KR20200108068A - 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents
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Abstract
노광 장치 (EX) 에는, 마스크 기판 (M) 을 조명하기 위해 복수의 휘선 파장 (g 선, h 선, i 선 등) 을 포함하는 광을 발생하는 광원 (2A, 2B, 2C) 으로부터의 광을 입사하여, 복수의 휘선 파장 중 적어도 1 개의 특정한 휘선 파장 (i 선) 을 포함하여 소정의 파장폭으로 제한된 조명 광속을 추출하는 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 와, 조명 광속의 확산각을 조정하는 개구수 가변부 (8A, 8B, 8C) 를 갖는 제 1 조명 광학계와, 확산각에 대응한 개구수를 수반하여 마스크 기판 상에 균일한 조도로 조명 광속을 조사하기 위한 옵티컬·인터그레이터 (플라이아이 렌즈계 (FEn)) 를 포함하는 제 2 조명 광학계 (ILn) 가 형성되고, 파장 선택부에는, 특정한 휘선 파장 (i 선) 의 인근에 나타나는 장파장측의 휘선과 단파장측의 휘선을 제외하면서, 특정한 휘선 파장의 스펙트럼 성분과 특정한 휘선 파장의 밑자락에 분포하는 저휘도의 스펙트럼 성분을 추출하는 제 1 파장 선택 소자 (간섭 필터 (SWb)) 가 장착된다.
Description
본 발명은, 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 노광 장치, 그리고 노광 방법에 관한 것이다.
종래, 액정 표시 소자, 반도체 소자, 박막 자기 헤드 등의 전자 디바이스를 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서, 광원으로부터의 조명광을 투과형 또는 반사형의 마스크 기판에 조사하고, 마스크 기판에 형성된 디바이스 패턴 (전자 디바이스용의 패턴) 으로부터의 투과광 또는 반사광을, 투영 광학계를 개재하여 포토레지스트 등의 감광제가 도포된 플레이트 등의 피노광 기판에 투영 노광하는 노광 장치가 사용되고 있다. 종래의 노광 장치로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2012-049332호에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 수은 램프 등의 광원부로부터의 각 조명광을, 입구측이 원 형상으로 묶이고, 출구측이 장방형 (슬릿상) 으로 묶인 번들 파이버로 합성한 후, 플라이아이 렌즈 광학계 등에 의한 인터그레이터에 의해 마스크 기판 상의 슬릿상의 조명 영역을 균일한 조도 분포로 쾰러 조명하는 조명계 (조명 장치) 를 형성하는 것이 알려져 있다.
광원으로서 수은 램프 (초고압 수은 방전 램프 등) 를 사용하는 경우, 수은 램프의 방전 아크광에는 복수의 휘선이 포함되어 있고, 그 중 특정한 휘선 파장을 선택하여 노광용의 조명광 (마스크 기판의 조명광) 으로 하고 있다. 포토리소그래피 공정에서는, 포토레지스트의 감광 파장 특성, 투영 광학계의 광학 성능 (해상력, 색 수차 특성) 등을 고려하여, 수은 램프의 휘선 파장 중, 자외 파장역의 g 선 (중심 파장 435.835 ㎚), h 선 (중심 파장 404.656 ㎚), i 선 (중심 파장 365.015 ㎚) 이 주로 사용된다. 투영 노광 가능한 최소 선폭치로 나타내는 해상력 (R) 은, 투영 광학계의 이미지측 (피노광 기판측) 의 개구수를 NAp, 조명광의 파장을 λ (㎚), 프로세스 정수를 k (0 ＜ k ≤ 1) 로 했을 때, R ＝ k·(λ/NAp) 로 정의된다. 이러한 점에서, 3 개의 휘선 파장 중에서 가장 파장이 짧은 i 선을 사용함으로써, 보다 미세한 마스크 패턴의 투영 노광 (고해상 노광) 이 가능해진다. 그러나, 최근, 포지티브형에 비해 감도가 낮은 네거티브형의 포토레지스트층 (광 감응층) 에 대한 노광 공정이 증가했기 때문에, 노광 시간을 길게 설정할 필요가 생겨, 피노광 기판의 단위 시간당 처리 장수의 저하 (생산성의 저하) 가 우려되고 있다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 마스크의 패턴을 광 감응성의 기판에 투영 노광하는 노광 장치로서, 마스크를 조명하기 위해 복수의 휘선 파장을 포함하는 광을 발생하는 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 입사하여, 상기 복수의 휘선 파장 중 적어도 1 개의 특정한 휘선 파장을 포함하여 소정의 파장폭으로 제한된 조명 광속 (光束) 을 추출하는 파장 선택부와, 상기 조명 광속의 확산각을 조정하는 개구수 가변부를 갖는 제 1 조명 광학계와, 상기 확산각이 조정된 상기 조명 광속을 입사하여, 상기 확산각에 대응한 개구수를 수반하여 상기 마스크 상에 균일한 조도로 상기 조명 광속을 조사하기 위한 옵티컬·인터그레이터를 포함하는 제 2 조명 광학계를 구비하고, 상기 파장 선택부에는, 상기 특정한 휘선 파장의 인근에 나타나는 장파장측의 휘선과 단파장측의 휘선을 제외하면서, 상기 특정한 휘선 파장의 스펙트럼 성분과 상기 특정한 휘선 파장의 밑자락 (skirt) 에 분포하는 저휘도의 스펙트럼 성분을 추출하는 제 1 파장 선택 소자가 장착되는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 마스크의 패턴을 광 감응성의 기판에 투영 노광하는 노광 방법으로서, 복수의 휘선 파장을 포함하는 광을 발생하는 광원으로부터의 광 중, 적어도 1 개의 특정한 휘선 파장의 피크상의 스펙트럼 성분과 함께, 상기 특정한 휘선 파장의 인근에 나타나는 장파장측의 휘선과 단파장측의 휘선은 포함하지 않고 상기 특정한 휘선 파장의 밑자락에 분포하는 저휘도의 스펙트럼 성분도 추출하도록 파장 선택하는 것과, 상기 파장 선택된 스펙트럼 성분의 조명 광속을 상기 마스크 상에 균일한 조도로 조사하고, 상기 저휘도의 스펙트럼 성분의 파장폭에 있어서 색 수차가 생기지 않는 미러 프로젝션 방식, 또는 상기 저휘도의 스펙트럼 성분의 파장폭에 있어서 색 수차가 보정된 반사 굴절 방식의 투영 광학계를 개재하여 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 투영 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 의하면, 광원 장치로부터 발생하는 휘선 파장을 포함하는 광 중에서 파장 선택부에 의해 선택되는 특정한 휘선 파장을 포함하는 스펙트럼 분포의 광을, 조명 광학계에 의해 전자 디바이스용의 패턴을 담지하는 마스크에 조사하고, 상기 마스크로부터 발생하는 노광용의 광속을 입사하는 투영 광학계에 의해 상기 패턴의 이미지를 광 감응성의 기판에 투영 노광하는 노광 방법으로서, 상기 파장 선택부에 의해, 상기 광원 장치로부터 발생하는 광으로부터 파장 대역이 상이한 제 1 스펙트럼 분포의 광과 제 2 스펙트럼 분포의 광을 추출하는 것과, 상기 마스크를 상기 조명 광학계에 의해 쾰러 조명하기 위해, 상기 조명 광학계 내의 동면 (瞳面) 에, 상기 제 1 스펙트럼 분포의 광에 의해 2 차원적인 범위로 분포하는 제 1 광원 이미지와, 상기 제 2 스펙트럼 분포의 광에 의해 2 차원적인 범위로 분포하는 제 2 광원 이미지를 중첩하여 형성하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 양태에 의하면, 마스크 패턴을 소정의 파장 분포의 조명광으로 조명하고, 상기 마스크 패턴으로부터 발생하는 결상 광속을 입사하여 기판 상에 투사하는 투영 광학계에 의해, 상기 마스크 패턴의 이미지를 상기 기판 상에 투영 노광하는 노광 방법으로서, 상기 조명광의 파장 분포 중 특정한 중심 파장을 λ, 상기 투영 광학계의 상기 기판측의 개구수를 NAp, 프로세스 정수를 k (0 ＜ k ≤ 1) 로 하여, k·(λ/NAp) 로 정의되는 해상력 (R) 으로 결정되는 해상 가능한 최소 선폭 치수에 가까운 크기의 정방형, 또는 사각형의 홀 패턴의 투영 이미지를 상기 기판에 투영했을 때, 타원상으로 변형되는 상기 홀 패턴의 투영 이미지의 장축 길이에 대한 단축 길이의 비가 80 ％ 이상, 바람직하게는 90 ％ 이상이 되도록, 상기 중심 파장 (λ) 을 포함하는 상기 조명광의 파장 분포의 폭을 설정하는 것과, 상기 설정된 폭의 파장 분포의 조명광에 의해, 전자 디바이스용의 패턴이 형성된 마스크를 조명하고, 상기 기판 상에 상기 전자 디바이스용의 패턴을 투영 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 의한 주사형의 투영 노광 장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 투영 노광 장치에 장착되는 투영 광학계의 광학 부재의 배치를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 도 1 에 나타낸 투영 노광 장치에 장전되는 마스크 기판에 노광용의 조명광을 조사하기 위한 조명 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 도 3 에 나타낸 조명 장치 중, 수은 램프로부터 라이트 가이드 파이버 (파이버 번들) 까지의 제 1 조명 광학계의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 5 는, 초고압 수은 방전 램프의 아크 방전으로 발생하는 광의 파장 특성 (스펙트럼 분포) 의 일례를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 6 은, i 선-협대 (狹帶) 간섭 필터에 의해, 도 5 에 나타낸 파장 특성 (스펙트럼 분포) 으로부터 i 선을 포함하는 좁은 파장폭의 광을 선택적으로 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 7 은, i 선-광대 (廣帶) 간섭 필터에 의해, 도 5 에 나타낸 파장 특성 (스펙트럼 분포) 으로부터 i 선과 그 밑자락부를 포함하는 넓은 파장폭의 광을 선택적으로 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 8 은, i 선 ＋ h 선-간섭 필터에 의해, 도 5 에 나타낸 파장 특성 (스펙트럼 분포) 으로부터 i 선과 h 선의 양방을 포함하는 넓은 파장폭의 광을 선택적으로 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 9 는, 도 3 에 나타낸 조명 장치에 형성되는 라이트 가이드 파이버 (파이버 번들) 의 전체 구성과, 입사단 (端) 과 사출단 (端) 의 각각의 형상을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 10 은, 도 3 에 나타낸 조명 장치 중, 파이버 번들의 사출단으로부터의 조명광을 마스크 기판 상의 조명 영역에 조사하는 제 2 조명 광학계의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 11 은, 도 10 에 나타낸 파이버 번들의 사출단으로부터 플라이아이 렌즈계까지의 광로에 있어서의 조명광의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 12 는, 도 11 에 나타낸 파이버 번들의 사출단에, 파이버 소선마다 형성되는 다수의 점광원 이미지의 배열의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 13 은, 도 11 에 나타낸 플라이아이 렌즈계를 구성하는 복수의 렌즈 소자의 각각의 사출단에 형성되는 다수의 점광원 이미지의 배열 상태를 나타낸 도면이다.
도 14 는, 도 10 에 나타낸 플라이아이 렌즈계로부터 마스크 기판 상의 조명 영역까지의 광로에 있어서의 조명광의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 15 는, 도 4 에 나타낸 배율 가변부 (개구수 가변부) 에 의해, 파이버 번들의 입사단에 조사되는 조명 광속의 개구수 (확산각) 를 조정하는 작용을 설명하는 도면이다.
도 16 은, 도 9 에 나타낸 파이버 번들의 입사측의 3 개의 파이버 번들에 입사하는 광속과, 사출측의 6 개의 파이버 번들로부터 사출하는 조명 광속의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 17 은, 파이버 번들의 사출단으로부터 플라이아이 렌즈계의 입사면까지의 광로를 X 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 모식적인 도면이다.
도 18 은, 플라이아이 렌즈계의 입사면 상에 분포하는 도 17 중의 원형의 영역 (CFa, CFb, CFc) 의 모습을 XY 면 내에서 본 도면이다.
도 19(A) 는, 플라이아이 렌즈계의 사출면에 형성되는 스폿광 (점광원 이미지) 의 분포를 X 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 도면이고, 도 19(B) 는, 플라이아이 렌즈계의 사출면에 형성되는 스폿광 (점광원 이미지) 의 분포를 Y 방향 (스텝 이동 방향) 으로부터 본 도면이다.
도 20 은, 마스크 기판 상의 조명 영역 상의 점 OP 에 조사되는 조명 광속 (Irn) 의 배향 특성 (확산각의 특성) 을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 21 은, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착되는 도 6 의 i 선-협대 간섭 필터 (SWa), 도 7 의 i 선-광대 간섭 필터 (SWb), 및 도 8 의 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 의 조합의 예를 정리한 표이다.
도 22 는, 도 21 의 표 중의 조합 코드 B2 에 의한 간섭 필터의 조합에 의해 얻어지는 마스크 기판의 조명 광속의 파장 특성을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 23 은, 변형예 3 의 설명을 위해, 네거티브형의 포토레지스트의 파장에 의존한 광 흡수 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 24 는, 변형예 3 의 설명을 위해, 현상 후에 잔막한 레지스트 이미지의 에지부 (사이드 월) 에 생기는 경사를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 25(A) 는, 변형예 4 에 의한 구성을 나타내고, 윤대상 (輪帶狀) 의 광 투과부가 형성된 조리개판 (APa) 의 형상을 나타내는 도면이고, 도 25(B) 는, 변형예 4 에 의한 구성을 나타내고, 4 극상의 광 투과부가 형성된 조리개판 (APb) 의 형상을 나타내는 도면이다.
도 26 은, 변형예 5 에 의한 구성을 나타내고, 제 1 조명 광학계의 파장 선택부 (6A) 에 윤대상의 조리개판을 배치한 모습을 나타내는 도면이다.
도 27 은, 제 2 실시형태에 의한 노광 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 28 은, 상기의 도 5 에 나타낸 초고압 수은 방전 램프의 파장 특성을, 파장 분해능이 높은 분광기로 계측한 경우에 얻어지는 상세한 분광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 29 는, 투영 광학계의 색 수차 특성과 수은 램프의 i 선의 휘선 파장과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 30 은, 고압 수은 방전 램프와 초고압 수은 방전 램프의 각 파장 특성의 차이를 설명하는 그래프이다.
도 31 은, 마스크에 형성되는 사이즈가 상이한 홀 패턴을 기판에 투영했을 때에 얻어지는 투영 이미지의 형상의 변형을 설명하는 도면이다.
도 32 는, 홀 패턴의 투영 이미지가 타원 형상으로 변형된 경우의 편평률 (타원도) 을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 33 은, 도 32 에 나타낸 타원 형상으로 변형된 홀 패턴의 투영 이미지의 기울기를 설명하는 도면이다.
도 34 는, 파장에 따라 변화되는 합성 석영의 굴절률의 변화 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 35 는, 이미지 시프트 광학 부재로서 형성되는 평행 평판상의 석영판에 의한 이미지 시프트의 모습을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 36 은, 이미지 시프트 광학 부재의 석영판의 경사각에 따라 변화되는 i 선에 의한 투영 이미지와 h 선에 의한 투영 이미지의 상대적인 위치 어긋남에 의한 차분량의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 투영 노광 장치에 장착되는 투영 광학계의 광학 부재의 배치를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 도 1 에 나타낸 투영 노광 장치에 장전되는 마스크 기판에 노광용의 조명광을 조사하기 위한 조명 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 도 3 에 나타낸 조명 장치 중, 수은 램프로부터 라이트 가이드 파이버 (파이버 번들) 까지의 제 1 조명 광학계의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 5 는, 초고압 수은 방전 램프의 아크 방전으로 발생하는 광의 파장 특성 (스펙트럼 분포) 의 일례를 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 6 은, i 선-협대 (狹帶) 간섭 필터에 의해, 도 5 에 나타낸 파장 특성 (스펙트럼 분포) 으로부터 i 선을 포함하는 좁은 파장폭의 광을 선택적으로 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 7 은, i 선-광대 (廣帶) 간섭 필터에 의해, 도 5 에 나타낸 파장 특성 (스펙트럼 분포) 으로부터 i 선과 그 밑자락부를 포함하는 넓은 파장폭의 광을 선택적으로 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 8 은, i 선 ＋ h 선-간섭 필터에 의해, 도 5 에 나타낸 파장 특성 (스펙트럼 분포) 으로부터 i 선과 h 선의 양방을 포함하는 넓은 파장폭의 광을 선택적으로 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 9 는, 도 3 에 나타낸 조명 장치에 형성되는 라이트 가이드 파이버 (파이버 번들) 의 전체 구성과, 입사단 (端) 과 사출단 (端) 의 각각의 형상을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 10 은, 도 3 에 나타낸 조명 장치 중, 파이버 번들의 사출단으로부터의 조명광을 마스크 기판 상의 조명 영역에 조사하는 제 2 조명 광학계의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 11 은, 도 10 에 나타낸 파이버 번들의 사출단으로부터 플라이아이 렌즈계까지의 광로에 있어서의 조명광의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 12 는, 도 11 에 나타낸 파이버 번들의 사출단에, 파이버 소선마다 형성되는 다수의 점광원 이미지의 배열의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 13 은, 도 11 에 나타낸 플라이아이 렌즈계를 구성하는 복수의 렌즈 소자의 각각의 사출단에 형성되는 다수의 점광원 이미지의 배열 상태를 나타낸 도면이다.
도 14 는, 도 10 에 나타낸 플라이아이 렌즈계로부터 마스크 기판 상의 조명 영역까지의 광로에 있어서의 조명광의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 15 는, 도 4 에 나타낸 배율 가변부 (개구수 가변부) 에 의해, 파이버 번들의 입사단에 조사되는 조명 광속의 개구수 (확산각) 를 조정하는 작용을 설명하는 도면이다.
도 16 은, 도 9 에 나타낸 파이버 번들의 입사측의 3 개의 파이버 번들에 입사하는 광속과, 사출측의 6 개의 파이버 번들로부터 사출하는 조명 광속의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 17 은, 파이버 번들의 사출단으로부터 플라이아이 렌즈계의 입사면까지의 광로를 X 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 모식적인 도면이다.
도 18 은, 플라이아이 렌즈계의 입사면 상에 분포하는 도 17 중의 원형의 영역 (CFa, CFb, CFc) 의 모습을 XY 면 내에서 본 도면이다.
도 19(A) 는, 플라이아이 렌즈계의 사출면에 형성되는 스폿광 (점광원 이미지) 의 분포를 X 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 도면이고, 도 19(B) 는, 플라이아이 렌즈계의 사출면에 형성되는 스폿광 (점광원 이미지) 의 분포를 Y 방향 (스텝 이동 방향) 으로부터 본 도면이다.
도 20 은, 마스크 기판 상의 조명 영역 상의 점 OP 에 조사되는 조명 광속 (Irn) 의 배향 특성 (확산각의 특성) 을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 21 은, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착되는 도 6 의 i 선-협대 간섭 필터 (SWa), 도 7 의 i 선-광대 간섭 필터 (SWb), 및 도 8 의 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 의 조합의 예를 정리한 표이다.
도 22 는, 도 21 의 표 중의 조합 코드 B2 에 의한 간섭 필터의 조합에 의해 얻어지는 마스크 기판의 조명 광속의 파장 특성을 모식적으로 나타낸 그래프이다.
도 23 은, 변형예 3 의 설명을 위해, 네거티브형의 포토레지스트의 파장에 의존한 광 흡수 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 24 는, 변형예 3 의 설명을 위해, 현상 후에 잔막한 레지스트 이미지의 에지부 (사이드 월) 에 생기는 경사를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 25(A) 는, 변형예 4 에 의한 구성을 나타내고, 윤대상 (輪帶狀) 의 광 투과부가 형성된 조리개판 (APa) 의 형상을 나타내는 도면이고, 도 25(B) 는, 변형예 4 에 의한 구성을 나타내고, 4 극상의 광 투과부가 형성된 조리개판 (APb) 의 형상을 나타내는 도면이다.
도 26 은, 변형예 5 에 의한 구성을 나타내고, 제 1 조명 광학계의 파장 선택부 (6A) 에 윤대상의 조리개판을 배치한 모습을 나타내는 도면이다.
도 27 은, 제 2 실시형태에 의한 노광 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 28 은, 상기의 도 5 에 나타낸 초고압 수은 방전 램프의 파장 특성을, 파장 분해능이 높은 분광기로 계측한 경우에 얻어지는 상세한 분광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 29 는, 투영 광학계의 색 수차 특성과 수은 램프의 i 선의 휘선 파장과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 30 은, 고압 수은 방전 램프와 초고압 수은 방전 램프의 각 파장 특성의 차이를 설명하는 그래프이다.
도 31 은, 마스크에 형성되는 사이즈가 상이한 홀 패턴을 기판에 투영했을 때에 얻어지는 투영 이미지의 형상의 변형을 설명하는 도면이다.
도 32 는, 홀 패턴의 투영 이미지가 타원 형상으로 변형된 경우의 편평률 (타원도) 을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 33 은, 도 32 에 나타낸 타원 형상으로 변형된 홀 패턴의 투영 이미지의 기울기를 설명하는 도면이다.
도 34 는, 파장에 따라 변화되는 합성 석영의 굴절률의 변화 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 35 는, 이미지 시프트 광학 부재로서 형성되는 평행 평판상의 석영판에 의한 이미지 시프트의 모습을 모식적으로 설명하는 도면이다.
도 36 은, 이미지 시프트 광학 부재의 석영판의 경사각에 따라 변화되는 i 선에 의한 투영 이미지와 h 선에 의한 투영 이미지의 상대적인 위치 어긋남에 의한 차분량의 일례를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 양태에 관련된 노광 장치에 대하여, 바람직한 실시형태를 게재하고, 첨부의 도면을 참조하면서 이하 상세히 설명한다. 또한, 본 발명의 양태는, 이들 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 변경 또는 개량을 가한 것도 포함된다. 요컨대, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되고, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 구성 요소의 여러 가지의 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.
[제 1 실시형태]
도 1 은, 제 1 실시형태에 의한 주사형의 투영 노광 장치 (EX) 의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2 는, 도 1 의 투영 노광 장치 (EX) 에 장착되는 부분 투영 광학계 (PLn) 의 광학 부재의 배치를 나타내는 도면이다. 도 1, 도 2 에 있어서, 직교 좌표계 XYZ 의 Z 축이 연장되는 방향은 중력 방향을 나타내고, X 축이 연장되는 방향은 피노광 기판 (광 감응성 기판) 으로서의 플레이트 (P) 와 마스크 기판 (M) 이 주사 노광을 위해 이동하는 주사 이동 방향을 나타내고, Y 축이 연장되는 방향은 플레이트 (P) 의 스텝 이동의 방향을 나타낸다. 본 실시형태의 투영 노광 장치 (EX) 는, 반사 굴절 방식의 6 개의 부분 투영 광학계 (PL1 ∼ PL6) 를 갖는 투영 광학계에 대하여, 평탄한 마스크 기판 (M) 과 광 감응층 (포토레지스트 등) 이 도포된 평판상의 플레이트 (P) 를 X 방향으로 동기 이동시키면서, 마스크 기판 (M) 에 형성된 전자 디바이스용의 패턴의 이미지를 플레이트 (P) 에 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 장치인 것으로서 설명한다. 또한, 도 1, 도 2 에 나타낸 투영 노광 장치 (EX) 는, 예를 들어, 국제 공개 제2009/128488호 팜플렛, 혹은 일본 공개특허공보 2010-245224호에 개시되어 있는 구성과 동일하기 때문에, 도 1, 도 2 에 나타내는 장치 구성의 설명은 간단하게 실시하기로 한다.
[투영 광학계의 구성]
마스크 기판 (M) 상에 설정되는 6 개의 조명 영역 (IA1 ∼ IA6) (도 1 참조) 의 각각은, 주사 방향인 X 방향의 치수가, 스텝 이동 방향인 Y 방향의 치수에 대하여 짧은 장방형상으로 설정된다. 조명 영역 (IA1 ∼ IA6) 의 각각에는, 후술하는 조명 장치로부터 균일한 조도 분포 (예를 들어, ±5 ％ 이내의 균일성) 로 조정된 노광용의 조명광이 투사된다. 6 개의 조명 영역 (IA1 ∼ IA6) 의 각각은, 6 개의 부분 투영 광학계 (PL1 ∼ PL6) 의 각각의 물면 (物面) 측의 위치에 설정된다. 예를 들어, 조명 영역 (IA1) 내에 마스크 기판 (M) 의 패턴 부분이 나타나면, 그 패턴 부분으로부터 발생한 투과광이 프리즘 미러 (PMa) 의 상측의 반사면에서 반사되어 부분 투영 광학계 (PL1) 에 입사한다. 부분 투영 광학계 (PL1) 는, 패턴 부분으로부터의 투과광 (결상 광속, 노광용의 광속) 을, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 광축 (AXa) 을 따라 배치되는 렌즈계 (Ga1, Ga2, Ga3), 오목면경 (Ga4) 을 포함하는 제 1 결상계 (PL1a) 를 개재하여 프리즘 미러 (PMa) 의 하측의 반사면에서 반사시킴으로써, 중간 이미지면 (IM1) 에 조명 영역 (IA1) 의 중간 이미지를 등배로 결상한다.
중간 이미지면 (IM1) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, Y 방향의 양단 에지부를 비스듬하게 한 사다리꼴상의 개구부를 갖는 시야 조리개판 (FA1) 이 배치된다. 시야 조리개판 (FA1) 의 개구부를 투과한 결상 광속은, 프리즘 미러 (PMb) 의 상측의 반사면에서 반사되고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 광축 (AXb) 을 따라 배치되는 렌즈계 (Gb1, Gb2, Gb3), 오목면경 (Gb4) 을 포함하는 제 2 결상계 (PL1b) 를 개재하여 프리즘 미러 (PMb) 의 하측의 반사면에서 플레이트 (P) 의 방향 (－Z 방향) 을 향하여 반사된다. 이로써, 플레이트 (P) 상에 설정되는 사다리꼴상의 투영 영역 (EA1) 내에는, 시야 조리개판 (FA1) 의 개구부에 형성된 중간 이미지가 재결상하여 등배로 결상된다. 부분 투영 광학계 (PL1) 는, 제 1 결상계 (PL1a) 와 제 2 결상계 (PL1b) 에 의해, 조명 영역 (IA1) 내의 패턴 부분의 이미지를 투영 영역 (EA1) 내에 등배의 정립정상의 관계로 텔레센트릭으로 결상한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 결상계 (PL1a) 는, 동면 (Epa) 에 오목면경 (Ga4) 이 배치되는 반사 굴절 방식의 하프·필드 타입의 결상계이고, 제 2 결상계 (PL1b) 도, 동면 (Epb) 에 오목면경 (Gb4) 이 배치되는 반사 굴절 방식의 하프·필드 타입의 결상계이다. 동면 (Epa, Epb) 은 광학적으로 서로 공액 관계로 되어 있고, 동면 (Epa, Epb) 의 각각에는, 조명 영역 (IA1) 을 조명하는 조명 장치 내에 형성되는 광원 이미지 (2 차 광원 이미지) 가 형성된다. 또, 부분 투영 광학계 (PL1) 의 결상 광로 중에서, 마스크 기판 (M) 과 프리즘 미러 (PMa) 사이에는, 플레이트 (P) 상의 투영 영역 (EA1) 에 투영되는 이미지의 핀트 상태 (포커스 상태) 를 미세 조정하기 위한 포커스 조정 광학 부재 (FC1) 가 형성된다. 또한, 시야 조리개판 (FA1) 과 프리즘 미러 (PMb) 사이에는, 플레이트 (P) 상에 투영되는 투영 영역 (EA1) 의 위치를 X 방향과 Y 방향의 각각으로 독립적으로 미세 조정하기 위한 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 가 형성되고, 프리즘 미러 (PMb) 와 플레이트 (P) 사이에는, 투영 영역 (EA1) 에 투영되는 패턴 부분의 이미지의 크기를 ± 수십 ppm 정도의 범위 내에서 미세 조정하기 위한 배율 조정 광학 부재 (MC1) 가 형성되어 있다. 포커스 조정 광학 부재 (FC1), 이미지 시프트 광학 부재 (SC1), 배율 조정 광학 부재 (MC1) 에 대해서는, 예를 들어, 국제 공개 제2013/094286호 팜플렛에 개시되어 있기 때문에, 구성이나 기능에 관한 상세 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 부분 투영 광학계 (PL1) 는, 제 1 결상계 (PL1a), 제 2 결상계 (PL1b), 프리즘 미러 (PMa, PMb), 시야 조리개판 (FA1), 포커스 조정 광학 부재 (FC1), 이미지 시프트 광학 부재 (SC1), 및 배율 조정 광학 부재 (MC1) 로 구성되는데, 다른 부분 투영 광학계 (PL2 ∼ PL6) 도 동일하게 구성된다. 따라서, 다른 부분 투영 광학계 (PL2 ∼ PL6) 의 각각도, 플레이트 (P) 상에 설정되는 사다리꼴상의 투영 영역 (EA2 ∼ EA6) 의 각각에, 마스크 기판 (M) 의 패턴 부분의 이미지를 등배로 결상한다. 이로써, 마스크 기판 (M) 과 플레이트 (P) 를 X 방향으로 동일한 속도로 1 차원 이동하여 주사 노광하면, 6 개의 투영 영역 (EA1 ∼ EA6) 의 각각에서 플레이트 (P) 의 광 감응층에 노광된 패턴 부분이 Y 방향으로 연결된다. 또한, 이상에서 설명한 부분 투영 광학계 (PL1 ∼ PL6), 조명 영역 (IA1 ∼ IA6), 투영 영역 (EA1 ∼ EA6) 의 각각은, 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는, 부분 투영 광학계 (PLn), 조명 영역 (IAn), 투영 영역 (EAn) (n ＝ 1 ∼ 6) 이라고도 부르기로 한다.
[조명 장치의 구성]
도 3 은, 마스크 기판 (M) 상에 설정되는 6 개의 조명 영역 (IA1 ∼ IA6) 의 각각에 노광용의 조명광을 투사하기 위한 조명 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 사시도이고, 직교 좌표계 XYZ 는 상기의 도 1, 도 2 와 동일하게 설정된다. 본 실시형태에 의한 조명 장치에서는, 일본 공개특허공보 2010-245224호에 개시되어 있는 바와 같이, 광원으로서 동일 스펙의 3 개의 수은 램프 (쇼트 아크형의 초고압 수은 방전 램프) (2A, 2B, 2C) (광원 장치) 를 구비하는 것으로 한다. 광원 장치에 있어서의 램프 개수는, 조명 영역 (IAn) 의 각각에 투사되는 조명광이 원하는 조도치가 되도록, 부분 투영 광학계 (PLn) 의 수에 따라 결정되지만, 2 개 이상이면 된다. 초고압 수은 방전 램프는, 방전관에 봉입된 수은의 증기압을 106 Pa (파스칼) 이상으로 함으로써, 자외 파장역의 휘선인 g 선 (파장 435.835 ㎚), h 선 (파장 404.656 ㎚), i 선 (파장 365.015 ㎚) 을 고휘도로 발생한다. 수은 방전 램프 (2A, 2B, 2C) 의 각각의 발광점 (아크 방전부) 은, 각각 타원경 (4A, 4B, 4C) 의 제 1 초점의 위치에 배치되고, 타원경 (4A, 4B, 4C) 의 각각의 내측의 반사면에서 반사된 광속 (BM) 은, 타원경 (4A, 4B, 4C) 의 각각의 제 2 초점의 위치로 향하여 집광 (수렴) 된다.
타원경 (4A, 4B, 4C) 의 각각으로부터 －Z 방향으로 방사되는 광속 (BM) 은, 제 2 초점의 앞에 배치된 다이크로익 미러 (DM) 에 의해, 노광용의 자외 파장역의 스펙트럼 성분 (예를 들어, 460 ㎚ 이하의 단파장역) 은 ＋X 방향으로 반사되고, 그것보다 긴 파장역의 스펙트럼 성분은 투과되도록 분리된다. 다이크로익 미러 (DM) 의 각각에서 반사된 노광용의 자외 파장역의 광속은 타원경 (4A, 4B, 4C) 의 각각의 제 2 초점의 위치에서 광속 직경이 가장 가늘어지기 때문에, 그 제 2 초점의 위치의 각각에 로터리 셔터 (5A, 5B, 5C) 가 배치된다. 로터리 셔터 (5A, 5B, 5C) 의 각각을 통과한 노광용의 자외 파장역의 광속은, 각각 발산하면서 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 에 입사한다. 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각은, 복수의 렌즈 소자와 파장 선택용의 간섭 필터를 구비하고, 입사한 노광용의 자외 파장역의 광속 중 원하는 휘선 파장 부분만을 투과한다. 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 형성되는 간섭 필터는, 노광해야 할 마스크 기판 (M) 의 패턴의 미세도 (해상도) 나, 플레이트 (P) 의 광 감응층에 부여해야 할 노광량 (Dose 량) 에 따라, 몇 가지의 상이한 파장 선택 특성을 가진 것과 교환 가능 (전환 가능) 하게 설치되어 있다. 그 간섭 필터의 파장 선택 특성의 차이에 대해서는, 이후에 상세히 설명하겠지만, 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) 에 투사되는 노광용의 조명광의 파장 특성 (파장 분포) 을, 보다 고해상으로 패턴 노광하는 데 적합한 특성과, 생산성을 높이기 위해 조도를 높여 패턴 노광하는 데 적합한 특성으로 전환할 수 있다. 그 때문에, 간섭 필터는, g 선 (파장 435.835 ㎚), h 선 (파장 404.656 ㎚), i 선 (파장 365.015 ㎚) 중 어느 1 개의 휘선 파장 성분을 투과시키는 특성, g 선, h 선, i 선 중의 연속한 2 개의 휘선 파장 성분 (g 선 ＋ h 선, 혹은 i 선 ＋ h 선) 을 투과시키는 특성, 또는 g 선, h 선, i 선의 모든 휘선 파장 성분을 투과시키는 특성 등을 갖는 것이 미리 준비되어 있다.
파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각으로부터 사출한 광속은, 후단의 광 분배부 (10) 의 입사측의 3 개의 파이버 번들 (라이트 가이드 파이버, 광 전송 소자) (12A, 12B, 12C) 의 각각에 입사하는 조명 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 개구수 (주광선의 최대 경사각), 혹은 직경 방향의 치수 (직경) 를 조정하기 위한 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 에 입사한다. 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각은, 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각에 입사하는 조명 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 개구수 (NA) 를 일정한 범위에서 연속적으로 조정할 수 있도록, 광축 방향으로 이동 가능한 복수의 렌즈 소자를 구비하고 있다. 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각에 의해, 결과적으로, 도 2 에 나타낸 부분 투영 광학계 (PLn) 의 각각의 동면 (Epa, Epb) 에 분포하는 광원 이미지 (2 차 광원 이미지) 의 광축 (AXa, AXb) 으로부터의 반경 치수를 연속적으로 바꿀 수 있다. 즉, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각은, 부분 투영 광학계 (PLn) 의 최대의 개구수를 NAp 로 하고, 조명 영역 (IAn) 을 투사하는 조명 광속의 개구수를 NAi 로 했을 때, 개구수의 비인 NAi/NAp 로 정해지는 조명 σ 값 (0 ＜ σ ≤ 1) 을 조정할 수 있다. 그 때문에, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각은, 조명 σ 값 (조명 광속의 개구수 (NPi)) 을 연속적으로 조정 가능한 개구수 가변부라고도 한다. 또한, 도 3 에 나타낸 타원경 (4A) 으로부터 배율 가변부 (8A) 까지의 구성, 타원경 (4B) 으로부터 배율 가변부 (8B) 까지의 구성, 및 타원경 (4C) 으로부터 배율 가변부 (8C) 까지의 구성의 각각은, 총칭하여 제 1 조명 광학계라고도 하는데, 그 기능의 상세한 것은 후술한다.
광 분배부 (10) 는, 3 개의 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각으로부터 입사한 조명 광속 (BMa, BMb, BMc) 을, 6 개의 조명 영역 (IAn) 의 각각에 대응하여 배치된 제 2 조명 광학계 (IL1 ∼ IL6) 의 각각에 분배하도록, 6 개의 출사측의 파이버 번들 (FG1 ∼ FG6) 에 배분한다. 제 2 조명 광학계 (IL1 ∼ IL6) 의 각각은, 파이버 번들 (FG1 ∼ FG6) 의 사출단을 광원 이미지 (다수의 점광원이 집합한 2 차 광원 이미지) 로 하여, 각 조명 영역 (IAn) 을 쾰러 조명한다. 또한, 이상에서 설명한 제 2 조명 광학계 (IL1 ∼ IL6), 파이버 번들 (FG1 ∼ FG6) 의 각각은, 특별히 구별할 필요가 없는 경우에는, 제 2 조명 광학계 (ILn), 파이버 번들 (FGn) (n ＝ 1 ∼ 6) 이라고도 부르기로 한다.
[제 1 조명 광학계]
도 4 는, 도 3 에 나타낸 수은 램프 (2A) 로부터 입사측의 파이버 번들 (12A) 까지의 광로에 배치되는 제 1 조명 광학계의 상세 구성을 나타내는 사시도이고, 직교 좌표계 XYZ 는 상기의 도 1 ∼ 도 3 과 동일하게 설정된다. 또, 수은 램프 (2B) 로부터 입사측의 파이버 번들 (12B) 까지의 제 1 조명 광학계와, 수은 램프 (2C) 로부터 입사측의 파이버 번들 (12C) 까지의 제 1 조명 광학계도, 도 4 와 동일한 구성으로 되어 있다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 타원경 (4A) 의 사출 개구 (－Z 방향의 단부) 로부터 광축 (AX1) 을 따라 사출한 직후의 광속 (BM) 은, 타원경 (4A) 의 상측 (＋Z 방향) 의 개구부와 수은 램프 (2A) 의 하측 전극부에 의해, 광축 (AX1) 을 중심으로 한 윤대상의 강도 분포, 즉 중심부의 조도가 매우 낮은 중심 누락 상태의 분포로 되어 있다. 광속 (BM) 은, 로터리 셔터 (5A) 의 회전 날개가 배치되는 타원경 (4A) 의 제 2 초점의 위치 (PS1) 로 향하여 집광되는데, 수은 램프 (2A) 의 전극 사이에 발생하는 아크 방전부가 광축 (AX1) 의 방향으로 가늘고 길게 분포하기 때문에, 위치 (PS1) 에서 점상으로는 집광하지 않고, 유한한 크기 (직경) 를 가지는 빔 웨이스트가 된다.
파장 선택부 (6A) 에는, 제 2 초점의 위치 (PS1) 로부터 발산하여 진행하는 광속 (BM) 을 입사하여 거의 평행인 광속으로 변환하는 렌즈계 (콜리메이터 렌즈) (6A1) 와, 서로 상이한 파장 선택 특성을 갖는 2 장의 간섭 필터 (파장 선택 부재, 파장 선택 소자, 밴드 패스 필터) (SWa, SWb) 를 유지하고, 그 간섭 필터 (SWa, SWb) 중 어느 일방을 광로 중에 삽탈 (揷脫) 하도록 전환하는 슬라이드 기구 (FX) 와, 간섭 필터 (SWa, SWb) 중 어느 것을 투과한 광속 (BMa) 을 초점 위치 (PS2) (위치 (PS1) 와 광학적으로 공액인 위치) 에 집광 (수렴) 하는 렌즈계 (6A2) 가 형성되어 있다. 슬라이드 기구 (FX) 는, 간섭 필터 (SWa, SWb) 의 각각의 탈착이나 장착이 용이한 구성을 갖는다. 간섭 필터 (SWa, SWb) 의 어느 것과도 상이한 파장 선택 특성을 갖는 제 3 간섭 필터 (파장 선택 부재, 파장 선택 소자, 밴드 패스 필터) 를 이용할 때는, 로터리 셔터 (5A) 에 의해 수은 램프 (2A) 로부터의 광속 (BM) 을 차폐한 상태에서, 슬라이드 기구 (FX) 로부터 간섭 필터 (SWa, SWb) 중 어느 일방을 탈착하고, 그 대신에 제 3 간섭 필터를 장착하면 된다. 또한, 슬라이드 기구를 설치하지 않는 경우에는, 간섭 필터 (SWa, SWb) 등을 간단하게 착탈 가능하게 하는 마운트 기구가 설치된다.
파장 선택부 (6A) 로부터 사출한 광속 (BMa) 은, 초점 위치 (PS2) 에서 빔 웨이스트가 된 후, 발산한 상태로 배율 가변부 (8A) 에 입사한다. 초점 위치 (PS2) 에는, 수은 램프 (2A) 의 아크 방전부 (발광점) 의 흐려진 이미지에 의한 원 형상의 광원 이미지가 형성된다. 배율 가변부 (8A) 는, 광축 (AX1) 을 따른 위치를 조정 가능한 2 개의 렌즈계 (8A1, 8A2) 를 갖는다. 렌즈계 (8A1, 8A2) 에 의해, 초점 위치 (PS2) 로부터 발산하여 진행하는 광속 (BMa) 은, 입사측의 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 상에 소정의 광속 직경, 혹은 소정의 개구수로 투사되도록 집광된다. 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 은, 기본적으로는 초점 위치 (PS2) 와 광학적으로 공액 관계가 되도록 배치되지만, 배율 가변부 (8A) 의 렌즈계 (8A1, 8A2) 의 위치 조정에 의해, 그 공액 관계를 의도적으로 어긋나게 해도 된다. 2 개의 렌즈계 (8A1, 8A2) 는 변배 릴레이계로서 기능하고, 조명 광속 (BMa) 의 개구수의 변화에 수반하여, 결과적으로 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 에 집광되는 광속 (BMa) 의 직경이, 입사단 (FBi) 의 유효 최대 직경에 대하여 작아지거나 커지거나 한다.
[간섭 필터에 의한 파장 선택]
여기서, 파장 선택부 (6A) 의 슬라이드 기구 (FX) 에 장착 가능한 간섭 필터에 의한 파장 선택의 일례를, 도 5 ∼ 도 8 을 참조하여 설명한다. 도 5 는, 수은 램프 (초고압 수은 방전 램프) 의 아크 방전으로 발생하는 광속 (BM) 의 파장 특성 (스펙트럼 분포) 의 일례를 모식적으로 나타낸 그래프이다. 또, 도 6 은, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 에 의해 도 5 의 스펙트럼 분포로부터 i 선을 포함하는 좁은 파장폭의 광을 선택 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이고, 도 7 은, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의해 도 5 의 스펙트럼 분포로부터 i 선과 그 밑자락의 저휘도 부분도 포함하는 비교적 넓은 파장폭의 광을 선택 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이고, 그리고 도 8 은, i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) (제 3 간섭 필터) 에 의해 도 5 의 스펙트럼 분포로부터 i 선과 h 선의 양방을 포함하는 넓은 파장폭의 광을 선택 추출하는 모습을 모식적으로 나타낸 그래프이다. 도 5 ∼ 도 8 의 어느 그래프도, 가로축은 파장 (㎚) 을 나타내고, 세로축은 상대적인 강도 (％) 를 나타낸다. 또한, 도 5 (그리고 도 6 ∼ 도 8) 에 나타내는 초고압 수은 방전 램프로부터의 광속 (BM) 의 파장 특성 (스펙트럼 분포) 에 있어서, 주된 휘선인 g 선, h 선, i 선, j 선의 각각의 피크상의 스펙트럼 부분은, 파장 분해능이 그다지 높지 않은 분광기로 계측한 경우의 파장폭으로서 도시하고 있고, 실제의 피크상의 스펙트럼 부분의 파장폭은 반치전폭 (피크 강도의 절반의 강도가 되는 폭) 으로 규정한 경우, 수 ㎚ ∼ 십수 ㎚ 정도이다.
본 실시형태에서는, 도 6 ∼ 도 8 에 나타내는 바와 같이, 3 종류의 간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 를 준비하는 것으로 한다. i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 파장이 약 354 ㎚ ∼ 약 380 ㎚ 의 사이에서 투과율이 10 ％ 이상이 되고, 파장이 약 359 ㎚ ∼ 약 377 ㎚ 의 사이에서 투과율이 90 ％ 이상이 되는 파장 선택 특성을 갖는다. 따라서, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 에 의해 선택되는 파장폭의 반치전폭은, i 선의 휘선 파장 (365.015 ㎚) 을 포함하여 약 22 ㎚ 가 된다. 또, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 파장이 약 344 ㎚ ∼ 약 398 ㎚ 의 사이에서 투과율이 10 ％ 이상이 되고, 파장이 약 350 ㎚ ∼ 약 395 ㎚ 의 사이에서 투과율이 90 ％ 이상이 되는 파장 선택 특성을 갖는다. 따라서, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의해 선택되는 파장폭의 반치전폭은, i 선의 휘선 파장 (365.015 ㎚) 을 포함하여 약 49 ㎚ 가 된다. i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 와 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 는, 모두 i 선의 휘선 파장대만을 노광용의 조명광으로서 선택하는 것이지만, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 쪽이 파장 선택의 밴드폭이 좁기 때문에, 도 6 중의 사선부로 나타낸 i 선 (협) 의 단색성은, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에서 선택된 도 7 중의 사선부로 나타낸 i 선 (광) 보다 좋아지고, 부분 투영 광학계 (PLn) 의 색 수차 특성에 의한 영향이 저감되고, 보다 고해상의 패턴 노광이 가능해진다.
그러나, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 에 의해 얻어지는 i 선 (협) 의 광량 (도 6 중의 사선부의 면적) 은, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의해 얻어지는 i 선 (광) 의 광량 (도 7 중의 사선부의 면적) 에 비해 작기 때문에, 주사 노광시의 마스크 기판 (M) 과 플레이트 (P) 의 이동 속도를 조금 저하시킬 필요가 생겨, 생산성의 저하를 초래한다. 이에 대하여, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의해 얻어지는 i 선 (광) 은, i 선의 휘선 파장 (365.015 ㎚) 으로부터 장파장측의 인근에 위치하는 h 선까지의 사이의 저휘도의 밑자락 부분, 및 단파장측의 인근에 위치하는 비교적 강한 피크 파장까지의 사이의 저휘도의 밑자락 부분의 스펙트럼 성분을 포함하고 있기 때문에, 고해상의 패턴 노광을 가능하게 하면서, 광량을 수 ％ 이상으로 증대시키는 것이 가능해지고, 생산성을 향상시킬 수 있다. i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의한 파장 선택의 밴드폭 (반치전폭으로 약 49 ㎚) 은, 부분 투영 광학계 (PLn) 의 색 수차 특성에 기초하여 구해지는 최소 선폭의 패턴 투영 이미지의 콘트라스트값에 의해 결정된다. 부분 투영 광학계 (PLn) 의 색 수차에는, 배율 (가로) 색 수차와 축상 (세로) 색 수차가 있고, 예를 들어, i 선의 휘선 파장에만 특화된 투영 광학계에서는, 색 수차량이 i 선의 휘선 파장에서 대략 제로가 되고, 그것보다 단파장측과 장파장측에서는 수차량이 증대되는 경향 (2 차 함수적인 경향) 의 색 수차 특성을 가지도록 보정된다. 또, i 선과 h 선의 2 개의 휘선 파장을 사용하는 것을 허용한 투영 광학계에서는, i 선과 h 선의 대략 중간의 파장에서 색 수차량을 대략 제로로 하고, i 선과 h 선의 각 휘선 파장의 사이에서는 색 수차량의 변화율을 작게 하는 경향의 색 수차 특성으로 보정된다.
i 선과 h 선의 2 개의 휘선 파장을 사용하는 경우에는, i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 를 슬라이드 기구 (FX) 에 장착하여, 도 8 중의 사선부로 나타낸 스펙트럼 분포의 광 i 선 ＋ h 선을 사용한다. i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 파장이 약 344 ㎚ ∼ 약 420 ㎚ 의 사이에서 투과율이 10 ％ 이상이 되고, 파장이 약 350 ㎚ ∼ 약 415 ㎚ 의 사이에서 투과율이 90 ％ 이상이 되는 파장 선택 특성을 갖는다. 따라서, i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 에 의해 선택되는 파장폭의 반치전폭은, i 선의 휘선 파장 (365.015 ㎚) 과 h 선의 휘선 파장 (404.656 ㎚) 을 포함하여 약 70 ㎚ 가 된다. i 선과 h 선의 2 개의 휘선 파장을 사용하는 패턴 노광에서는, i 선만을 사용한 패턴 노광에 비해, 해상 가능한 최소 선폭이 커지지만, i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 에 의해 얻어지는 i 선 ＋ h 선의 광량 (도 8 중의 사선부의 면적) 은, 도 6 의 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 나 도 7 의 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 의 경우와 비교하면 압도적으로 증대되어 있고, 생산성이 비약적으로 향상된다. 따라서, 플레이트 (P) 의 광 감응층에 투영 노광하는 마스크 기판 (M) 의 패턴에, 미세도가 높은 크리티컬한 선폭의 패턴이 포함되어 있지 않은 경우에는, i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 를 사용함으로써, 생산성이 높은 패턴 노광이 가능해진다.
[광 분배부 (10)]
도 9 는, 도 3 에 나타낸 조명 장치 중에 형성된 광 분배부 (10) 로서의 파이버 번들의 전체 구성과, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 의 형상과, 출사측의 파이버 번들 (FG1 ∼ FG6) 의 각각의 사출단 (FBo) 의 형상을 모식적으로 나타낸 사시도이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 3 과 동일하게 설정된다. 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 은, 다수의 파이버 소선을 묶어 단면 (端面) 전체의 직경이 수십 ㎜ 이상의 원형이 되도록 성형된다. 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 다수의 파이버 소선은, 광 분배부 (10) 내의 소선 배분부 (10a) 에 있어서, 6 개의 파이버 번들 (FG1 ∼ FG6) 의 각각이 거의 균등한 소선수를 포함하도록 배분된다. 파이버 번들 (FG1 ∼ FG6) 의 각각의 사출단 (FBo) 의 형상은, 다수의 파이버 소선을 묶어, 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) 의 형상과 상사인 장방형이 되도록 성형된다. 1 개의 파이버 번들 (FGn) 은, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각으로부터의 파이버 소선이 거의 같은 수로 포함되도록 묶여 있다. 예를 들어, 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각이 12 만 개의 파이버 소선을 묶어 구성되는 경우 (토탈로는 36 만 개), 1 개의 파이버 번들 (FGn) 은 6 만 개의 파이버 소선을 묶어 구성된다. 파이버 번들 (FGn) 의 6 만 개의 파이버 소선 중, 약 2 만 개씩이 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각으로부터의 파이버 소선으로 구성된다. 또한, 1 개의 파이버 소선은, 외형 (클래드) 의 직경이 0.2 ㎜ 정도인 석영 파이버이다.
파이버 소선은, 입사단에 조사되는 광속의 개구수 (수렴각 또는 발산각) 를 유지한 상태로 사출단으로부터 광속을 출사한다. 따라서, 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 에 조사되는 조명 광속 (BMa) 이 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 조명 광속 (BSa) 이 되어 출사될 때의 개구수 (수렴각 또는 발산각) 는, 조명 광속 (BMa) 의 개구수와 동일하게 되고, 파이버 번들 (12B) 의 입사단 (FBi) 에 조사되는 조명 광속 (BMb) 이 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 조명 광속 (BSb) 이 되어 출사될 때의 개구수 (수렴각 또는 발산각) 는, 조명 광속 (BMb) 의 개구수와 동일하게 되고, 파이버 번들 (12C) 의 입사단 (FBi) 에 조사되는 조명 광속 (BMc) 이 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 조명 광속 (BSc) 이 되어 출사될 때의 개구수 (수렴각 또는 발산각) 는, 조명 광속 (BMc) 의 개구수와 동일하게 된다. 그 때문에, 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 에 조사되는 조명 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각 개구수 (수렴각) 를 NAia, NAib, NAic 로 하여, NAia ＝ NAib ＝ NAic 가 되도록, 도 3 (도 4) 에서 나타낸 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각을 조정한 경우, 각 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 출사하는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각 개구수 (발산각) 는 서로 동일하게 된다. 조명 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각 개구수 (수렴각) (NAia, NAib, NAic) 가 서로 상이하도록 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각을 조정한 경우, 각 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 출사하는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각 개구수 (발산각) 는 서로 상이한 값이 된다.
[제 2 조명 광학계 (ILn)]
도 10 은, 도 3 (도 9) 에 나타낸 6 개의 파이버 번들 (FGn) (FG1 ∼ FG6) 의 각각의 사출단 (FBo) 으로부터의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 을 마스크 기판 (M) 상의 각 조명 영역 (IAn) 에 조사하는 제 2 조명 광학계 (ILn) (IL1 ∼ IL6) 의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 3 이나 도 9 와 동일하게 설정된다. 제 2 조명 광학계 (ILn) 는, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 에 형성되는 다수의 점광원 이미지를 쾰러 조명의 광원 이미지로 하도록, 전측 초점의 위치가 사출단 (FBo) 과 일치하도록 배치된 제 1 콘덴서 렌즈계 (CFn) (CF1 ∼ CF6) 와, 콘덴서 렌즈계 (CFn) 의 후측 초점의 위치에 입사면 (poi) 이 설정되는 플라이아이 렌즈계 (FEn) (FE1 ∼ FE6) 와, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 광원 이미지 (2 차 광원 이미지) 를 쾰러 조명의 광원 이미지로 하도록, 전측 초점의 위치가 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 설정되고, 후측의 초점의 위치에 조명 영역 (IAn) (IA1 ∼ IA6) 이 설정되는 제 2 콘덴서 렌즈계 (CPn) (CP1 ∼ CP6) 를 구비한다.
콘덴서 렌즈계 (CFn) 와 콘덴서 렌즈계 (CPn) 는 Z 축과 평행인 광축 (AX2) 을 따라 배치되고, 광축 (AX2) 은, 파이버 번들 (FGn) 의 장방형의 사출단 (FBo) 의 기하학적인 중심점과, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 XY 면 내의 기하학적인 중심점을 통과하도록 설정된다. 플라이아이 렌즈계 (FEn) 는, XY 면 내에서 보았을 때, 장방형의 조명 영역 (IAn) 과 상사 형상이 되도록, Y 방향을 장변, X 방향을 단변으로 하는 장방형의 단면 (斷面) 을 갖는 렌즈 소자 (Le) 의 복수를, X 방향과 Y 방향으로 벽돌 쌓기와 같이 접합하여 구성된다. 렌즈 소자 (Le) 의 입사면 (poi) 측과 사출면 (epi) 측의 각각에는, 소정의 초점 거리를 갖는 볼록면 (구면 렌즈) 이 형성되어 있다. 또, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 은 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 동공의 위치로 되어 있고, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 XY 면 내에 있어서의 전체의 외형 범위는, 대략 조명 동공 (원형) 의 직경을 포함하도록 설정되어 있다.
또한, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 은, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 과 광학적으로 공액 관계 (결상 관계) 로 설정되고, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 은, 조명 영역 (IAn) (마스크 기판 (M) 의 패턴면) 과 광학적으로 공액 관계 (결상 관계) 로 설정되어 있다. 그 때문에, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 에 형성되는 다수의 점광원 이미지가, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 복수의 렌즈 소자 (Le) 의 각각의 사출면 (epi) 측에 재결상되고, 조명 영역 (IAn) 은 렌즈 소자 (Le) 의 단면의 형상인 장방형과 상사인 형상으로 조명 (결상) 된다.
도 11(A) 와 도 11(B) 는, 도 10 에 나타낸 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 플라이아이 렌즈계 (FEn) 까지의 광로에 있어서의 조명 광속의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 10 과 동일하게 설정된다. 도 11(A) 는, 그 광로를 Y 축 방향 (스텝 이동 방향) 으로부터 본 도면이고, 도 11(B) 는, 그 광로를 X 축 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 도면이다. 여기서, 도 9 에 나타낸 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 사출하는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 근원이 되고 있는 파이버 소선의 사출단의 미세한 원 형상의 발광점 (0.2 ㎜ 이하의 직경) 을 스폿광 (점광원 이미지) (SPa, SPb, SPc) 으로 한다. 또한, 스폿광 (SPa, SPb, SPc) 의 각각으로부터의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 개구수는 동일하게 한다. 따라서, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 과 제 1 콘덴서 렌즈계 (CFn) 의 사이에서 광축 (AX2) 과 평행인 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각 중심 광선으로부터의 확산각은 X 방향, Y 방향 모두 동일한 각도 (θbo) 가 된다.
파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 에 형성되는 다수의 스폿광 (SPa, SPb, SPc) 의 각각으로부터의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 은, 제 1 콘덴서 렌즈계 (CFn) 에 의해, 도 11(A), 도 11(B) 와 같이 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에서 모두 중첩되고, 입사면 (poi) 을 균일한 조도 분포로 조명한다. 따라서, 파이버 번들 (FGn) 과 제 1 콘덴서 렌즈계 (CFn) 는, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 에 대한 제 1 옵티컬·인터그레이터로서 기능한다.
도 12 는, 도 11 에 나타낸 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 에, 파이버 소선마다 형성되는 다수의 스폿광 (점광원 이미지) (SPa, SPb, SPc) 의 배열의 일례를 모식적으로 나타낸 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 11 과 동일하게 설정된다. Y 방향으로 긴 장방형의 사출단 (FBo) 에는, 하얀 원으로 나타낸 스폿광 (점광원 이미지) (SPa), 검은 원으로 나타낸 스폿광 (점광원 이미지) (SPb), 및 이중 원으로 나타낸 스폿광 (점광원 이미지) (SPc) 이, 각각 동수씩 X 방향과 Y 방향으로 균일한 분포로 배치된다. 도 12 에서는, 3 개의 스폿광 (SPa, SPb, SPc) 을 XY 방향으로 규칙적 (주기적) 으로 분포하도록 나타냈지만, 실제로는 랜덤으로 조밀하게 분포한다. 앞서 예시한 바와 같이, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각이 12 만 개의 파이버 소선으로 구성되는 경우, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 에는, 스폿광 (SPa, SPb, SPc) 의 각각이 약 2 만 개씩 랜덤으로 분포한다. 일례로서, 사출단 (FBo) 의 XY 방향의 치수의 비율, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 1 개의 렌즈 소자 (Le) 의 XY 방향의 치수의 비율, 및 조명 영역 (IAn) 의 XY 방향의 치수의 비율이 모두 약 1 : 3 으로 설정되어 있는 경우, 파이버 소선의 외형 직경을 0.2 ㎜ 로 하면, 사출단 (FBo) 의 X 방향으로는 약 143 개, Y 방향으로는 약 420 개의 파이버 소선 (총수는 143 × 420 ≒ 6 만 개) 이 배열된다. 이 경우, 사출단 (FBo) 의 X 방향의 치수는 약 28.6 ㎜ (0.2 ㎜ × 143), Y 방향의 치수는 약 84 ㎜ (0.2 ㎜ × 420) 가 된다.
도 13 은, 도 11 에 나타낸 플라이아이 렌즈계 (FEn) 를 구성하는 복수의 렌즈 소자 (Le) 의 각각의 사출면 (epi) 에 형성되는 다수의 점광원 이미지 (스폿광 (SPa', SPb', SPc')) 의 배열 상태를 나타낸 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 11 (또는 도 12) 과 동일하게 설정된다. 도 13 에 있어서, 각 렌즈 소자 (Le) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 다수의 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 은, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 에 형성되는 다수의 스폿광 (SPa, SPb, SPc) 이 재결상한 것이고, 렌즈 소자 (Le) 마다 약 6 만 개의 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 이 형성된다. 따라서, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 전체의 사출면 (epi) 에는, 렌즈 소자 (Le) 의 개수 × 약 6 만 개분에나 미치는 무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 이 분포한다.
도 14(A) 와 도 14(B) 는, 도 10 에 나타낸 플라이아이 렌즈계 (FEn) 로부터 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) 까지의 광로에 있어서의 조명광의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 10 (또는 도 11) 과 동일하게 설정된다. 도 14(A) 는, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 로부터 조명 영역 (IAn) 까지의 광로를 X 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 도면이고, 도 14(B) 는, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 로부터 조명 영역 (IAn) 까지의 광로를 Y 방향 (스텝 이동 방향) 으로부터 본 도면이다. 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 중, 도 14(A) 에 나타내는 바와 같이, 광축 (AX2) 으로부터 Y 방향으로 가장 떨어진 거리 (ΔHy) 에 위치하는 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 은, 제 2 콘덴서 렌즈계 (CPn) 에 의해 평행 광속으로 됨과 함께, 그 중심 광선 (주광선) 이 광축 (AX2) 으로부터 각도 (θhy) 만큼 경사진 상태로, 조명 영역 (IAn) 의 Y 방향의 전체에 투사된다. 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 Y 방향으로 늘어선 다른 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 도, 제 2 콘덴서 렌즈계 (CPn) 에 의해 동일하게 Y 방향에 관하여 평행 광속으로 되고, 조명 영역 (IAn) 의 Y 방향의 전체에 투사 (중첩) 된다.
플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 중, 도 14(B) 에 나타내는 바와 같이, 광축 (AX2) 으로부터 X 방향으로 가장 떨어진 거리 (ΔHx) 에 위치하는 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 은, 제 2 콘덴서 렌즈계 (CPn) 에 의해 평행 광속으로 됨과 함께, 그 중심 광선 (주광선) 이 광축 (AX2) 으로부터 각도 (θhx) 만큼 경사진 상태로, 조명 영역 (IAn) 의 X 방향의 전체에 투사된다. 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에서 X 방향으로 늘어선 다른 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 도, 제 2 콘덴서 렌즈계 (CPn) 에 의해 동일하게 X 방향에 관하여 평행 광속으로 되고, 조명 영역 (IAn) 의 X 방향의 전체에 투사 (중첩) 된다. 따라서, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 와 제 2 콘덴서 렌즈계 (CPn) 는, 조명 영역 (IAn) 을 균일한 조도 분포의 조명광으로 조사하는 제 2 옵티컬·인터그레이터로서 기능한다.
조명 영역 (IAn) 에 조사되는 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 의 Y 방향의 최대의 경사각인 각도 (θhy) 와 X 방향의 최대의 경사각인 각도 (θhx) 는, 거의 동일한 값으로 설정되고, 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 은 축 (AX2) 과 평행으로 조명 영역 (IAn) 과 수직인 주광선의 주위에 등방적인 확산각 (θi) (＝ θhy ＝ θhx) 을 가진다. 따라서, 조명 영역 (IAn) 에 조사되는 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 의 개구수 (NAi) 는 sin(θi) 가 된다. 또한, 도 14(A), 도 14(B) 로부터 분명한 바와 같이, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에 조사되는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 원 형상의 조사 영역의 광축 (AX2) 으로부터의 반경을 작게 하면, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 중, 광축 (AX2) 으로부터 가장 떨어진 거리 (ΔHx, ΔHy) 도 짧아지기 때문에, 확산각 (θi) (＝ θhy ＝ θhx) 도 작아지고, 결과적으로 조명 광속 (BSa', BSb', BSc') 의 개구수 (NAi) 가 작아져, 조명 σ 값도 작아진다.
[배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 기능]
도 15(A) 와 도 15(B) 는, 도 4 에 나타낸 배율 가변부 (개구수 가변부) (8A) (8B, 8C) 에 의해, 입사측의 파이버 번들 (12A) (12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 에 조사되는 조명 광속 (BMa) (BMb, BMc) 의 개구수 (확산각) 를 조정하는 모습을 설명하는 도면이다. 도 15(A), 도 15(B) 에 있어서, 초점 위치 (PS2) 는, 도 4 에 나타낸 바와 같이 파장 선택부 (6A) (6B, 6C) 를 통과한 수은 램프 (2A) (2B, 2C) 로부터의 광속 (BMa) (BMb, BMc) 이 가장 작은 직경으로 수렴 (집광) 하는 면이고, 초점 위치 (PS2) 에는, 수은 램프 (2A) (2B, 2C) 의 아크 방전부의 흐려진 이미지에 의한 원 형상의 광원 이미지 (LDa) 가 형성된다. 렌즈계 (8A1) (8B1, 8C1) 와 렌즈계 (8A2) (8B2, 8C2) 에 의해, 광원 이미지 (LDa) 는 입사측의 파이버 번들 (12A) (12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 상에 광원 이미지 (LDb) 로서 재결상된다.
렌즈계 (8A1) (8B1, 8C1) 를 부 (負) 의 파워 (굴절력) 로 하고, 렌즈계 (8A2) (8B2, 8C2) 를 정 (正) 의 파워 (굴절력) 로 하고, 도 15(A) 와 같이 렌즈계 (8A1) (8B1, 8C1) 와 렌즈계 (8A2) (8B2, 8C2) 를 이격시켜 배치한 경우, 광원 이미지 (LDb) 를 형성하는 광속 (BMa) (BMb, BMc) 의 개구수 (확산각) (NAα) 는 최대가 됨과 함께, 광원 이미지 (LDa) 는 파이버 번들 (12A) (12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 상에서 가장 작은 직경이 되도록 재결상된다. 또, 도 15(B) 와 같이 렌즈계 (8A1) (8B1, 8C1) 와 렌즈계 (8A2) (8B2, 8C2) 를 근접시켜 배치한 경우, 광원 이미지 (LDb) 를 형성하는 광속 (BMa) (BMb, BMc) 의 개구수 (확산각) (NAβ) 는 최소가 됨과 함께, 광원 이미지 (LDb) 는 파이버 번들 (12A) (12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 상에서 가장 큰 직경이 되도록 재결상된다. 2 개의 렌즈계 (8A1) (8B1, 8C1), 렌즈계 (8A2) (8B2, 8C2) 의 각각의 광축 (AX1) 방향의 위치를 적절히 조정함으로써, 광원 이미지 (LDb) 를 형성하는 광속 (BMa) (BMb, BMc) 의 개구수 (확산각) 를 최대인 NAα 로부터 최소인 NAβ 의 사이에서 조정할 수 있다. 또한, 도 15(A) 의 경우, 광원 이미지 (LDb) 의 직경이 파이버 번들 (12A) (12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 의 유효 직경보다 약간 작아지도록 설정해도 되고, 도 15(B) 의 경우, 광원 이미지 (LDb) 의 직경이 파이버 번들 (12A) (12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 의 유효 직경보다 약간 커지도록 설정해도 된다.
파이버 번들 (12A) (12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 내에서, 광원 이미지 (LDb) 가 형성되는 범위, 즉 광속 (BMa) (BMb, BMc) 이 조사되는 범위에 존재하는 다수의 파이버 소선의 각각의 입사단으로부터 입사한 광속 (BMa) (BMb, BMc) 은, 도 9 나 도 11 에서 설명한 바와 같이, 사출측의 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 에 위치하는 파이버 소선의 각각의 사출단에 형성되는 스폿광 (SPa, SPb, SPc) 으로부터, 입사측의 개구수 (최대 개구수 (NAα) ∼ 최소 개구수 (NAβ) 의 범위의 값) 를 유지한 상태의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 이 되어 출사한다.
도 4 에 나타낸 3 개의 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각에 의해, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각 입사단 (FBi) 에 투사되는 각 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 개구수 (확산각) 를 동일하게 한 경우, 사출측의 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 사출되는 3 개의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 개구수 (도 11 에 나타낸 각도 (θbo) 에 상당) 는 동일한 값이 된다. 그러나, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각에 의해 입사측의 각 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 개구수 (확산각) 를 상이하게 하면, 사출단 (FBo) 으로부터 사출되는 3 개의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 개구수도 상이하게 할 수 있다. 그것을 도 16 에 의해 설명한다.
도 16 은, 도 9 에 나타낸 파이버 번들의 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 에 입사하는 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 상태와, 사출측의 파이버 번들 (FGn) (FG1 ∼ FG6) 로부터 사출하는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 상태를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 16 에 있어서, 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 에 투사되는 광속 (BMa) 의 개구수 (확산각) 를 NAia, 파이버 번들 (12B) 의 입사단 (FBi) 에 투사되는 광속 (BMb) 의 개구수 (확산각) 를 NAib, 파이버 번들 (12C) 의 입사단 (FBi) 에 투사되는 광속 (BMc) 의 개구수 (확산각) 를 NAic 로 하고, NAia ＞ NAib ＞ NAic 의 관계로 설정되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 사출측의 파이버 번들 (FG1) 의 사출단 (FBo) 에 형성되는 다수의 스폿광 (SPa) 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa) 은 개구수 (NAia) 가 되고, 다수의 스폿광 (SPb) 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSb) 은 개구수 (NAib) 가 되고, 다수의 스폿광 (SPc) 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSc) 은 개구수 (NAic) 가 된다. 다른 파이버 번들 (FG2 ∼ FG6) 의 각각의 사출단 (FBo) 으로부터도 동일하게, 개구수가 상이한 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 이 동시에 사출한다.
도 17 은, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에서의 조사 분포의 차이를 설명하기 위해, 사출단 (FBo) 으로부터 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 까지의 광로를 X 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 모식적인 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 11(B) 와 동일하게 설정되어 있다. 도 17 에 있어서, 파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) (동면에 상당) 에 형성되는 다수의 스폿광 (SPa) 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa) 은, 콘덴서 렌즈계 (CPn) 에 의해 거의 평행인 광속으로 변환되고, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 내의 광축 (AX1) 을 중심으로 하는 원형의 영역 (CFa) 에 중첩하여 조사된다. 동일하게, 다수의 스폿광 (SPb) 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSb) 은, 콘덴서 렌즈계 (CPn) 에 의해 거의 평행인 광속으로 변환되고, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 내의 광축 (AX1) 을 중심으로 하는 원형의 영역 (CFb) 에 중첩하여 조사되고, 다수의 스폿광 (SPc) 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSc) 은, 콘덴서 렌즈계 (CPn) 에 의해 거의 평행인 광속으로 변환되고, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 내의 광축 (AX1) 을 중심으로 하는 원형의 영역 (CFc) 에 중첩하여 조사된다.
파이버 번들 (FGn) 의 사출단 (FBo) 이 콘덴서 렌즈계 (CPn) 의 전측 초점의 위치 (동면) 에 배치되고, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 이 콘덴서 렌즈계 (CPn) 의 후측 초점의 위치에 배치되는 쾰러 조명 방식이기 때문에, 다수의 스폿광 (SPa, SPb, SPc) 의 각각이 사출단 (FBo) 상의 어디에 위치하고 있더라도, 스폿광 (SPa) 으로부터의 조명 광속 (BSa) 은 원형의 영역 (CFa) 내의 전체에 조사되고, 스폿광 (SPb) 으로부터의 조명 광속 (BSb) 은 원형의 영역 (CFb) 내의 전체에 조사되고, 스폿광 (SPc) 으로부터의 조명 광속 (BSc) 은 원형의 영역 (CFc) 내의 전체에 조사된다.
도 18 은, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에 분포하는 도 17 중의 원형의 영역 (CFa, CFb, CFc) 의 모습을 XY 면 내에서 본 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 는 도 17 과 동일하게 설정된다. 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 개구수 (확산각) (NAia, NAib, NAic) 가, NAia ＞ NAib ＞ NAic 의 관계로 되어 있기 때문에, 도 18 과 같이, 광축 (AX2) 을 중심으로 한 영역 (CFa) 의 반경을 Ria, 영역 (CFb) 의 반경을 Rib, 영역 (CFc) 의 반경을 Ric 로 하면, Ria ＞ Rib ＞ Ric 의 관계가 된다. 또한, 반경 (Ric) 의 영역 (CFc) 내에는, 3 개의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 모두가 중첩하여 분포하고, 영역 (CFb) 내의 반경 (Ric) 으로부터 반경 (Rib) 까지의 사이의 윤대상의 영역 내에는, 2 개의 조명 광속 (BSa, BSb) 이 중첩하여 분포하고, 영역 (CFa) 내의 반경 (Rib) 으로부터 반경 (Ria) 까지의 사이의 윤대상의 영역 내에는, 조명 광속 (BSa) 만이 분포하게 된다. 또한, 도 18 중에 파선으로 나타낸 원형의 영역 (CCA) 은, 조명 σ 값이 1.0 (NAi ＝ NAp) 이 되는 경계 범위를 나타내고, 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 개구수 (NAia, NAib, NAic) 의 최대치는, 영역 (CCA) 의 반경에 대응한 개구수 이하로 설정된다. 또한, 도 18 에 나타낸 3 개의 반경 (Ria, Rib, Ric) 중 가장 큰 반경 (Ria) 분만큼 광축 (AX2) 으로부터 Y 방향과 X 방향의 각각으로 떨어진 위치가, 상기의 도 14(A), 도 14(B) 에서 설명한 거리 (ΔHy, ΔHx) 에 대응하고 있다.
이상과 같이, 도 4, 도 15 에 나타낸 배율 가변부 (개구수 가변부) (8A, 8B, 8C) 의 각각의 조정에 의해, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에 원 형상으로 분포시키는 3 개의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 영역 (CFa, CFb, CFc) 의 반경 (Ria, Rib, Ric) 을 자유롭게 조정할 수 있고, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 에, 광축 (AX2) 으로부터의 반경 방향의 거리에 따른 강도 분포를 갖게 할 수 있다.
도 19(A) 와 도 19(B) 는, 도 18 에 나타낸 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 영역 (CFa, CFb, CFc) 에 대응하여, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) (조명 동면) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 의 강도 분포 (광원 이미지) 의 일례를 나타낸다. 도 19(A) 는 플라이아이 렌즈계 (FEn) 를 X 방향 (주사 이동 방향) 으로부터 본 도면이고, 도 19(B) 는 플라이아이 렌즈계 (FEn) 를 Y 방향 (스텝 이동 방향) 으로부터 본 도면이다. 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPa') 은, 입사면 (poi) 상의 조명 광속 (BSa) 이 조사되는 원형의 영역 (CFa) (반경 (Ria)) 에 대응한 부분에 발생하고, 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPb') 은, 입사면 (poi) 상의 조명 광속 (BSb) 이 조사되는 원형의 영역 (CFb) (반경 (Rib)) 에 대응한 부분에 발생하고, 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPc') 은, 입사면 (poi) 상의 조명 광속 (BSc) 이 조사되는 원형의 영역 (CFc) (반경 (Ric)) 에 대응한 부분에 발생한다.
3 개의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 파장 특성이 동일한 경우, 예를 들어, 도 3, 도 4 에 나타낸 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착되는 간섭 필터를, 모두 도 6 에 나타낸 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 로 한 경우, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) (조명계의 동면) 의 반경 (Ric) 의 원형의 영역 (CFc) 에 대응한 부분에는, 도 6 에 나타낸 i 선 (협) 의 스펙트럼 분포를 가지는 3 개의 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 의 모두가 중첩하여 형성된다. 또, 사출면 (epi) (조명계의 동면) 의 반경 (Ric) 으로부터 반경 (Rib) 까지의 윤대상의 영역에 대응한 부분에는, i 선 (협) 의 스펙트럼 분포를 가지는 2 개의 스폿광 (SPa', SPb') 이 형성되고, 사출면 (epi) (조명계의 동면) 의 반경 (Rib) 으로부터 반경 (Ria) 까지의 윤대상의 영역에 대응한 부분에는, i 선 (협) 의 스펙트럼 분포를 가지는 1 개의 스폿광 (SPa') 만이 형성된다. 또한, 도 19(A), 도 19(B) 에 나타낸 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) (조명계의 동면) 에 형성되는 다수의 스폿광 (점광원 이미지) (SPa', SPb', SPc') 은, 도 18 의 원형의 영역 (CCA) 내에서 균등하게 분포하지 않는데, 이것은, 배율 가변부 (개구수 가변부) (8A, 8B, 8C) 의 기능 설명을 위해, 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각에 입사하는 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 개구수 (NAia, NAib, NAic) 를 의도적으로 NAia ＞ NAib ＞ NAic 의 관계로 했기 때문이다. 통상적인 패턴 노광에서는, 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 개구수 (NAia, NAib, NAic) 는 NAia ＝ NAib ＝ NAic 의 관계로 설정된다.
도 19(A), 도 19(B) 에 나타내는 바와 같이, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) (조명계의 동면) 에 다수의 스폿광 (점광원 이미지) (SPa', SPb', SPc') 을 분포시키며, 또한, 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 의 각각의 근원이 되는 광속 (BMa, BMb, BMc) (조명 광속 (BSa, BSb, BSc)) 의 파장 특성을 동일하게 한 경우, 마스크 기판 (M) 의 조명 영역 (IAn) 에 조사되는 조명광은, 도 20 에 나타내는 바와 같이 개구수에 따라 조도가 상이한 특성을 갖는다. 도 20 은, 조명 영역 (IAn) 상의 점 OP 에 조사되는 조명 광속 (Irn) 의 배향 특성 (확산각의 특성) 을 모식적으로 나타낸 것이고, 텔레센트릭 조명 조건 (쾰러 조명) 이기 때문에, 점 OP 를 통과하는 조명 광속 (Irn) 의 주광선 (Lpi) 은 조명 영역 (IAn) 의 면 (마스크 기판 (M) 의 패턴면) 과 수직으로 되어 있다. 조명 광속 (Irn) 은, 개구수 (NAia) 에 대응한 주광선 (Lpi) 으로부터의 확산각 (θia) 이 최대의 개구수가 되도록 배향된다. 이 확산각 (θia) 안 중, 개구수 (NAic) 에 대응한 확산각 (θic) 내에서는, 조명 광속 (Irn) 의 조도는 3 개의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 을 가산한 강도가 되고, 개구수 (NAib) 에 대응한 확산각 (θib) 으로부터 확산각 (θic) 까지의 사이에서는, 조명 광속 (Irn) 의 조도는 2 개의 조명 광속 (BSa, BSb) 을 가산한 강도가 되고, 그리고 확산각 (θia) 으로부터 확산각 (θib) 까지의 사이에서는, 조명 광속 (Irn) 의 조도는 1 개의 조명 광속 (BSa) 만의 강도가 된다. 즉, 조명 광속 (Irn) 의 전체의 확산각 (도 20 에서는 θia) 중, 중심 부근의 확산각 (도 20 에서는 θic) 의 강도가 높고, 확산각이 커짐에 따라 강도가 낮아지는 분포를 부여할 수 있다.
부언하면, 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) (IA1 ∼ IA6) 의 각각은, 플레이트 (P) 상의 투영 영역 (EAn) (EA1 ∼ EA6) 의 각각과 공액인 관계 (결상 관계) 로 되어 있기 때문에, 투영 영역 (EAn) 중의 임의의 1 점에 투사되는 노광용의 결상 광속 (회절광) 은, 도 20 과 동일한 배향 특성 (확산각의 특성) 을 가지고 있다.
이와 같이, 배율 가변부 (개구수 가변부) (8A, 8B, 8C) 에 의해, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 에 투사되는 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각각의 개구수 (확산각) 를 조정함으로써, 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) 에 투사되는 조명 광속 (Irn) 의 전체의 개구수 (도 20 에서는 NAia) 를 바꾸어 조명 σ 값을 변경하거나, 조명 광속 (Irn) 의 전체의 개구수에 대응한 확산 각도의 범위 내에 조도 분포를 갖게 하거나 할 수 있다. 또한, 배율 가변부 (개구수 가변부) (8A, 8B, 8C) 에 의해, 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각각의 직경을, 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 입사단 (FBi) 의 직경에 대하여 크게 하거나, 작게 하거나 할 수 있기 때문에, 도 9 또는 도 16 에 나타낸 3 개의 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 조도 (스폿광 (SPa, SPb, SPc) 의 각각의 휘도) 를 조정할 수도 있다.
[파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 기능]
상기의 도 3, 도 4 에 나타낸 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각의 슬라이드 기구 (FX) 에는, 예를 들어, 도 6 ∼ 도 8 의 각각에 나타낸 바와 같은 파장 선택 특성을 갖는 3 종의 간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 중 어느 1 개를 교환 가능하게 장착하여 파장 선택할 수 있다. 본 실시형태에서는, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착하는 간섭 필터의 조합법에 의해, 마스크 기판 (M) 의 조명 영역 (IAn) 을 조사하는 조명광의 파장 특성을, 마스크 기판 (M) 상의 노광해야 할 패턴의 특징 (특성) 에 따라 조정하는 것이 가능하다.
도 21 은, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착되는 도 6 의 i 선-협대 간섭 필터 (SWa), 도 7 의 i 선-광대 간섭 필터 (SWb), 및 도 8 의 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 의 조합의 예를 정리한 표이다. 도 21 의 표에 있어서, 좌단의 란은 3 종의 간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 의 조합을 호칭하는 코드이고, 우측의 3 행분의 파장 스펙트럼 i 선 (협), i 선 (광), i 선 ＋ h 선의 란 중에 기재된 ○ 표의 수는, 그 파장 스펙트럼을 발생하고 있는 수은 램프의 수를 나타낸다. 또한, 이하의 도 21 을 사용한 설명에서는, 3 개의 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각은, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 에 투사되는 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각 개구수 (NAia, NAib, NAic) 가 동일한 값이 되도록 설정되어 있는 것으로 한다.
도 21 에 있어서, 필터 조합의 코드 A0, A1, A2, A3, A4, T 는, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 중 어느 1 개에, 반드시 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 가 장착되는 조합이고, 필터 조합의 코드 B0, B1, B2 는, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 어느 것에도 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 가 장착되지 않고, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 와 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 가 장착되는 조합이고, 필터 조합의 코드 C0 은 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 모두에 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 가 장착되는 조합이다. 이들 조합에 있어서, 코드 A0 은, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 모두에 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 가 장착되기 때문에, 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) 의 조명 광속 (Irn) 의 광량은, 3 개의 수은 램프 (2A, 2B, 2C) 의 각각으로부터의 i 선 (협) 의 스펙트럼 분포 (도 6 참조) 의 광량만을 약 3 배 한 값으로서 얻어지고, 비교적 높은 조도하에서 고해상의 패턴 노광이 가능해진다. 또, 코드 A1 은, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 중 2 개에 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 를 장착하고, 나머지 1 개에 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 를 장착한 경우이고, 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) 의 조명 광속 (Irn) 의 광량은, 3 개의 수은 램프 (2A, 2B, 2C) 중 2 개분으로부터의 i 선 (협) 의 스펙트럼 분포 (도 6 참조) 의 광량의 약 2 배분과, 3 개의 수은 램프 (2A, 2B, 2C) 중 1 개로부터의 i 선 (광) 의 스펙트럼 분포 (도 7 참조) 의 광량을 가산한 것이 되고, 코드 A0 의 조합과 비교하면, 고해상의 패턴 노광의 성능은 유지하면서, 조명 광속 (Irn) 의 광량이 수 ％ 정도만큼 증가한다.
도 21 에 있어서, 조합 코드 T 는, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에, 별개의 간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 가 장착되는 것을 의미하고, 조합 코드 B0 은, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 모두에, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 만이 장착되는 것을 의미하고, 그리고 조합 코드 C0 은, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 모두에, i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 만이 장착되는 것을 의미한다. 도 21 의 표로부터 분명한 바와 같이, 어느 조합 코드라도, 조명 영역 (IAn) 에 조사되는 조명 광속 (Irn) 에는, 3 개의 수은 램프 (2A, 2B, 2C) 의 각각으로부터의 i 선의 휘선 성분이 거의 100 ％ 포함되어 있다. 그러나, 간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 의 조합법에 따라서는, 예를 들어, i 선의 휘선 성분과 h 선의 휘선 성분의 강도비를, 수은 램프의 본래의 강도비 (도 5 참조) 로부터 상이하게 한 스펙트럼 분포로 할 수 있다.
도 22 는, 도 21 의 표 중의 조합 코드 B2 에 의해 얻어지는 조명 광속 (Irn) 의 파장 특성을 모식적으로 나타낸 그래프이다. 조합 코드 B2 에서는, 3 개의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 중 1 개에 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 가 장착되고, 나머지 2 개의 파장 선택부의 각각에는 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 가 장착된다. 이 경우, 도 8 에 나타낸 i 선 ＋ h 선의 스펙트럼 분포를 2 배로 한 광량과, 도 7 에 나타낸 i 선 (광) 의 스펙트럼 분포의 광량을 가산한 것이, 조명 광속 (Irn) 의 파장 스펙트럼 분포가 된다. 따라서, 조합 코드 B2 의 경우, i 선의 휘선 성분의 광량은 수은 램프 1 개분의 광량의 3 배가 되고, h 선의 휘선 성분의 광량은 수은 램프 1 개분의 광량의 2 배가 되고, 조명 광속 (Irn) 의 파장 스펙트럼 분포에 있어서의 i 선의 휘선 성분과 h 선의 휘선 성분의 광량 밸런스를 변경하는 것, 즉 조명 광속 (Irn) 의 스펙트럼 특성을 수은 램프로부터의 광의 스펙트럼 특성의 경향 (도 5 참조) 으로부터 변경하는 것이 가능하다.
이상의 실시형태에 대하여 부언하면, 광원 장치 (수은 방전 램프 (2A, 2B, 2C)) 로부터 발생하는 휘선 파장 (예를 들어, i 선, h 선, g 선) 을 포함하는 광 중에서 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 에 의해 선택되는 특정한 휘선 파장을 포함하는 스펙트럼 분포의 광을, 조명 광학계 (도 3) 에 의해 전자 디바이스용의 패턴을 담지하는 마스크 기판 (M) 상의 조명 영역 (IAn) (IA1 ∼ IA6) 에 조사하고, 마스크 기판 (M) (조명 영역 (IAn)) 으로부터 발생하는 노광용의 광속 (결상 광속) 을 입사하는 투영 광학계 (부분 투영 광학계 (PL1 ∼ PL6)) 에 의해 패턴의 이미지를 광 감응성의 기판 (플레이트 (P)) 에 투영 노광할 때에, 도 21 의 조합 코드 A1 ∼ A4, T, B0 ∼ B2 와 같이, 파장 선택부에 의해, 광원 장치로부터 발생하는 광으로부터 파장 대역이 상이한 제 1 스펙트럼 분포의 광 (예를 들어, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 에서 선택되는 스펙트럼 성분) 과 제 2 스펙트럼 분포의 광 (예를 들어, i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 에서 선택되는 스펙트럼 성분) 의 적어도 2 개를 추출하는 것과, 마스크 기판 (M) 을 조명 광학계에 의해 쾰러 조명하기 위해, 조명 광학계 내의 동면 (플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi)) 에, 제 1 스펙트럼 분포의 광에 의해 2 차원적인 범위로 분포하는 제 1 광원 이미지 (예를 들어, 도 13 중의 다수의 점광원 이미지 (SPa') 의 집합) 와, 제 2 스펙트럼 분포의 광에 의해 2 차원적인 범위로 분포하는 제 2 광원 이미지 (예를 들어, 도 13 중의 다수의 점광원 이미지 (SPb') 의 집합) 를 중첩하여 형성하는 것에 의해, 도 20 에서 설명한 바와 같이, 마스크 기판 (M) 에 조사되는 조명 광속 (Irn) 의 최대 개구수에 대응한 각도 범위 (도 20 중의 입사 각도 (θia)) 내에서, 그 각도에 따라 파장과 강도의 밸런스 (파장 강도 특성) 를 상이하게 한 노광 방법이 가능해진다.
[파장 선택부와 배율 가변부의 제휴]
이상의 설명에서는, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각에 의해 설정되는 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 에 투사되는 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각 개구수 (NAia, NAib, NAic) 를 동일한 값으로 했지만, 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각 개구수 (NAia, NAib, NAic) 를 상이한 값으로 설정하면서, 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 에 장착되는 간섭 필터를 상이하게 함으로써, 상기의 도 20 에 나타낸 바와 같이, 조명 광속 (Irn) 의 확산각 (θia, θib, θic) 에 따라 조도차를 부여함과 함께, 파장 특성에 차이를 부여할 수 있다. 예를 들어, 도 20 에 나타낸 개구수 (NAia, NAib, NAic) 를, NAia ＝ NAib ＞ NAic 의 관계 (도 18, 도 19 에 나타낸 반경 (Rib) 을 반경 (Ria) 과 동일하게 하는 관계) 로 설정하고, 도 21 의 조합 코드 A2 와 같이, 파장 선택부 (6A, 6B) 의 각각에는 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 를 장착하고, 파장 선택부 (6C) 에는 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 를 장착한다. 그 경우, 도 19 에 나타낸 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에는, 반경 (Ria) (＝ Rib) 의 원형의 영역 (CFa) 내의 전체에 걸쳐, i 선 (협) 의 스펙트럼 분포 (도 6) 를 가지는 무수한 스폿광 (SPa', SPb') 이 균일하게 늘어서고, 반경 (Ric) 의 원형의 영역 (CFc) 내에는, 또한 i 선 ＋ h 선의 스펙트럼 분포 (도 8) 를 가지는 무수한 스폿광 (SPc') 이 균일하게 늘어선다.
따라서, 본 실시형태에 의하면, 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 동면이 되는 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 2 차 광원 이미지 (무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 의 집합 이미지) 의 분포 범위 내의 파장 특성을, 광축 (AX2) 으로부터의 직경 방향의 위치에 따라 변화시킬 수 있다. 이 경우, 도 20 에 나타낸 마스크 기판 (M) 을 조명하는 조명 광속 (Irn) 의 주광선 (Lpi) 으로부터 확산각 (θic) 의 범위 (개구수 (NAic)) 내의 광선에는, i 선과 h 선의 양방의 휘선 파장을 포함하는 스펙트럼이 포함되고, 확산각 (θic) 으로부터 확산각 (θia) (＝ θib) 의 사이의 윤대상의 범위 (개구수 (NAic ∼ NAia)) 내의 광선에는, i 선 (광) 의 스펙트럼만이 포함되게 된다. 이와 같이, 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 동면에 형성되는 2 차 광원 이미지의 파장 특성을 직경 방향으로 변화시키면, 마스크 기판 (M) 에 형성되는 패턴이, 하프톤 패턴이나 위상 시프트 패턴의 경우의 패턴 제조 오차 등의 영향에 의한 투영 이미지의 품질 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
일반적으로, 하프톤 패턴이나 위상 시프트 패턴은, 특정 파장의 조명광의 조사하에서 사용되는 것을 전제로 하고 있고, 그 특정 파장에 있어서의 진폭 투과율이 소정의 조건이 되도록 막두께가 관리된 시프터층을 마스크 기판에 형성하여 제조되고 있다. 그러나, 그 막두께에 오차가 생긴 경우, 혹은 조명광의 개구수 (조명 σ 값) 를 바꾸는 경우에는, 시프터층에 의한 진폭 투과율이 원하는 조건으로부터 변동 (열화) 되게 되고, 투영 노광되는 패턴 이미지의 콘트라스트가 목표 대로 얻어지지 않거나, 목표로 하는 미세도가 얻어지지 않거나 하는 결상 성능의 저하가 생긴다. 본 실시형태에서는, 그러한 하프톤 패턴이나 위상 시프트 패턴의 마스크 기판을 사용하는 경우에도, 마스크 기판 (M) 을 조명하는 조명 광학계 (제 2 조명 광학계 (ILn)) 의 조명 동면에 2 차원적으로 형성되는 광원 이미지의 파장 특성 (스펙트럼) 을 직경 방향으로 상이하게 할 수 있기 때문에, 시프터층의 막두께에 오차가 생긴 경우나, 조명광의 개구수 (조명 σ 값) 를 바꾼 경우에도, 시프터층의 진폭 투과율의 변동 (열화) 에서 기인한 결상 성능의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
[변형예 1]
이상, 제 1 실시형태에서는, 3 개의 수은 램프 (2A, 2B, 2C) 를 동일한 스펙의 초고압 수은 방전 램프로 하고, 주로 i 선의 휘선 파장과 h 선의 휘선 파장을 패턴 노광에 사용하는 것으로 했지만, 추가로 g 선의 휘선 파장을 패턴 노광에 사용해도 된다. 이 경우, i 선, h 선, g 선의 3 개의 휘선을 포함하는 넓은 파장 범위에서 색 수차 보정된 투영 광학계가 사용된다. 또한, 일본 공개특허공보 2012-049332호에 개시되어 있는 바와 같이, 큰 오목면경과 작은 볼록면경을 조합한 미러 프로젝션 방식의 투영 광학계를 탑재한 투영 노광 장치에 대해서도, 본 실시형태에 의한 조명 장치 (제 1 조명 광학계, 제 2 조명 광학계 (ILn)) 를 적용할 수 있다. 미러 프로젝션 방식의 투영 광학계는, 굴절력이 강한 렌즈 소자를 사용하지 않기 때문에, 조명광의 파장의 차이에 의한 색 수차가 거의 발생하지 않고, 수은 램프의 i 선, h 선, g 선의 3 개의 휘선 파장을 용이하게 사용할 수 있다. 또, 3 개의 수은 램프 (2A, 2B, 2C) 를 동일한 스펙의 초고압 수은 방전 램프로 했지만, 아크 방전부로부터의 광의 파장 특성상에서, i 선, h 선, g 선의 각각의 피크 강도의 비율이 도 5 에 나타낸 비율과 상이한 고압 수은 방전 램프와, 초고압 수은 방전 램프를 조합해도 되고, 경우에 따라서는, 쇼트 아크형의 저압 수은 방전 램프와 초고압 수은 방전 램프를 조합해도 된다. 수은 램프 (2) 로부터 입사측의 파이버 번들 (12) 까지의 제 1 조명 광학계의 수는 2 이상이면 되고, 예를 들어, 부분 투영 광학계 (PLn) 의 수가 6 이상이 되는 경우에는, 조명 광속 (Irn) 의 조도를 확보하기 위해, 4 개의 수은 램프 (2A ∼ 2D) 와, 4 개의 제 1 조명 광학계와, 4 개의 입사측의 파이버 번들 (12A ∼ 12D) 을 형성하면 된다.
[변형예 2]
상기의 도 3, 도 4 에 나타낸 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 에 장착 가능한 간섭 필터는, 도 6 ∼ 도 8 의 각각에 나타낸 파장 특성을 갖는 i 선-협대 간섭 필터 (SWa), i 선-광대 간섭 필터 (SWb), i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 의 3 종류로 했지만, 투영 광학계 (부분 투영 광학계 (PLn)) 가 g 선의 파장까지 사용 가능한 경우에는, g 선-협대 간섭 필터나 g 선-광대 간섭 필터, 초광대역용의 i 선 ＋ h 선 ＋ g 선-간섭 필터를 준비하여, 슬라이드 기구 (FX) 에 장착할 수 있다. 또, h 선의 휘선 파장만을 포함하도록, h 선-협대 간섭 필터나 h 선-광대 간섭 필터를 준비해도 된다. h 선의 휘선 파장만을 포함하는 간섭 필터를 준비한 경우에는, 예를 들어, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 나 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 의 일방을 파장 선택부 (6A, 6B) 의 각각에 장착하고, h 선-협대 간섭 필터나 h 선-광대 간섭 필터의 일방을 파장 선택부 (6C) 에 장착한다. 그리고, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각을 조정하여, 파이버 번들 (12A) 에 입사하는 광속 (BMa) (i 선) 의 개구수 (NAia) 와, 파이버 번들 (12B) 에 입사하는 광속 (BMb) (i 선) 의 개구수 (NAib) 를, 조명 σ 값이 큰 값 (예를 들어 0.7 이상) 이 되도록 동일한 값으로 설정하고, 파이버 번들 (12C) 에 입사하는 광속 (BMc) (h 선) 의 개구수 (NAic) 는, NAia ＝ NAib ＞ NAic 의 관계가 되도록 설정한다.
이 경우, 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 동면이 되는 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 2 차 광원 이미지 (무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 의 집합 이미지) 에는, 개구수 (NAia) (＝ NAib) 에 대응한 반경 (Ria) (＝ Rib) 의 영역 (CFa) (＝ CFb) 내의 전체에 점재하는 i 선의 휘선 파장만을 포함하는 무수한 스폿광 (SPa', SPb') 과, 개구수 (NAic) 에 대응한 반경 (Ric) 의 영역 (CFc) 내에만 점재하는 h 선의 휘선 파장만을 포함하는 무수한 스폿광 (SPc') 이 포함된다. 따라서, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 2 차 광원 이미지는, 반경 (Ria) 의 영역 (CFa) (최대의 개구수 (NAia) 에 대응) 의 전체에 걸쳐 거의 일정한 강도로 분포하는 i 선의 휘선 파장의 스펙트럼 성분과 함께, 내측의 반경 (Ric) (＜ Ria) 의 영역 (CFc) 내에만 분포하는 h 선의 휘선 파장의 스펙트럼 성분을 포함하는 파장 분포 특성으로 설정된다.
또, h 선-협대 간섭 필터나 h 선-광대 간섭 필터를 준비한 경우, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각의 조정에 의해, 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 동면에 형성되는 2 차 광원 이미지의 파장 분포 특성을, 상기와 반대의 설정으로 해도 된다. 즉, 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 동면 (사출면 (epi)) 에 형성되는 2 차 광원 이미지의 반경 (Ria) 의 영역 (CFa) (최대의 개구수 (NAia) 에 대응) 의 전체를 h 선의 휘선 파장의 스펙트럼 성분으로 하고, 내측의 반경 (Ric) (＜ Ria) 의 영역 (CFc) 안만을 i 선의 휘선 파장의 스펙트럼 성분으로 할 수도 있다. 또한, 간섭 필터는, 소정의 파장폭의 스펙트럼 성분을 추출하는 밴드 패스 필터이지만, 컷오프 파장보다 긴 파장 성분을 투과하는 로우 패스 필터와, 컷오프 파장보다 짧은 파장 성분을 투과하는 하이 패스 필터를 직렬로 배열한 것을, 렌즈계 (6A1, 6A2) 의 사이에 장착해도 된다. 그 경우, 컷오프 파장이 350 ㎚ ∼ 360 ㎚ 부근으로 설정되는 로우 패스 필터와, 컷오프 파장이 약 375 ㎚ 인 제 1 하이 패스 필터와 컷오프 파장이 약 395 ㎚ 인 제 2 하이 패스 필터를 준비하고, 제 1 하이 패스 필터와 제 2 하이 패스 필터를 교환 가능하게 설치한다. 이로써, 로우 패스 필터와 제 1 하이 패스 필터의 조합에서는, 도 6 에 나타낸 바와 같은 i 선 (협) 의 스펙트럼 성분이 추출되고, 로우 패스 필터와 제 2 하이 패스 필터의 조합에서는, 도 7 에 나타낸 바와 같은 i 선 (광) 의 스펙트럼 성분이 추출된다.
[변형예 3]
표시 패널의 기판이나 전자 부품 실장용의 회로 기판 등의 디바이스의 제조 단계, 혹은 증착 장치 내에 장착되어 피처리 기판 상의 증착 부분을 구획하기 위한 파인 메탈 마스크 (소위, 스텐실 마스크) 의 제조 단계 등에서는, 통상적인 두께 (0.5 ∼ 1.5 ㎛) 의 수 배 ∼ 10 배 정도의 두께로 플레이트 (P) 에 도포되는 네거티브형의 포토레지스트층 (광 감응층) 에 대하여 패턴 노광하는 경우가 있다. 네거티브형의 포토레지스트는, 포지티브형의 포토레지스트에 비해 감광 감도가 작은 것이 많지만, 노광용의 조명 광속 (Irn) 이 조사된 부분이 현상액에 대하여 불용해성으로 되어 잔막하는 특성을 가진다. 또한 네거티브형의 포토레지스트는, 노광용의 조명 광속 (Irn) 의 파장에 대한 감도나 흡수율에 큰 차이를 가지는 경우가 있다. 도 23 은, 가로축에 조명 광속 (Irn) 의 파장 (㎚) 을 취하고, 세로축에 규격화된 흡수율 (0 ∼ 1) 을 취한 네거티브형의 포토레지스트의 광 흡수 특성의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 23 의 포토레지스트의 경우, 파장 320 ㎚ 부근에 흡수의 피크가 있고, 파장 320 ㎚ ∼ 450 ㎚ 의 사이에서 흡수율은 대략 선형으로 감소하는 특성 (흡수율의 파장 의존성) 을 갖고, i 선의 휘선 파장 365 ㎚ 에서의 흡수율은 약 0.5, h 선의 휘선 파장 405 ㎚ 에서의 흡수율은 약 0.15 로 되어 있다. 이 도 23 의 특성은 일례로서, 레지스트의 재료 물질에 따라 크게 상이하다. 도 23 과 같은 특성을 가지는 네거티브형의 포토레지스트층의 두께가 10 ㎛ 이상인 경우, i 선의 휘선 파장과 h 선의 휘선 파장의 양방을 포함하는 조명 광속 (Irn) 에 의해 패턴 노광하면, 흡수율의 파장 의존성에 의해, i 선의 휘선 파장의 광은 레지스트층의 표면 부분에서 크게 흡수되어, 레지스트층의 바닥측 (플레이트 (P) 측) 에는 충분한 광량이 부여되지 않는다. 이에 대하여, h 선의 휘선 파장의 광은 레지스트층에서의 흡수가 적기 때문에, 레지스트층의 바닥측 (플레이트 (P) 측) 에도 충분한 광량으로서 부여된다.
레지스트층의 두께가 큰 점, 흡수율의 파장 의존성이 있는 점에서, 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 도 8 에 나타낸 i 선 ＋ h 선-간섭 필터 (SWc) 를 장착 (도 21 의 표 중의 조합 코드 C0 을 선택) 하고, 마스크 기판 (M) 의 패턴을 플레이트 (P) 에 투영 노광하면, 현상 후에 잔막한 레지스트층의 패턴 (레지스트 이미지) 의 에지부 (사이드 월) 를, 플레이트 (P) 의 표면에 대하여 수직이 아니라 경사진 상태로 할 수 있다. 도 24 는, 현상 후에 잔막한 레지스트 이미지의 에지부 (사이드 월) 의 경사를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 24 에 있어서, 플레이트 (P) (여기서는 표면에 니켈 등의 금속막이 형성되어 있다) 의 표면에는, 네거티브형의 레지스트층 (Luv) 이 두께 RT (10 ㎛ 이상) 로 형성되고, 현상 후에 레지스트층 (Luv) 의 미노광부 (비조사부) 가 제거되어 에지부 (Ewa, Ewb) 사이에 끼인 개구부 (HL) 가 형성된다. 파인 메탈 마스크를 제조하는 경우, 그 개구부 (HL) 에서 노출된 플레이트 (P) 상에 전해 도금에 의해 금속층 (니켈이나 구리 등) 이 퇴적된다. 레지스트층 (Luv) 의 에지부 (Ewa, Ewb) 가 되는 사이드 월은, 여기서는 개구부 (HL) 측을 향하여 경사지는 상태, 소위, 역테이퍼상으로 형성된다.
이와 같이, 레지스트 이미지의 에지부 (Ewa, Ewb) 가 되는 사이드 월의 경사량을 원하는 값으로 제어하기 위해, 조명 광속 (Irn) 에 포함되는 i 선의 휘선 파장의 광량 (도 6 또는 도 7 중의 사선부의 면적에 상당) 과 h 선의 휘선 파장의 광량의 밸런스를, 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착되는 간섭 필터의 조합에 의해 조정하는 것, 또는 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각에 의해, 조명 광속 (Irn) 에 포함되는 i 선의 휘선 파장의 조명 광속의 개구수와, h 선의 휘선 파장의 조명 광속의 개구수를 독립적으로 조정하는 것 등이 가능해진다. 또한, 현상 후의 레지스트 이미지의 에지부 (Ewa, Ewb) 가 되는 사이드 월에 원하는 경사량을 부여하는 것은, 네거티브형의 포토레지스트에 한정되지 않고, 포지티브형의 포토레지스트에서도 동일하게 가능하다.
레지스트층 (Luv) 을 파인 메탈 마스크 제조시나 배선층의 형성시의 도금 공정에서의 마스킹으로 하는 경우에는, 도쿄 오카 공업 주식회사로부터 도금용 포토레지스트로서 판매되고 있는, 상품명 PMER P-CS 시리즈, PMER P-LA 시리즈, PMER P-HA 시리즈, PMER P-CE 시리즈, 혹은 나프토퀴논형이나 화학 증폭형에 의한 PMER P-WE 시리즈, PMER P-CY 시리즈의 포토레지스트, 상품명 PMER-N-HC600PY 의 네거티브 타입의 포토레지스트 등을 이용할 수 있다. 그 밖에, 산에이 화학 주식회사로부터 판매되고 있는 상품명이 SPR-558C-1, SPR-530CMT-A 인 도금용 레지스트도 이용할 수 있다. 또, 패턴 노광시의 조명 광속 (Irn) 의 파장역에 있어서 적당한 광 흡수율을 가지고 있고, 자외선 경화형 모노머·올리고머 (에폭시아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 폴리에스테르아크릴레이트), 광 중합 개시제, 광 증감제, 첨가제 등을 조성으로 하는 자외선 경화형 수지를, 레지스트층 (Luv) 대신에 광 감응층으로 해도 된다.
[변형예 4]
i 선-협대 간섭 필터나 i 선-광대 간섭 필터만을 사용하여, 노광용의 조명 광속 (Irn) 을 i 선의 휘선 파장만을 포함하는 광으로 한 경우, 패턴 노광시의 고해상화가 가능해지지만, 고해상화 (조명 광속의 단파장화) 에 수반하여 초점 심도 (DOF : Depth of Focus) 도 감소한다. 그래서, 고해상인 상태에서 DOF 의 감소를 억제하기 위해, 조명 광학계의 조명 동면에 형성되는 광원 이미지 (2 차 광원 이미지) 의 형상을 윤대상으로 하거나, 조명 동면 내의 광축을 중심으로 한 점대칭인 위치 (영역) 에 편재한 4 극상으로 하는 경우도 있다. 그 경우, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 의 위치 또는 그 근방의 위치에, 윤대상, 혹은 4 극상의 광 투과부가 형성된 조리개판 (조명 개구 조리개) 이 설치된다.
도 25(A) 와 도 25(B) 는, 각각 윤대상의 광 투과부가 형성된 조리개판 (APa) 과, 4 극상의 광 투과부가 형성된 조리개판 (APb) 의 XY 면 내의 형상을 모식적으로 나타내는 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 는 상기의 도 18 에 맞춰져 있다. 조리개판 (APa) 은, 석영의 평행 평판의 표면에 증착된 크롬 등의 차광층을 에칭에 의해 윤대상으로 제거하여, 도 25(A) 와 같이 윤대상의 광 투과부 (TPa) 를 형성한 것이다. 조리개판 (APb) 도 동일하게, 석영의 평행 평판의 표면의 차광층을 에칭에 의해 4 극상으로 제거하여, 도 25(B) 와 같이 광축 (AX2) 을 원점으로 한 XY 좌표의 4 개의 사분면의 각각에 부채꼴상의 광 투과부 (TPb) 를 형성한 것이다. 또한, 조리개판 (APb) 은, X 방향과 Y 방향으로 연장된 차광대를 광축 (AX2) 의 위치에서 十 자상으로 교차시킨 차광부만으로 해도 된다.
[변형예 5]
상기의 도 4 에 나타낸 제 1 조명 광학계에 포함되는 파장 선택부 (6A) (6B, 6C) 에는, 타원경 (4A) (4B, 4C) 의 제 2 초점의 위치 (PS1) 로부터 발산하여 진행하는 광속 (BM) 을 입사하여 거의 평행인 광속으로 변환하는 렌즈계 (콜리메이터 렌즈) (6A1) 와, 거의 평행인 광속을 초점 위치 (PS2) 에 수렴하는 렌즈계 (6A2) 가 형성되어 있다. 렌즈계 (6A1, 6A2) 의 사이의 광로 중에는, 간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 등 중 어느 1 개가 장착되지만, 아울러 도 25(A) 와 같은 윤대상의 조리개판을 설치해도 된다. 도 26 은, 제 1 조명 광학계의 파장 선택부 (6A) 에 윤대상의 조리개판 (APa') 을 배치한 모습을 나타내는 도면이고, 도 4 에 나타낸 부재와 동일한 것에는 동일한 부호가 부여되어 있다.
도 26 에 있어서, 윤대상의 조리개판 (APa') 은, 렌즈계 (6A1) 에 의해 거의 평행 광속으로 된 광속 (BM) 의 최대 직경에 대응하여 규정된 외륜 직경의 외측을 차폐하는 주변 차광층과, 광축 (AX1) 을 중심으로 하는 내륜 직경의 내측을 차폐하는 원형의 중앙 차광층을 석영의 평판에 형성하여 구성된다. 조리개판 (APa') 은, 간섭 필터 (SWa) (또는 SWb, SWc 등) 와 동일하게, 슬라이드 기구 (FX) 에 장착되어 광로에 삽탈 가능하게 설치되어 있다. 윤대상의 조리개판 (APa') 의 윤대상의 광 투과부 (TPa) 를 투과한 조명 광속 (BMa) 은, 렌즈계 (6A2) 에 의해 초점 위치 (PS2) 에서 수렴한 후, 다시 발산하여 후단의 배율 가변부 (8A) 로 향한다. 조리개판 (APa') 의 외륜 직경은 조명 광속 (BMa) 의 최대의 개구수 (NAd1) 를 규정하고, 조리개판 (APa') 의 내륜 직경은, 조명 광속 (BMa) 의 단면 내에서 원 형상으로 강도 분포가 제로가 되는 중심 누락 범위의 개구수 (NAd2) 를 규정한다.
조리개판 (APa') 에 의해 윤대상의 강도 분포로 된 조명 광속 (BMa) 은, 후단의 배율 가변부 (8A) 에 의해, 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 에 입사할 때의 전체의 개구수가 조정되는데, 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 의 파이버 소선의 각각에 입사하는 광속은, 최대의 개구수 (NAd1) 와 중심 누락 범위의 개구수 (NAd2) 의 비율을 유지한 것이 된다. 상기의 도 16 에서 설명한 바와 같이, 개개의 파이버 소선은 입사광의 개구수 (확산각) 를 보존한 상태로 광 전송하기 때문에, 사출측의 파이버 번들 (FGn) 의 각각의 사출단 (FBo) 으로부터 사출하는 광속 (BSa) 의 개구수는, 파이버 번들 (12A) 의 입사단 (FBi) 으로부터 입사한 광속 (BMa) 의 개구수와 동일하게 된다. 따라서, 본 변형예의 경우, 파이버 번들 (FGn) 의 각각의 사출단 (FBo) 으로부터 사출하는 광속 (BSa) (사출단 (FBo) 에 형성되는 스폿광 (SPa) 으로부터의 발산 광속) 은, 최대의 개구수 (NAd1) 와 중심 누락 범위의 개구수 (NAd2) 의 비율을 유지한 윤대상의 분포를 가지게 된다. 파이버 번들 (FGn) 의 각각의 사출단 (FBo) 에 형성되는 다수의 스폿광 (SPa) 의 각각으로부터 발산하여 진행하는 조명 광속 (BSa) 은, 상기의 도 17 에서 설명한 바와 같이, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에서 중첩되는데, 조명 광속 (BSa) 자체가 윤대상의 강도 분포를 가지고 있기 때문에, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에서는, 최대의 개구수 (NAd1) 와 중심 누락 범위의 개구수 (NAd2) 의 비율 (윤대비) 을 유지한 상태의 윤대상의 분포로 중첩된다. 동일하게, 다른 파장 선택부 (6B, 6C) 의 광로 중에도, 윤대상의 조리개판 (APa') 이 삽탈 가능하게 설치된다.
이상과 같이, 본 변형예에서는, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 에 중첩하여 조사되는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 적어도 1 개를, 광축 (AX2) 을 중심으로 한 원하는 윤대비를 가지는 윤대상의 강도 분포로 할 수 있다. 따라서, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 조정에 의해, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 형성되는 무수한 스폿광 (SPa', SPb', SPc') 중, 예를 들어, 스폿광 (SPa' 와 SPb') 은 도 18 또는 도 19 에 나타낸 반경 (Ric) 의 영역 (CFc) 의 외측의 윤대상의 범위에 분포시키고, 스폿광 (SPc') 은, 도 18 또는 도 19 에 나타낸 반경 (Ric) 의 영역 (CFc) 내에 분포시킬 수 있다. 그 때, 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착하는 간섭 필터의 조합을 적절히 선정함으로써, 예를 들어, 반경 (Ric) 의 영역 (CFc) 의 외측의 윤대상의 범위에 분포하는 스폿광 (SPa' 와 SPb') 에는, i 선 (협) 의 스펙트럼을 갖게 하고, 반경 (Ric) 의 영역 (CFc) 내에 분포하는 스폿광 (SPc') 에는, h 선 (협) 의 스펙트럼을 갖게 할 수 있다. 즉, 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 동면 (플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi)) 에 형성되는 광원 이미지의 파장 특성을, 광축 (AX2) 으로부터의 거리 (개구수에 대응) 에 따라 완전히 상이한 파장으로 바꾸는 것이 가능해진다.
또한, 도 26 에 나타낸 바와 같이, 윤대상의 조리개판 (APa') 은, 파장 선택부 (6A) (6B, 6C) 내의 광로 중에 설치했지만, 배율 가변부 (8A) (8B, 8C) 내의 광로 중에 설치해도 된다. 또한, 도 25(B) 에 나타낸 바와 같은, 4 극상의 조리개판 (APb) 과 동일한 조리개판 (APb') 을, 도 26 중의 윤대상의 조리개판 (APa') 대신에 장착해도 된다. 그 경우, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에 조사되는 조명 광속 (BSa) (혹은 BSb, BSc) 은, 도 25(B) 의 광 투과부 (TPb) 와 같이 4 개 지점의 부채꼴의 영역에 중첩된다. 또, 본 변형예에서는, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 상에 조사되는 조명 광속 (BSa) (혹은 BSb, BSc) 이, 광축 (AX2) 을 포함하는 통상적인 원 형상, 광축 (AX2) 을 포함하지 않는 윤대상, 혹은 4 극상의 영역에 중첩되기 때문에, 상기의 도 25(A), 도 25(B) 에 나타낸 바와 같은 조리개판 (APa, APb) 만에 의해 2 차 광원 이미지 (스폿광 (SPa', SPb', SPc')) 의 일부를 차폐하는 경우와 비교하면, 조명광량의 손실이 작게 억제되는 이점도 있다.
[제 2 실시형태]
도 27 은, 제 2 실시형태에 의한 노광 장치의 개략적인 전체 구성을 나타내는 도면이고, 직교 좌표계 XYZ 의 Z 축은 중력 방향으로 설정된다. 도 27 과 같은 노광 장치의 상세한 구성은, 예를 들어, 국제 공개 제2013/094286호 팜플렛, 국제 공개 제2014/073535호 팜플렛에 개시되어 있기 때문에, 이하의 장치 구성의 설명은 간단하게 실시한다. 도 27 의 노광 장치는, 플렉시블한 장척의 시트 기판 (FS) 에 대하여 마스크의 패턴을 주사 노광하기 위해, Y 축과 평행으로 설정되는 중심선 (CC1) 으로부터 일정한 반경으로 원통면상으로 만곡하고, Y 방향으로 소정의 길이 (시트 기판 (FS) 의 Y 방향의 폭에 대응한 길이) 를 갖는 외주면에 반사형의 패턴이 형성되고, 중심선 (CC1) 의 둘레로 회전하는 원통 마스크 (DMM) 가 장착된다. 또한, 도 27 의 노광 장치에는, Y 축과 평행인 중심선 (CC2) 으로부터 일정한 반경으로 원통면상으로 만곡한 외주면을 갖고, 그 외주면으로 시트 기판 (FS) 을 장척 방향으로 밀착 지지하여, 중심선 (CC2) 의 둘레로 회전하는 회전 드럼 (DR) 이 설치된다. Z 방향으로 이간된 원통 마스크 (DMM) 와 회전 드럼 (DR) 사이에는, 상기의 도 2 에 나타낸 구성과 거의 동등한 구성을 갖는 홀수번의 등배 결상의 부분 투영 광학계 (PL1) (및, 도시는 생략하지만 부분 투영 광학계 (PL3, PL5 …)) 와, 짝수번의 등배 결상의 부분 투영 광학계 (PL2) (및, 도시는 생략하지만 부분 투영 광학계 (PL4, PL6 …)) 가 형성된다.
그리고, 원통 마스크 (DMM) 의 외주면과 홀수번의 부분 투영 광학계 (PL1, PL3, PL5 …) 의 각각과의 사이에는, 낙사 (落射) 조명용의 편광 빔 스플리터 (PBSa) 가 설치된다. 각 편광 빔 스플리터 (PBSa) 의 원통 마스크 (DMM) 측의 면에는, 1/4 파장판 (또는 막체) 이 장착되어 있다. 원통 마스크 (DMM) 의 외주면 상에 Y 방향으로 가늘고 긴 장방형상으로 설정되는 조명 영역 (IAn) 의 각각에는, 상기의 도 10 에 나타낸 제 2 조명 광학계 (ILn) 와 거의 동일한 구성을 갖는 홀수번의 제 2 조명 광학계 (IL1, IL3, IL5 …) 와 짝수번의 제 2 조명 광학계 (IL2, IL4, IL6 …) 의 각각으로부터의 노광용의 조명 광속이, 편광 빔 스플리터 (PBSa, PBSb) 를 개재하여 투사된다. 편광 빔 스플리터 (PBSa, PBSb) (및 1/4 파장판) 는, 원통 마스크 (DMM) 의 조명 영역 (IAn) 으로 향하는 조명 광속과, 조명 영역 (IAn) 내에 나타나는 마스크 패턴으로부터의 반사 광속을 편광 상태에 따라 분리하는데, 그러기 위해서는, 편광 빔 스플리터 (PBSa, PBSb) 에 투사되는 조명 광속을 직선 편광으로 해 둘 필요가 있다. 따라서, 제 2 조명 광학계 (ILn) 의 조명 광로 중의 적당한 위치, 예를 들어, 도 10 에 나타낸 사출측의 파이버 번들 (FGn) 로부터 제 2 콘덴서 렌즈계 (CPn) 까지의 사이의 위치, 혹은, 도 4 에 나타낸 제 1 조명 광학계의 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 안이나, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 전후의 위치에, 편광판이 설치된다.
원통 마스크 (DMM) 의 중심선 (CC1) 과 회전 드럼 (DR) 의 중심선 (CC2) 을 포함하여 YZ 면과 평행인 면을 중심면 (CCp) 으로 하면, XZ 면 내 (도 27 의 지면 내) 에서 보았을 때, 홀수번의 부분 투영 광학계 (PL1, PL3, PL5 …) 와 홀수번의 제 2 조명 광학계 (IL1, IL3, IL5 …) 의 세트와, 짝수번의 부분 투영 광학계 (PL2, PL4, PL6 …) 와 짝수번의 제 2 조명 광학계 (IL2, IL4, IL6 …) 의 세트는, 중심면 (CCp) 에 대하여 대칭으로 배치된다. 또, 원통 마스크 (DMM) 상의 조명 영역 (IAn) 의 각각으로부터 발생하는 패턴의 반사 광속을 입사하는 부분 투영 광학계 (PLn) 의 각각의 원통 마스크 (DMM) 측의 주광선은, 그 연장선이 중심선 (CC1) 으로 향하도록 설정되고, 부분 투영 광학계 (PLn) 의 각각의 회전 드럼 (DR) 측에서 시트 기판 (FS) 에 설정되는 투영 영역 (EAn) 의 각각에 투사되는 결상 광속의 주광선은, 그 연장선이 중심선 (CC2) 으로 향하도록 설정된다.
본 실시형태에서는, 부분 투영 광학계 (PLn) 의 투영 배율이 등배 (1 : 1) 인 점에서, 원통 마스크 (DMM) 의 외주면 (패턴 형성면) 의 중심선 (CC1) 으로부터의 반경과, 회전 드럼 (DR) 의 외주면의 중심선 (CC2) 으로부터의 반경 (엄밀하게는, 시트 기판 (FS) 의 두께를 더한 반경) 을 동일하게 하고, 원통 마스크 (DMM) 와 회전 드럼 (DR) 을 동일한 회전 속도로 회전시켜, 원통 마스크 (DMM) 상에 고반사부와 저반사부에 의해 형성된 디바이스용의 패턴으로부터의 반사 광속을 시트 기판 (FS) 상에 주사 노광한다. 그 때, 원통 마스크 (DMM) 의 패턴 형성면에는, 제 2 조명 광학계 (ILn) 로부터의 조명 광속에 대하여, 고반사부는 가능한 한 높은 반사율을 갖고, 저반사부는 가능한 한 낮은 반사율 (이상적으로는 반사율 제로) 을 갖는 단층 또는 복수층에 의한 막체가 형성된다. 반사형의 마스크 패턴의 제작 방법의 일례로는, 노광용의 조명 광속의 파장 스펙트럼에 있어서 고반사율 (예를 들어, 80 ％ 이상, 바람직하게는 90 ％ 이상) 이 되는 제 1 막체 (금속 박막 등) 를, 원통 마스크 (DMM) 의 패턴 형성면의 전체면에 증착한 후, 노광용의 조명 광속의 파장 스펙트럼에 있어서 저반사율 (예를 들어 10 ％ 이하, 바람직하게는 5 ％ 이하) 이 되는 제 2 막체 (금속 박막이나 유전체 다층막 등) 를 제 1 막체의 표면에 적층하고, 포토리소그래피법 등에 의한 패터닝에 의해, 제 2 막체 중 저반사부가 되는 부분은 남기고, 고반사부로 하는 부분은 에칭으로 제거하여 하지의 제 1 막체를 노출시키는 방법이 있다. 또한, 이 방법과는 반대로, 저반사율이 되는 제 2 막체를 처음에 원통 마스크 (DMM) 의 패턴 형성면의 전체면에 증착한 후, 그 제 2 막체의 표면에 고반사율이 되는 제 1 막체를 적층하고, 제 1 막체 중 고반사부가 되는 부분은 남기고, 저반사부로 하는 부분은 에칭으로 제거하여 하지의 제 2 막체를 노출시키는 방법이어도 된다.
또, 투과형의 마스크 기판에서 채용되고 있는 하프톤 방식이나 위상 시프트 방식과 동일하게, 반사형의 패턴의 경우에도, 패턴 형성면에 적층되는 반사막의 표면에, 조명 광속의 파장에 대응한 미세한 단차를 형성하고, 단차의 상면과 하면에서 발생하는 반사광끼리의 진폭 강도가 상쇄되는 위상차로 하는 반사형의 시프터 패턴으로 해도 된다. 이 경우, 원통 마스크 (DMM) 의 패턴 형성면의 전체면에는 고반사율의 막체가 균일하게 형성되고, 그 막체의 표면 상에서 반사광을 저감시키는 패턴 부분에는, 반사광에 180 도의 위상차를 부여하는 (진폭 반사율을 제로로 하는) 미세한 단차로 구성되는 회절 격자상 또는 체커 플래그상의 요철 패턴이 형성된다. 반사광에 180 도 이외의 위상차를 부여하는 단차 구조로 한 경우에는, 진폭 반사율이 제로 이외의 유한치가 되기 때문에, 중간의 반사율을 얻을 수도 있다.
이상과 같은 반사형의 마스크를 사용한 노광 장치에서는, 마스크 (원통 마스크 (DMM)) 의 교환에 수반하여, 반사형 패턴의 반사율에 편차가 생기는 경우가 있다. 특히 반사형의 시프터 패턴에서는, 막체의 표면에 형성되는 미세한 단차의 제조 오차에 의해, 반사광의 강도를 실질적으로 제로로 하고 싶은 패턴 부분의 반사율이 충분히 작아지지 않는다고 하는 현상을 야기한다. 또, 고반사부와 저반사부로 단순하게 구성되는 반사형 패턴의 경우에도, 도 27 과 같이 원통 마스크 (DMM) 의 외주면에 형성되면, 패턴면이 원통 마스크 (DMM) 의 둘레 방향으로 만곡되어 있기 때문에, 조명 영역 (IAn) 내의 둘레 방향의 위치에 따라 조명 광속의 주광선의 입사 각도가 미소하게 변화되게 되고, 조명 영역 (IAn) 내에서의 반사율에 차이가 생길 가능성도 있다.
그래서, 본 실시형태에서도, 상기의 제 1 실시형태나 그 변형예에서 설명한 바와 같이, 파장 선택부 (6A, 6B, 6C) 의 각각에 장착되는 간섭 필터의 조합을 변경하거나, 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 의 각각의 조정에 의해, 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 에 투사되는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 직경 (개구수) 을 변경하거나, 혹은 플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 입사면 (poi) 에 투사되는 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 의 각각의 영역 (형상) 을 변화시키거나 함으로써, 반사형 패턴의 제조 오차에 의한 반사율의 불균일이나 만곡한 패턴면 때문에 생길 수 있는 반사율의 불균일을 경감시키는 것이 가능해진다. 특히, 도 20 또는 도 26 에서 설명한 바와 같이, 조명 영역 (IAn) 에 투사되는 조명 광속 (Irn) 의 최대의 확산각 (최대 개구수) 의 범위 내에서, 파장마다의 강도 분포나 개구수가 조정 가능하게 되어 있기 때문에, 반사형의 마스크 패턴에 반사율의 변동이나 불균일이 생긴 경우라도, 그 보정을 용이하게 실시할 수 있다는 이점이 있다.
[i 선-광대 간섭 필터]
상기의 도 6 에 나타낸 바와 같이, 통상적인 i 선용의 간섭 필터 (SWa) 는, i 선의 휘선 파장을 중심으로 하여, 가능한 한 좁은 밴드폭 (예를 들어 ±10 ㎚ 폭 이하) 으로 i 선 스펙트럼을 추출 (투과) 하도록 설정되어 있다. 이에 대하여, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 는, i 선의 휘선 파장만을 포함하여, 가능한 한 넓은 밴드폭으로 i 선 스펙트럼을 추출 (투과) 하도록 설정되어 있다. i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 의 밴드폭은, 상기의 각 실시형태에서 설명한 반사 굴절 방식의 부분 투영 광학계 (PLn) (이하, 간단히 투영 광학계라고도 한다) 의 색 수차 특성에 의존하여 설정된다. 도 28 은, 상기의 도 5 에 나타낸 초고압 수은 방전 램프의 아크 방전부로부터 발생하는 광의 파장 특성을, 도 5 의 파장 특성을 계측한 분광기보다 파장 분해능이 높은 분광기로 계측하여 얻어지는 상세한 분광 특성을 나타낸다. 초고압 수은 방전 램프의 수은에 의한 주된 휘선은, 파장 435.835 ㎚ 의 g 선, 파장 404.656 ㎚ 의 h 선, 파장 365.015 ㎚ 의 i 선, 파장 312.566 ㎚ 의 j 선이지만, 램프 내의 다른 물질에 의해, i 선의 휘선 파장과 j 선의 휘선 파장 사이에도 휘선 (Sxw) (파장은 약 330 ㎚) 이 발생한다.
한편, 반사 굴절 방식의 투영 광학계 (PLn) 로서, 주로 i 선의 휘선 파장에 대하여 색 수차 보정된 투영 광학계의 경우, 그 색 수차 특성은, 예를 들어, 도 29 에 나타내는 바와 같은 경향이 된다. 도 29 는, 가로축에 파장을 취하고, 세로축에 색 수차량 (배율 색 수차, 또는 축상 색 수차) 을 취한 색 수차 특성의 그래프이다. i 선의 휘선 파장에 있어서 색 수차 보정되어 있는 경우, 투영 광학계를 구성하는 렌즈 소자는 분산이나 굴절률이 상이한 2 종 이상의 초재 (硝材) 로 제조되고, i 선의 휘선 파장에 있어서 색 수차량이 실질적으로 제로가 되도록 광학 설계되어 있다. 그러나, 색 수차 특성은, i 선의 휘선 파장에 대하여 긴 파장역측과 짧은 파장역측에서는, 큰 색 수차량을 발생한다. 그래서, 이 색 수차 특성상에서, 색 수차량으로서 허용되는 허용량 (ΔCAi) 이내로 됨과 함께, i 선 이외의 다른 두드러진 휘선 파장이 포함되지 않는 파장폭 (ΔWi) 을 설정한다. 도 28 에 나타낸 바와 같이, i 선의 휘선 파장의 단파장측의 인근에는 휘선 (Sxw) 이 존재하고, 장파장측의 인근에는 h 선이 존재하지만, 파장 340 ㎚ ∼ 400 ㎚ 의 사이에는, 두드러진 휘선이 없다. 이러한 점에서, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 는, 파장이 약 350 ㎚ ∼ 약 390 ㎚ 의 사이에서 투과율이 90 ％ 이상이 되는 특성으로 제조되어 있다. 즉, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 는, i 선의 휘선 파장의 단파장측과 장파장측의 각각에 나타나는 강한 휘선의 피크상의 스펙트럼 성분은 포함하지 않고, i 선의 휘선 파장의 스펙트럼 피크와 그 밑자락에 분포하는 저휘도의 스펙트럼 성분을 추출 (투과) 하는 파장 선택 특성 (투과 특성) 으로 제조되어 있다. 또한, 다른 휘선 파장 (h 선이나 g 선) 에 대하여 색 수차 보정되어 있는 투영 광학계를 사용하는 경우에도, 많든 적든, 도 29 에 나타낸 바와 같은 색 수차 특성을 가지고 있기 때문에, 동일한 방식으로, h 선-광대 간섭 필터나 g 선-광대 간섭 필터를 제작할 수 있다.
[그 밖의 변형예]
도 4, 도 15 에 나타낸 바와 같이, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 에 투사되는 조명 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각각의 최대의 확산각 (최대의 개구수) 을 제어하기 위해, 광축 (AX1) 의 방향의 위치가 조정 가능한 2 세트의 렌즈계 (8A1, 8A2) 를 갖는 배율 가변부 (8A, 8B, 8C) 를 형성했지만, 렌즈계 (8A1, 8A2) 의 적어도 일방을 다른 렌즈계와 교환하여 배율 (개구수) 을 고정적으로 전환하는 방식으로 해도 된다. 또, 상기 서술한 전군의 렌즈계 (8A1) 와 후군의 렌즈계 (8A2) 사이에, 미국 특허 제5,719,704호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 원뿔상의 프리즘상 광학 부재 (액시콘 광학계) 를 설치해도 된다. 이 때에, 통상 조명을 실시하는 경우에는, 그 2 개의 원뿔상의 프리즘상 광학 부재를 광축 (AX1) 방향으로 밀착시키고, 윤대 조명을 실시하는 경우에는, 그 2 개의 원뿔상의 프리즘상 광학 부재의 광축 (AX1) 방향의 간격을 조정하여, 렌즈계 (8A1) 와 렌즈계 (8A2) 의 사이를 통과하는 조명 광속 (BMa) 의 단면 형상을 크기가 가변인 윤대상으로 해도 된다. 이 경우, 상기의 도 26 을 사용하여 설명한 변형예 5 와 같이, 조명 광속의 광로 중에 윤대상의 조리개판 (APa') 을 배치하는 것이 불필요해지기 때문에, 윤대 조명을 실시하는 경우의 조명광의 이용 효율을 더욱 개선할 수 있다.
또, 상기 서술한 각 실시형태나 변형예에서는, 옵티컬·인터그레이터로서 플라이아이 렌즈계 (FEn) 를 사용했지만, 그 대신에 마이크로 렌즈 어레이, 또는 로드 인터그레이터 등을 사용할 수도 있다. 또한, 상기 서술한 각 실시형태에서는, 광원 장치로서 수은 램프 (초고압 수은 방전 램프) (2A, 2B, 2C) 를 사용했지만, 그 밖의 임의의 방전 타입의 램프를 사용할 수 있다. 또, 광원 장치로서, 발광 다이오드 (LED), 고체 레이저, 기체 레이저, 또는 반도체 레이저 등의 레이저 광원, 혹은 종광 (種光) 의 레이저광을 증폭하여 파장 변환 소자에 의해 종광의 고조파 (자외 파장역) 를 발생하는 레이저 광원을 사용할 수도 있다.
더 부언하면, 종광의 고조파를 발생하는 레이저 광원으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2001-085771호에 개시되어 있는 바와 같은 파이버 앰프 레이저 광원으로 하고, 중심 파장 355 ㎚ 의 펄스 레이저광을 조명 광속으로서 이용할 수 있다. 그 경우, 파이버 앰프 레이저 광원 등에 장착되어 있는 고조파 발생용의 파장 변환 소자가, 간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 와 동일한 파장 선택부 (파장 선택 소자) 로서 기능한다. 또, 광원 장치로서, 수은 방전 램프 (초고압 수은 방전 램프) 와 레이저 광원을 병용해도 된다. 예를 들어, 수은 방전 램프로부터의 광 중, i 선-협대 간섭 필터 (SWa), 또는 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에서 추출되는 i 선 (중심 파장 365 ㎚) 을 포함하는 스펙트럼 성분의 광과, 파이버 앰프 레이저 광원으로부터 사출되는 중심 파장 355 ㎚ 의 펄스 레이저광을 병용해도 된다.
이와 같은 레이저 광원을 사용하는 경우에는, 조명 광속의 확산각 (개구수) 을 크게 설정하기 위해, 일례로서, 레이저 광원으로부터 평행 광속으로서 사출하는 레이저 빔의 광로 상에, 직경 방향에 관하여 점차 피치가 작아지는 미세한 동심원상 (존 플레이트상) 의 위상형의 요철이 형성된 석영 등의 초재에 의한 존 플레이트 회절 격자를 배치하면 된다. 존 플레이트 회절 격자의 최소의 피치는, 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각의 입사단 (FBi) 에 투사되는 조명 광속 (BMa, BMb, BMc) 의 각각의 필요한 확산각 (개구수) 에 따라 설정된다.
상기 서술한 각 실시형태에 있어서, 노광 장치는, 복수의 부분 투영 광학계 (PLn) 를 갖는 멀티 렌즈 방식의 주사형 노광 장치를 예로서 설명했지만, 마스크 기판 (M) 과 플레이트 (P) 를 정지한 상태에서 마스크 기판 (M) 의 패턴을 노광하고, 플레이트 (P) 를 순차 스텝 이동시키는 스텝·앤드·리피트형의 노광 장치여도 된다. 조명 장치의 광원은, 3 개의 수은 램프나 3 개의 레이저 광원에 한정되지 않고, 1 개, 2 개, 또는 4 개 이상의 광원을 구비하고 있어도 된다. 또, 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 6 개의 사출단 (FBo) 을 갖는 6 개의 파이버 번들 (FGn) 을 사용했지만, 제 2 조명 광학계 (ILn) 가 1 개로 투영 광학계 (PLn) 도 1 개로 구성되는 노광 장치의 경우에는, 파이버 번들 (FGn) 도 1 개이면 된다.
또한, 1 개의 광원 (수은 램프 (2A) 등) 과 1 개의 제 1 조명 광학계 (파장 선택부 (6A) 와 배율 가변부 (8A) 를 포함한다) 에 의해 만들어진 조명 광속 (BMa) 을, 1 개의 제 2 조명 광학계 (IL1) 를 개재하여 마스크 기판 (M) 에 투사하고, 마스크 기판 (M) 의 패턴을 1 개의 부분 투영 광학계 (PL1) 를 개재하여 플레이트 (P) 상에 투영 노광하는 경우에는, 파이버 번들 (12A ∼ 12C, FGn) 을 형성하지 않고, 배율 가변부 (8A) 로부터의 조명 광속 (BMa) 을, 직접 제 2 조명 광학계 (IL1) 의 제 1 콘덴서 렌즈계 (CF1) 를 개재하여 플라이아이 렌즈계 (FE1) 에 입사시켜도 된다.
이상에서 설명한 제 1 실시형태나 그 변형예, 혹은 제 2 실시형태에 의하면, 적어도 2 개의 제 1 광원과 제 2 광원 (수은 램프 (2A ∼ 2C) 중 2 개) 의 각각으로부터 발하여지는 광속 (BM) 으로부터 소정의 파장폭의 스펙트럼 분포를 추출하도록, 제 1 광원과 제 2 광원의 각각에 대응하여 형성된 제 1 파장 선택부와 제 2 파장 선택부 (6A ∼ 6C 중 2 개) 와, 제 1 파장 선택부와 제 2 파장 선택부의 각각에 형성되고, 추출하는 파장역 또는 파장폭 등의 스펙트럼 분포를 변경하기 위한 파장 선택 소자 (간섭 필터 (SWa, SWb, SWc) 등) 를 교환 가능하게 광로 중에 배치하는 기구 (슬라이드 기구 (FX), 또는 마운트 기구) 와, 제 1 파장 선택부에서 추출된 제 1 조명 광속과 제 2 파장 선택부에서 추출된 제 2 조명 광속의 각각을, 개구수 가변부 (8A ∼ 8C 중 2 개) 에 의해 개별적으로 설정된 개구수의 상태로 광 합성하여, 옵티컬·인터그레이터를 포함하는 조명 광학계의 조명 동면에 2 차 광원 이미지를 형성하기 위한 광 합성 부재 (파이버 번들 (FGn)) 가 형성된다. 그 때문에, 마스크 기판 상의 패턴의 종별 (바이너리 마스크, 위상 시프트 마스크, 하프톤 마스크 등) 의 차이, 노광해야 할 패턴의 미세도, 현상 후의 레지스트층의 에지부에 부여하는 테이퍼 경사량, 혹은 반사형의 마스크 패턴의 경우의 반사율의 변동이나 불균일 등의 각종 조건 (노광 레시피) 에 따라, 2 차 광원 이미지의 분포 내에서 상이한 파장 분포 특성 (스펙트럼마다의 강도가 조명 동면 내의 위치에 따라 상이한 특성) 을 부여하거나, 마스크 기판에 대한 조명 광속의 최대 개구수에 대응한 확산각으로 파장 분포를 상이하게 하거나 할 수 있다. 또한, 조명 동면에서의 파장 분포를 바꾸는 (전환하는) 것에 의해, 마스크 기판의 패턴을 투영 노광하는 투영 광학계 (부분 투영 광학계 (PLn)) 를 통과하는 결상 광속의 에너지에 의해 발생하는 투영 광학계 자체의 조사 변동 (투영 배율 변동, 포커스 변동, 수차 변동 등) 을 제어하는 (억제하는) 것도 가능해진다.
이하에 수은 방전 램프로부터의 광의 파장 특성 (분광 특성) 에 관하여 도 30 을 참조하여 부언한다. 각 실시형태나 변형예에서는, 주로 쇼트 아크형의 초고압 수은 방전 램프 (2A, 2B, 2C) 를 사용하지만, 전자 디바이스용의 패턴 노광 장치의 광원으로는, 방전관 (발광관) 내의 수은 증기압이 약 105 Pa ∼ 106 Pa 정도가 되는 고압 수은 방전 램프도 사용되고 있다. 일반적으로, 초고압 수은 방전 램프는, 방전관 내의 수은 증기압을 약 106 Pa ∼ 수 107 Pa 정도로 높임으로써, 포토리소그래피에 적절한 휘선 파장의 i 선, h 선, g 선의 각 스펙트럼 폭을 고압 수은 방전 램프에 비해 조금 넓히거나, i 선, h 선, g 선의 각 피크 강도의 상대적인 밸런스를 고압 수은 방전 램프에 대하여 상이하게 하고 있다. 수은 방전 램프의 방전관 내에는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2009-193768호에 개시되어 있는 바와 같이, 점등시의 수은 증기압이 150 기압 ∼ 300 기압이 되는 수은 (0.15 mg/㎣ 이상) 외에, 약 13 ㎪ 의 아르곤 가스 (희가스) 와, 수은이나 다른 금속과의 화합물의 형태로 요오드, 브롬, 염소 등의 할로겐이 봉입되어 있다. 또한, 초고압 수은 방전 램프로부터의 광에는, 고압 수은 방전 램프에 비해, 각 휘선 파장 i 선, g 선, h 선의 사이의 파장대에도, 휘선 파장의 광 강도의 피크치에 대하여 상대적으로 수 ％, 혹은 10 ∼ 20 ％ 정도의 저휘도의 스펙트럼 분포 (저변부) 가 존재한다.
도 30 은, 고압 수은 방전 램프와 초고압 수은 방전 램프의 각 파장 특성의 차이를 설명하는 그래프이고, 도 30(A) 는 고압 수은 방전 램프로부터의 광의 파장 특성의 일례를 나타내고, 도 30(B) 는 초고압 수은 방전 램프로부터의 광의 파장 특성의 일례를 나타낸다. 도 30(A), 도 30(B) 의 각각에 있어서, 가로축은 파장 (㎚) 을 나타내고, 세로축은 휘선 파장의 i 선의 강도의 피크치를 100 ％ 로 했을 때의 스펙트럼의 상대 강도 (％) 를 나타낸다. 도 30(A), (B) 의 각 파장 특성은, 램프 메이커의 차이나 램프의 정격 전력의 차이에 의해 다소의 변화는 있지만, i 선의 파장 (365 ㎚) 을 포함하는 파장 350 ∼ 400 ㎚ 의 스펙트럼 분포에 주목했을 때, 고압 수은 방전 램프에서는, 도 30(A) 와 같이 상대 강도가 수 ％ 이상, 바람직하게는 10 ％ 이상에 이르는 밑자락부가 거의 나타나지 않는다. 그에 대하여, 초고압 수은 방전 램프에서는, 도 30(B) 와 같이 상대 강도가 수 ％ 이상으로서, 거의 10 ％ 정도가 되는 밑자락부 (저휘도의 스펙트럼 성분) 가 나타난다.
도 30(B) 에 있어서의 i 선의 밑자락부의 상대 강도의 정도는, 방전관 내에 봉입되는 수은의 양, 다른 희가스나 할로겐의 종류나 함유량, 수은 증기압에 의해 바뀔 수 있지만, 수 ％ ∼ 20 ％ 정도가 된다. 또, 휘선 파장의 i 선, h 선, g 선의 각 스펙트럼 폭은, 도 30(B) 의 초고압 수은 방전 램프 쪽이 도 30(A) 의 고압 수은 방전 램프에 비해 조금 넓어지는 (굵어지는) 경향으로 되어 있다. 또한, 상기의 도 5 에 나타낸 파장 특성에서는, i 선의 파장 (365 ㎚) 의 밑자락이 되는 파장 350 ∼ 400 ㎚ 의 범위에서의 스펙트럼 성분은, i 선의 피크 강도에 대하여 상대적으로 20 ％ 정도의 강도로 되어 있다.
이러한 점에서, 수은의 휘선 파장 중 i 선만을 포함하도록 상기의 도 7 에 나타낸 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 를 사용하여 파장 선택된 조명 광속 (BSa, BSb, BSc) 은, 상기의 도 6 에 나타낸 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 를 사용하여 파장 선택된 조명 광속과 비교하면 광 에너지량이 높아진다. i 선의 밑자락부 (350 ㎚ ∼ 365 ㎚ 와 365 ㎚ ∼ 400 ㎚ 의 범위) 의 상대 강도가 i 선의 피크 강도에 대하여, 도 30(B) 와 같이 약 10 ％ 정도여도, 플레이트 (P) 의 레지스트층에 부여되는 단위 시간당 광 에너지량 (Dose 량) 은, 대략 밑자락부의 강도와 파장폭의 곱으로 결정되는 양만큼 증대되기 때문에, 대략 20 ％ 정도 (1.1 × 1.1 ≒ 1.2 배) 의 노광량 업이 된다. 그 때문에, 상기의 도 1 에 나타낸 노광 장치 (EX) 에 의해, 마스크 기판 (M) 의 패턴을 플레이트 (P) 의 레지스트층에 주사 노광할 때, 마스크 기판 (M) 과 플레이트 (P) 의 주사 속도를 20 ％ 정도 빠르게 하는 것이 가능해지고, 그 결과, i 선에 의한 고해상의 패턴 노광의 공정의 생산성을 20 ％ 정도 높이는 것이 가능해진다.
그래서, 도 30(A) 에 나타낸 고압 수은 방전 램프로부터 방사되는 i 선의 스펙트럼 분포의 상대 강도 10 ％ 에서의 파장폭, 혹은, 도 6 에 나타낸 i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 에서 설정되는 파장 선택폭 (밴드폭) 을 BWi (㎚) 로 하고, 초고압 수은 방전 램프로부터 방사되는 i 선의 스펙트럼 분포 중, 피크 강도가 되는 파장이 중심이 되도록 설정되는 파장폭 (밴드폭) (BWi) 의 외측 (단파장측과 장파장측) 으로서, 인근의 휘선 파장의 스펙트럼에 이르기까지를 밑자락부로 한 경우, 그 밑자락부에서의 평균적인 상대 강도가 수 ％ ∼ 10 ％ 정도 (바람직하게는 20 ％ 이상) 가 되도록, 수은량과 수은 증기압, 희가스의 기압이나 성분량, 할로겐의 성분량 등이 조정된 초고압 수은 방전 램프를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, i 선의 스펙트럼 분포에 한정되지 않고, 초고압 수은 방전 램프로부터의 h 선이나 g 선의 스펙트럼 분포를 이용하는 경우에도, 동일하게 고압 수은 방전 램프로부터의 h 선이나 g 선에 비해, 상대 강도가 수 ％ 가 되는 밑자락부로 확산이 생기기 때문에, 그 밑자락부를 포함하는 파장 선택 특성을 가진 h 선-광대 간섭 필터나 g 선-광대 간섭 필터를 준비하면 된다.
다음으로, 마스크의 변형예에 대하여 부언한다. 이상의 각 실시형태나 그 변형예에서는, 마스크 패턴이 고정적으로 형성 (담지) 된 투과형, 또는 반사형의 마스크 기판 (또는 원통 마스크) 을 사용하는 노광 장치를 전제로 했지만, 미크로 오더의 다수의 미소 미러를 2 차원적으로 배열한 DMD (디지털·미러·디바이스) 등을 사용하여, 각 미러의 각각의 각도를 노광해야 할 패턴의 데이터 (CAD 데이터) 에 따라 고속으로 전환함으로써, 플레이트 (P) 상에 패턴 이미지를 투영하는 가변 마스크 방식의 노광 장치 (고정적인 마스크 패턴을 사용하지 않는 점에서, 마스크리스 노광 장치라고도 불린다) 에 대해서도, 각 실시형태에서 설명한 조명계 (도 3 ∼ 도 20 등) 를 동일하게 적용할 수 있다. 가변 마스크 방식의 노광 장치에서는, 1 개의 DMD 에 의해 플레이트 (P) 상에 형성 가능한 투영 영역은, 도 1 에 나타낸 투영 영역 (EA1) 과 동일하게, 장방형의 작은 영역에 한정되기 때문에, 복수의 DMD 와, 각 DMD 로부터의 반사광을 플레이트 (P) 에 투영하는 복수의 투영 렌즈계가 형성된다. 이 경우, 복수의 DMD 의 각각의 반사면 (다수의 미소 미러가 배열되는 면) 은, CAD 데이터에 따라 광의 반사 방향이 개개로 제어되는 다수의 미소 미러의 분포와 같은 형태로 전자 디바이스용의 패턴을 담지하고 있게 된다. 그리고, 복수의 DMD 의 각각의 반사면은, 도 1 ∼ 도 3 중에 나타낸 조명 영역 (IA1 ∼ IA6) 에 상당하는 위치에 배치되고, 강도 분포가, 예를 들어 ±2 ％ 이내로 균일화된 조명 광속 (도 14 에 나타낸 BSa', BSb', BSc' 에 상당) 에 의해 조사된다.
따라서, DMD 의 다수의 미소 미러 중에서, 조명 광속이 투영 렌즈계에 입사하도록 각도 설정된 미소 미러에서 반사되고, 투영 렌즈계를 개재하여 플레이트 (P) 에 투사되는 투영 광속 (조명 광속) 에는, 도 20 에서 나타낸 바와 같은 배향 특성 (확산각의 특성) 과 동일한 특성을 갖게 할 수 있다. 나아가서는, 도 21 에서 나타낸 간섭 필터의 조합에 의해, DMD 의 미소 미러의 각각으로부터 플레이트 (P) 에 조사되는 투영 광속의 최대 개구수에 대응한 확산각 내에서, 파장 분포를 상이하게 할 수도 있다. 또한, DMD 대신에, 2 차원으로 배열된 다수의 미소 미러의 각 반사면 (통상은 모두 동일 평면 상에 설정) 중, 선택된 미소 미러를 반사면과 수직 방향으로 시프트시킴으로써, 반사 광속에 위상차를 부여하는 공간 광 변조 소자 (SLM : Spatial Light Modulator) 를 사용해도 된다.
다음으로, 투영 노광 장치의 다른 형태에 대하여 부언한다. 이상의 실시형태나 변형예에서는, 복수의 부분 투영 광학계 (PLn) (PL1 ∼ PL6) 와, 그것에 대응한 복수의 제 2 조명 광학계 (ILn) (IL1 ∼ IL6) 를 갖는, 소위 멀티 렌즈 방식의 노광 장치를 전제로 했지만, 단일의 투영 광학계와 단일의 제 2 조명 광학계를 구비한 노광 장치였다고 해도, 상기의 실시형태에 있어서의 구성을 약간 바꾸는 것만으로 용이하게 동일한 기능을 갖게 할 수 있다. 구체적으로는, 상기의 도 9 에 나타낸 광 분배부 (10) 내의 소선 배분부 (10a) 에 있어서, 입사측의 파이버 번들 (12A, 12B, 12C) 의 각각에 포함되는 다수의 파이버 소선을, 6 개의 파이버 번들 (FG1 ∼ FG6) 의 각각에 배분하지 않고, 단일의 파이버 번들이 되도록 묶고, 그 단일의 파이버 번들의 사출단 (FBo) 을 마스크 기판 (M) 상에 설정되는 단일의 조명 영역의 형상과 상사인 사각형이 되도록 성형하면 된다.
다음으로, 광원 장치의 변형예에 대하여 부언한다. 상기의 도 3 의 구성에서는, 광원 장치로서 복수 (2 개 이상) 의 수은 방전 램프 (2A, 2B, 2C) 를 사용했지만, 단일의 초고압 수은 방전 램프를 사용하는 경우에도, 상기의 실시형태에 있어서의 구성을 약간 바꾸는 것만으로 용이하게 동일한 기능을 갖게 할 수 있다. 구체적으로는, 단일의 초고압 수은 방전 램프로부터의 광이, 도 4 중의 렌즈계 (콜리메이터 렌즈) (6A1) 에 의해 거의 평행 광속으로 변환된 후에, 예를 들어, i 선의 스펙트럼 성분의 파장역은 포함하지 않고 h 선의 스펙트럼 성분과 g 선의 스펙트럼 성분을 포함하는 파장 대역의 광은 투과하고, i 선의 스펙트럼 성분을 포함하는 단파장 대역의 광을 반사하는 다이크로익 미러를 형성한다. 또한, 그 다이크로익 미러를 투과한 광에 대해서는, 도 4 (또는 도 3) 에 나타낸 바와 같은 파장 선택부 (6A) (예를 들어, h 선의 스펙트럼 성분을 추출하는 간섭 필터를 포함한다) 와 배율 가변부 (8A) 를 형성하고, 그 다이크로익 미러에서 반사한 광에 대해서는, 파장 선택부 (6B) (i 선-협대 간섭 필터 (SWa), 또는 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 를 포함한다) 와 배율 가변부 (8B) 를 형성한다. 이와 같이 하면, 도 22 에서 설명한 것과 동일하게, 제 2 조명 광학계 (ILn) 내의 조명 동면 (플라이아이 렌즈계 (FEn) 의 사출면 (epi) 에 상당) 에 2 차원적인 확산 (범위) 을 가지고 형성되는 광원 이미지 (점광원 이미지의 집합) 의 파장 특성을, 선택 설정된 간섭 필터의 특성에 따라 가변으로 할 수 있다.
다음으로, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의한 파장 선택 특성의 설정에 대하여 부언한다. 상기의 도 30(B) 에 나타낸 바와 같이, 초고압 수은 방전 램프로부터의 i 선의 스펙트럼 성분의 밑자락부의 폭 (예를 들어, i 선의 중심 파장에서의 피크 강도에 대하여 10 ％ 정도의 강도가 되는 폭) 은, 도 30(A) 에 나타낸 고압 수은 방전 램프로부터의 i 선의 스펙트럼 성분의 밑자락부의 폭에 비해 2 배 이상의 넓이를 가지고 있다. 상기의 도 1, 도 2 에 나타낸 바와 같은 노광 장치 (EX) 의 부분 투영 광학계 (PL1) (PL2 ∼ PL6) 는, 동면 (조리개 위치) (Epa, Epb) 에 반사경 (Ga4, Gb4) 을 배치한 반사 굴절 방식의 하프·필드 타입의 결상계이다. 이와 같은 결상계는, 전굴절 방식 (모든 광학 소자가 렌즈 등의 굴절 소자만으로 구성된다) 의 결상계에 비해, 색 수차 보정이 용이해진다는 이점이 있고, 복수의 휘선 스펙트럼 (예를 들어, i 선 스펙트럼 성분과 h 선 스펙트럼 성분) 을 포함하는 조명광을 사용하여, 마스크 (M) 의 패턴을 기판 (P) 에 투영 노광한 경우에도, 색 수차에 의한 투영 이미지의 열화 (이미지 변형) 를 적게 할 수 있다.
그러나, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 를 개재하여 협대화된 단일의 i 선 스펙트럼 성분만의 조명광으로 투영 노광했다고 해도, 마스크 (M) 상에 형성되는 패턴이 미세하게 되면, 투영 광학계 (PL1) (PL2 ∼ PL6) 가 갖는 각종 수차에 의해 투영 이미지 (이미지 강도 분포) 에 변형이 생긴다. 그 변형이 현저하게 나타나는 것이, 홀 패턴이라고 불리는 미세한 고립된 사각형 (대략 정방형) 의 패턴이다.
도 31 은, 마스크 (M) 상에 형성되는 정방형의 홀 패턴과, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 를 사용하여 홀 패턴을 기판 (P) 상에 투영했을 때에 얻어지는 투영 이미지 (광 강도 분포) 의 형상, 또는 노광 후의 레지스트층의 현상에 의해 나타나는 레지스트 이미지의 형상과의 관계를 모식적으로 나타낸 도면이고, X 축과 Y 축은 상기의 도 1 ∼ 도 3 중의 직교 좌표계 XYZ 에 대응하고 있다. 여기서, 도 31(A) 는, 투영 광학계 (PL1) (PL2 ∼ PL6) 에서 해상되는 최소 선폭치보다 충분히 큰 사이즈 Dx × Dy 로 마스크 (M) 상에 형성된 홀 패턴 (CHA) 의 경우에 얻어지는 투영 이미지 (레지스트 이미지) (Ima) 의 형상을 모식적으로 나타내고, 도 31(B) 는, 최소 선폭치의 2 배 정도의 크기로 마스크 (M) 상에 형성된 홀 패턴 (CHB) 의 경우에 얻어지는 투영 이미지 (레지스트 이미지) (Imb) 의 형상을 모식적으로 나타내고, 도 31(C) 는, 최소 선폭치에 가까운 크기로 마스크 (M) 상에 형성된 홀 패턴 (CHC) 의 경우에 얻어지는 투영 이미지 (레지스트 이미지) (Imc) 의 형상을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 31 에서는, 홀 패턴 (CHA, CHB, CHC) 은 모두 해칭으로 나타낸 주위의 차광부 안에 고립된 투명부로서 형성되는 것으로 하지만, 반대의 경우, 즉 주위의 투명부 안에 고립된 차광부로서 형성된 것이어도 된다. 또한, 투영 광학계 (PLn) (n ＝ 1 ∼ 6) 에서 투영 가능한 최소 선폭치로서 나타내는 해상력 (R) 은, 일반적으로, 투영 광학계 (PLn) 의 이미지측의 개구수 (NAp), 조명광의 파장 (λ) (㎚), 프로세스 정수 (k) (0 ＜ k ≤ 1) 에 의해, R ＝ k·(λ/NAp) 로 정의된다.
도 31(A) 와 같이, 투영 광학계 (PLn) 에서 투영 가능한 최소 선폭치보다 수 배 이상의 치수 Dx × Dy 의 큰 정방형의 홀 패턴 (CHA) 의 경우에도, 그 4 모퉁이의 직각인 코너 부분은, 주로 투영 광학계 (PLn) 의 이미지측의 개구수 (NAp) 의 값, 즉 MTF (Modulation Transfer Function) 에 의해, 충분히 해상되지 않고 둥글려진 것이 된다. 이와 같은 현상은, 중심 파장 (λ) 에 대한 스펙트럼 분포의 확산이 매우 좁은 조명광 (예를 들어, 스펙트럼 폭이 1 ㎚ 미만인 레이저광 등) 을 사용한 경우에도 발생한다. 특히 도 31(C) 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학계 (PLn) 의 해상 가능한 최소 선폭치에 가까운 치수의 정방형의 홀 패턴 (CHC) 의 경우, 그 투영 이미지 (레지스트 이미지) (Imc) 의 형상은 대략 원형이 된다. 그러한 투영 광학계 (PLn) 의 특성하에서, 상기의 도 7 에 나타낸 바와 같은 i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 를 사용하여, i 선의 중심 파장에 대하여 스펙트럼 분포의 밑자락부를 넓게 포함하도록 추출한 조명광을 사용하면, 도 31(C) 에 나타낸 홀 패턴 (CHC) 을 투영 노광한 경우, 투영 광학계 (PLn) 의 색 수차 특성에서 기인하여, 투영 이미지 (레지스트 이미지) (Imc) 는 원형으로부터 타원형으로 변화된다.
도 32 는, 그와 같이 타원형으로 변형되는 투영 이미지 (Imc) 의 모습을 과장하여 나타낸 것으로, 도 32 중의 파선은 거의 정확한 원형으로 된 투영 이미지 (Imc') 를 나타낸다. 그 투영 이미지 (Imc') 의 원형의 직경은, 투영 광학계 (PLn) 의 기본적인 광학 제특성으로부터 이론적으로 추정할 수도 있다. 색 수차의 영향으로 타원형으로 변형된 투영 이미지 (Imc) 의 Y 축 방향의 단축 길이를 CHy, X 축 방향의 장축 길이를 CHx 로 하고, 타원형의 편평률 (타원도) (Δf) 을 Δf ＝ CHy/CHx 로 했을 때, 디바이스 제조상의 허용 범위로부터, 편평률 (타원도) (Δf) 은 80 ％ 이상, 바람직하게는 90 ％ 이상이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 즉, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의해 추출되는 i 선의 스펙트럼 분포의 밑자락부의 확산 범위는, 해상 가능한 최소 선폭치에 가까운 치수의 정방형의 홀 패턴 (CHC) 의 투영 이미지 (Imc) 의 원형으로부터의 형상 변형이, 80 ％ 이상, 바람직하게는 90 ％ 이상의 편평률 (타원율) 의 타원에 들어가도록 결정된다.
또, 도 32 에서는, 투영 이미지 (Imc) 의 타원으로의 변형에 있어서, 장축 방향이 X 방향, 단축 방향이 Y 방향으로서 나타냈지만, 장축과 단축의 각 방향은, 도 33 에 나타내는 바와 같이 XY 면 내에서 임의의 방향으로 향하는 경우가 있다. 도 33 에서는, 타원형으로 변형된 홀 패턴의 투영 이미지 (Imc) 의 장축과 단축이 X 축, Y 축에 대하여 Δρ 만큼 회전되어 있다. 그 때문에, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 에 의해 추출되는 i 선의 스펙트럼 분포의 밑자락부의 확산 범위의 적부를 정밀하게 판단하기 위해서는, 테스트 노광 등에 의해, 해상 가능한 최소 선폭치에 가까운 치수의 정방형의 홀 패턴 (CHC) 의 투영 이미지 (Imc) 를 기판 (P) 에 노광하고, 현상 후의 투영 이미지 (Imc) 에 대응한 레지스트 이미지를 검사 장치 등으로 관찰하고, 화상 해석 소프트웨어에 의해, 투영 이미지 (Imc) 에 대응한 레지스트 이미지의 형상 특정 (장축, 단축의 방향의 결정) 을 실시하고, 장축 방향의 장축 길이 (CHx) 와 단축 방향의 단축 길이 (CHy) 를 계측한다. 그리고, 그 계측 결과로부터 구해지는 편평률 (타원율) (Δf) 이 허용 범위 (80 ％ 이상, 바람직하게는 90 ％ 이상) 인지의 여부를 판정하면 된다.
그런데, 상기의 도 2 에 나타낸 바와 같이, 투영 광학계 (PLn) (n ＝ 1 ∼ 6) 의 결상 광로 중의 이미지 공간 (중간 이미지면 (IM1) 에 배치되는 시야 조리개판 (FA1) 의 바로 아래) 에는, 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 가 형성된다. 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 는, 예를 들어 국제 공개 제2013/094286호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 도 2 중의 XZ 면 내에서 경사 가능한 투명한 평행 평판 유리 (석영판) 와, 그것과 직교하는 방향으로 경사 가능한 투명한 평행 평판 유리 (석영판) 로 구성된다. 그 2 장의 석영판의 각각의 경사량을 조정함으로써, 기판 (P) 상에 투영되는 투영 영역 (EA1) (EA2 ∼ EA6) 내의 패턴 이미지를 XY 면 내의 임의의 방향으로 미소 시프트시킬 수 있다. 또한, 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 의 배치는, 도 2 에 나타낸 시야 조리개판 (FA1) 의 바로 아래에 한정되지 않고, 이미지 공간에 배치된 다른 보정 광학계로서의 포커스 조정 광학 부재 (FC1) 나 배율 조정 광학 부재 (MC1) 중 어느 것의 배치와 교체할 수 있다.
이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 를 구성하는 2 장의 평행 평판상의 석영판의 각각은, 자외 파장역 (190 ㎚ 정도) 으로부터 가시 파장역에 걸쳐 높은 투과율을 갖지만, 합성 석영의 경우, 일례로서, 도 34 에 나타내는 바와 같이, 파장 500 ㎚ 이하의 단파장역, 특히 파장 400 ∼ 300 ㎚ 의 주변으로부터 단파장측에 걸쳐 굴절률이 파장에 의존하여 크게 변화되는 경향이 있다. 도 34 에 있어서, 가로축은 파장 (㎚) 을 나타내고, 세로축은 합성 석영의 굴절률을 나타낸다. 그 때문에, 예를 들어, 초고압 수은 방전 램프 (또는 고압 수은 방전 램프) 로부터의 광 중, 중심 파장이 약 365 ㎚ 인 i 선 스펙트럼 성분과, 중심 파장이 약 405 ㎚ 인 h 선 스펙트럼 성분의 양방을 포함하는 조명광을 사용하여, 마스크 (M) 의 패턴을 투영하는 경우, 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 의 석영판의 경사량에 따라, i 선 스펙트럼 성분으로 기판 (P) 상에 투영되는 이미지와, h 선 스펙트럼 성분으로 기판 (P) 상에 투영되는 이미지가, XY 면 내에서 약간 위치 어긋난다고 하는 현상이 생긴다.
도 35 는, 시야 조리개판 (FA1) 아래에 배치되는 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 를 구성하는 2 장의 석영판 중, 이미지를 X 방향으로 시프트시키는 석영판 (SCx) 에서의 결상 광속의 거동을 모식적으로 나타낸 도면이다. 석영판 (SCx) 은, 시야 조리개판 (FA1) 의 개구부를 투과한 결상 광속이 입사하는 입사면 (Stp) 과 결상 광속이 사출하는 사출면 (Sbp) 이 서로 평행으로 간격 (두께) Dpx 로 대향하도록 구성되고, Y 축과 평행인 회전 중심선의 둘레로 회전 (경사) 가능하게 형성되어 있다. 도 35 에서는, 결상 광속 중, 시야 조리개판 (FA1) 의 개구부의 중심점에 중간 이미지로서 결상되는 이미지점 (Poc) 으로부터 발산하여 진행하는 결상 광속의 주광선 (LPr) 만을 도시하고, 선 Lss 는, 주광선 (LPr) 이 입사면 (Stp) 과 교차하는 점에 있어서의 입사면 (Stp) 의 법선을 나타내고, 선 LPr' 는 입사면 (Stp) 에 입사하기 전의 주광선 (LPr) 의 연장선을 나타낸다. 석영판 (SCx) 의 입사면 (Stp) 이 입사하는 주광선 (LPr) 과 직교하는 초기 자세의 상태 (석영판 (SCx) 의 기울기가 영인 상태) 에 대하여, 석영판 (SCx) 이 XZ 면 내에서 각도 (Δθx) 만큼 경사지면, 스넬의 법칙에 의해, 주광선 (LPr) 은 사출면 (Sbp) 으로부터 X 방향으로 연장선 (LPr') 에 대하여 시프트량 (δx) 만큼 평행으로 어긋나 사출한다.
일반적으로, 굴절률 (nx) 의 평행 평판 유리의 경사에 의한 광선의 시프트량 (δx) 은, 스넬의 법칙을 적용하여, δx ≒ Dpx·Δθx(1-1/nx) 로 산출할 수 있는데, 결상 광속에 i 선 스펙트럼 성분 (파장 365 ㎚) 과 h 선 스펙트럼 성분 (파장 405 ㎚) 이 포함되어 있는 경우, 석영판 (SCx) 의 굴절률은, 각각의 파장에 대하여 약간 상이한 값을 나타낸다. 그래서, 석영판 (SCx) 의 i 선 스펙트럼 성분 (파장 365 ㎚) 에 있어서의 굴절률을 ni, h 선 스펙트럼 성분 (파장 405 ㎚) 에 있어서의 굴절률을 nh, i 선 스펙트럼 성분 (파장 365 ㎚) 에 의한 이미지의 시프트량을 δxi, h 선 스펙트럼 성분 (파장 405 ㎚) 에 의한 이미지의 시프트량을 δxh 로 하면, 시프트량 (δxi) 은, δxi ≒ Dpx·Δθx(1-1/ni) 로 산출되고, 시프트량 (δxh) 은, δxh ≒ Dpx·Δθx(1-1/nh) 로 산출된다. 이러한 점에서, 파장의 차이 (색 어긋남) 에서 기인한 시프트량의 차분량을 δx(i-h) 로 하면, 차분량 (δx(i-h)) 은,
δx(i-h) ≒ Dpx·Δθx[(1-1/ni) － (1-1/nh)]
가 된다.
일례로서, 석영판 (SCx) 의 두께 (Dpx) 를 10 ㎜ 로 하고, i 선 스펙트럼 성분 (파장 365 ㎚) 에 있어서의 굴절률 (ni) 을 1.4746, h 선 스펙트럼 성분 (파장 405 ㎚) 에 있어서의 굴절률 (nh) 을 1.4696 으로 하여, 각도 (Δθx) (0° ∼ 10°) 에 대한 차분량 (δx(i-h)) 의 변화를 구해 보면, 도 36 에 나타내는 그래프와 같은 선형 특성이 된다. 도 36 의 그래프에 있어서, 가로축은 석영판 (SCx) 의 경사각 (Δθx) [deg.] 을 나타내고, 세로축은 차분량 (δx(i-h)) [㎛] 을 나타낸다. 석영판 (SCx) 은 중간 이미지가 형성되는 이미지 공간에 배치되어 있고, 투영 광학계 (PLn) 의 투영 배율이 등배 (×1) 인 점에서, 도 36 에 있어서의 차분량 (δx(i-h)) 은, 그대로 기판 (P) 상에 투영되는 i 선 스펙트럼 성분에 의한 패턴 이미지와 h 선 스펙트럼 성분에 의한 패턴 이미지의 상대적인 위치 어긋남량이 된다. 예를 들어, 석영판 (SCx) 의 경사각 (Δθx) 이 5° 인 경우, 색 어긋남에 의한 차분량 (δx(i-h)) 은 X 방향으로 2 ㎛ 정도가 되고, 투영 노광된 패턴에 변형이 생기거나, 선폭에 오차가 생기거나 한다.
이상에서 설명한 석영판 (SCx) 에 의한 색 어긋남의 영향은, 투영 이미지를 Y 방향으로 미소 시프트시키는 다른 석영판 (SCy 로 한다) 에서도 동일하게 발생하고, 석영판 (SCy) 을 X 축과 평행인 회전 중심선의 둘레로 수평인 초기 상태로부터 경사각 (Δθy) 만큼 경사시키면, Y 방향으로 색 어긋남에 의한 차분량 (δy(i-h)) 이 발생한다. 이와 같이, i 선 스펙트럼 성분 (파장 365 ㎚) 과 h 선 스펙트럼 성분 (파장 405 ㎚) 의 양방을 포함하는 조명광에 의해 조도 업을 도모한 경우, 투영 광학계 (PLn) (n ＝ 1 ∼ 6) 의 각각에서 기판 (P) 상에 투영되는 패턴 이미지 사이의 연결 정밀도를 양호하게 유지하기 위해 필요한 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 에 의한 이미지 시프트 범위가, 색 어긋남에 의한 차분량 (δx(i-h), δy(i-h)) 의 정도에 따라서는 제한되는 경우가 있다.
이에 대하여, 상기의 각 실시형태나 변형예와 같이, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 를 사용함으로써, 도 7 과 같이 초고압 수은 방전 램프로부터의 i 선 스펙트럼 성분의 밑자락부를, 인근의 장파장측의 휘선 성분 (h 선) 이나 단파장측의 휘선 성분을 포함하지 않는 범위에서 넓게 추출할 수 있고, i 선-협대 간섭 필터 (SWa) 를 사용했을 때의 조도에 대하여, 수 ％ ∼ 십수 ％ 정도의 조도 업을 도모하면서, 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 의 석영판 (SCx, SCy) 의 경사에 의해 생기는 색 어긋남 오차 [차분량 (δx(i-h), δy(i-h)) 에 상당하는 오차] 를 작게 억제할 수 있다.
또, 상기의 도 32, 도 33 에서 설명한 홀 패턴 (CHC) 의 투영 이미지 (Imc) 가 타원형으로 변형될 때의 편평률 (타원도) (Δf), 혹은 장축/단축의 XY 면 내에서의 방향성은, 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 의 석영판 (SCx, SCy) 의 경사각의 정도에 따라서도 바뀐다. 그래서, 도 2 에 나타낸 투영 광학계 (PLn) 와 같이, 경사 가능한 평행 평판 유리 (석영판 (SCx, SCy)) 를 사용한 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 가 형성되어 있는 경우, 이미지 시프트 광학 부재 (SC1) 에 의한 공칭의 이미지 시프트 최대량에 대응한 평행 평판 유리 (석영판 (SCx, SCy)) 의 최대의 경사각 (Δθx, Δθy) 에 있어서, 해상 가능한 최소 선폭치 (해상력 (R)) 에 가까운 홀 패턴 (CHC) 의 투영 이미지 (Imc) 의 편평률 (타원도) (Δf) 이, 이론상 또는 실노광상으로 80 ％ 이상 (바람직하게는 90 ％ 이상) 이 되도록, i 선-광대 간섭 필터 (SWb) 의 파장 선택폭을 설정해도 된다.
이상으로부터, 도 31 ∼ 도 36 에서 설명한 실시형태에서는, 마스크 패턴 (투과형 또는 반사형) 을 소정의 파장 분포의 조명광 (예를 들어, 초고압 수은 방전 램프로부터의 광) 으로 조명하고, 마스크 패턴으로부터 발생하는 결상 광속을 입사하여 기판 상에 투사하는 투영 광학계에 의해, 마스크 패턴의 이미지를 기판 상에 투영 노광하는 투영 노광 방법에 있어서, 조명광의 파장 분포 중 특정한 중심 파장을 λ (예를 들어 i 선의 중심 파장), 투영 광학계의 기판측의 개구수를 NAp, 프로세스 정수를 k (0 ＜ k ≤ 1) 로 하여, k·(λ/NAp) 로 정의되는 해상력 (R) 으로 결정되는 해상 가능한 최소 선폭 치수에 가까운 크기의 정방형 또는 사각형의 홀 패턴의 투영 이미지를 기판에 투영했을 때, 타원상으로 변형되는 홀 패턴의 투영 이미지의 장축 길이 (CHx) 에 대한 단축 길이 (CHy) 의 비 (CHy/CHx) 가 80 ％ (0.8) 이상, 바람직하게는 90 ％ (0.9) 이상이 되도록, 중심 파장 (λ) 을 포함하는 조명광의 파장 분포의 폭 (예를 들어, 간섭 필터에서 선택되는 파장폭) 을 설정함으로써, 마스크 패턴에 조사되는 조명광의 조도를 높이면서, 고해상의 패턴 노광이 가능해진다. 또한, 홀 패턴의 치수는, 기판측에 투영되는 이미지의 치수로 환산하여, 해상력 (R) 으로 결정되는 치수보다 크며, 또한 해상력 (R) 의 2 배의 치수보다는 작은 치수로 설정된다.
다른 관점에서 바꾸어 말하면, 복수의 휘선을 포함하여 발광하는 광원 (수은 방전 램프 등) 으로부터의 광을, 마스크 패턴의 투영 노광에 적절한 파장폭을 갖는 조명광에 필터링하는 간섭 필터로서, 조명광의 파장 분포 중 특정한 휘선의 중심 파장을 λ (예를 들어 i 선의 중심 파장), 투영 광학계의 기판측의 개구수를 NAp, 프로세스 정수를 k (0 ＜ k ≤ 1) 로 하여, k·(λ/NAp) 로 정의되는 해상력 (R) 으로 결정되는 해상 가능한 최소 선폭 치수에 가까운 크기의 정방형 또는 사각형의 홀 패턴의 투영 이미지를 기판에 투영했을 때, 타원상으로 변형되는 홀 패턴의 투영 이미지의 장축 길이 (CHx) 에 대한 단축 길이 (CHy) 의 비 (CHy/CHx) 가 80 ％ (0.8) 이상, 바람직하게는 90 ％ (0.9) 이상이 되도록, 필터링의 파장폭을 설정한 간섭 필터가 노광 장치의 조명계에 장착된다.
Claims (15)
- 마스크의 패턴을 광 감응성의 기판에 투영 노광하는 노광 장치로서,
마스크를 조명하기 위해 복수의 휘선 파장을 포함하는 광을 발생하는 광원과,
상기 광원으로부터의 광을 입사하여, 상기 복수의 휘선 파장 중 적어도 1 개의 특정한 휘선 파장을 포함하여 소정의 파장폭으로 제한된 조명 광속 (光束) 을 추출하는 파장 선택부와, 상기 조명 광속의 확산각을 조정하는 개구수 가변부를 갖는 제 1 조명 광학계와,
상기 확산각이 조정된 상기 조명 광속을 입사하여, 상기 확산각에 대응한 개구수를 수반하여 상기 마스크 상에 균일한 조도로 상기 조명 광속을 조사하기 위한 옵티컬·인터그레이터를 포함하는 제 2 조명 광학계를 구비하고,
상기 파장 선택부에는, 상기 특정한 휘선 파장의 인근에 나타나는 장파장측의 휘선과 단파장측의 휘선을 제외하면서, 상기 특정한 휘선 파장의 스펙트럼 성분과 상기 특정한 휘선 파장의 밑자락에 분포하는 저휘도의 스펙트럼 성분을 추출하는 제 1 파장 선택 소자가 장착되는, 노광 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 저휘도의 스펙트럼 성분이 분포하는 상기 밑자락은, 상기 특정한 휘선 파장의 스펙트럼 성분의 피크 강도에 대한 상기 저휘도의 스펙트럼 성분의 상대 강도가 평균하여 수 ％ 이상, 바람직하게는 10 ％ 이상이 되는 범위로 설정되는, 노광 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 파장 선택부에는, 상기 특정한 휘선 파장의 밑자락에 분포하는 상기 저휘도의 스펙트럼 성분을 제외한 상기 특정한 휘선 파장의 피크상의 스펙트럼 성분을 추출하는 제 2 파장 선택 소자를, 상기 제 1 파장 선택 소자와 교환 가능하게 장착하는 기구가 설치되는, 노광 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 파장 선택부에는, 상기 특정한 휘선 파장의 인근에 나타나는 적어도 1 개의 휘선 파장의 피크상의 스펙트럼 성분과, 상기 특정한 휘선 파장의 피크상의 스펙트럼 성분의 양방을 포함하도록 추출하는 제 3 파장 선택 소자가 교환 가능하게 장착되는, 노광 장치. - 마스크의 패턴을 광 감응성의 기판에 투영 노광하는 노광 방법으로서,
복수의 휘선 파장을 포함하는 광을 발생하는 광원으로부터의 광 중, 적어도 1 개의 특정한 휘선 파장의 피크상의 스펙트럼 성분과 함께, 상기 특정한 휘선 파장의 인근에 나타나는 장파장측의 휘선과 단파장측의 휘선은 포함하지 않고 상기 특정한 휘선 파장의 밑자락에 분포하는 저휘도의 스펙트럼 성분도 추출하도록 파장 선택하는 것과,
상기 파장 선택된 스펙트럼 성분의 조명 광속을 상기 마스크 상에 균일한 조도로 조사하고, 상기 저휘도의 스펙트럼 성분을 포함하는 파장폭에 있어서 색 수차가 생기지 않는 미러 프로젝션 방식, 또는 상기 저휘도의 스펙트럼 성분의 파장폭에 있어서 색 수차가 보정된 반사 굴절 방식의 투영 광학계를 개재하여 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 투영 노광하는 것을 포함하는, 노광 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 저휘도의 스펙트럼 성분이 분포하는 상기 밑자락은, 상기 특정한 휘선 파장의 스펙트럼 성분의 피크 강도에 대한 상기 저휘도의 스펙트럼 성분의 상대 강도가 평균하여 수 ％ 이상, 바람직하게는 10 ％ 이상이 되는 범위로 설정되는, 노광 방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 광원은 초고압 수은 방전 램프이고, 상기 특정한 휘선 파장을 i 선, h 선, g 선 중의 어느 1 개로 한, 노광 방법. - 광원 장치로부터 발생하는 휘선 파장을 포함하는 광 중에서 파장 선택부에 의해 선택되는 특정한 휘선 파장을 포함하는 스펙트럼 분포의 광을, 조명 광학계에 의해 전자 디바이스용의 패턴을 담지하는 마스크에 조사하고, 상기 마스크로부터 발생하는 노광용의 광속을 입사하는 투영 광학계에 의해 상기 패턴의 이미지를 광 감응성의 기판에 투영 노광하는 노광 방법으로서,
상기 파장 선택부에 의해, 상기 광원 장치로부터 발생하는 광으로부터 파장 대역이 상이한 제 1 스펙트럼 분포의 광과 제 2 스펙트럼 분포의 광을 추출하는 것과,
상기 마스크를 상기 조명 광학계에 의해 쾰러 조명하기 위해, 상기 조명 광학계 내의 동면 (瞳面) 에, 상기 제 1 스펙트럼 분포의 광에 의해 2 차원적인 범위로 분포하는 제 1 광원 이미지와, 상기 제 2 스펙트럼 분포의 광에 의해 2 차원적인 범위로 분포하는 제 2 광원 이미지를 중첩하여 형성하는 것을 포함하는, 노광 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 동면에 형성되는 상기 제 1 광원 이미지의 2 차원적인 범위를 상기 동면의 중심으로부터 제 1 반경의 원형 영역 내로 설정함과 함께, 상기 동면에 형성되는 상기 제 2 광원 이미지의 2 차원적인 범위를 상기 동면의 중심으로부터 제 2 반경의 원형 영역 내로 설정하는, 노광 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 광원 이미지가 형성되는 상기 원형 영역의 상기 제 1 반경과 상기 제 2 광원 이미지가 형성되는 상기 원형 영역의 상기 제 2 반경을 동일한 값, 또는 상이한 값으로 조정 가능하게 한, 노광 방법. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원 장치는, 상기 파장 선택부에서 추출되는 상기 제 1 스펙트럼 분포의 광을 발생하는 제 1 수은 방전 램프와, 상기 파장 선택부에서 추출되는 상기 제 2 스펙트럼 분포의 광을 발생하는 제 2 수은 방전 램프를 포함하는, 노광 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 수은 방전 램프와 상기 제 2 수은 방전 램프의 각각은, 방전관 내의 수은 증기압을 106 Pa (파스칼) 이상으로 한 초고압 수은 방전 램프로 하는, 노광 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 파장 선택부에는, 상기 초고압 수은 방전 램프로부터 발생하는 광에 포함되는 복수의 휘선 파장 중, i 선의 스펙트럼 성분과 함께, i 선의 스펙트럼 성분의 피크 강도에 대하여 상대적으로 수 ％ 이상, 바람직하게는 10 ％ 이상의 강도를 가지는 밑자락부의 스펙트럼 분포를 포함하도록 추출하는 i 선-광대 (廣帶) 간섭 필터가 형성되고,
상기 제 1 스펙트럼 분포의 광과 상기 제 2 스펙트럼 분포의 광 중 어느 일방은, 상기 i 선-광대 간섭 필터에 의해 추출되는, 노광 방법. - 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원 장치는, 상기 파장 선택부에서 추출되는 상기 제 1 스펙트럼 분포의 광을 얻기 위한 수은 방전 램프와, 상기 파장 선택부에서 추출되는 상기 제 2 스펙트럼 분포의 광을 얻기 위한 고조파 레이저 광원을 포함하는, 노광 방법. - 마스크 패턴을 소정의 파장 분포의 조명광으로 조명하고, 상기 마스크 패턴으로부터 발생하는 결상 광속을 입사하여 기판 상에 투사하는 투영 광학계에 의해, 상기 마스크 패턴의 이미지를 상기 기판 상에 투영 노광하는 노광 방법으로서,
상기 조명광의 파장 분포 중 특정한 중심 파장을 λ, 상기 투영 광학계의 상기 기판측의 개구수를 NAp, 프로세스 정수를 k (0 ＜ k ≤ 1) 로 하여, k·(λ/NAp) 로 정의되는 해상력 (R) 으로 결정되는 해상 가능한 최소 선폭 치수에 가까운 크기의 정방형, 또는 사각형의 홀 패턴의 투영 이미지를 상기 기판에 투영했을 때, 타원상으로 변형되는 상기 홀 패턴의 투영 이미지의 장축 길이에 대한 단축 길이의 비가 80 ％ 이상, 바람직하게는 90 ％ 이상이 되도록, 상기 중심 파장 (λ) 을 포함하는 상기 조명광의 파장 분포의 폭을 설정하는 것과,
상기 설정된 폭의 파장 분포의 조명광에 의해, 전자 디바이스용의 패턴이 형성된 마스크를 조명하고, 상기 기판 상에 상기 전자 디바이스용의 패턴을 투영 노광하는 것을 포함하는, 노광 방법.
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