이용하고 있기 때문에, 동공 강도 분포의 형상 및 크기의 변경에 관한 자유도는 높다. 그러나 규칙적으로 배치된 다수의 미러 요소의 사이에 마련된 격자 형상의 미러 프레임으로부터 발생한 회절광이 조명 동공면에서 회절 간섭 줄무늬를 형성하기 때문에, 이 회절 간섭 줄무늬의 영향에 의해 소망의 동공 강도 분포를 형성하기 어려운 경우가 있다.
본 발명은, 상술한 과제에 비추어 이루어진 것이며, 예컨대, 규칙적으로 배치된 다수의 미소한 미러 요소의 주위로부터 발생하는 회절광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 회절광의 영향을 억제하여 소망의 동공 강도 분포를 실현하는 조명 광학계를 이용하여, 적절한 조명 조건을 바탕으로 양호한 노광을 행할 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제 1 형태에서는, 이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광 변조기와,
상기 복수의 광학 요소의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역과 상기 회절광 발생 영역으로의 입사광의 상대적인 각도를 변화시키는 각도 가변 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛을 제공한다.
본 발명의 제 2 형태에서는, 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계에서,
제 1 형태의 공간 광 변조 유닛과,
상기 공간 광 변조기를 거친 광속에 근거하여, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 3 형태에서는, 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계에서,
이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소와, 상기 복수의 광학 요소의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역을 갖는 공간 광 변조기와,
상기 광원으로부터의 광을 상기 공간 광 변조기로 유도하는 도광 광학계를 구비하고,
상기 공간 광 변조기와 상기 도광 광학계 중 적어도 일부의 적어도 한쪽의 자세는, 상기 회절광 발생 영역과 상기 회절광 발생 영역으로의 입사광의 상대적인 각도를 변화시키기 위해 변경 가능한 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 4 형태에서는, 소정의 패턴을 조명하기 위한 제 2 형태 또는 제 3 형태의 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 5 형태에서는, 제 4 형태의 노광 장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 공정과,
상기 마스크층을 통해서 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 조명 광학계에서는, 공간 광 변조기의 복수의 광학 요소의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역과, 이 회절광 발생 영역으로의 입사광과의 상대적인 각도를 시간의 경과에 따라 적절히 변화시킨다. 그 결과, 조명 동공에 형성되는 회절 간섭 줄무늬의 위치가 시간의 경과에 따라 변화하고, 이른바 시간적인 평균화 효과에 의해 동공 강도 분포에 대한 회절 간섭 줄무늬의 영향이 저감된다.
이렇게 해서, 본 발명의 조명 광학계에서는, 예컨대, 규칙적으로 배치된 다수의 미소한 미러 요소의 주위의 회절광 발생 영역에서 발생하는 회절광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치에서는 회절광의 영향을 억제하여 소망의 동공 강도 분포를 실현하는 조명 광학계를 이용하여, 마스크의 패턴 특성에 따라 실현된 적절한 조명 조건을 바탕으로 양호한 노광을 할 수 있고, 나아가서는 양호한 디바이스를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 공간 광 변조 유닛 및 줌 광학계의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 공간 광 변조 유닛이 구비하는 공간 광 변조기의 부분 사시도,
도 4는 공간 광 변조기의 전형적인 구성을 모식적으로 나타내는 단면도,
도 5는 본 실시예의 제 1 수법을 설명하는 도면,
도 6은 본 실시예의 제 2 수법을 설명하는 도면,
도 7은 본 실시예의 제 3 수법을 설명하는 도면,
도 8은 본 실시예의 K 프리즘과 마찬가지의 기능을 갖는 프리즘 부재의 제 1 구성예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 9는 본 실시예의 K 프리즘과 마찬가지의 기능을 갖는 프리즘 부재의 제 2 구성예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 10은 본 실시예의 K 프리즘과 마찬가지의 기능을 갖는 조립 광학 부재의 구성예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 11은 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도,
도 12는 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에서, 감광성 기판인 웨이퍼 W의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼 W의 노광면내에서 도 1의 지면에 평행한 방향을 따라 X축을, 웨이퍼 W의 노광면내에서 도 1의 지면에 수직인 방향을 따라 Y축을 각각 설정하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 노광 장치는, 장치의 광축 AX를 따라, 공간 광 변조 유닛(3)을 포함하는 조명 광학계 IL과, 마스크 M을 지지하는 마스크 스테이지 MS와, 투영 광학계 PL과, 웨이퍼 W를 지지하는 웨이퍼 스테이지 WS를 구비하고 있다. 본 실시예의 노광 장치에서는, 조명 광학계 IL을 거친 광원(1)으로부터의 조명광(노광광)을 이용하여 마스크 M을 조명한다. 마스크 M을 투과한 광은 투영 광학계 PL을 통해 마스크 M의 패턴의 이미지를 웨이퍼 W 상에 형성한다.
광원(1)으로부터의 광에 근거하여 마스크 M의 패턴면(피조사면)을 조명하는 조명 광학계 IL은, 공간 광 변조 유닛(3)의 작용에 의해, 복수극 조명(2극 조명, 4극 조명 등), 윤대 조명 등의 변형 조명을 행한다. 조명 광학계 IL은, 광축 AX를 따라 광원(1)측에서 순서대로, 빔 송광부(2)와, 공간 광 변조 유닛(3)과, 줌 광학계(4)와, 플라이아이 렌즈(5)와, 콘덴서 광학계(6)와, 조명 시야 조리개(마스크 블라인드)(7)와, 시야 조리개 결상 광학계(8)를 구비하고 있다.
공간 광 변조 유닛(3)은, 빔 송광부(2)를 거친 광원(1)으로부터의 광에 근거하여, 그 원시야(遠視野) 영역(프라운호퍼 회절 영역)에 소망의 광 강도 분포(동공 강도 분포)를 형성한다. 공간 광 변조 유닛(3)의 구성 및 작용에 관해서는 후술한다. 빔 송광부(2)는, 광원(1)으로부터의 입사광속을 적절한 크기 및 형상의 단면을 갖는 광속으로 변환하면서 공간 광 변조 유닛(3)으로 유도하고 또한, 공간 광 변조 유닛(3)에 입사하는 광속의 위치 변동 및 각도 변동을 액티브하게 보정하는 기능을 갖는다. 줌 광학계(4)는 공간 광 변조 유닛(3)으로부터의 광을 집광하여, 플라이아이 렌즈(5)로 유도한다.
플라이아이 렌즈(5)는, 예컨대, 조밀하게 배열된 다수의 렌즈 소자로 이루어지는 파면 분할형의 옵티컬 인티그레이터이다. 플라이아이 렌즈(5)는, 입사한 광속을 파면 분할하여, 그 후측 초점면에 렌즈 소자와 동수의 광원 이미지로 이루어지는 2차 광원(실질적인 면광원)을 형성한다. 플라이아이 렌즈(5)의 입사면은 줌 광학계(4)의 후측 초점 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 플라이아이 렌즈(5)로서, 예컨대, 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈를 이용할 수 있다. 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈의 구성 및 작용은, 예컨대, 미국특허 제6913373호 공보에 개시되어 있다. 또한, 플라이아이 렌즈로서, 예컨대, 미국특허 제6741394호 공보에 개시되어 있는 마이크로 플라이아이 렌즈를 이용할 수도 있다. 여기서는, 미국특허 제6913373호 공보 및 미국특허 제6741394호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
본 실시예에서는, 플라이아이 렌즈(5)에 의해 형성되는 2차 광원을 광원으로 하여, 조명 광학계 IL의 피조사면에 배치되는 마스크 M을 퀄러 조명(Koehler illumination)한다. 이 때문에, 2차 광원이 형성되는 위치는 투영 광학계 PL의 개구 조리개 AS의 위치와 광학적으로 공액이며, 2차 광원의 형성면을 조명 광학계 IL의 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 전형적으로는, 조명 동공면에 대하여 피조사면(마스크 M이 배치되는 면, 또는 투영 광학계 PL을 포함해서 조명 광학계라고 생각하는 경우에는 웨이퍼 W가 배치되는 면)이 광학적인 푸리에 변환면으로 된다.
또, 동공 강도 분포란, 조명 광학계 IL의 조명 동공면 또는 상기 조명 동공면과 공액인 면에서의 광 강도 분포(휘도 분포)이다. 플라이아이 렌즈(5)에 의한 파면 분할수가 비교적 큰 경우, 플라이아이 렌즈(5)의 입사면에 형성되는 대국적인 광 강도 분포와, 2차 광원 전체의 대국적인 광 강도 분포(동공 강도 분포)가 높은 상관을 나타낸다. 이것 때문에, 플라이아이 렌즈(5)의 입사면 및 상기 입사면과 광학적으로 공액인 면에서의 광 강도 분포에 관해서도 동공 강도 분포라고 부를 수 있다.
콘덴서 광학계(6)는 플라이아이 렌즈(5)로부터 사출된 광을 집광하여, 조명 시야 조리개(7)를 중첩적으로 조명한다. 조명 시야 조리개(7)로부터의 광은, 시야 조리개 결상 광학계(8)를 통해, 마스크 M의 패턴 형성 영역의 적어도 일부에 조명 시야 조리개(7)의 개구부의 이미지인 조명 영역을 형성한다. 또, 도 1에서는, 광축(나아가서는 광로)을 구부리기 위한 광로 절곡 미러의 설치를 생략하고 있지만, 필요에 따라 광로 절곡 미러를 조명 광로중에 적절히 배치하는 것이 가능하다.
마스크 스테이지 MS에는 XY 평면(예컨대, 수평면)에 따라 마스크 M이 탑재되고, 웨이퍼 스테이지 WS에는 XY 평면에 따라 웨이퍼 W가 탑재된다. 투영 광학계 PL은, 조명 광학계 IL에 의해서 마스크 M의 패턴면 상에 형성되는 조명 영역에서의 광에 따라서, 웨이퍼 W의 노광면(투영면) 상에 마스크 M의 패턴의 이미지를 형성한다. 이렇게 해서, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY 평면) 내에서 웨이퍼 스테이지 WS를 이차원적으로 구동 제어하면서, 나아가서는 웨이퍼 W를 이차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 행하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에는 마스크 M의 패턴이 순차적으로 노광된다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여, 공간 광 변조 유닛(3)의 구성 및 작용을 설명한다. 도 2는 공간 광 변조 유닛(3) 및 줌 광학계(4)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 공간 광 변조 유닛(3)이 구비하는 공간 광 변조기(3a)의 부분 사시도이다. 공간 광 변조 유닛(3)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 예컨대, 형석 등의 광학 재료에 의해 형성된 프리즘(3b)과, 프리즘(3b)의 YZ 평면에 평행한 측면(3ba)에 근접하여 부착된 반사형의 공간 광 변조기(3a)를 구비하고 있다. 프리즘(3b)을 형성하는 광학 재료는, 형석에 한정되지 않고, 광원(1)이 공급하는 광의 파장 등에 따라, 석영이더라도 좋고 그 밖의 광학 재료이더라도 좋다.
프리즘(3b)은, 직육면체의 하나의 측면(공간 광 변조기(3a)가 근접하여 부착되는 측면(3ba)과 대향하는 측면)을 V자 형상으로 오목한 측면(3bb, 3bc)으로 치환하는 것에 의해 얻어지는 형태를 갖고, XZ 평면에 따른 단면 형상에 기인하여 K 프리즘이라고도 불린다. 프리즘(3b)의 V자 형상으로 오목한 측면(3bb, 3bc)은, 둔각을 이루도록 교차하는 2개의 평면 P1 및 P2에 의해 규정되어 있다. 2개의 평면 P1 및 P2는 모두 XZ 평면과 직교하고, XZ 평면을 따라 V자 형상을 나타내고 있다.
2개의 평면 P1과 P2의 접선(Y 방향에 연기되는 직선) P3에서 접하는 2개의 측면(3bb, 3bc)의 내면은 반사면 R1 및 R2로서 기능한다. 즉, 반사면 R1은 평면 P1 상에 위치하고, 반사면 R2은 평면 P2 상에 위치하고, 반사면 R1과 R2가 이루는 각도는 둔각이다. 일례로서, 반사면 R1과 R2가 이루는 각도를 120도로 하고, 광축 AX에 수직인 프리즘(3b)의 입사면 IP와 반사면 R1이 이루는 각도를 60도로 하고, 광축 AX에 수직인 프리즘(3b)의 사출면 OP와 반사면 R2가 이루는 각도를 60도로 할 수 있다.
프리즘(3b)에서는, 공간 광 변조기(3a)가 근접하여 부착되는 측면(3ba)과 광축 AX가 평행이며, 또한 반사면 R1이 광원(1)측(노광 장치의 상류측: 도 2 중 왼쪽)에, 반사면 R2가 플라이아이 렌즈(5)측(노광 장치의 하류측: 도 2 중 오른쪽)에 위치하고 있다. 더 구체적으로는, 반사면 R1은 광축 AX에 대하여 경사지게 마련되고, 반사면 R2는 접선 P3을 통하고 또한 XY 평면에 평행한 면에 관하여 반사면 R1과는 대칭적으로 광축 AX에 대해 경사지게 마련되어 있다. 프리즘(3b)의 측면(3ba)은, 후술하는 바와 같이, 공간 광 변조기(3a)의 복수의 미러 요소 SE가 배열되는 면에 대향한 광학면이다.
프리즘(3b)의 반사면 R1은 입사면 IP를 통해 입사한 광을 공간 광 변조기(3a)를 향하여 반사한다. 공간 광 변조기(3a)는, 반사면 R1과 반사면 R2 사이의 광로중에 배치되고, 반사면 R1을 거쳐 입사한 광을 반사한다. 프리즘(3b)의 반사면 R2는 공간 광 변조기(3a)를 지나서 입사한 광을 반사하고, 사출면 OP를 통해 줌 광학계(4)로 유도한다. 도 2에는 프리즘(3b)을 하나의 광학 블록으로 일체적으로 형성한 예를 나타내고 있지만, 후술하는 바와 같이 복수의 광학 블록을 이용하여 프리즘(3b)을 구성하더라도 좋다.
공간 광 변조기(3a)는, 반사면 R1을 거쳐 입사한 광에 대하여, 그 입사 위치에 따른 공간적인 변조를 부여하여 사출한다. 공간 광 변조기(3a)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 이차원적으로 배열된 복수의 미소한 미러 요소(광학 요소) SE를 구비하고 있다. 설명 및 도시를 간단히 하기 위해, 도 2 및 도 3에서는 공간 광 변조기(3a)가 4×4=16개의 미러 요소 SE를 구비하는 구성예를 나타내고 있지만, 실제로는 16개보다도 훨씬 많은 수의 미러 요소 SE를 구비하고 있다.
도 2를 참조하면, 광축 AX와 평행한 방향을 따라 공간 광 변조 유닛(3)에 입사하는 광선 그룹 중, 광선 L1은 복수의 미러 요소 SE 중의 미러 요소 SEa에, 광선 L2는 미러 요소 SEa와는 상이한 미러 요소 SEb에 각각 입사한다. 마찬가지로, 광선 L3은 미러 요소 SEa, SEb와는 상이한 미러 요소 SEc에, 광선 L4은 미러 요소 SEa~SEc와는 상이한 미러 요소 SEd에 각각 입사한다. 미러 요소 SEa~SEd는 그 위치에 따라 설정된 공간적인 변조를 광 L1~L4에 부여한다.
공간 광 변조 유닛(3)에서는, 공간 광 변조기(3a)의 모든 미러 요소 SE의 반사면이 YZ 평면에 평행하게 설정된 기준 상태에서, 광축 AX와 평행한 방향을 따라 반사면 R1로 입사한 광선이, 공간 광 변조기(3a)를 거친 후에, 반사면 R2에 의해 광축 AX와 평행한 방향을 향하여 반사되도록 구성되어 있다. 또한, 공간 광 변조 유닛(3)은, 프리즘(3b)의 입사면 IP에서 미러 요소 SEa~SEd를 지나서 사출면 OP까지의 공기 환산 길이와, 프리즘(3b)이 광로중에 배치되어 있을 때의 입사면 IP에 상당하는 위치로부터 사출면 OP에 상당하는 위치까지의 공기 환산 길이가 동일해지도록 구성되어 있다. 여기서, 공기 환산 길이란, 광학계 중의 광로 길이를 굴절률 1인 공기중의 광로 길이로 환산한 것이며, 굴절률 n인 매질중의 공기 환산 길이는 그 광로 길이에 1/n을 곱한 것이다.
공간 광 변조기(3a)는 줌 광학계(4)의 전측 초점 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 공간 광 변조기(3a)의 복수의 미러 요소 SEa~SEd에 의해 반사되어 소정의 각도 분포가 부여된 광은 줌 광학계(4)의 후측 초점면(4a)에 소정의 광 강도 분포 SP1~SP4를 형성한다. 즉, 줌 광학계(4)는, 공간 광 변조기(3a)의 복수의 미러 요소 SEa~SEd가 사출광에 부여하는 각도를, 공간 광 변조기(3a)의 원시야 영역(프라운호퍼 회절 영역)인 면(4a) 상에서의 위치로 변환하고 있다.
다시 도 1을 참조하면, 집광 광학계로서 기능하는 줌 광학계(4)의 후측 초점면(4a)의 위치 또는 그 근방에, 플라이아이 렌즈(5)의 입사면이 위치 결정되어 있다. 따라서, 플라이아이 렌즈(5)가 형성하는 2차 광원의 광 강도 분포(휘도 분포)는, 공간 광 변조기(3a) 및 줌 광학계(4)가 형성하는 광 강도 분포 SP1~SP4에 따른 분포로 된다. 공간 광 변조기(3a)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 평면 형상의 반사면을 상면으로 한 상태에서 하나의 평면을 따라 규칙적으로 또한 이차원적으로 배열된 다수의 미소한 반사 소자인 미러 요소 SE를 포함하는 가동(可動) 멀티미러이다.
각 미러 요소 SE는 이동 가능하며, 그 반사면의 경사, 즉 반사면의 경사각 및 경사 방향은 제어부 CR(도 3에서는 도시하지 않음)로부터의 지령에 따라 작동하는 구동부(3c)(도 3에서는 도시하지 않음)의 작용에 의해 독립적으로 제어된다. 각 미러 요소 SE는, 그 반사면에 평행한 2방향이고 서로 직교하는 2방향(Y 방향 및 Z 방향)을 회전축으로 하여, 소망의 회전 각도만큼 연속적 혹은 이산적으로 회전할 수 있다. 즉, 각 미러 요소 SE의 반사면의 경사를 이차원적으로 제어하는 것이 가능하다.
또, 각 미러 요소 SE의 반사면을 이산적으로 회전시키는 경우, 회전각을 복수의 상태(예컨대, …, -2.5도, -2.0도, … 0도, + 0.5도 … +2.5도, …)로 전환하여 제어하는 것이 좋다. 도 3에는 외형이 정육면체 형상인 미러 요소 SE를 나타내고 있지만, 미러 요소 SE의 외형 형상은 정육면체에 한정되지 않는다. 단, 광 이용 효율의 관점에서, 미러 요소 SE의 간극이 적어지도록 배열 가능한 형상(최밀충전(最密充塡) 가능한 형상)으로 해도 좋다. 또한, 광 이용 효율의 관점에서, 이웃하는 2개의 요소 미러 SE의 간격을 필요최소한으로 억제해도 좋다.
본 실시예에서는, 공간 광 변조기(3a)로서, 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소 SE의 방향을 연속적으로(또는 이산적으로) 각각 변화시키는 공간 광 변조기를 이용하고 있다. 이러한 공간 광 변조기로서, 예컨대, 일본특허공표 평성 제10-503300호 공보 및 이것에 대응하는 유럽특허공개 제779530호 공보, 일본특허공개 제2004-78136호 공보 및 이것에 대응하는 미국특허 제6,900,915호 공보, 일본특허공표 제2006-524349호 공보 및 이것에 대응하는 미국특허 제7,095,546호 공보, 및 일본특허공개 제2006-113437호 공보에 개시되는 공간 광 변조기를 이용할 수 있다. 여기서는, 유럽특허공개 제779530호 공보, 미국특허 제6,900,915호 공보, 및 미국특허 제7,095,546호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
공간 광 변조기(3a)에서는, 제어부 CR로부터의 제어 신호에 따라 작동하는 구동부(3c)의 작용에 의해, 복수의 미러 요소 SE의 자세가 각각 변화하고, 각 미러 요소 SE가 각각 소정의 방향으로 설정된다. 공간 광 변조기(3a)의 복수의 미러 요소 SE에 의해 각각 소정의 각도로 반사된 광은, 줌 광학계(4)를 통해서, 플라이아이 렌즈(5)의 후측 초점 위치 또는 그 근방의 조명 동공에, 복수극 형상(2극 형상, 4극 형상 등), 윤대 형상 등의 광 강도 분포(동공 강도 분포)를 형성한다. 이 동공 강도 분포는 줌 광학계(4)의 작용에 의해 상사적으로(등방적으로) 변화한다.
즉, 줌 광학계(4) 및 플라이아이 렌즈(5)는, 공간 광 변조 유닛(3)중의 공간 광 변조기(3a)를 거친 광속에 근거하여, 조명 광학계 IL의 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계를 구성하고 있다. 또한, 플라이아이 렌즈(5)의 후측 초점 위치 또는 그 근방의 조명 동공과 광학적으로 공액인 별도의 조명 동공 위치, 즉 시야 조리개 결상 광학계(8)의 동공 위치 및 투영 광학계 PL의 동공 위치(개구 조리개 AS의 위치)에도, 동공 강도 분포에 대응하는 광 강도 분포가 형성된다.
노광 장치에서는, 마스크 M의 패턴을 웨이퍼 W에 고정밀도로 또한 충실히 전사하기 위해, 예컨대, 마스크 M의 패턴 특성에 따른 적절한 조명 조건을 바탕으로 노광을 행하는 것이 중요하다. 본 실시예에서는, 복수의 미러 요소 SE의 자세가 각각 개별적으로 변화하는 공간 광 변조기(3a)를 구비한 공간 광 변조 유닛(3)을 이용하고 있기 때문에, 공간 광 변조기(3a)의 작용에 의해 형성되는 동공 강도 분포를 자유롭고 또한 신속하게 변화시킬 수 있다.
그러나 공간 광 변조기(3a)를 이용하는 본 실시예의 조명 광학계 IL에서는, 후술하는 바와 같이, 규칙적으로 배치된 복수의 미러 요소 SE의 사이에 마련된 격자 형상의 미러 프레임의 상면으로부터 발생한 회절광이 조명 동공면에서 회절 간섭 줄무늬를 형성한다. 그 결과, 이 회절 간섭 줄무늬의 영향에 의해, 소망의 동공 강도 분포를 형성하기 어려운 경우가 있다. 이하, 도 4를 참조하여, 회절 간섭 줄무늬의 발생 및 영향을 설명한다.
도 4는 공간 광 변조기의 전형적인 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 공간 광 변조기(3a)의 전형적인 구성예에서는, 복수의 미러 요소 SE가 힌지(도시하지 않음)를 통해 기판 BA 상에 부착되고, 복수의 미러 요소 SE의 사이에는 미러 프레임 FR이 마련되어 있다. 미러 요소 SE는, 예컨대, 정육면체 형상의 미소한 반사면을 갖고, 규칙적으로 배치되어 있다. 따라서, 미러 요소 SE의 사이에 마련된 미러 프레임 FR의 상면(도 4 중 위쪽의 면)은, 예컨대, 전체로서 격자 형상의 형태를 갖게 된다.
이 경우, 미러 프레임 FR이 규칙적으로 배치된 미소한 상면에 광 L41(도면중 실선으로 나타냄)이 입사하면, 미러 프레임 FR의 상면으로부터 반사 회절광 L42(도면중 파선으로 나타냄)가 발생한다. 또, 도 4에서는, 도면의 간략화를 위해, 좌단의 미러 프레임 FR의 상면으로의 입사광(41)만을 나타내고 있지만, 입사광(41)은 실제로는 공간 광 변조기(3a)의 전체에 같은 각도로 입사하고 있다. 이 때, 미러 요소 SE의 피치 P와, 광의 파장 λ과, 미러 프레임 FR의 상면으로의 광 L41의 입사각 θ0과, 미러 프레임 FR의 상면으로부터의 N차 회절광의 회절각 θN의 사이에는, 다음 식(1)에 나타내는 관계가 성립한다.
sinθN-sinθ0=N×λ/P (1)
이와 같이, 본 실시예의 조명 광학계 IL에서는, 복수의 미러 요소 SE에 의해 반사된 소요광이 조명 동공에 형성하는 원래의 광 강도 분포와, 미러 프레임 FR의 상면으로부터 발생한 불필요광으로서의 회절광이 조명 동공에 형성하는 광 강도 분포(회절 간섭 줄무늬)로 이루어지는 동공 강도 분포가 얻어진다. 환언하면, 본 실시예의 조명 광학계 IL에서는, 특별한 대책을 마련하지 않는 한, 미러 프레임 FR의 상면으로부터의 회절광에 의해 형성되는 회절 간섭 줄무늬만큼 소망의 동공 강도 분포를 얻을 수 없다.
도 4에 나타내는 구성예에서는 복수의 미러 요소 SE의 사이에 미러 프레임 FR이 마련되고, 미러 프레임 FR의 상면이 복수의 미러 요소 SE의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역을 구성하고 있다. 또, 미러 프레임을 마련하지 않는 구성예에서도, 복수의 미러 요소 SE의 미소한 격자 형상의 간극에서 기판의 표면에 도달한 광이 회절광을 발생시키고, 나아가서는 조명 동공에 회절 간섭 줄무늬를 형성한다. 이 경우, 복수의 미러 요소 SE의 미소한 간극에 대응하는 격자 형상의 기판 표면 영역이, 복수의 미러 요소 SE의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역을 구성하게 된다.
본 실시예에서는, 공간 광 변조기(3a)의 각 미러 요소 SE의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역(도 4에서는 미러 프레임 FR의 상면)과, 이 회절광 발생 영역으로의 입사광(도 4에서는 광 L41)의 상대적인 각도를 시간의 경과에 따라 적절히 변화시킨다. 그 결과, 본 실시예에서는, 조명 동공에 형성되는 회절 간섭 줄무늬의 위치가 시간의 경과에 따라 변화하고, 이른바 시간적인 평균화 효과에 의해 동공 강도 분포에 대한 회절 간섭 줄무늬의 영향이 저감되고, 나아가서는 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있다.
이렇게 해서, 본 실시예의 조명 광학계 IL에서는, 공간 광 변조기(3a)에서 규칙적으로 배치된 다수의 미소한 미러 요소 SE의 주위의 회절광 발생 영역에서 발생하는 회절광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시예의 노광 장치(3~WS)에서는, 회절광의 영향을 억제하여 소망의 동공 강도 분포를 실현하는 조명 광학계 IL을 이용하여, 마스크 M의 패턴 특성에 따라 실현된 적절한 조명 조건을 바탕으로 양호한 노광을 할 수 있다.
구체적으로, 본 실시예의 제 1 수법으로서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제어부 CR로부터의 제어 신호에 따라 작동하는 제 1 가변부(3d)의 작용에 의해, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세를, 나아가서는 회절광 발생 영역의 자세를 시간의 경과에 따라 변화시킨다. 제 1 가변부(3d)로서, 예컨대, 공간 광 변조기(3a)와 프리즘(3b)의 측면(3ba) 사이에서 유효 광속이 통과하지 않는 영역에 부착된 구동 소자(피에조 소자 등)를 이용할 수 있다.
공간 광 변조기(3a) 전체의 자세가 변화하면, 미러 프레임 FR의 상면의 방향, 기판 BA의 표면의 방향, 및 각 미러 요소 SE의 반사면의 방향도 마찬가지로 변화한다. 한편, 공간 광 변조기(3a)로의 입사광 Li의 방향은, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세가 변화되더라도 불변이다. 또, 도 5에서는, 도면의 간략화를 위해, 좌단의 미러 프레임 FR의 상면으로의 입사광 Li만을 나타내고 있지만, 입사광 Li는 실제로는 공간 광 변조기(3a)의 전체에 같은 각도로 입사하고 있다. 따라서, 미러 프레임 FR의 상면(또는 기판 BA의 표면)의 회절광 발생 영역으로부터 발생하는 불필요광으로서의 회절광 Ld의 방향은, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세의 변화에 따라 변동한다.
마찬가지로, 구동부(3c)에 의해 각 미러 요소 SE의 자세를 적극적으로 변화시키지 않는 한, 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr의 방향도, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세의 변화에 따라 변동한다. 그 결과, 회절광 발생 영역으로부터의 회절광 Ld에 의해 조명 동공에 형성되는 회절 간섭 줄무늬의 위치가 시간의 경과에 따라 변동하고, 또한, 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr에 의해 조명 동공에 형성되는 광 강도 분포(원래 필요로 하는 동공 강도 분포)의 위치도 시간의 경과에 따라 변동한다.
본 실시예의 노광 장치에 있어서, 예컨대, 엑시머 레이저 광원과 같이 펄스광을 공급하는 레이저 광원을 이용하는 경우에, 조명 동공에서의 회절 간섭 줄무늬의 위치 변동에 의한 소요의 평균화 효과를 얻기 위해서는, 1회의 일괄 노광에 필요한 펄스수, 즉 노광 펄스수의 광조사 동안에, 공간 광 변조기(3a) 전체를 예컨대, 소요의 각도 범위에 걸쳐 왕복 경사시키더라도 좋다. 또는, 노광 펄스수의 광조사의 동안에, 공간 광 변조기(3a) 전체를, 예컨대, 소요의 각도 범위에 걸쳐 편도 경사시키더라도 좋다.
또한, 스캔 노광을 적용할 때는, 웨이퍼 W 상의 1점당에 조사해야 할 최소 노광 펄스수 Nmin의 광조사의 동안에, 공간 광 변조기(3a) 전체를, 예컨대, 소요의 각도 범위에 걸쳐 왕복 경사시키거나, 최소 노광 펄스수 Nmin의 광조사의 동안에, 공간 광 변조기(3a) 전체를, 예컨대, 소요의 각도 범위에 걸쳐 편도 경사시키더라도 좋다. 또, 최소 노광 펄스수 Nmin이란, 노광량 제어를 재현하는 것에 필요최저한의 펄스수이며, 예컨대, 미리 계측된 장치 정수로서의 펄스 에너지의 편차(3δ의 값) δH와 평균 펄스 에너지 밀도 H의 비 δH/H에 근거하여 구해진다. 즉, 최소 노광 펄스수 Nmin은 적산 노광량의 편차를 소정의 허용치 이내로 억제하기 위해 필요한 펄스수이다.
따라서, 전형적으로는 웨이퍼 W 상의 주사 노광 범위(샷 영역) 내의 각 점에 N 펄스씩 조명광 IL이 조사된다. 또, N≥Nmin이면, 그 주사 노광 범위에서의 적산 광량이 각 점에서 거의 같아지고, 특히 비주사 방향이더라도 주사 노광 범위에서의 적산 광량 분포가 거의 균일하게 되는, 즉, 그 적산 광량 불균일이 소정의 허용치 이내로 억제된다. 단, N≥Nmin을 만족하는 N 펄스의 조사광 IL을 주사 노광 범위의 각 점에 조사하더라도, 비주사 방향의 적산 광량 분포가 균일화될 때는, 적산 광량의 편차를 소정의 허용치 이내로 억제하는 것에 필요한 펄스수만으로 좋고, 비주사 방향의 적산 광량 분포를 균일화하는 데 필요한 펄스수도 고려하여, 최소 노광 펄스수 Nmin을 결정해 두더라도 좋다.
상술한 바와 같이, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세 변화에 동기하여, 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr이 조명 동공에 형성하는 광 강도 분포의 위치도 변동하지만, 반사광 Lr에 의한 원래의 광 강도 분포의 위치 변동이 허용 범위내이면, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세를 변화시키더라도 구동부(3c)에 의한 각 미러 요소 SE의 자세의 조정을 할 필요는 없다. 이 경우, 반사광 Lr에 의한 원래의 광 강도 분포의 위치 변동과 같이 회절광 Ld에 의한 회절 간섭 줄무늬의 위치 변동이 조금이더라도, 동공 강도 분포에 대한 회절 간섭 줄무늬의 악영향은 저감된다.
한편, 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr이 조명 동공에 형성하는 광 강도 분포의 위치 변동이 허용 범위를 초과하고 있는 경우, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세의 변화에 따라, 구동부(3c)에 의해 각 미러 요소 SE의 자세를 조정해야 한다. 이 경우, 도 5에 나타낸 바와 같이, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세가 변화되더라도, 입사광 Li와 각 미러 요소 SE의 반사면의 상대적인 각도(나아가서는 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr의 방향)가 항상 일정하게 유지되도록, 각 미러 요소 SE의 자세를 개별적으로 조정하면 좋다. 환언하면, 공간 광 변조기(3a) 전체의 자세가 변화되더라도, 공간 광 변조기(3a) 밖의 공간축에 대하여 각 미러 요소 SE의 반사면이 일정한 각도를 유지하도록 각 미러 요소 SE의 자세를 개별적으로 조정함으로써 반사광 Lr에 의한 원래의 광 강도 분포의 위치를 변동시키지 않고, 회절광 Ld에 의한 회절 간섭 줄무늬의 위치만을 변동시킬 수 있다.
또는, 입사광 Li와 각 미러 요소 SE의 반사면과의 상대적인 각도(나아가서는 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr의 방향)를 일정하게 유지하지 않더라도, 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr이 조명 동공에 형성하는 광 강도 분포가 거의 변동하지 않도록, 펄스마다 각 미러 요소 SE의 자세를 소요의 자세로 바꾸는 조정도 가능하다. 환언하면, 공간 광 변조기(3a) 밖의 공간축에 대하여 각 미러 요소 SE의 반사면을 일정한 각도로 유지하지 않더라도, 반사광 Lr에 의한 원래의 광 강도 분포가 정지하도록 펄스마다 각 미러 요소 SE의 자세를 개별적으로 조정함으로써 회절광 Ld에 의한 회절 간섭 줄무늬의 위치만을 변동시킬 수 있다.
본 실시예의 제 2 수법에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제어부 CR로부터의 제어 신호에 따라 작동하는 제 2 가변부(3e)의 작용에 의해, 반사면 및 굴절면을 가지는 프리즘(3b)의 자세를, 나아가서는 회절광 발생 영역으로의 입사광 Li의 방향을 시간의 경과에 따라 변화시킨다. 제 2 가변부(3e)로서, 예컨대 프리즘(3b)에 부착된 구동 소자(피에조 소자 등)를 이용할 수 있다. 프리즘(3b)의 자세가 변화하면, 공간 광 변조기(3a)로의 입사광 Li의 방향이 변화한다. 한편, 미러 프레임 FR의 상면의 방향, 기판 BA의 표면의 방향, 및 각 미러 요소 SE의 반사면의 방향은 프리즘(3b)의 자세가 변화되더라도 불변이다.
따라서, 미러 프레임 FR의 상면(또는 기판 BA의 표면)의 회절광 발생 영역에서 발생하는 불필요광으로서의 회절광 Ld의 방향 및 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr의 방향은, 프리즘(3b)의 자세의 변화에 따라 변동한다. 그 결과, 회절광 Ld에 의해 조명 동공에 형성되는 회절 간섭 줄무늬의 위치 및 반사광 Lr에 의해 조명 동공에 형성되는 광 강도 분포의 위치는 시간의 경과에 따라 변동한다.
각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr에 의한 광 강도 분포의 위치 변동이 허용 범위 내이면, 프리즘(3b)의 자세를 변화시키더라도 구동부(3c)에 의한 각 미러 요소 SE의 자세의 조정을 할 필요는 없다. 한편, 각 미러 요소 SE로부터의 반사광 Lr이 조명 동공에 형성하는 광 강도 분포의 위치 변동이 허용 범위를 초과하고 있는 경우, 프리즘(3b)의 자세의 변화에 따라, 구동부(3c)에 의해 각 미러 요소 SE의 자세를 개별적으로 조정해야 한다. 이 경우, 각 미러 요소 SE의 자세의 조정은, 제 1 수법에서의 조정과 마찬가지다. 또, 프리즘(3b)의 반사면 또는 굴절면은 광학면이라고 간주할 수 있다. 이 제 2 수법에서는, 프리즘(3b)을 도광 광학계라고 볼 수 있고, 프리즘(3b)의 반사면을 도광 광학계의 일부라고 간주할 수 있다.
상술한 제 2 수법에서는, 프리즘(3b)의 자세를 변화시키는 것에 의해 회절광 발생 영역으로의 입사광 Li의 방향을 변화시키고 있다. 그러나 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 도 7에 나타내는 제 3 수법과 같이, 프리즘(3b)으로 입사하는 광의 방향을 변화시키는 것에 의해 회절광 발생 영역으로의 입사광 Li의 방향을 변화시킬 수도 있다. 구체적으로, 본 실시예의 제 3 수법에서는, 제어부 CR로부터의 제어 신호에 따라 작동하는 제 3 가변부(11a)의 작용에 의해, 예컨대, 프리즘(3b)의 입사측에 배치되어 소정의 각도를 이루는 2개의 평면(굴절면)을 가지는 편각 프리즘(11)을 광축 AX 주위에 회전시킨다. 이 편각 프리즘(11)의 굴절면은 광학면이라고 간주할 수 있다. 이 제 3 수법에서는, 편각 프리즘(11)을 도광 광학계의 일부라고 간주할 수 있다.
이렇게 해서, 광축 AX 주위에 회전하는 편각 프리즘(11)의 작용에 의해, 프리즘(3b)으로 입사하는 광의 방향이, 나아가서는 회절광 발생 영역으로의 입사광 Li의 방향이 시간의 경과에 따라 변화한다. 도 7에서는, 프리즘(3b)으로 입사하는 광의 방향을 변화시키는 수단으로서 광축 AX 주위에 회전하는 편각 프리즘(11)을 예시하고 있지만, 예컨대, 프리즘(3b)의 앞쪽에 배치된 광로 절곡용의 평면 미러를 진동시키는 것에 의해 프리즘(3b)으로 입사하는 광의 방향을 변화시킬 수도 있다.
또, 상술한 설명에서는, 공간 광 변조기(3a)의 복수의 미러 요소가 배열되는 면에 대향한 광학면을 갖는 프리즘 부재로서, 하나의 광학 블록으로 일체적으로 형성된 K 프리즘(3b)을 이용하고 있다. 그러나 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 도 8에 나타내는 한 쌍의 프리즘(31, 32)에 의해, K 프리즘(3b)과 같은 기능을 갖는 프리즘 부재를 구성할 수 있다. 이 경우, 프리즘(31)과 프리즘(32)의 접촉면을 광이 지나기 때문에, 접촉면의 연마가 필요하다. 경우에 따라서는, 프리즘(31)과 프리즘(32) 사이에서 옵티컬 콘택트가 필요하게 된다.
또한, 예컨대, 도 9에 나타내는 평행 평면판(33)과 한 쌍의 삼각 프리즘(34, 35)에 의해, K 프리즘(3b)과 같은 기능을 갖는 프리즘 부재를 구성할 수 있다. 삼각 프리즘(34, 35)은 서로 접촉하지 않기 때문에, 삼각 프리즘(34, 35) 사이에 옵티컬 콘택트는 불필요하다. 평행 평면판(33)과 삼각 프리즘(34, 35)은 서로 접촉하고 있더라도 좋고, 간격을 두고 있더라도 좋다. 평행 평면판(33)은 공간 광 변조기(3a)의 커버유리의 기능도 하기 때문에, 공간 광 변조기(3a)의 수명후의 교환시에는, 평행 평면판(33) 및 공간 광 변조기(3a)를 교환하는 것만으로 삼각 프리즘(34, 35)을 교환할 필요는 없다.
또한, 예컨대, 도 10에 나타내는 평행 평면판(36)과 한 쌍의 평면 미러(37, 38)에 의해 K 프리즘(3b)과 같은 기능을 갖는 조립 광학 부재를 구성할 수 있다. 도 10의 구성은, 도 9에서의 삼각 프리즘(34, 35)을 평면 미러(37, 38)로 치환한 것이다. 이 경우, 도 9의 구성예와 마찬가지로, 공간 광 변조기(3a)의 수명후의 교환시에는, 평행 평면판(36) 및 공간 광 변조기(3a)를 교환하는 것만으로 평면 미러(37, 38)를 교환할 필요는 없다. 또한, 도 9의 구성예에 비하여, 평면 미러(37)로부터 평행 평면판(36)으로 입사하는 광의 굴절분만, 공간 광 변조기(3a)로 입사하는 광의 각도를 작게 할 수 있다.
이 도 10의 구성예에서, 상술한 제 2 수법을 적용하는 경우에는, 공간 광 변조기(3a)의 입사측에 위치하는 평면 미러(37)의 자세를 변화시키면 된다. 또, 평면 미러(37, 38)의 자세를 일체적으로 변화시키는 구성이더라도 좋다. 이들 평면 미러(37, 38)의 반사면은 광학면이라고 간주할 수 있다. 또한, 이 평면 미러(37)를 도광 광학계의 일부라고 간주할 수 있다.
또한, 상술한 설명에서는, 이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광 변조기로서, 이차원적으로 배열된 복수의 반사면의 방향(각도: 기울기)을 개별적으로 제어 가능한 공간 광 변조기를 이용하고 있다. 그러나 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 이차원적으로 배열된 복수의 반사면의 높이(위치)를 개별적으로 제어 가능한 공간 광 변조기를 이용할 수도 있다. 이러한 공간 광 변조기에서는, 예컨대, 일본특허공개 평성 제6-281869호 공보 및 이것에 대응하는 미국특허 제5,312,513호 공보, 및 일본특허공표 제2004-520618호 공보 및 이것에 대응하는 미국특허 제6,885,493호 공보의 도 1d에 개시되는 공간 광 변조기를 이용할 수 있다. 이들의 공간 광 변조기에서는, 이차원적인 높이 분포를 형성함으로써 회절면과 마찬가지의 작용을 입사광에 부여할 수 있다. 또, 상술한 이차원적으로 배열된 복수의 반사면을 가지는 공간 광 변조기를, 예컨대, 일본특허공표 제2006-513442호 공보 및 이것에 대응하는 미국특허 제6,891,655호 공보나, 일본특허공표 제2005-524112호 공보 및 이것에 대응하는 미국특허공개 제2005/0095749호 공보의 개시에 따라 변형하더라도 좋다.
또한, 상술한 설명에서는, 복수의 미러 요소를 갖는 반사형의 공간 광 변조기를 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 미국특허 제5,229,872호 공보에 개시되는 투과형의 공간 광 변조기를 이용하더라도 좋다. 여기서는, 미국특허 제5,312,513호 공보, 미국특허 제6,885,493호 공보, 미국특허 제6,891,655호, 미국특허공개 제2005/0095749호 공보, 및 미국특허 제5,229,872호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또, 상술한 실시예에서는, 공간 광 변조 유닛을 이용하여 동공 강도 분포를 형성할 때에, 동공 휘도 분포 계측 장치로 동공 강도 분포를 계측하면서, 이 계측결과에 따라 공간 광 변조 유닛 중의 공간 광 변조기를 제어할 수도 있다. 이러한 기술은, 예컨대, 일본특허공개 제2006-54328호 공보나 일본특허공개 제2003-22967호 공보 및 이것에 대응하는 미국특허공개 제2003/0038225호 공보에 개시되어 있다. 여기서는, 미국특허공개 제2003/0038225호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시예에서는, 마스크 대신에, 소정의 전자 데이터에 근거하여 소정 패턴을 형성하는 가변 패턴 형성 장치를 이용할 수 있다. 이러한 가변 패턴 형성 장치를 이용하면, 패턴면이 세로 배치라도 동기 정밀도에 미치는 영향을 최저한으로 할 수 있다. 또, 가변 패턴 형성 장치에서는, 예컨대, 소정의 전자 데이터에 근거하여 구동되는 복수의 반사 소자를 포함하는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)를 이용할 수 있다. DMD를 이용한 노광 장치는, 예컨대, 일본특허공개 제2004-304135호 공보, 국제특허공개 제2006/080285호 팜플렛 및 이것에 대응하는 미국특허공개 제2007/0296936호 공보에 개시되어 있다. 또한, DMD 같은 비발광형의 반사형 공간 광 변조기 이외에, 투과형 공간 광 변조기를 이용하더라도 좋고, 자발광형의 화상 표시 소자를 이용하더라도 좋다. 또, 패턴면이 가로 배치인 경우에도 가변 패턴 형성 장치를 이용하더라도 좋다. 여기서는, 미국특허공개 제2007/0296936호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또, 상술한 실시예에서는, 옵티컬 인티그레이터로서, 플라이아이 렌즈(5)를 이용하고 있지만, 그 대신에, 내면 반사형의 옵티컬 인티그레이터(전형적으로는 로드형 인티그레이터)를 이용하더라도 좋다. 이 경우, 줌 광학계(4)의 후측에 그 전측 초점 위치가 줌 광학계(4)의 후측 초점 위치와 일치하도록 집광 렌즈를 배치하고, 이 집광 렌즈의 후측 초점 위치 또는 그 근방에 입사단이 위치 결정되도록 로드형 인티그레이터를 배치한다. 이 때, 로드형 인티그레이터의 사출단이 조명 시야 조리개(7)의 위치로 된다. 로드형 인티그레이터를 이용하는 경우, 이 로드형 인티그레이터의 하류의 시야 조리개 결상 광학계(8)내의, 투영 광학계 PL의 개구 조리개 AS의 위치와 광학적으로 공액인 위치를 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 또한, 로드형 인티그레이터의 입사면의 위치에는, 조명 동공면의 2차 광원의 허상이 형성되게 되기 때문에, 이 위치 및 이 위치와 광학적으로 공액인 위치도 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 여기서, 줌 광학계(4)와 상기의 집광 렌즈를, 옵티컬 인티그레이터와 공간 광 변조기의 사이의 광로중에 배치된 집광 광학계라고 간주할 수 있고, 줌 광학계(4), 상기의 집광 렌즈 및 로드형 인티그레이터를 분포 형성 광학계라고 간주할 수 있다.
상술한 실시예의 노광 장치는, 본원특허청구의 범위에 열거된 각 구성요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립하는 것으로 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립의 전후에는, 각종 광학계에 관해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 관해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 관해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은, 각종 서브시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정의 전에, 각 서브시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료하면, 종합 조정이 행해져, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 클린룸에서 행하더라도 좋다.
다음으로, 상술한 실시예에 따른 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 11은 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 디바이스의 기판으로 되는 웨이퍼 W에 금속막을 증착하고(단계 S40), 이 증착한 금속막 상에 감광성 재료인 포토레지스트를 도포한다(단계 S42). 계속해서, 상술한 실시예의 투영 노광 장치를 이용하여, 마스크(레티클) M에 형성된 패턴을 웨이퍼 W 상의 각 샷 영역에 전사하고(단계 S44:노광 공정), 이 전사가 종료한 웨이퍼 W의 현상, 즉 패턴이 전사된 포토레지스트의 현상을 행한다(단계 S46:현상 공정). 그 후, 단계 S46에 의해 웨이퍼 W의 표면에 생성된 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 웨이퍼 W의 표면에 대하여 에칭 등의 가공을 행한다(단계 S48:가공 공정).
여기서, 레지스트 패턴이란, 상술한 실시예의 투영 노광 장치에 의해 전사된 패턴에 대응하는 형상의 요철이 생성된 포토레지스트층이고, 그 오목부가 포토레지스트층을 관통하고 있는 것이다. 단계 S48에서는, 이 레지스트 패턴을 통해 웨이퍼 W의 표면의 가공을 행한다. 단계 S48에서 행해지는 가공에는, 예컨대, 웨이퍼 W의 표면의 에칭 또는 금속막 등의 성막 중 적어도 한쪽이 포함된다. 또, 단계 S44에서는, 상술한 실시예의 투영 노광 장치는, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 W를, 감광성 기판, 즉 플레이트 P로서 패턴의 전사를 한다.
도 12는 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 12에 나타낸 바와 같이, 액정 디바이스의 제조 공정에서는, 패턴 형성 공정(단계 S50), 컬러필터 형성 공정(단계 S52), 셀 조립 공정(단계 S54) 및 모듈 조립 공정(단계 S56)을 순차적으로 한다.
단계 S50의 패턴 형성 공정에서는, 플레이트 P로서 포토레지스트가 도포된 유리 기판 상에, 상술한 실시예의 투영 노광 장치를 이용하여 회로 패턴 및 전극 패턴 등의 소정의 패턴을 형성한다. 이 패턴 형성 공정에는, 상술한 실시예의 투영 노광 장치를 이용하여 포토레지스트층에 패턴을 전사하는 노광 공정과, 패턴이 전사된 플레이트 P의 현상, 즉 유리 기판 상의 포토레지스트층의 현상을 행하고, 패턴에 대응하는 형상의 포토레지스트층을 생성하는 현상 공정과, 이 현상된 포토레지스트층을 통해 유리 기판의 표면을 가공하는 가공 공정이 포함되어 있다.
단계 S52의 컬러필터 형성 공정에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응하는 3개의 도트의 세트를 매트릭스 형상으로 다수 배열하거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 세트를 수평 주사 방향으로 복수 배열한 컬러필터를 형성한다.
단계 S54의 셀 조립 공정에서는, 단계 S50에 의해 소정 패턴이 형성된 유리 기판과, 단계 S52에 의해 형성된 컬러필터를 이용하여 액정 패널(액정셀)을 조립한다. 구체적으로는, 예컨대, 유리 기판과 컬러필터 사이에 액정을 주입하는 것으로 액정 패널을 형성한다. 단계 S56의 모듈 조립 공정에서는, 단계 S54에 의해서 조립된 액정 패널에 대하여, 이 액정 패널의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로 및 백라이트 등의 각종 부품을 부착한다.
또한, 본 발명은, 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치로의 적용에 한정되지 않고, 예컨대, 각형(角型)의 유리 플레이트에 형성되는 액정 표시 소자, 또는 플라즈마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용의 노광 장치나, 촬상 소자(CCD 등), 마이크로 머신, 박막 자기 헤드, 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크(포토 마스크, 레티클 등)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조할 때의, 노광 공정(노광 장치)에도 적용할 수 있다.
또, 상술한 실시예에서는, 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장: 193nm)이나 KrF 엑시머 레이저광(파장: 248nm)을 이용할 수 있다. 또한, 이것에 한정되지 않고, 다른 적당한 레이저 광원, 예컨대, 파장 157nm의 레이저광을 공급하는 F2 레이저 광원 등을 이용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시예에 있어서, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로 내를 1.1보다도 큰 굴절률을 갖는 매체(전형적으로는 액체)로 채우는 수법, 소위 액침법을 적용하더라도 좋다. 이 경우, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로 내에 액체를 채우는 수법으로서는, 국제공개 제WO99/49504호 팜플렛에 개시되어 있는 국소적으로 액체를 채우는 수법이나, 일본특허공개 평성 제6-124873호 공보에 개시되어 있는 노광 대상의 기판을 보지(保持)한 스테이지를 액체 용기 안에서 이동시키는 수법이나, 일본특허공개 평성 제10-303114호 공보에 개시되어 있는 것 같은 스테이지 상에 소정 깊이의 액체 용기를 형성하고, 그 속에 기판을 보지하는 수법 등을 채용할 수 있다. 여기서는, 국제공개 제 WO99/49504호 팜플렛, 일본특허공개 평성 제6-124873호 공보 및 일본특허공개 평성 제10-303114호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시예에 있어서, 미국특허공개 제2006/0170901호 공보 및 미국특허공개 제2007/0146676호 공보에 개시되는 이른바 편광 조명 방법을 적용하는 것도 가능하다. 여기서는, 미국특허공개 제2006/0170901호 공보 및 미국특허공개 제2007/0146676호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시예에서는, 노광 장치에서 마스크를 조명하는 조명 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 마스크 이외의 피조사면을 조명하는 일반적인 조명 광학계에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
1 : 광원 2 : 빔 송광부
3 : 공간 광 변조 유닛 3a : 공간 광 변조기
3b : K 프리즘 3c : 구동부
4 : 줌 광학계 5 : 플라이아이 렌즈
6 : 콘덴서 광학계
7 : 조명 시야 조리개(마스크 블라인드) 8 : 시야 조리개 결상 광학계
IL : 조명 광학계 CR : 제어부
M : 마스크 PL : 투영 광학계
W : 웨이퍼

Claims (21)

  1. 이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광 변조기와,
    상기 복수의 광학 요소의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역과 상기 회절광 발생 영역으로의 입사광의 상대적인 각도를 변화시키는 각도 가변 수단
    을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 가변 수단은, 상기 회절광 발생 영역의 자세를 변화시키는 제 1 가변 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 각도 가변 수단은, 상기 회절광 발생 영역으로의 입사광의 방향을 변화시키는 제 2 가변 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.

  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기는, 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소와, 상기 복수의 미러 요소의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 복수의 미러 요소의 방향을 연속적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 각도 가변 수단에 의한 상기 상대적인 각도 변화에 따라 상기 복수의 미러 요소의 자세를 변경하기 위해 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 미러 요소의 광의 입사측에 마련된 광학면을 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 가변 수단은 상기 광학면의 자세를 변화시키는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 가변 수단은 상기 광학면으로 입사하는 광의 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학면은 반사면 또는 굴절면을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학면을 갖는 프리즘 부재를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  12. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 미러 요소가 배열되는 면에 대향한 광학면을 갖는 프리즘 부재를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 가변 수단은 상기 프리즘 부재의 자세를 변화시키는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 가변 수단은 상기 프리즘 부재로 입사하는 광의 방향을 변화시키는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  15. 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 공간 광 변조 유닛과,
    상기 공간 광 변조기를 거친 광속에 근거하여, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  16. 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소와, 상기 복수의 광학 요소의 각각의 주위에서 회절광을 발생시키는 회절광 발생 영역을 갖는 공간 광 변조기와,
    상기 광원으로부터의 광을 상기 공간 광 변조기로 유도하는 도광 광학계
    를 구비하고,
    상기 공간 광 변조기와 상기 도광 광학계 중 적어도 일부의 적어도 한쪽의 자세는, 상기 회절광 발생 영역과 상기 회절광 발생 영역으로의 입사광과의 상대적인 각도를 변화시키기 위해 변경 가능한
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 분포 형성 광학계는, 옵티컬 인티그레이터와 상기 옵티컬 인티그레이터와 공간 광 변조 유닛 사이의 광로 중에 배치된 집광 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소는, 상기 각도 가변 수단에 의한 상기 상대적인 각도 변화시에 상기 조명 동공 상의 상기 소정의 광 강도 분포가 정지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피조사면과 광학적으로 공액인 면을 형성하는 투영 광학계와 조합하여 사용되고, 상기 조명 동공은 상기 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공액인 위치인 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  20. 소정의 패턴을 조명하기 위한 청구항 15 내지 19 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.

  21. 청구항 20에 기재된 노광 장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
    상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 현상 공정과,
    상기 마스크층을 통해서 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 가공 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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