KR20110000619A - 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

광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계로서, 이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광 변조기를 거친 광속에 근거하여, 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계를 구비하는 조명 광학계에 있어서, 상기 공간 광 변조기의, 상기 복수의 광학 요소 이외로부터의 정 반사광이 상기 조명 동공에 도달하는 것에 의해, 소망의 동공 강도 분포를 형성하기 어렵게 된다고 하는 문제를 이하의 구성에 의해 회피한다. 즉, 상기 복수의 광학 요소로 광을 유도하는 입사측 광학계와, 상기 복수의 광학 요소를 거친 광을 유도하는 사출측 광학계를, 제 1 편향 부재 및 제 2 편향 부재를 각각 이용하여 구성하고, 상기 정 반사광이 상기 제 2 편향 부재의 반사면의 밖으로 향하도록 한다.

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 공정으로 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 고 집적화되어 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, 입사 광속을 반사면마다의 미소 단위로 분할하여 편향시키는 것에 의해, 광속의 단면을 소망의 형상 또는 소망의 크기로 변환하고, 나아가서는 소망의 동공 강도 분포를 실현하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2002-353105호 공보
특허문헌 1에 기재된 조명 광학계에서는, 자세가 개별적으로 제어되는 다수의 미소한 미러 요소를 갖는 공간 광 변조기를 이용하고 있기 때문에, 동공 강도 분포의 형상 및 크기의 변경에 관한 자유도는 높다. 그러나 미러 요소로부터의 정 반사광뿐만 아니라, 예컨대, 미러 요소를 지지하는 기판의 표면 등으로부터의 정 반사광도 조명 동공에 도달하는 경우가 있다. 이 경우, 미러 요소 이외로부터의 정 반사광(일반적으로는 불필요광)의 영향에 의해, 소망의 동공 강도 분포를 형성하기 어렵게 된다.
본 발명은 전술한 과제에 비추어 이루어진 것이며, 예컨대, 공간 광 변조기의 미러 요소 이외로부터의 불필요광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 불필요광의 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 공간 광 변조기의 상기 복수의 광학 요소를 거친 광을 유도하는 사출측 광학계를 구비하고,
상기 사출측 광학계는, 상기 복수의 광학 요소 이외의 면 부분으로서 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 배열면과 거의 평행한 면 부분을 거친 0차광이 상기 사출측 광학계의 입사 동공을 통과하지 않도록 구성되어 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 입사 동공과 공액인 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
본 발명의 제 3 형태에서는, 소정의 패턴을 조명하기 위한 제 2 형태의 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
본 발명의 제 4 형태에서는, 제 3 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 제 5 형태에서는, 제 1 광학계로부터 입사한 광을 변조하여 제 2 광학계로 유도하는 공간 광 변조기로서,
이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고,
상기 제 1 광학계의 광축을 따라 상기 복수의 광학 요소에 입사한 평행 광속이 상기 복수의 광학 요소를 거쳐 상기 제 2 광학계의 광축을 따라 유도되는 기준 상태에서의 상기 복수의 광학 요소의 광학면은, 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 배열면에 대하여 소정의 축선 둘레로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기를 제공한다.
본 발명의 조명 광학계에서는, 예컨대, 입사측 광학계의 광축을 따라 공간 광 변조기의 복수의 광학 요소(예컨대, 미러 요소)에 입사한 평행 광속이 복수의 광학 요소를 지나서 사출측 광학계의 광축을 따라 유도되는 기준 상태에서의 복수의 광학 요소의 광학면이, 복수의 광학 요소가 배열되는 배열면에 대하여 소정의 축선 둘레로 기울어져 있다 . 그 결과, 복수의 광학 요소 이외의 면 부분이고 복수의 광학 요소가 배열되는 배열면과 거의 평행한 면 부분을 거친 0차광(예컨대, 미러 요소 이외로부터의 정 반사광과 같은 불필요광)은, 사출측 광학계의 입사 동공을 통과하지 않고, 나아가서는 조명 광학계의 조명 동공에 도달하지 않는다.
이렇게 해서, 본 발명의 조명 광학계에서는, 예컨대, 공간 광 변조기의 미러 요소 이외로부터의 불필요광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치에서는, 불필요광의 영향을 억제하여 소망의 동공 강도 분포를 실현하는 조명 광학계를 이용해서, 마스크의 패턴 특성에 따라 실현된 적절한 조명 조건을 바탕으로 양호한 노광을 행할 수 있고, 나아가서는 양호한 디바이스를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 실시형태에 따른 공간 광 변조기의 기본적인 구성 및 작용을 개략적으로 나타내는 도면,
도 3은 도 2의 공간 광 변조기의 부분 사시도,
도 4는 종래 기술의 부적합 및 본 발명의 과제를 설명하기 위한 비교예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 5는 본 실시형태의 제 1 실시예에 따른 공간 광 변조기의 구성 및 작용을 개략적으로 나타내는 도면,
도 6은 제 1 실시예에 따르는 수치 실시예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 7은 제 1 실시예에 따르는 다른 수치 실시예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 8은 본 실시형태의 제 2 실시예에 따른 공간 광 변조기의 구성 및 작용을 개략적으로 나타내는 도면,
도 9는 제 2 실시예에 따르는 수치 실시예를 개략적으로 나타내는 도면,
도 10은 제 2 실시예에 따르는 다른 수치 실시예를 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 실시형태를 첨부 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에서, 감광성 기판인 웨이퍼 W의 노광면의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼 W의 노광면 내에서 도 1의 지면에 평행한 방향을 따라 X축을, 웨이퍼 W의 노광면 내에서 도 1의 지면에 수직인 방향을 따라 Y축을 각각 설정하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태의 노광 장치는, 장치의 광축 AX를 따라, 공간 광 변조기(3)를 포함하는 조명 광학계 IL과, 마스크 M을 지지하는 마스크 스테이지 MS와, 투영 광학계 PL과, 웨이퍼 W를 지지하는 웨이퍼 스테이지 WS를 구비하고 있다. 본 실시형태의 노광 장치에서는, 조명광(노광광)을 공급하는 광원(1)으로부터의 광이 조명 광학계 IL을 통해 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 변조기(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 변조기(3)와, 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 변조기(3)는, 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 변조기(3)의 구성 및 작용에 관해서는 후술한다. 빔 송광부(2)는, 광원(1)으로부터의 입사 광속을 적절한 크기 및 형상의 단면을 갖는 광속으로 변환하면서 공간 광 변조기(3)로 유도하고, 또한, 공간 광 변조기(3)에 입사하는 광속의 위치 변동 및 각도 변동을 액티브하게 보정하는 기능을 갖는다. 줌 광학계(4)는, 공간 광 변조기(3)로부터의 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 마이크로플라이아이 렌즈를 이용할 수 있다. 실린드리컬 마이크로플라이아이 렌즈의 구성 및 작용은, 예컨대, 미국 특허 제6913373호 공보에 개시되어 있다. 또한, 플라이아이 렌즈로서, 예컨대, 미국 특허 제6741394호 공보에 개시되어 있는 마이크로플라이아이 렌즈를 이용할 수도 있다. 여기서는, 미국 특허 제6913373호 공보 및 미국 특허 제6741394호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
본 실시형태에서는, 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.
한편, 동공 강도 분포란, 조명 광학계 IL의 조명 동공면 또는 상기 조명 동공면과 광학적으로 공액인 면에서의 광 강도 분포(휘도 분포)이다. 플라이아이 렌즈(5)에 의한 파면 분할수가 비교적 큰 경우, 플라이아이 렌즈(5)의 입사면에 형성되는 대국적(大局的)인 광 강도 분포와, 2차 광원 전체의 대국적인 광 강도 분포(동공 강도 분포)가 높은 상관을 나타낸다. 이 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)를 통과한 광은, 시야 조리개 결상 광학계(8)를 통해, 마스크 M의 패턴 형성 영역의 적어도 일부에 조명 시야 조리개(7)의 개구부 패턴의 이미지인 조명 영역을 형성한다. 한편, 도 1에서는, 광축(나아가서는 광로)을 구부리기 위한 광로 절곡 미러의 설치를 생략하고 있지만, 필요에 따라 광로 절곡 미러를 조명 광로 중에 적절히 배치하는 것이 가능하다.
마스크 스테이지 MS에는 XY 평면(예컨대, 수평면)을 따라 마스크 M이 탑재되고, 웨이퍼 스테이지 WS에는 XY 평면을 따라 웨이퍼 W가 탑재된다. 투영 광학계 PL은, 조명 광학계 IL에 의해 마스크 M의 패턴면 상에 형성되는 조명 영역으로부터의 광에 근거하여, 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.
도 2는, 본 실시형태에 따른 공간 광 변조기의 기본적인 구성 및 작용을 설명하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 실시형태의 공간 광 변조기(3)는, 복수의 미러 요소를 갖는 반사형의 공간 광 변조기이고, 본체(3a)와, 구동부(3b)를 구비하고 있다. 본체(3a)는, YZ 평면을 따라 이차원적으로 배열된 복수의 미소한 미러 요소 SE와, 복수의 미러 요소 SE를 지지하는 기판(베이스) BA를 갖는다. 구동부(3b)는 제어부 CR로부터의 지령에 따라, 복수의 미러 요소 SE의 자세를 개별적으로 제어 구동한다.
공간 광 변조기(3)는, 제 1 평면 반사경 R1의 반사면을 지나서 복수의 미러 요소 SE에 입사한 광에 대하여, 그 입사 위치에 따른 공간적인 변조를 부여하여 사출한다. 공간 광 변조기(3)로부터 사출된 광은 제 2 평면 반사경 R2의 반사면을 지나 줌 광학계(4)에 입사한다. 공간 광 변조기(3)의 본체(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(3)가 4×4=16개의 미러 요소 SE를 구비하는 구성예를 나타내고 있지만, 실제로는 16개보다 훨씬 다수의 미러 요소 SE를 구비하고 있다.
도 2를 참조하면, 광축 AX와 평행한 방향을 따라 제 1 평면 반사경 R1의 반사면에 입사하는 광선군 중, 광선 L1은 복수의 미러 요소 SE 중의 미러 요소 SEa에, 광선 L2는 미러 요소 SEa와는 다른 미러 요소 SEb에 각각 입사한다. 마찬가지로, 광선 L3은 미러 요소 SEa, SEb와는 다른 미러 요소 SEc에, 광선 L4는 미러 요소 SEa~SEc와는 다른 미러 요소 SEd에 각각 입사한다. 미러 요소 SEa~SEd는 그 위치에 따라 설정된 공간적인 변조를 광 L1~L4에 부여한다.
공간 광 변조기(3)는 집광 광학계로서의 줌 광학계(4)의 전측 초점 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 따라서, 공간 광 변조기(3)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(3)의 복수의 미러 요소 SEa~SEd가 사출광에 부여하는 각도를, 그 원시야 영역(프라운호퍼 회절 영역)인 면(4a) 상에서의 위치로 변환하고 있다.
도 1을 참조하면, 줌 광학계(4)의 후측 초점면(4a)의 위치에는, 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(3) 및 줌 광학계(4)가 형성하는 광 강도 분포 SP1~SP4에 따른 분포로 된다. 공간 광 변조기(3)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 평면 형상의 반사면을 상면으로 한 상태로 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(3b)(도 3에서는 도시하지 않음)의 작용에 의해 독립적으로 제어된다. 각 미러 요소 SE는, 그 반사면에 평행한 두 방향이고 서로 직교하는 두 방향(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.
각 미러 요소 SE의 반사면을 이산적으로 회전시키는 경우, 회전각을 복수의 상태(예컨대, …, -2.5도, -2.0도, … 0도, +0.5도, … +2.5도, …)로 바꿔 제어하는 것이 좋다. 도 3에는 외형이 직사각형 형상의 미러 요소 SE를 나타내고 있지만, 미러 요소 SE의 외형 형상은 직사각형 형상으로 한정되지 않는다. 단, 광 이용 효율의 관점으로부터, 미러 요소 SE의 간극이 적어지도록 배열 가능한 형상(최밀 충전 가능한 형상)으로 해도 좋다. 또한, 광 이용 효율의 관점으로부터, 인접하는 2개의 미러 요소 SE의 간격을 필요최소한으로 억제해도 좋다.
본 실시형태에서는, 공간 광 변조기(3)로서, 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소 SE의 방향을 연속적으로(또는 이산적으로) 각각 변화시키는 공간 광 변조기를 이용하고 있다. 이러한 공간 광 변조기로서, 예컨대, 일본 특허 공표 평성 제10-503300호 공보 및 이것에 대응하는 유럽 특허 공개 제779530호 공보, 일본 특허 공개 제2004-78136호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제6,900,915호 공보, 일본특허 공표 제2006-524349호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제7,095,546호 공보, 및 일본 특허 공개 제2006-113437호 공보에 개시되는 공간 광 변조기를 이용할 수 있다. 여기서는, 유럽 특허 공개 제779530호 공보, 미국 특허 제6,900,915호 공보, 및 미국 특허 제7,095,546호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
공간 광 변조기(3)에서는, 제어부 CR로부터의 제어 신호에 따라 작동하는 구동부(3b)의 작용에 의해, 복수의 미러 요소 SE의 자세가 각각 변화하고, 각 미러 요소 SE가 각각 소정의 방향으로 설정된다. 공간 광 변조기(3)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 상태 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 변조기(3)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 실시형태의 조명 광학계 IL에서는, 복수의 미러 요소 SE의 자세가 각각 개별적으로 변화되는 공간 광 변조기(3)를 이용하고 있기 때문에, 공간 광 변조기(3)의 작용에 의해 형성되는 동공 강도 분포를 자유롭고 또한 신속하게 변화시킬 수 있다.
그러나 상술한 바와 같이, 복수의 미러 요소를 갖는 반사형의 공간 광 변조기를 이용하여 보통의 설계에 의해 구성된 조명 광학계에서는, 미러 요소로부터의 정 반사광뿐만 아니라, 미러 요소를 지지하는 기판의 표면 등으로부터의 정 반사광도 조명 동공에 도달한다. 이 경우, 미러 요소 이외로부터의 정 반사광(불필요광)의 영향에 의해, 소망의 동공 강도 분포를 형성하기 어렵게 된다. 이하, 보통의 설계에 따라 구성된 도 4의 비교예를 참조하여, 종래 기술의 부적합 및 본 발명의 과제를 설명한다.
도 4에 나타내는 비교예에 따른 공간 광 변조기(30)에서는, 복수의 미러 요소 SE의 반사면이 YZ 평면에 평행하게 설정된 기준 상태에 있어서, 광축 AX와 평행한 방향을 따라 제 1 평면 반사경 R1의 반사면으로 입사한 광선이, 공간 광 변조기(30)를 거친 후에, 제 2 평면 반사경 R2의 반사면에 의해 광축 AX와 평행한 방향을 향하여 반사되도록 구성되어 있다. 환언하면, 광축 AX와 평행한 방향을 따라 제 1 평면 반사경 R1의 반사면으로 입사한 광선이 복수의 미러 요소 SE를 지나서 제 2 평면 반사경 R2의 반사면에 의해 광축 AX와 평행한 방향을 향하여 반사되는 기준 상태(이하, 단지 「기준 상태」라고 함)에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면은 복수의 미러 요소 SE의 배열되는 배열면(YZ 평면)과 일치하고 있다.
또한, 도 4에 나타내는 비교예에서는, 복수의 미러 요소 SE를 지지하는 기판 BA의 표면은, 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 평행하며, 나아가서는 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면과 평행하다. 따라서, 미러 요소 SE로부터의 정 반사광뿐만 아니라, 기판 BA의 표면으로부터의 정 반사광도, 제 2 평면 반사경 R2의 반사면 및 줌 광학계(4)(도 4에서는 도시하지 않음)를 지나서 조명 동공(도 1의 플라이아이 렌즈(5)의 후측 초점면에 대응)에 도달한다. 또한, 미러 요소 SE의 사이에 미러 프레임이 마련된 타입의 공간 광 변조기(30)에서는, 미러 프레임의 상면으로부터의 정 반사광도 마찬가지로 조명 동공에 도달한다. 즉, 복수의 미러 요소 SE 이외의 면 부분으로서 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 거의 평행한 면 부분으로부터의 정 반사광이, 불필요광으로서 조명 동공에 도달한다. 그 결과, 도 4에 나타내는 비교예에서는, 미러 요소 SE 이외로부터의 불필요광의 영향에 의해, 소망의 동공 강도 분포를 형성하기 어렵다.
또한, 도 4에 나타내는 비교예에서는, 플라이아이 렌즈(5)의 후측 초점면의 조명 동공과 광학적으로 공액인 면이, 도면 중 파선(40)으로 나타내도록 복수의 미러 요소 SE의 배열면(YZ 평면)에 대하여 기울어져 버린다. 여기서, 조명 동공의 공액면(40)(도면의 명료화를 위해 공간 광 변조기(30)로부터 떨어져 있는 위치에 나타내고 있음)이 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 이루는 각도는, 공간 광 변조기(30)로부터 제 2 평면 반사경 R2로 이르는 사출 광축 AX2와 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면의 법선(X 방향을 따라 연장되는 선분)(41)이 이루는 각도, 나아가서는 제 1 평면 반사경 R1로부터 공간 광 변조기(30)로 이르는 입사광축 AX1과 법선(41)이 이루는 각도와 동일하다. 그 결과, 예컨대, 중앙 부근의 미러 요소의 반사면을 조명 동공의 공액면(40)에 일치시키더라도, 주변의 미러 요소의 반사면이 공액면(40)으로부터 사출 광축 AX2 방향으로 위치가 어긋나기 때문에, 소망의 동공 강도 분포를 형성하기 어렵다.
도 5는 본 실시형태의 제 1 실시예에 따른 공간 광 변조기의 구성 및 작용을 개략적으로 나타내는 도면이다. 제 1 실시예에 따른 공간 광 변조기(3)에서는, 도 4의 비교예와 마찬가지로, 기판 BA의 표면 및 복수의 미러 요소 SE의 배열면이 YZ 평면과 평행하게 설정되어 있다. 그러나 제 1 실시예에서는, 도 4의 비교예와는 달리, 공간 광 변조기(3)로부터 제 2 평면 반사경 R2로 이르는 사출 광축 AX2가 X 방향을 따라 연장되도록 설정되어 있다. 그 때문에, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면의 법선(41)은, 법선(41)과 사출 광축 AX2가 이루는 각도가 법선(41)과 입사광축 AX1이 이루는 각도와 동일해지도록, 사출 광축 AX2와 입사광축 AX1이 이루는 각도의 반만큼 X축에 대하여 기울어져 있다. 환언하면, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면은, 복수의 미러 요소 SE의 배열면에 대하여, 사출 광축 AX2와 입사광축 AX1이 이루는 각도의 반만큼 Y축 둘레로 기울어져 있다.
그 결과, 제 1 실시예에 따른 공간 광 변조기(3)에서는, 복수의 미러 요소 SE의 반사면이 YZ 평면에 대하여 기울어지게 설정된 기준 상태에서, 입사광축 AX1과 평행한 방향을 따라 복수의 미러 요소 SE로 입사하여 반사된 광선은, 사출 광축 AX2와 평행한 방향을 따라 제 2 평면 반사경 R2에 입사한 후, 그 반사면에 의해 광축 AX를 향하여 반사된다. 한편, 복수의 미러 요소 SE 이외의 면 부분으로서 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 거의 평행한 면 부분(기판 BA의 표면 등)으로 입사하여 정 반사된 광선은, 도면중 화살표(42)로 나타내는 방향(사출 광축 AX2에 관하여 입사광축 AX1과 대칭인 방향)으로 유도되기 때문에, 제 2 평면 반사경 R2의 반사면의 유효 영역에 도달하지 않고, 나아가서는 플라이아이 렌즈(5)의 후측 초점면의 조명 동공에 도달하지 않는다. 여기서, 복수의 미러 요소 SE 이외의 면 부분으로서 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 거의 평행한 면 부분은 복수의 미러 요소 SE의 사이에 위치한다.
이렇게 해서, 제 1 실시예에서는, 공간 광 변조기(3)의 미러 요소 SE 이외로부터의 불필요광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있다. 또한, 제 1 실시예에서는, 사출 광축 AX2가 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 직교하도록 X 방향을 따라 연장되고 있기 때문에, 조명 동공의 공액면(40)이 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 평행하게 된다. 그 결과, 중앙 부근뿐만 아니라 전체에 걸쳐 복수의 미러 요소 SE의 반사면을 공액면(40)과 거의 일치시킬 수 있고, 나아가서는 소망의 동공 강도 분포를 형성하는 것이 용이하게 된다.
도 6에 나타내는 수치 실시예에서는, 제 1 실시예의 구성에 근거하여, 입사광축 AX1과 사출 광축 AX2가 이루는 각도가 40도로 설정되어 있다. 즉, 법선(41)과 사출 광축 AX2가 이루는 각도 및 법선(41)과 입사광축 AX1이 이루는 각도가 모두 20도로 설정되어 있다. 따라서, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면은, 복수의 미러 요소 SE의 배열면에 대하여 Y축 둘레로 20도만큼 기울어져 있다.
도 7에 나타내는 다른 수치 실시예에서는, 제 1 실시예의 구성에 근거하여, 입사광축 AX1과 사출 광축 AX2가 이루는 각도가 30도로 설정되어 있다. 즉, 법선(41)과 사출 광축 AX2가 이루는 각도 및 법선(41)과 입사광축 AX1이 이루는 각도가 모두 15도로 설정되어 있다. 따라서, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면은, 복수의 미러 요소 SE의 배열면에 대하여 Y축 둘레로 15도만큼 기울어져 있다.
도 8은 본 실시형태의 제 2 실시예에 따른 공간 광 변조기의 구성 및 작용을 개략적으로 나타내는 도면이다. 제 2 실시예에 따른 공간 광 변조기(3)에서는, 도 4의 비교예와 마찬가지로, 제 1 평면 반사경 R1로부터 공간 광 변조기(3)로 이르는 입사광축 AX1과 공간 광 변조기(3)로부터 제 2 평면 반사경 R2로 이르는 사출 광축 AX2가, X축에 대하여 동일한 각도를 이루도록 X축에 관하여 대칭으로 설정되어 있다. 그러나 제 2 실시예에서는, 도 4의 비교예와는 달리, 기판 BA의 표면 및 복수의 미러 요소 SE의 배열면이, YZ 평면에 대하여 기울어져 설정되어 있다. 그 때문에, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면의 법선(41)은, 법선(41)과 사출 광축 AX2가 이루는 각도가 법선(41)과 입사광축 AX1이 이루는 각도와 같아지도록 X 방향을 따라 연장되고 있다. 환언하면, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면은, YZ 평면에 평행하며, 복수의 미러 요소 SE의 배열면에 대하여, 사출 광축 AX2와 입사광축 AX1이 이루는 각도의 반만큼 Y축 둘레로 기울어져 있다.
그 결과, 제 2 실시예에 따른 공간 광 변조기(3)에서는, 복수의 미러 요소 SE의 반사면이 YZ 평면과 평행하게 설정된 기준 상태에 있어서, 입사광축 AX1과 평행한 방향을 따라 복수의 미러 요소 SE로 입사하여 반사된 광선은, 사출 광축 AX2와 평행한 방향을 따라 제 2 평면 반사경 R2에 입사한 후, 그 반사면에 의해 광축 AX를 향하여 반사된다. 한편, 복수의 미러 요소 SE 이외의 면 부분으로서 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 거의 평행한 면 부분(기판 BA의 표면 등)으로 입사하여 정 반사된 광선은, 도면중 화살표(42)로 나타내는 방향(사출 광축 AX2에 관하여 입사광축 AX1과 대칭인 방향)으로 유도되기 때문에, 제 2 평면 반사경 R2의 반사면의 유효 영역에 도달하지 않고, 나아가서는 플라이아이 렌즈(5)의 후측 초점면의 조명 동공에 도달하지 않는다.
이렇게 해서, 제 2 실시예에 있어서도 제 1 실시예와 마찬가지로, 공간 광 변조기(3)의 미러 요소 SE 이외로부터의 불필요광의 영향을 억제하여, 소망의 동공 강도 분포를 실현할 수 있다. 또한, 제 2 실시예에 있어서도 제 1 실시예와 마찬가지로, 사출 광축 AX2가 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 직교하는 방향을 따라 연장되고 있기 때문에, 조명 동공의 공액면(40)이 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 평행하게 된다. 그 결과, 중앙 부근뿐만 아니라 전체에 걸쳐 복수의 미러 요소 SE의 반사면을 공액면(40)과 거의 일치시킬 수 있고, 나아가서는 소망의 동공 강도 분포를 형성하는 것이 용이하게 된다.
도 9에 나타내는 수치 실시예에서는, 제 2 실시예의 구성에 근거하여, 입사광축 AX1과 사출 광축 AX2가 이루는 각도가 60도로 설정되어 있다. 즉, 법선(41)과 사출 광축 AX2가 이루는 각도 및 법선(41)과 입사광축 AX1이 이루는 각도가 모두 30도로 설정되어 있다. 따라서, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면은, 복수의 미러 요소 SE의 배열면에 대하여 Y축 둘레로 30도만큼 기울어져 있다.
도 10에 나타내는 다른 수치 실시예에서는, 제 2 실시예의 구성에 근거하여, 입사광축 AX1과 사출 광축 AX2가 이루는 각도가 40도로 설정되어 있다. 즉, 법선(41)과 사출 광축 AX2가 이루는 각도 및 법선(41)과 입사광축 AX1이 이루는 각도가 모두 20도로 설정되어 있다. 따라서, 기준 상태에서의 복수의 미러 요소 SE의 반사면은, 복수의 미러 요소 SE의 배열면에 대하여 Y축 둘레로 20도만큼 기울어져 있다.
한편, 상술한 설명에서는, 제 1 실시예의 구성에 근거하는 2개의 수치 실시예 및 제 2 실시예의 구성에 근거하는 2개의 수치 실시예를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 제 1 실시예의 구성에 근거하는 수치 실시예 및 제 2 실시예의 구성에 근거하는 수치 실시예에 대하여 다양한 형태가 가능하다. 또한, 상술한 설명에서는, 본 발명에 따른 공간 광 변조기의 구체적인 구성예로서, 제 1 실시예 및 제 2 실시예를 예시했지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명에 따른 공간 광 변조기의 구체적인 구성에 대하여 다양한 형태가 가능하다.
그런데, 상술한 실시형태에서는, 제 2 평면 반사경 R2가 단체로, 또는 제 2 평면 반사경 R2와 줌 광학계(4)가 협동하여, 공간 광 변조기(3)의 복수의 미러 요소 SE를 거친 광을 유도하는 사출측 광학계를 구성하고, 이 사출측 광학계와 공간 광 변조기(3)가 공간 광 변조 유닛을 구성하고 있다고 생각할 수 있다. 또한, 제 1 평면 반사경 R1이 단체로, 또는 빔 송광부(2) 중의 광학계와 제 1 평면 반사경 R1이 협동하여, 공간 광 변조기(3)의 복수의 미러 요소 SE로 광을 유도하는 입사측 광학계를 구성하고, 이 입사측 광학계와 사출측 광학계와 공간 광 변조기(3)가 공간 광 변조 유닛을 구성하고 있다고 생각할 수도 있다.
어느 쪽의 경우도, 상술한 실시형태에서의 공간 광 변조 유닛에서는, 공간 광 변조기(3)의 복수의 미러 요소 SE 이외의 면 부분으로서 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 거의 평행한 면 부분을 거친 0차광(정 반사광)이, 조명 광학계 IL의 조명 동공과 광학적으로 공액인 사출측 광학계의 입사 동공을 통과하지 않도록, 나아가서는 조명 동공에 도달하지 않도록 구성되어 있다. 덧붙여서 말하면, 사출측 광학계가 평면 반사경이나 프리즘 같은 편향 부재만에 의해 구성되어 있다고 생각될 때, 사출측 광학계는 학술(學術) 상의 입사 동공을 가지지 않는 것으로 되지만, 이 경우, 0차광이 사출측 광학계의 입사 동공을 통과하지 않는다는 것은, 상기 사출측 광학계를 포함하는 후속의 광학계에서 정의되는 입사 동공 또는 상기 입사 동공의 공액상의 외측에 0차광이 향하는 것을 가리킬 수 있다.
한편, 상술한 실시형태에서는, 미러 요소 SE의 반사면으로부터의 회절광에 의한 조명 동공에서의 회절 보케(빛망울)의 폭을 직사각형 형상의 반사면의 한 변 방향과 다른 변 방향에서 대칭으로 하기 위해, 사출 광축 AX2에 따라 조명 동공측에서 본 미러 요소 SE의 반사면의 외관의 외형 형상이 정사각형이 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 그것을 위해, 예컨대, 도 5 및 도 8의 각 실시예에 있어서, 미러 요소 SE의 직사각형 형상의 반사면의 Z 방향(엄밀하게는 XZ 평면에 있어서 미러 요소 SE의 반사면의 단면이 가늘고 길게 연장되는 방향)의 치수를, Y 방향의 치수보다 큰 소요(所要)의 치수로 설정해야 한다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 제 1 평면 반사경 R1로부터 앞쪽(광원측)으로 연장되는 입사측 광학계의 전측 광축 AX와, 제 2 평면 반사경 R2으로부터 뒤쪽(마스크측)으로 연장되는 사출측 광학계의 후측 광축 AX가 하나의 직선을 따라 연장되고 있다. 이와 같이, 공간 광 변조기(3)를 사이에 두고 전측 광축 AX와 후측 광축 AX를 서로 일치 또는 서로 평행하게 설정하고, 공간 광 변조기(3)의 상류와 하류에서 광로를 동축(또는 평행)으로 하는 것에 의해, 예컨대, 동공 강도 분포의 형성을 위해 회절 광학 소자를 이용하는 종래의 조명 광학 장치와 광학계를 공용할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 빔 송광부(2)로부터의 광을 편향하여 공간 광 변조기(3)로 유도하는 제 1 편향 부재 및 공간 광 변조기(3)로부터의 광을 편향하여 줌 광학계(4)로 유도하는 제 2 편향 부재로서, 제 1 평면 반사경 R1 및 제 2 평면 반사경 R2를 각각 이용하고 있다. 그러나 이것에 한정되지 않고, 제 1 편향 부재 및 제 2 편향 부재로서, 소요의 단면 형상을 갖는 하나 또는 복수의 프리즘 등을 이용할 수 있다.
또한, 상술한 실시형태에서의 공간 광 변조 유닛에서는, 공간 광 변조기(3)의 복수의 미러 요소 SE 이외의 면 부분으로서 복수의 미러 요소 SE의 배열면과 거의 평행한 면 부분을 거친 0차광(정 반사광)이, 입사측 광학계(빔 송광부(2))에 입사하지 않도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 공간 광 변조기(3)에서의 0차광이 광원에 되돌려지는 것에 의한 악영향을 방지할 수 있다.
한편, 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 변조기로서는, 예컨대, 일본 특허 공개 평성 제6-281869호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,312,513호 공보, 및 일본 특허 공표 제2004-520618호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제6,885,493호 공보의 도 1d에 개시되는 공간 광 변조기를 이용할 수 있다. 이들의 공간 광 변조기에서는, 이차원적인 높이 분포를 형성하는 것으로 회절면과 같은 작용을 입사광에 부여할 수 있다. 한편, 상술한 이차원적으로 배열된 복수의 반사면을 가지는 공간 광 변조기를, 예컨대, 일본 특허 공표 제2006-513442호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제6,891,655호 공보나, 일본 특허 공표 제2005-524112호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허공개 제2005/0095749호 공보의 개시에 따라 변형하더라도 좋다.
또한, 상술한 설명에서는, 복수의 미러 요소를 갖는 반사형의 공간 광 변조기를 이용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예컨대, 미국 특허 제5,229,872호 공보에 개시되는 투과형의 공간 광 변조기를 이용하더라도 좋다. 여기서는, 미국 특허 제5,312,513호 공보, 미국 특허 제6,885,493호 공보, 미국 특허 제6,891,655호, 미국 특허공개 제2005/0095749호 공보, 및 미국 특허 제5,229,872호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
한편, 상술한 실시형태에서는, 공간 광 변조기를 이용하여 동공 강도 분포를 형성할 때에, 동공 휘도 분포 계측 장치에 의해 동공 강도 분포를 계측하면서, 이 계측 결과에 따라 공간 광 변조기를 제어할 수도 있다. 이러한 기술은, 예컨대, 일본 특허 공개 제2006-54328호 공보나 일본 특허 공개 제2003-22967호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허공개 제2003/0038225호 공보에 개시되어 있다. 여기서는, 미국 특허공개 제2003/0038225호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 마스크의 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 미치게 하는 영향을 최저한으로 할 수 있다. 한편, 가변 패턴 형성 장치로서는, 예컨대, 소정의 전자 데이터에 근거하여 구동되는 복수의 반사 소자를 포함하는 DMD(디지털 마이크로미러 디바이스)를 이용할 수 있다. DMD를 이용한 노광 장치는, 예컨대, 일본 특허 공개 제2004-304135호 공보, 국제 특허 공개 제2006/080285호 팜플렛 및 이것에 대응하는 미국 특허공개 제2007/0296936호 공보에 개시되어 있다. 또한, DMD와 같은 비발광형의 반사형 공간 광 변조기 이외에, 투과형 공간 광 변조기를 이용하더라도 좋고, 자발광형의 화상 표시 소자를 이용하더라도 좋다. 한편, 패턴면이 가로 배치인 경우에도 가변 패턴 형성 장치를 이용하더라도 좋다. 여기서는, 미국 특허공개 제2007/0296936호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
한편, 상술한 실시형태에서는, 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 뒤쪽에 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 변조기 사이의 광로중에 배치된 집광 광학계라고 간주할 수 있고, 줌 광학계(4), 상기의 집광 렌즈 및 로드형 인티그레이터를 분포 형성 광학계라고 간주할 수 있다.
상술한 실시형태의 노광 장치는, 본원 특허청구의 범위에 열거된 각 구성요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립하는 것에 의해 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 공정 전에, 각 서브시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료하면, 종합 조정이 행해지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 한편, 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 클린룸에서 행하더라도 좋다.
다음으로, 상술한 실시형태에 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 실시형태의 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 하고, 웨이퍼 W의 표면에 대하여 에칭 등의 가공을 행한다(단계 S48 : 가공 공정).
여기서, 레지스트 패턴이란, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치에 의해 전사된 패턴에 대응하는 형상의 요철이 생성된 포토레지스트층으로서, 그 오목부가 포토레지스트층을 관통하고 있는 것이다. 단계 S48에서는, 이 레지스트 패턴을 통해서 웨이퍼 W의 표면의 가공을 행한다. 단계 S48에서 행해지는 가공에는, 예컨대, 웨이퍼 W의 표면의 에칭 또는 금속막 등의 성막의 적어도 한쪽이 포함된다. 한편, 단계 S44에서는, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치는, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 W를, 감광성 기판 즉 플레이트 P로서 패턴의 전사를 행한다.
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 행한다.
단계 S50의 패턴 형성 공정에서는, 플레이트 P로서 포토레지스트가 도포된 유리 기판상에, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치를 이용하여 회로 패턴 및 전극 패턴 등의 소정의 패턴을 형성한다. 이 패턴 형성 공정에는, 상술한 실시형태의 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(적색), G(녹색), B(청색)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(액정 셀)을 조립한다. 구체적으로는, 예컨대, 유리 기판과 컬러필터 사이에 액정을 주입하는 것으로 액정 패널을 형성한다. 단계 S56의 모듈 조립 공정에서는, 단계 S54에 의해 조립된 액정 패널에 대해, 이 액정 패널의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로 및 백 라이트 등의 각종 부품을 부착한다.
또한, 본 발명은, 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치로의 적용에 한정되지 않고, 예컨대, 각형(角形)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(포토마스크, 레티클 등)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조할 때의, 노광 공정(노광 장치)에도 적용할 수 있다.
한편, 상술한 실시형태에서는, 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 실시형태에 있어서, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중을 1.1보다 큰 굴절률을 갖는 매체(전형적으로는 액체)로 채우는 수법, 소위 액침법을 적용하더라도 좋다. 이 경우, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로중에 액체를 채우는 수법으로서는, 국제 공개 제WO99/49504호 팜플렛에 개시되어 있는 국소적으로 액체를 채우는 수법이나, 일본 특허 공개 평성 제6-124873호 공보에 개시되어 있는 노광 대상의 기판을 보지(保持)한 스테이지를 액체 용기 안에서 이동시키는 수법이나, 일본 특허 공개 평성 제10-303114호 공보에 개시되어 있는 스테이지 상에 소정 깊이의 액체 용기를 형성하고, 그 속에 기판을 보지하는 수법 등을 채용할 수 있다. 여기서는, 국제 공개 제WO99/49504호 팜플렛, 일본 특허 공개 평성 제6-124873호 공보 및 일본 특허 공개 평성 제10-303114호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 미국 특허공개 제2006/0170901호 공보 및 미국 특허공개 제2007/0146676호 공보에 개시되는 이른바 편광 조명 방법을 적용하는 것도 가능하다. 여기서는, 미국 특허공개 제2006/0170901호 공보 및 미국 특허공개 제2007/0146676호 공보의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 노광 장치에 있어서 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 변조기 3a : 공간 광 변조기의 본체
3b : 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 (28)

  1. 이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 공간 광 변조기와,
    상기 공간 광 변조기의 상기 복수의 광학 요소를 거친 광을 유도하는 사출측 광학계
    를 구비하고,
    상기 사출측 광학계는, 상기 복수의 광학 요소 이외의 면 부분으로서 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 배열면과 거의 평행한 면 부분을 거친 0차광이 상기 사출측 광학계의 입사 동공을 통과하지 않도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공간 광 변조기의 상기 복수의 광학 요소로 광을 유도하는 입사측 광학계를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입사측 광학계의 광축을 따라 상기 복수의 광학 요소에 입사한 평행 광속이 상기 복수의 광학 요소를 지나서 상기 사출측 광학계의 광축을 따라 유도되는 기준 상태에서의 상기 복수의 광학 요소의 광학면은, 상기 배열면에 대하여 소정의 축선 둘레로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소의 광학면은, 상기 소정의 축선과 직교하는 방향의 치수가 상기 소정의 축선과 평행한 방향의 치수보다 큰 외형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사측 광학계는 상기 공간 광 변조기측에 배치된 제 1 편향 부재를 갖고, 상기 사출측 광학계는 상기 공간 광 변조기측에 배치된 제 2 편향 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 편향 부재로부터 앞쪽으로 연장되는 상기 입사측 광학계의 광축과 상기 제 2 편향 부재로부터 뒤쪽으로 연장되는 상기 사출측 광학계의 광축은 서로 일치 또는 서로 평행한 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 편향 부재는 반사면을 구비하고,
    상기 복수의 광학 요소 이외의 면 부분으로서 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 상기 배열면과 거의 평행한 면 부분을 거친 상기 0차광은 상기 제 2 편향 부재의 상기 반사면의 밖으로 향하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사측 광학계는, 상기 복수의 광학 요소 이외의 면 부분으로서 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 배열면과 거의 평행한 면 부분을 거친 0차광이 상기 입사측 광학계를 통과하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 8 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.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 복수의 미러 요소의 방향을 연속적으로 또는 이산적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계와 함께 사용되고, 상기 조명 광학계중의 분포 형성 광학계로 상기 광원으로부터의 광을 유도하여, 상기 입사 동공과 공액인 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 상기 피조사면과 광학적으로 공액인 면을 형성하는 투영 광학계와 조합하여 사용되고, 상기 조명 동공은 상기 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공액인 위치인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 광학 요소 이외의 면 부분으로서 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 상기 배열면과 거의 평행한 면 부분은, 상기 복수의 광학 요소의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조 유닛.
  14. 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계에서,
    청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재된 공간 광 변조 유닛과,
    상기 공간 광 변조기를 거친 광속에 근거하여, 상기 입사 동공과 공액인 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 분포 형성 광학계
    를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분포 형성 광학계는, 옵티컬 인티그레이터와, 상기 옵티컬 인티그레이터와 상기 공간 광 변조 유닛 사이의 광로중에 배치된 집광 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.

  16. 제 14 항 또는 제 15 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.
  17. 소정의 패턴을 조명하기 위한 청구항 14 내지 16 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  18. 청구항 17에 기재의 노광 장치를 이용하고, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 노광 공정과,
    상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하여, 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.

  19. 제 1 광학계로부터 입사한 광을 변조하여 제 2 광학계로 유도하는 공간 광 변조기로서,
    이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고,
    상기 제 1 광학계의 광축을 따라 상기 복수의 광학 요소에 입사한 평행 광속이 상기 복수의 광학 요소를 지나서 상기 제 2 광학계의 광축을 따라 유도되는 기준 상태에서의 상기 복수의 광학 요소의 광학면은, 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 배열면에 대하여 소정의 축선 둘레로 기울어져 있는
    것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소와, 상기 복수의 미러 요소의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부를 갖는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 복수의 미러 요소의 방향을 연속적으로 또는 이산적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계와 함께 사용되고, 상기 조명 광학계중의 분포 형성 광학계로 상기 광원으로부터의 광을 유도하여, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 광 강도 분포를 형성하는 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는, 상기 피조사면과 광학적으로 공액인 면을 형성하는 투영 광학계와 조합하여 사용되고, 상기 조명 동공은 상기 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공액인 위치인 것을 특징으로 하는 공간 광 변조기.
  24. 광원으로부터의 광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    청구항 19 내지 23 중 어느 한 항에 기재된 공간 광 변조기와,
    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.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 분포 형성 광학계는, 옵티컬 인티그레이터와, 상기 옵티컬 인티그레이터와 상기 공간 광 변조기와의 사이의 광로중에 배치된 집광 광학계를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  26. 제 24 항 또는 제 25 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.
  27. 소정의 패턴을 조명하기 위한 청구항 24 내지 26 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  28. 청구항 27에 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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