KR20240012549A - 패턴 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 및 노광 장치 - Google Patents

패턴 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 및 노광 장치 Download PDF

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야스시 미즈노
도시하루 나카시마
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Abstract

묘화 데이터에 기초하여 선택적으로 구동되는 복수의 마이크로 미러를 갖는 공간 광변조 소자 (10) 와, 소정의 입사각으로 공간 광변조 소자에 조명광을 조사하는 조명 유닛 (ILU) 과, 공간 광변조 소자의 선택된 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광을 입사하여 기판에 투영하는 투영 유닛 (PLU) 을 구비하고, 묘화 데이터에 대응된 패턴을 기판에 투영 노광하는 패턴 노광 장치 (EX) 로서, 조명 유닛은, 조명광의 근원이 되는 소정 형상의 면광원으로부터의 광을 집광하여 공간 광변조 소자에 경사 조사함과 함께, 투영 유닛의 광축에 대하여 입사각으로 기울어진 광축을 따라 배치되고, 면광원을 투영 유닛의 동공와 광학적으로 공액으로 하기 위한 집광 광학 부재와, 공간 광변조 소자의 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광에 의해 투영 유닛의 동공에 형성되는 면광원의 이미지의 윤곽이 입사각에 따라 타원상으로 일그러지는 것을 보정하도록, 면광원의 윤곽의 형상을 변형시키는 보정 광학 부재를 구비한다.

Description

패턴 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 및 노광 장치
본 발명은, 전자 디바이스용의 패턴을 노광하는 패턴 노광 장치, 그와 같은 패턴 노광 장치를 사용하는 전자 디바이스의 디바이스 제조 방법 및 노광 장치에 관한 것이다.
본원은, 2021년 7월 5일에 출원된 일본 특허출원 2021-111450호에 의거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래, 액정이나 유기 EL 에 의한 표시 패널, 반도체 소자 (집적 회로 등) 등의 전자 디바이스 (마이크로 디바이스) 를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스테퍼), 혹은 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝·스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 등이 사용되고 있다. 이런 종류의 노광 장치는, 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 프린트 배선 기판, 수지 필름 등의 피노광 기판 (이하, 간단히 기판이라고도 부른다) 의 표면에 도포된 감광층에 전자 디바이스용의 마스크 패턴을 투영 노광하고 있다.
그 마스크 패턴을 고정적으로 형성하는 마스크 기판의 제작에는 시간과 경비를 필요로 하기 때문에, 마스크 기판 대신에, 미소 변위되는 복수의 마이크로 미러를 규칙적으로 배열한 디지털·미러·디바이스 (DMD) 등의 공간 광변조 소자 (가변 마스크 패턴 생성기) 를 사용한 노광 장치가 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1 에 개시된 노광 장치에서는, 파장 405 ㎚ 또는 365 ㎚ 의 반도체 레이저에 의한 광원 (3) 으로부터의 광을, 조사 광학계 (6) 를 통해서 공간 광변조기 (4) 로서의 디지털·미러·디바이스 (DMD) 에, 입사각 22 ∼ 26°로 경사 조사하고, 공간 광변조기 (4) (DMD) 의 복수의 화소 미러 중 온 상태의 화소 미러로부터의 반사광을, 투영 광학계 (5) 를 통해서 대상물 (W) 의 노광 에어리어에 투영 노광하고 있다.
특허문헌 1 의 경우, DMD 의 화소 미러 (마이크로 미러) 의 경사 각도는, 조명광의 입사각 22 ∼ 26°의 1/2 각도로 설정된다. 복수의 화소 미러 (마이크로 미러) 는 매트릭스상으로 일정 피치로 배치되어 있기 때문에, 광학적인 회절 격자 (브레이즈드 회절 격자) 로서의 작용도 구비한다. 특히 전자 디바이스용의 미세한 패턴을 투영 노광하는 경우, DMD 에 대한 조명광을 경사 조명하는 경우, DMD 의 회절 격자로서의 작용 (회절광의 발생 방향이나 강도 분포의 상태) 에 의해 패턴의 결상 상태를 열화시키는 경우가 있다.
국제 공개 제2018/088550호
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 묘화 데이터에 기초하여 선택적으로 구동되는 복수의 마이크로 미러를 갖는 공간 광변조 소자와, 소정의 입사각으로 상기 공간 광변조 소자에 조명광을 조사하는 조명 유닛과, 상기 공간 광변조 소자의 선택된 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광을 입사하여 기판에 투영하는 투영 유닛을 구비하고, 상기 묘화 데이터에 대응된 패턴을 상기 기판에 투영 노광하는 패턴 노광 장치로서, 상기 조명 유닛은, 상기 조명광의 근원이 되는 소정 형상의 면광원으로부터의 광을 집광하여 상기 공간 광변조 소자에 경사 조사함과 함께, 상기 투영 유닛의 광축에 대하여 상기 입사각으로 기울어진 광축을 따라 배치되고, 상기 면광원을 상기 투영 유닛의 동공 (瞳) 과 광학적으로 공액으로 하기 위한 집광 광학 부재와, 상기 공간 광변조 소자의 상기 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광에 의해 상기 투영 유닛의 동공에 형성되는 상기 면광원의 이미지의 윤곽이 상기 입사각에 따라 타원상으로 일그러지는 것을 보정하도록, 상기 면광원의 윤곽의 형상을 변형시키는 보정 광학 부재를 구비하는 패턴 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 전자 디바이스용의 패턴의 묘화 데이터에 기초하여 선택적으로 구동되는 복수의 마이크로 미러를 갖는 공간 광변조 소자를, 조명 유닛으로부터의 조명광으로 조명하고, 상기 공간 광변조 소자의 선택된 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광을, 투영 유닛을 통해서 기판에 투영 노광함으로써, 상기 기판 상에 상기 전자 디바이스의 패턴을 형성하는 디바이스 제조 방법으로서, 상기 조명 유닛 내에서 생성되는 소정 형상의 면광원으로부터의 광을 상기 조명광으로서 집광하여, 상기 공간 광변조 소자에 소정의 입사각으로 경사 조사하는 단계와, 상기 공간 광변조 소자의 상기 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광에 의해 상기 투영 유닛의 동공에 형성되는 상기 면광원의 이미지의 윤곽이 상기 입사각에 따라 타원상으로 일그러지는 것을 보정하도록, 상기 면광원의 윤곽의 형상을 변형시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 복수의 마이크로 미러를 갖는 공간 광변조 소자와, 상기 공간 광변조 소자에 조명광을 조사하는 조명 유닛과, 상기 공간 광변조 소자의 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광을 투영하는 투영 유닛을 구비하고, 상기 조명 유닛은, 실린드리컬 렌즈와, 상기 실린드리컬 렌즈를 통과한 광을 집광하여 상기 공간 광변조 소자를 조사하는 집광 광학 부재를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
도 1 은, 본 실시 형태에 따른 패턴 노광 장치 (EX) 의 외관 구성의 개요를 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 복수의 노광 모듈군 (MU) 의 각각의 투영 유닛 (PLU) 에 의해 기판 (P) 상에 투사되는 DMD (10) 의 투영 영역 (IAn) 의 배치예를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 도 2 중의 특정한 4 개의 투영 영역 (IA8, IA9, IA10, IA27) 의 각각에 의한 조인트 노광의 상태를 설명하는 도면이다.
도 4 는, X 방향 (주사 노광 방향) 으로 나열되는 2 개의 노광 모듈 (MU18, MU19) 의 구체적인 구성을 XZ 면내에서 본 광학 배치도이다.
도 5 는, DMD (10) 와 조명 유닛 (ILU) 이 XY 면내에서 각도 θk 만큼 기울어진 상태를 모식적으로 표시한 도면이다.
도 6 은, 투영 유닛 (PLU) 에 의한 DMD (10) 의 마이크로 미러의 결상 상태를 상세하게 설명하는 도면이다.
도 7 은, 옵티컬 인터그레이터 (108) 로서의 MFE 렌즈 (108A) 를 출사면측에서 본 모식적인 도면이다.
도 8 은, 도 7 의 MFE 렌즈 (108A) 의 렌즈 소자 (EL) 의 출사면측에 형성되는 점광원 (SPF) 과 광 파이버 번들 (FBn) 의 출사단의 배치 관계의 일례를 모식적으로 표시한 도면이다.
도 9 는, 도 6 에 나타낸 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지의 모습을 모식적으로 표시한 도면이다.
도 10 은, 도 6 의 광로도를 간략화하여 표시한 광로도이다.
도 11 은, DMD (10) 로부터의 결상 광속 (Sa) 의 0 차 광 상당 성분에 의해 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지 (Ips) 의 모습을 모식적으로 표시한 도면이다.
도 12 는, 도 7 과 동일하게 옵티컬 인터그레이터 (108) 의 MFE 렌즈 (108A) 를 출사면측에서 본 타원상의 광원면의 모식적인 도면이다.
도 13 은, 도 6 에 나타낸 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에서부터 기판 (P) 까지의 광로의 결상 광속 (Sa) 의 거동을 모식적으로 표시한 도면이다.
도 14 는, DMD (10) 의 구동 회로에 대한 전원 공급이 오프인 경우에 있어서의 DMD (10) 의 일부분의 마이크로 미러 (Ms) 의 상태를 확대한 사시도이다.
도 15 는, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 가 온 상태와 오프 상태로 된 경우의 DMD (10) 의 미러면 중 일부를 확대한 사시도이다.
도 16 은, X'Y' 면내에서 본 DMD (10) 의 미러면의 일부를 나타내고, Y' 방향으로 나열되는 일렬의 마이크로 미러 (Ms) 만이 온 상태가 되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 17 은, 도 16 의 DMD (10) 의 미러면의 a-a' 화살표시부를 X'Z 면내에서 본 도면이다.
도 18 은, 도 16 과 같이 고립된 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 투영 유닛 (PLU) 에 의한 결상 상태를 X'Z 면내에서 모식적으로 표시한 도면이다.
도 19 는, 고립된 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 정규 반사광 (Sa) 에 의한 동공 (Ep) 에 있어서의 회절 이미지의 점상 (點像) 강도 분포 (Iea) 를 모식적으로 표시한 그래프이다.
도 20 은, X'Y' 면내에서 본 DMD (10) 의 미러면의 일부를 나타내는 도면이고, X' 방향으로 인접하는 복수의 마이크로 미러 (Ms) 가 동시에 온 상태가 되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 21 은, 도 20 의 DMD (10) 의 미러면의 a-a' 화살표시부를 X'Z 면내에서 본 도면이다.
도 22 는, 도 20, 도 21 의 상태의 DMD (10) 로부터 발생하는 회절광 (Idj) 의 각도 θj 의 분포의 일례를 표시하는 그래프이다.
도 23 은, 도 22 와 같은 회절광의 발생 상태 시의 동공 (Ep) 에서의 결상 광속의 강도 분포를 모식적으로 표시한 도면이다.
도 24 는, 라인 ＆ 스페이스상의 패턴의 투영 시에 있어서의 DMD (10) 의 미러면의 일부의 상태를 X'Y' 면내에서 본 도면이다.
도 25 는, 도 24 의 DMD (10) 의 미러면의 a-a' 화살표시부를 X'Z 면내에서 본 도면이다. 본 실시 형태의 분배부의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 26 은, 도 24, 도 25 의 상태의 DMD (10) 로부터 발생하는 회절광 (Idj) 의 각도 θj 의 분포의 일례를 표시하는 그래프이다.
도 27 은, 도 26 과 같은 회절광의 발생 상태 시의 동공 (Ep) 에서의 결상 광속의 강도 분포를 모식적으로 표시한 도면이다.
도 28 은, 이미지면 상에서 선폭이 1 ㎛ 인 라인 ＆ 스페이스 패턴의 공간 이미지의 콘트라스트를 시뮬레이션한 결과를 표시하는 그래프이다.
도 29 는, 식 (2) 에 기초하여 파장 λ 와 텔레센트릭 오차 Δθt 의 관계를 구한 그래프이다.
도 30 은, 도 4 또는 도 6 에 나타낸 조명 유닛 (ILU) 중 광 파이버 번들 (FBn) 에서부터 MFE (108A) 에 이르는 광로의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 31 은 도 4 또는 도 6 에 나타낸 조명 유닛 (ILU) 중 MFE (108A) 에서부터 DMD (10) 에 이르는 광로의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 32 는 MFE (108A) 에 입사되는 조명광 (ILm) 을 X'Z 면내에서 기울인 경우에, MFE (108A) 의 출사면측에 형성되는 점광원 (SPF) 의 상태를 과장해서 나타내는 도면이다.
도 33 은 회절 광학 소자 (DOE) 를 사용하여, MFE (108A) 의 사출면측에 형성되는 면광원을 타원상으로 하는 조명 유닛 (ILU) 의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 34 는 MFE (108A) 의 사출면측에 타원상의 면광원을 형성하기 위한 제 2 변형예에 의한 광학 배치를 나타내는 도면이다.
도 35 는 MFE (108A) 의 출사면측에 형성되는 복수의 점광원 (SPF) 의 집합체 (면광원) 를 ＋Z 방향으로 본 도면이다.
도 36 은 도 35 의 타원상 윤대 (輪帶) 개구를 변형하여 4 중극 조명을 실시하는 경우의 면광원의 4 개의 부채꼴 영역의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 37 은 DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열 피치에서 발생하는 회절광의 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 면에서의 분포를 모식적으로 표시하는 도면이다.
도 38 은 도 37 에서 설명한 파장 λ 와 동공 (Ep) 의 최대 개구수를 변경했을 때에, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 면에 나타나는 회절광을 모식적으로 표시하는 도면이다.
본 발명의 양태에 관련된 패턴 노광 장치 (패턴 형성 장치) 에 대해서, 바람직한 실시 형태를 열거하며, 첨부된 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다. 또, 본 발명의 양태는, 이들 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경 또는 개량을 부가한 것도 포함된다. 즉, 이하에 기재된 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함되고, 이하에 기재된 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다. 또, 도면 및 이하의 상세한 설명의 전체에 걸쳐서 동일 또는 유사한 기능을 달성하는 부재나 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용된다.
〔패턴 노광 장치의 전체 구성〕
도 1 은, 본 실시 형태의 패턴 노광 장치 (이하, 간단히 노광 장치라고도 부른다) (EX) 의 외관 구성의 개요를 나타내는 사시도이다. 노광 장치 (EX) 는, 공간 광변조 소자 (디지털·미러·디바이스 : DMD) 에 의해 공간 내에서의 강도 분포가 동적으로 변조되는 노광광을 피노광 기판에 결상 투영하는 장치이다. 특정한 실시 형태에 있어서, 노광 장치 (EX) 는, 표시 장치 (플랫 패널 디스플레이) 등에 사용되는 직사각형 (각형) 의 유리 기판을 노광 대상물로 하는 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치 (스캐너) 이다. 그 유리 기판은, 적어도 한 변의 길이, 또는 대각 길이가 500 ㎜ 이상이고, 두께가 1 ㎜ 이하인 플랫 패널 디스플레이용의 기판 (P) 으로 한다. 노광 장치 (EX) 는, 기판 (P) 의 표면에 일정한 두께로 형성된 감광층 (포토레지스트) 에 DMD 에서 제작되는 패턴의 투영 이미지를 노광한다. 노광 후에 노광 장치 (EX) 로부터 반출되는 기판 (P) 은, 현상 공정 후에 소정의 프로세스 공정 (성막 공정, 에칭 공정, 도금 공정 등) 에 보내진다.
노광 장치 (EX) 는, 액티브 방진 유닛 (1a, 1b, 1c, 1d (1d 는 도시 생략)) 상에 재치 (載置) 된 페데스탈 (2) 과, 페데스탈 (2) 상에 재치된 정반 (3) 과, 정반 (3) 상에서 2 차원으로 이동 가능한 XY 스테이지 (4A) 와, XY 스테이지 (4A) 상에서 기판 (P) 을 평면 상에 흡착 유지하는 기판 홀더 (4B) 와, 기판 홀더 (4B) (기판 (P)) 의 2 차원의 이동 위치를 계측하는 레이저 측장 간섭계 (이하, 간단히 간섭계라고도 부른다) (IFX, IFY1 ∼ IFY4) 로 구성되는 스테이지 장치를 구비한다. 이와 같은 스테이지 장치는, 예를 들어 미국 특허 공개 제2010/0018950호, 미국 특허 공개 제2012/0057140호에 개시되어 있다.
도 1 에 있어서, 직교 좌표계 XYZ 의 XY 면은 스테이지 장치의 정반 (3) 의 평탄한 표면과 평행하게 설정되고, XY 스테이지 (4A) 는 XY 면내에서 병진 이동 가능하게 설정된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 좌표계 XYZ 의 X 축과 평행한 방향이 스캔 노광 시의 기판 (P) (XY 스테이지 (4A)) 의 주사 이동 방향으로 설정된다. 기판 (P) 의 X 축 방향의 이동 위치는 간섭계 (IFX) 에 의해 순차적으로 계측되고, Y 축 방향의 이동 위치는, 4 개의 간섭계 (IFY1 ∼ IFY4) 중의 적어도 1 개 (바람직하게는 2 개) 이상에 의해 순차적으로 계측된다. 기판 홀더 (4B) 는, XY 스테이지 (4A) 에 대하여 XY 면과 수직인 Z 축의 방향으로 미소 이동 가능, 또한 XY 면에 대하여 임의의 방향으로 미소 경사 가능하게 구성되고, 기판 (P) 의 표면과 투영된 패턴의 결상면의 포커스 조정과 레벨링 (평행도) 조정이 액티브하게 행해진다. 또한 기판 홀더 (4B) 는, XY 면내에서의 기판 (P) 의 기울기를 액티브하게 조정하기 위해서, Z 축과 평행한 축선의 둘레로 미소 회전 (θz 회전) 가능하게 구성되어 있다.
노광 장치 (EX) 는, 추가로 복수의 노광 (묘화) 모듈군 (MU(A), MU(B), MU(C)) 을 유지하는 광학 정반 (5) 과, 광학 정반 (5) 을 페데스탈 (2) 로부터 지지하는 메인 칼럼 (6a, 6b, 6c, 6d (6d 는 도시 생략)) 을 구비한다. 복수의 노광 모듈군 (MU(A), MU(B), MU(C)) 의 각각은, 광학 정반 (5) 의 ＋Z 방향측에 장착되어, 광 파이버 유닛 (FBU) 으로부터의 조명광을 입사하는 조명 유닛 (ILU) 과, 광학 정반 (5) 의 －Z 방향측에 장착되어 Z 축과 평행한 광축을 갖는 투영 유닛 (PLU) 을 갖는다. 또한 노광 모듈군 (MU(A), MU(B), MU(C)) 의 각각은, 조명 유닛 (ILU) 으로부터의 조명광을 －Z 방향을 향하여 반사시키고, 투영 유닛 (PLU) 에 입사시키는 광변조부로서의 디지털·미러·디바이스 (DMD) (10) 를 구비한다. 조명 유닛 (ILU), DMD (10), 투영 유닛 (PLU) 에 의한 노광 모듈군의 상세한 구성은 후술한다.
노광 장치 (EX) 의 광학 정반 (5) 의 －Z 방향측에는, 기판 (P) 상의 소정의 복수 위치에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하는 복수의 얼라인먼트계 (현미경) ALG 가 장착되어 있다. 그 얼라인먼트계 ALG 의 각각의 검출 시야의 XY 면내에서의 상대적인 위치 관계의 확인 (교정), 노광 모듈군 (MU(A), MU(B), MU(C)) 의 각각의 투영 유닛 (PLU) 으로부터 투사되는 패턴 이미지의 각 투영 위치와 얼라인먼트계 ALG 의 각각의 검출 시야의 위치의 베이스 라인 오차의 확인 (교정), 혹은 투영 유닛 (PLU) 으로부터 투사되는 패턴 이미지의 위치나 이미지질을 확인하기 위해서, 기판 홀더 (4B) 상의 －X 방향의 단부에는 교정용 기준부 (CU) 가 형성되어 있다. 또, 도 1 에서는 일부를 도시 생략으로 했는데, 노광 모듈군 (MU(A), MU(B), MU(C)) 의 각각은, 본 실시 형태에서는, 일례로서 9 개의 모듈이 Y 방향으로 일정 간격으로 나열되지만, 그 모듈수는 9 개 보다 적어도 되고, 많아도 된다.
도 2 는, 노광 모듈군 (MU(A), MU(B), MU(C)) 의 각각의 투영 유닛 (PLU) 에 의해 기판 (P) 상에 투사되는 디지털·미러·디바이스 (DMD) (10) 의 투영 영역 (IAn) 의 배치예를 나타내는 도면으로, 직교 좌표계 XYZ 는 도 1 과 동일하게 설정된다. 본 실시 형태에서는, X 방향으로 이간되어 배치되는 1 열째의 노광 모듈군 (MU(A)), 2 열째의 노광 모듈군 (MU(B)), 3 열째의 노광 모듈군 (MU(C)) 의 각각은, Y 방향으로 나열된 9 개의 모듈로 구성된다. 노광 모듈군 (MU(A)) 은, ＋Y 방향으로 배치된 9 개의 모듈 (MU1 ∼ MU9) 로 구성되고, 노광 모듈군 (MU(B)) 은, －Y 방향으로 배치된 9 개의 모듈 (MU10 ∼ MU18) 로 구성되고, 노광 모듈군 (MU(C)) 은, ＋Y 방향으로 배치된 9 개의 모듈 (MU19 ∼ MU27) 로 구성된다. 모듈 (MU1 ∼ MU27) 은 전부 동일한 구성이고, 노광 모듈군 (MU(A)) 과 노광 모듈군 (MU(B)) 을 X 방향에 관해서 서로 마주 보는 관계로 했을 때, 노광 모듈군 (MU(B)) 과 노광 모듈군 (MU(C)) 은 X 방향에 관해서 연속되는 관계로 되어 있다.
도 2 에 있어서, 모듈 (MU1 ∼ MU27) 의 각각에 의한 투영 영역 (IA1, IA2, IA3, …, IA27) (n 을 1 ∼ 27 로 하고 IAn 으로 표시기는 경우도 있다) 의 형상은, 일례로서 거의 1 : 2 의 종횡비를 가지며 Y 방향으로 연장된 장방형으로 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 기판 (P) 의 ＋X 방향의 주사 이동에 수반되어, 1 열째의 투영 영역 (IA1 ∼ IA9) 각각의 －Y 방향의 단부와, 2 열째의 투영 영역 (IA10 ∼ IA18) 각각의 ＋Y 방향의 단부에서 조인트 노광이 실시된다. 그리고, 1 열째와 2 열째의 투영 영역 (IA1 ∼ IA18) 의 각각에서 노광되지 않은 기판 (P) 상의 영역은, 3 열째의 투영 영역 (IA19 ∼ IA27) 의 각각에 의해 조인트 노광된다. 1 열째의 투영 영역 (IA1 ∼ IA9) 의 각각의 중심점은 Y 축과 평행한 선 k1 상에 위치하고, 2 열째의 투영 영역 (IA10 ∼ IA18) 의 각각의 중심점은 Y 축과 평행한 선 k2 상에 위치하고, 3 열째의 투영 영역 (IA19 ∼ IA27) 의 각각의 중심점은 Y 축과 평행한 선 k3 상에 위치한다. 선 k1 과 선 k2 의 X 방향의 간격은 거리 XL1 로 설정되고, 선 k2 와 선 k3 의 X 방향의 간격은 거리 XL2 로 설정된다.
여기서, 투영 영역 (IA9) 의 －Y 방향의 단부와 투영 영역 (IA10) 의 ＋Y 방향의 단부의 조인트부를 OLa, 투영 영역 (IA10) 의 －Y 방향의 단부와 투영 영역 (IA27) 의 ＋Y 방향의 단부의 조인트부를 OLb, 그리고 투영 영역 (IA8) 의 ＋Y 방향의 단부와 투영 영역 (IA27) 의 －Y 방향의 단부의 조인트부를 OLc 로 했을 때, 그 조인트 노광의 상태를 도 3 에서 설명한다. 도 3 에 있어서, 직교 좌표계 XYZ 는 도 1, 도 2 와 동일하게 설정되고, 투영 영역 (IA8, IA9, IA10, IA27 (및 기타 모든 투영 영역 (IAn)) 내의 좌표계 X'Y' 는, 직교 좌표계 XYZ 의 X 축, Y 축 (선 k1 ∼ k3) 에 대하여, 각도 θk 만큼 기울어지도록 설정된다. 즉, DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러의 2 차원 배열이 좌표계 X'Y' 가 되도록, DMD (10) 의 전체가 XY 면내에서 각도 θk 만큼 기울어져 있다.
도 3 중의 투영 영역 (IA8, IA9, IA10, IA27 (및 기타 모든 투영 영역 (IAn) 도 동일)) 의 각각을 포함하는 원형의 영역은, 투영 유닛 (PLU) 의 원형 이미지 필드 (PLf') 를 표시한다. 조인트부 OLa 에서는, 투영 영역 (IA9) 의 －Y' 방향의 단부의 기울기 (각도 θk) 로 나열되는 마이크로 미러의 투영 이미지와, 투영 영역 (IA10) 의 ＋Y' 방향의 단부의 기울기 (각도 θk) 로 나열되는 마이크로 미러의 투영 이미지가 오버랩되도록 설정된다. 또한, 조인트부 OLb 에서는, 투영 영역 (IA10) 의 －Y' 방향의 단부의 기울기 (각도 θk) 로 나열되는 마이크로 미러의 투영 이미지와, 투영 영역 (IA27) 의 ＋Y' 방향의 단부의 기울기 (각도 θk) 로 나열되는 마이크로 미러의 투영 이미지가 오버랩되도록 설정된다. 마찬가지로, 조인트부 OLc 에서는, 투영 영역 (IA8) 의 ＋Y' 방향의 단부의 기울기 (각도 θk) 로 나열되는 마이크로 미러의 투영 이미지와, 투영 영역 (IA27) 의 －Y' 방향의 단부의 기울기 (각도 θk) 로 나열되는 마이크로 미러의 투영 이미지가 오버랩되도록 설정된다.
〔조명 유닛의 구성〕
도 4 는, 도 1, 도 2 에 나타낸 노광 모듈군 (MU(B)) 중의 모듈 (MU18) 과, 노광 모듈군 (MU(C)) 중의 모듈 (MU19) 의 구체적인 구성을 XZ 면내에서 본 광학 배치도이다. 도 4 의 직교 좌표계 XYZ 는 도 1 ∼ 도 3 의 직교 좌표계 XYZ 와 동일하게 설정된다. 또, 도 2 에 나타낸 각 모듈의 XY 면내에서의 배치로부터 알 수 있는 바와 같이, 모듈 (MU18) 은 모듈 (MU19) 에 대하여 ＋Y 방향으로 일정 간격만큼 어긋남과 함께, 서로 연속되는 관계로 설치되어 있다. 모듈 (MU18) 내의 각 광학 부재와 모듈 (MU19) 내의 각 광학 부재는, 각각 동일한 재료로 동일하게 구성되므로, 여기에서는 주로 모듈 (MU18) 의 광학 구성에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도 1 에 나타낸 광 파이버 유닛 (FBU) 은, 도 2 에 나타낸 27 개의 모듈 (MU1 ∼ MU27) 의 각각에 대응되어, 27 개의 광 파이버 번들 (FB1 ∼ FB27) 로 구성된다.
모듈 (MU18) 의 조명 유닛 (ILU) 은, 광 파이버 번들 (FB18) 의 출사단으로부터 －Z 방향으로 진행되는 조명광 (ILm) 을 반사하는 미러 (100), 미러 (100) 로부터의 조명광 (ILm) 을 －Z 방향으로 반사하는 미러 (102), 콜리미터 렌즈로서 작용하는 인풋 렌즈계 (104), 조도 조정 필터 (106), 마이크로·플라이·아이 (MFE) 렌즈나 필드 렌즈 등을 포함하는 옵티컬 인터그레이터 (108), 콘덴서 렌즈계 (110), 및 콘덴서 렌즈계 (110) 로부터의 조명광 (ILm) 을 DMD (10) 를 향하여 반사하는 경사 미러 (112) 로 구성된다. 미러 (102), 인풋 렌즈계 (104), 옵티컬 인터그레이터 (108), 콘덴서 렌즈계 (110), 그리고 경사 미러 (112) 는, Z 축과 평행한 광축 (AXc) 을 따라 배치된다.
광 파이버 번들 (FB18) 은, 1 개의 광 파이버선, 또는 복수 개의 광 파이버선을 묶어서 구성된다. 광 파이버 번들 (FB18) (광 파이버선의 각각) 의 출사단으로부터 조사되는 조명광 (ILm) 은, 후단의 인풋 렌즈계 (104) 에서 비네팅되지 않고 입사되는 개구수 (NA, 확산각이라고도 부른다) 로 설정되어 있다. 인풋 렌즈계 (104) 의 전측 초점의 위치는, 설계상으로는 광 파이버 번들 (FB18) 의 출사단의 위치와 동일해지도록 설정된다. 또한, 인풋 렌즈계 (104) 의 후측 초점의 위치는, 광 파이버 번들 (FB18) 의 출사단에 형성되는 단일 또는 복수의 점광원으로부터의 조명광 (ILm) 을 옵티컬 인터그레이터 (108) 의 MFE 렌즈 (108A) 의 입사면측에서 중첩시키도록 설정되어 있다. 따라서, MFE 렌즈 (108A) 의 입사면은 광 파이버 번들 (FB18) 의 출사단으로부터의 조명광 (ILm) 에 의해 쾰러 조명된다. 또, 초기 상태에서는, 광 파이버 번들 (FB18) 의 출사단의 XY 면내에서의 기하학적인 중심점이 광축 (AXc) 상에 위치하고, 광 파이버선의 출사단의 점광원으로부터의 조명광 (ILm) 의 주광선 (중심선) 은 광축 (AXc) 과 평행 (또는 동축) 으로 되어 있는 것으로 한다.
인풋 렌즈계 (104) 로부터의 조명광 (ILm) 은, 조도 조정 필터 (106) 에서 0 ％ ∼ 90 ％ 범위의 임의의 값으로 조도가 감쇠된 후, 옵티컬 인터그레이터 (108) (MFE 렌즈 (108A), 필드 렌즈 등) 를 통과하여, 콘덴서 렌즈계 (110) 에 입사된다. MFE 렌즈 (108A) 는, 가로 세로 수 십 ㎛ 의 직사각형의 마이크로 렌즈를 2 차원으로 복수 배열한 것이고, 그 전체적인 형상은 XY 면내에서, DMD (10) 의 미러면 전체의 형상 (종횡비가 약 1 : 2) 과 거의 유사해지도록 설정된다. 또한, 콘덴서 렌즈계 (110) 의 전측 초점의 위치는, MFE 렌즈 (108A) 의 사출면의 위치와 거의 동일해지도록 설정된다. 그래서, MFE 렌즈 (108A) 의 복수의 마이크로 렌즈의 각 사출측에 형성되는 점광원으로부터의 조명광의 각각은, 콘덴서 렌즈계 (110) 에 의해 거의 평행한 광속으로 변환되고, 경사 미러 (112) 에서 반사된 후, DMD (10) 상에서 중첩되어 균일한 조도 분포가 된다.
MFE 렌즈 (108A) 의 사출면에는, 복수의 점광원 (집광점) 이 2 차원적으로 조밀하게 배열된 면광원이 생성되므로, 면광원화 부재로서 기능한다. 이와 같은 MFE 렌즈 (108A) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2004-045885호에 개시되어 있는 바와 같이, 조명광의 입사면측과 사출면측의 각각에 복수 개의 실린드리컬 렌즈를 나열하여 형성한 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈 소자를, 광축 방향으로 2 장 배치한 구성으로 해도 된다.
도 4 에 나타내는 모듈 (MU18) 내에 있어서, 콘덴서 렌즈계 (110) 를 통과하는 Z 축과 평행한 광축 (AXc) 은, 경사 미러 (112) 에서 절곡되어 DMD (10) 에 도달하지만, 경사 미러 (112) 와 DMD (10) 사이의 광축을 광축 (AXb) 으로 한다. 본 실시 형태에 있어서, DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 각각의 중심점을 포함하는 중립면은, XY 면과 평행하게 설정되어 있는 것으로 한다. 따라서, 그 중립면의 법선 (Z 축과 평행) 과 광축 (AXb) 이 이루는 각도가, DMD (10) 에 대한 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 가 된다. DMD (10) 는, 조명 유닛 (ILU) 의 지지 칼럼에 고정 설치된 마운트부 (10M) 의 하측에 장착된다. 마운트부 (10M) 에는, DMD (10) 의 위치나 자세를 미세 조정하기 위해서, 예를 들어, 국제 공개 특허 2006/120927호에 개시되어 있는 패러렐 링크 기구와 신축 가능한 피에조 소자를 조합한 미동 (微動) 스테이지가 형성된다.
DMD (10) 의 마이크로 미러 중 On 상태의 마이크로 미러에 조사된 조명광 (ILm) 은, 투영 유닛 (PLU) 을 향하도록 XZ 면내의 X 방향에 반사된다. 한편, DMD (10) 의 마이크로 미러 중 Off 상태의 마이크로 미러에 조사된 조명광 (ILm) 은, 투영 유닛 (PLU) 을 향하지 않도록 YZ 면내의 Y 방향에 반사된다. 상세하게는 후술하지만, 본 실시 형태에 있어서의 DMD (10) 는, On 상태와 Off 상태를 마이크로 미러의 롤 방향 경사와 피치 방향 경사에서 전환하는 롤 ＆ 피치 구동 방식인 것으로 한다.
DMD (10) 로부터 투영 유닛 (PLU) 사이의 광로 중에는, 비노광 기간 중에 DMD (10) 로부터의 반사광을 차폐하기 위한 가동 셔터 (114) 가 삽탈 가능하게 형성되어 있다. 가동 셔터 (114) 는, 모듈 (MU19) 측에서 도시한 바와 같이, 노광 기간 중에는 광로로부터 퇴피하는 각도 위치로 회동되고, 비노광 기간 중에는 모듈 (MU18) 측에 도시한 바와 같이, 광로 중에 비스듬하게 삽입되는 각도 위치로 회동된다. 가동 셔터 (114) 의 DMD (10) 측에는 반사면이 형성되고, 거기서 반사된 DMD (10) 로부터의 광은 광 흡수체 (115) 에 조사된다. 광 흡수체 (115) 는, 자외 파장역 (400 ㎚ 이하의 파장) 의 광 에너지를 재반사시키지 않고 흡수하여 열 에너지로 변환한다. 그래서, 광 흡수체 (115) 에는 방열 기구 (방열 핀이나 냉각 기구) 도 형성된다. 또, 도 4 에서는 도시 생략되어 있기는 하지만, 노광 기간 중에 Off 상태가 되는 DMD (10) 의 마이크로 미러로부터의 반사광은, DMD (10) 와 투영 유닛 (PLU) 사이의 광로에 대하여 Y 방향 (도 4 의 지면과 직교한 방향) 에 설치된 동일한 광 흡수체 (도 4 에서는 도시 생략) 에 의해 흡수된다.
〔투영 유닛의 구성〕
광학 정반 (5) 의 하측에 장착된 투영 유닛 (PLU) 은, Z 축과 평행한 광축 (AXa) 을 따라 배치되는 제 1 렌즈군 (116) 과 제 2 렌즈군 (118) 으로 구성되는 양측 텔레센트릭한 결상 투영 렌즈계로서 구성된다. 제 1 렌즈군 (116) 과 제 2 렌즈군 (118) 은, 각각 광학 정반 (5) 의 하측에 고정 설치되는 지지 칼럼에 대하여, Z 축 (광축 (AXa)) 을 따른 방향으로 미동 액추에이터로 병진 이동하도록 구성된다. 제 1 렌즈군 (116) 과 제 2 렌즈군 (118) 에 의한 결상 투영 렌즈계의 투영 배율 (Mp) 은, DMD (10) 상의 마이크로 미러의 배열 피치 Pd 와, 기판 (P) 상의 투영 영역 (IAn) (n＝1 ∼ 27) 내에 투영되는 패턴의 최소 선폭 (최소 화소 치수) Pg 의 관계에 의해 결정된다.
일례로서, 필요해지는 최소 선폭 (최소 화소 치수) Pg 가 1 ㎛ 이고, 마이크로 미러의 배열 피치 Pd 가 5.4 ㎛ 인 경우, 앞선 도 3 에서 설명한 투영 영역 (IAn) (DMD (10)) 의 XY 면내에서의 경사각 θk 도 고려하여, 투영 배율 (Mp) 은 약 1/6 로 설정된다. 렌즈군 (116, 118) 에 의한 결상 투영 렌즈계는, DMD (10) 의 미러면 전체의 축소 이미지를 도립/반전시켜 기판 (P) 상의 투영 영역 (IA18) (IAn) 에 결상한다.
투영 유닛 (PLU) 의 제 1 렌즈군 (116) 은, 투영 배율 (Mp) 의 미세 조정 (±수 십 ppm 정도) 하기 위해서 액추에이터에 의해 광축 (AXa) 방향으로 미동 가능하게 되고, 제 2 렌즈군 (118) 은 포커스의 고속 조정을 위해서 액추에이터에 의해 광축 (AXa) 방향으로 미동 가능하게 된다. 또한, 기판 (P) 의 표면의 Z 축 방향의 위치 변화를 서브미크론 이하의 정밀도로 계측하기 위해서, 광학 정반 (5) 의 하측에는, 경사 입사광식의 포커스 센서 (120) 가 복수 형성되어 있다. 복수의 포커스 센서 (120) 는, 기판 (P) 의 전체적인 Z 축 방향의 위치 변화, 투영 영역 (IAn) (n＝1 ∼ 27) 의 각각에 대응된 기판 (P) 상의 부분 영역의 Z 축 방향의 위치 변화, 혹은 기판 (P) 의 부분적인 경사 변화 등을 계측한다.
이상와 같은 조명 유닛 (ILU) 과 투영 유닛 (PLU) 은, 앞선 도 3 에서 설명한 바와 같이, XY 면내에서 투영 영역 (IAn) 이 각도 θk 만큼 기울일 필요가 있으므로, 도 4 중의 DMD (10) 와 조명 유닛 (ILU) (적어도 광축 (AXc) 을 따른 미러 (102) ∼ 미러 (112) 의 광로 부분) 이, 전체적으로 XY 면내에서 각도 θk 만큼 기울어지도록 배치되어 있다.
도 5 는, DMD (10) 와 조명 유닛 (ILU) 이 XY 면내에서 각도 θk 만큼 기울어진 상태를 XY 면내에서 모식적으로 표시한 도면이다. 도 5 에 있어서, 직교 좌표계 XYZ 는 앞선 도 1 ∼ 도 4 의 각각의 좌표계 XYZ 와 동일하고, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열 좌표계 X'Y' 는 도 3 에 나타낸 좌표계 X'Y' 와 동일하다. DMD (10) 를 내포하는 원은, 투영 유닛 (PLU) 의 물체면측의 이미지 필드 (PLf) 이고, 그 중심에 광축 (AXa) 이 위치한다. 한편, 조명 유닛 (ILU) 의 콘덴서 렌즈계 (110) 를 통과한 광축 (AXc) 이 경사 미러 (112) 에 의해 절곡된 광축 (AXb) 은, XY 면내에서 보면, X 축과 평행한 선 (Lu) 으로부터 각도 θk 만큼 기울어지도록 배치된다.
〔DMD 에 의한 결상 광로〕
다음으로, 도 6 을 참조하여, 투영 유닛 (PLU) (결상 투영 렌즈계) 에 의한 DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 결상 상태를 상세하게 설명한다. 도 6 의 직교 좌표계 X'Y'Z 는, 앞선 도 3, 도 5 에 나타낸 좌표계 X'Y'Z 와 동일하고, 도 6 에서는 조명 유닛 (ILU) 의 콘덴서 렌즈계 (110) 에서부터 기판 (P) 까지의 광로를 도시한다. 콘덴서 렌즈계 (110) 로부터의 조명광 (ILm) 은, 광축 (AXc) 을 따라 진행되고, 경사 미러 (112) 에서 전체 반사되어 광축 (AXb) 을 따라 DMD (10) 의 미러면에 도달한다. 여기서, DMD (10) 의 중심에 위치하는 마이크로 미러 (Ms) 를 Msc, 주변에 위치하는 마이크로 미러 (Ms) 를 Msa 로 하고, 그들 마이크로 미러 (Msc, Msa) 가 On 상태인 것으로 한다.
마이크로 미러 (Ms) 의 On 상태일 때의 경사각은, X'Y' 면 (XY 면) 에 대하여, 예를 들어 규격값으로서 17.5°로 하면, 마이크로 미러 (Msc, Msa) 각각으로부터의 반사광 (Sc, Sa) 의 각 주광선을 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 과 평행하게 하기 위해서, DMD (10) 에 조사되는 조명광 (ILm) 의 입사각 (광축 (AXb) 의 광축 (AXa) 으로부터의 각도) θα 는, 35.0°로 설정된다. 따라서, 이 경우, 경사 미러 (112) 의 반사면도 X'Y' 면 (XY 면) 에 대하여 17.5° (＝θα/2) 만큼 경사져서 배치된다. 마이크로 미러 (Msc) 로부터의 반사광 (Sc) 의 주광선 (Lc) 은 광축 (AXa) 과 동축이 되고, 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (Sa) 의 주광선 (La) 은 광축 (AXa) 과 평행이 되고, 반사광 (Sc, Sa) 은 소정의 개구수 (NA) 를 수반하여 투영 유닛 (PLU) 에 입사된다.
반사광 (Sc) 에 의해, 기판 (P) 상에는 투영 유닛 (PLU) 의 투영 배율 (Mp) 로 축소된 마이크로 미러 (Msc) 의 축소 이미지 (ic) 가 광축 (AXa) 의 위치에 텔레센트릭한 상태로 결상된다. 마찬가지로, 반사광 (Sa) 에 의해, 기판 (P) 상에는 투영 유닛 (PLU) 의 투영 배율 (Mp) 로 축소된 마이크로 미러 (Msa) 의 축소 이미지 (ia) 가 축소 이미지 (ic) 로부터 ＋X' 방향으로 떨어진 위치에 텔레센트릭한 상태로 결상된다. 일례로서, 투영 유닛 (PLU) 의 제 1 렌즈계 (116) 는 3 개의 렌즈군 (G1, G2, G3) 으로 구성되고, 제 2 렌즈계 (118) 는, 2 개의 렌즈군 (G4, G5) 으로 구성된다. 제 1 렌즈계 (116) 와 제 2 렌즈계 (118) 의 사이에는 사출 동공 (간단히 동공이라고도 부른다) (Ep) 이 설정된다. 그 동공 (Ep) 의 위치에는, 조명광 (ILm) 의 광원 이미지 (MFE 렌즈 (108A) 의 사출면측에 형성되는 복수의 점광원의 집합) 가 형성되고, 쾰러 조명의 구성으로 되어 있다. 동공 (Ep) 은, 투영 유닛 (PLU) 의 개구라고도 불리고, 그 개구의 크기 (직경) 가 투영 유닛 (PLU) 의 해상력을 규정하는 하나의 요인으로 되어 있다.
DMD (10) 의 On 상태의 마이크로 미러 (Ms) 로부터의 정반사광은, 동공 (Ep) 의 최대 구경 (직경) 에 의해 차단되지 않고 통과하도록 설정되어 있고, 동공 (Ep) 의 최대 구경과 투영 유닛 (PLU) (결상 투영 렌즈계로서의 렌즈군 (G1 ∼ G5)) 의 후측 (이미지측) 초점의 거리에 따라, 해상도 R 을 나타내는 식, R＝k1·(λ/NAi) 에 있어서의 이미지측 (기판 (P) 측) 의 개구수 (NAi) 가 정해진다. 또한, 투영 유닛 (PLU) (렌즈군 (G1 ∼ G5)) 의 물체면 (DMD (10)) 측의 개구수 (NAo) 는, 투영 배율 (Mp) 과 개구수 (NAi) 의 곱으로 표시되고, 투영 배율 (Mp) 이 1/6 인 경우, NAo＝NAi/6 이 된다.
이상의 도 6 및 도 4 에 나타낸 조명 유닛 (ILU) 과 투영 유닛 (PLU) 의 구성에 있어서, 각 모듈군 (MUn) (n＝1 ∼ 27) 에 접속되는 광 파이버 번들 (FBn) (n＝1 ∼ 27) 의 사출단은, 인풋 렌즈계 (104) 에 의해 옵티컬 인터그레이터 (108) 의 MFE 렌즈 (108A) 의 사출단측과 광학적으로 공액인 관계로 설정되고, MFE 렌즈 (108A) 의 입사단측은, 콘덴서 렌즈계 (110) 에 의해 DMD (10) 의 미러면 (중립면) 의 중앙과 광학적으로 공액인 관계로 설정된다. 그에 따라, DMD (10) 의 미러면 전체에 조사되는 조명광 (ILm) 은, 옵티컬 인터그레이터 (108) 의 작용에 의해 균일한 조도 분포 (예를 들어, ±1 ％ 이내의 강도 불균일) 가 된다. 또한, MFE 렌즈 (108A) 의 사출단측과 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 면은, 콘덴서 렌즈계 (110) 와 투영 유닛 (PLU) 의 렌즈군 (G1 ∼ G3) 에 의해 광학적으로 공액인 관계로 설정된다.
도 7 은, 옵티컬 인터그레이터 (108) 의 MFE 렌즈 (108A) 를 출사면측에서 본 모식적인 도면이다. MFE 렌즈 (108A) 는, 단면 형상이 DMD (10) 의 미러면 전체 (화상 형성 영역) 의 형상과 유사하고, X'Y' 면내의 Y' 방향으로 연장된 장방형의 단면을 갖는 복수의 렌즈 소자 (EL) 를, X' 방향과 Y' 방향으로 조밀하게 배열하여 구성된다. MFE 렌즈 (108A) 의 입사면측에는, 도 4 에 나타낸 인풋 렌즈계 (104) 로부터의 조명광 (ILm) 이, 거의 원형의 조사 영역 (Ef) 으로 되어 조사된다. 조사 영역 (Ef) 은, 도 4 중의 광 파이버 번들 (FB18) (FBn) 의 단일 또는 복수의 광 파이버선의 각 출사단과 유사한 형상으로, 설계상은 광축 (AXc) 을 중심으로 하는 원형 영역으로 되어 있다.
MFE 렌즈 (108A) 의 복수의 렌즈 소자 (EL) 중, 조사 영역 (Ef) 내에 위치하는 렌즈 소자 (EL) 의 각각의 출사면측에는, 광 파이버 번들 (FB18) (FBn) 의 출사단으로부터의 조명광 (ILm) 에 의해 제작되는 점광원 (SPF) 이 거의 원형의 영역 내에 조밀하게 분포된다. 또한, 도 7 중의 원형 영역 (APh) 은, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 원형 개구를 갖는 개구 조리개를 형성한 경우의 개구 범위를 표시한다. 실제의 조명광 (ILm) 은 원형 영역 (APh) 내에 점재하는 복수의 점광원 (SPF) 으로 제작되고, 원형 영역 (APh) 의 외측의 점광원 (SPF) 으로부터의 광은 차폐된다.
도 8(A), (B), (C) 는, 도 7 의 MFE 렌즈 (108A) 의 렌즈 소자 (EL) 의 출사면측에 형성되는 점광원 (SPF) 과 광 파이버 번들 (FBn) 의 출사단의 배치 관계의 일례를 모식적으로 표시한 도면이다. 도 8(A), (B), (C) 의 각각에 있어서의 좌표계 X'Y' 는, 도 7 에서 설정한 좌표계 X'Y'와 동일하다. 도 8(A) 는, 광 파이버 번들 (FBn) 을 단일의 광 파이버선으로 한 경우를 표시하고, 도 8(B) 는, 광 파이버 번들 (FBn) 로서 2 개의 광 파이버선을 X' 방향으로 나열한 경우를 표시하고, 도 8(C) 는, 광 파이버 번들 (FBn) 로서 3 개의 광 파이버선을 X' 방향으로 나열한 경우를 표시한다.
광 파이버 번들 (FBn) 의 출사단과 MFE 렌즈 (108A) (렌즈 소자 (EL)) 의 출사면은 광학적으로 공액 관계 (결상 관계) 로 설정되어 있으므로, 광 파이버 번들 (FBn) 이 단일의 광 파이버선일 때에는, 도 8(A) 와 같이 단일의 점광원 (SPF) 이 렌즈 소자 (EL) 의 출사면측의 중심 위치에 형성된다. 광 파이버 번들 (FBn) 로서 2 개의 광 파이버선을 X' 방향으로 묶었을 때에는, 도 8(B) 와 같이 2 개의 점광원 (SPF) 의 기하학적인 중심이 렌즈 소자 (EL) 의 출사면측의 중심 위치가 되도록 형성된다. 마찬가지로, 광 파이버 번들 (FBn) 로서 3 개의 광 파이버선을 X' 방향으로 묶었을 때에는, 도 8(C) 와 같이 3 개의 점광원 (SPF) 의 기하학적인 중심이 렌즈 소자 (EL) 의 출사면측의 중심 위치가 되도록 형성된다.
또, 광 파이버 번들 (FBn) 로부터의 조명광 (ILm) 의 파워가 크고, 면광원화 부재 또는 옵티컬 인터그레이터로서의 MFE 렌즈 (108A) 의 렌즈 소자 (EL) 의 각각의 출사면에 점광원 (SPF) 이 집광하면, 렌즈 소자 (EL) 의 각각에 대미지 (김서림이나 버닝 등) 를 주는 경우가 있다. 그 경우, 점광원 (SPF) 의 집광 위치를, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면 (렌즈 소자 (EL) 의 출사면) 으로부터 약간 외측으로 어긋난 공간 중에 설정해도 된다. 이와 같이 플라이·아이·렌즈를 사용한 조명계로, 점광원 (집광점) 의 위치를 렌즈 소자의 외측으로 어긋나게 하는 구성은, 예를 들어 미국 특허 제4,939,630호에 개시되어 있다.
도 9 는, DMD (10) 의 미러면 전체를 1 장의 평면 미러로서, 그 평면 미러를 도 6 중의 경사 미러 (112) 와 평행해지도록 각도 θα/2 만큼 기울였다고 가정했을 때에, 도 6 의 투영 유닛 (PL) 의 제 2 렌즈계 (118) 내의 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지 (Ips) 의 모습을 모식적으로 표시한 도면이다. 도 9 에 나타내는 광원 이미지 (Ips) 는, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 형성되는 복수의 점광원 (SPF) (거의 원형으로 집합된 면광원이 된다) 을 재결상한 것이다. 이 경우, DMD (10) 대신에 배치한 1 장의 평면 미러로부터는 회절광이나 산란광은 발생하지 않고, 동공 (Ep) 내의 중심에는 정반사광 (0 차 광) 만에 의한 광원 이미지 (Ips) 만이 광축 (AXa) 과 동축에 생성된다.
도 9 에 있어서, 동공 (Ep) 의 최대 구경에 대응된 반경을 re 로 하고, 면광원으로서의 광원 이미지 (Ips) 의 유효 직경에 대응된 반경을 ri 로 했을 때, 동공 (Ep) 의 크기 (면적) 에 대한 광원 이미지 (Ips) 의 크기 (면적) 를 나타내는 σ 값은 σ＝ri/re 가 된다. σ 값은, 투영 노광되는 패턴의 선폭이나 밀집도, 혹은 초점 심도 (DOF) 의 개선 등을 위해서, 적절히 변경되는 경우가 있다. σ 값은, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측의 위치, 또는 제 1 렌즈계 (116) 와 제 2 렌즈계 (118) 사이의 동공 (Ep) 의 위치 (도 7 중의 원형 영역 (APh) 과 공액인 관계) 에 가변 개구 조리개를 형성함으로써 변경될 수 있다.
이런 종류의 노광 장치 (EX) 에서는, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 을 최대 구경인 상태로 사용하는 경우가 많으므로, σ 값의 변경은 주로 MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 형성한 가변 개구 조리개에 의해 실시된다. 그 경우, 광원 이미지 (Ips) 의 반경 (ri) 은 도 7 중의 원형 영역 (APh) 의 반경에서 규정된다. 물론, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 가변 개구 조리개를 형성하여, σ 값이나 초점 심도 (DOF) 를 조정해도 된다.
그러나, DMD (10) 의 중립면을 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 과 수직으로 하고, 조명광 (ILm) 을 비교적으로 큰 입사각 θα (예를 들어, θα≥20°) 로 설정한 경우, DMD (10) 의 온 (On) 상태의 마이크로 미러 (Msa) (또는 Msc) 로부터의 반사광에 의한 결상 광속의 동공 (Ep) 에서의 강도 분포는, 도 9 와 같은 원형의 윤곽으로 구획되는 광원 이미지 (Ips) 의 분포가 되지 않고, 타원상이 되는 것이 판명되었다. 이런 점을, 도 10 을 참조하여 설명한다.
도 10 은, 앞선 도 6 의 광로도를 간략화하여 표시한 광로도이고, 직교 좌표계 X'Y'Z 는 도 6 과 동일하게 설정된다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위해, 도 6 중에 나타낸 경사 미러 (112) 는 생략되어 있다. 도 10 에 있어서, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 경사각 θd 는 중립면 (Pcc) 에 대하여 설계값으로 17.5°가 되는 것으로 한다. 따라서, MFE 렌즈 (108A) 와 콘덴서 렌즈계 (110) 를 통과하는 광축 (AXb) 과 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 이 이루는 각도, 즉 입사각 θα 는 X'Z 면내에서 35°로 설정된다.
MFE (108A) 의 사출측에 형성되는 복수의 점광원 (SPF) 중, 광축 (AXb) 을 포함하는 X'Z 면과 평행한 면내에서, 도 7 에 나타낸 원형 영역 (APh) 의 최외주에 위치하는 2 개의 점광원 (SPFa, SPFb) 의 각각으로부터의 조명광 (ILma, ILmb) 은, 콘덴서 렌즈계 (110) 에 의해 DMD (10) 의 전체를 조명한다. 조명광 (ILma, ILmb) 의 각각의 중심 광선 (LLa, LLb) 은, 콘덴서 렌즈계 (110) 에 입사될 때까지 광축 (AXb) 과 평행하다. 따라서, DMD (10) 측에서부터 MFE (108A) 의 사출측의 면광원 (점광원 (SPF) 의 집합체) 을 본 경우, 그 형상은 원형 (CL1) 으로 되어 있다.
여기서, DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러의 반사면이 전부 중립면 (Pcc) 과 평행한 상태로 가정하면, 조명광 (ILma, ILmb) 은 광축 (AXa) 에 관해서 광축 (AXb) 과 대칭인 각도 (－θα) 로 기울어진 광축 (AXb') 을 따라 정규 반사광으로 되어 진행된다. 여기서, 투영 유닛 (PLU) 의 제 1 렌즈군 (116) 의 주면과 콘덴서 렌즈계 (110) 의 주면이, DMD (10) 의 중립면 (Pcc) 과 광축 (AXa) 의 교점을 중심으로 한 원호 (Prr) 상에 위치하는 것으로 가정한다. 광축 (AXb') 을 따라 진행되는 정규 반사광은, 화살표 Arw1 측에서 보았을 때, MFE (108A) 의 사출측의 면광원 (점광원 (SPF) 의 집합체) 과 동일한 원형 (CL2) 으로서 보인다.
그러나, 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 과 평행한 화살표 Arw2 측에서 보았을 때, 광축 (AXb') 을 따라 진행되는 정규 반사광은, MFE (108A) 의 사출측의 원형의 면광원 (점광원 (SPF) 의 집합체) 을 비스듬하게 예상하게 되기 때문에, 타원상 (CL2') 으로 보인다. 한편, DMD (10) 의 구동에 의해 패턴 투영할 때에는, 많은 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터 발생하는 반사광 (및 회절광) 이 결상 광속 (Sa') 으로 되어 투영 유닛 (PLU) 의 제 1 렌즈군 (116) 에 입사된다. 제 1 렌즈군 (116) 과 콘덴서 렌즈계 (110) 는, 각각 각도 θα 만큼 기울어진 각각의 광축 (AXa, AXb) 을 따라 배치되어 있기 때문에, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터 발생하는 결상 광속 (Sa') 중 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 (점광원 (SPF) 의 이미지의 분포) 를 동공 (Ep) 상에서 보면, MFE (108A) 의 사출면측의 원형의 면광원을 비스듬하게 예상하게 되기 때문에, 타원상 (CL3)) 으로 보인다.
MFE (108A) 의 사출면측의 면광원의 분포가, 광축 (AXb) 을 중심으로 한 진원인 경우, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 결상 광속 (Sa') (0 차 광 상당 성분) 의 타원상 (CL3) 의 강도 분포는, X'Y' 면내에서 보았을 때의 조명광 (ILm) 의 입사 방향으로 압축된 것이 된다. DMD (10) 에 대한 조명광 (ILm) 의 입사 방향은 X'Y' 면내에서 X' 방향이므로, 타원상 (CL3) 의 강도 분포의 장축은 Y' 축과 평행하고, 단축은 X' 축과 평행해진다. 타원상 (CL3) 의 강도 분포의 장축의 치수를 Uy', 단축의 치수를 Ux' 로 하면, 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 에 의존하며, 타원의 비율 Ux'/Uy' 는 cosθα 가 된다. 입사각 θα 는, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 경사각 θd 의 2 배이므로, 비율 Ux'/Uy' 는 cos(2·θd) 로 설정해도 된다. 입사도 θα 를 35°로 한 경우, 비율 Ux'/Uy' 는 약 0.82 가 된다.
도 11 은, 앞선 도 9 와 동일하게, DMD (10) 로부터의 결상 광속 (Sa) 중 가장 강도가 큰 0 차 상당 성분에 의해 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지 (Ips) 의 모습을 모식적으로 나타낸 도면이다. 광원 이미지 (Ips) (타원상 (CL3) ) 는, Y' 방향의 직경 방향의 치수는 도 9 와 동일한 반경 ri 가 되지만, X' 방향의 직경 방향 치수는 반경 ri 보다 약 0.82 배로 축소된 반경 ri' 가 된다. 이와 같이 결상 광속 (Sa) 의 0 차 상당 성분에 의해 동공 (Ep) 에 형성되는 강도 분포 (광원 이미지 (Ips) 의 분포) 가 비등방적인 경우, 투영 유닛 (PLU) 을 통해서 기판 (P) 상에 투영되는 패턴의 에지의 X'Y' 면내 (즉, XY 면내) 에서의 방향에 의해, 에지부의 결상 특성에 차이가 발생하는 경우가 있다. 그래서, 결상 광속 (Sa) 의 0 차 상당 성분에 의해 동공 (Ep) 에 형성되는 강도 분포는, 일반적으로는 등방적인 원 형상으로 하는 것이 바람직하다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 앞선 도 7 에서 설명한 MFE (108A) 의 출사면측에 형성되는 개구 조리개의 개구 형상의 원형 영역 (APh) 을, 도 12 에 나타내는 바와 같이, X' 방향이 장축이 되고, Y' 방향이 단축이 되는 타원 영역 (APh') 으로 변형된다. 도 12 는 도 7 과 마찬가지로, 옵티컬 인터그레이터 (108) 의 MFE 렌즈 (108A) 를 출사면측에서 본 모식적인 도면이다. 타원 영역 (APh') 은, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지 (Ips) 의 타원상 (CL3) 을, X'Y' 면내에서 90°회전시킨 것이다. 또한, 타원 영역 (APh') 의 타원의 비율(단축 치수/장축 치수) 도 도 10 에서 나타낸 타원상 (CL3) 의 비율과 동일한 cosθα 로 설정된다.
이와 같이 MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 형성되는 면광원 (점광원 (SPF) 의 집합체) 의 실효적인 전체 형상 (윤곽) 을 타원상으로 함으로써, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 결상 광속 (Sa') 의 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 (광원 이미지 (Ips)) 를 원 형상으로 할 수 있으며, 패턴의 에지가 X'Y' 면내 (XY 면내) 에서 어떠한 방향으로 연장된 것이어도, 결상 특성 (특히 에지의 콘트라스트 특성) 을 균일화할 수 있다.
〔투영 노광 시의 텔레센트릭 오차〕
다음으로, 본 실시 형태와 같이 DMD (10) 를 사용한 노광 장치 (EX) 의 경우에 발생할 수 있는 텔레센트릭 오차에 대해서 설명하지만, 그 전에 텔레센트릭 오차의 발생 요인 중 하나에 대해서, 도 13 을 사용하여 간단하게 설명한다. 도 13(A), 도 13(B) 는, 도 6 에 나타낸 동공 (Ep) 에서부터 제 2 렌즈군 (118) 을 통해서 기판 (P) 까지의 광로의 결상 광속 (Sa) 의 거동을 모식적으로 표시한 도면이다. 도 13(A), 도 13(B) 에 있어서의 직교 좌표계 X'Y'Z 는 도 6 의 좌표계 X'Y'Z 와 동일하다. 설명을 간단하게 하기 위해, 여기에서는, DMD (10) 의 미러면 전체를 1 장의 평면 미러로 하고, 도 6 중의 경사 미러 (112) 와 평행하게 각도 θα/2 만큼 기울인 경우를 상정한다. 도 13(A), 도 13(B) 에 있어서, 동공 (Ep) 과 기판 (P) 의 사이에는, 광축 (AXa) 을 따라 렌즈군 (G4, G5) 이 배치되고, 동공 (Ep) 내에는 도 11 과 같이 타원상의 광원 이미지 (면광원 이미지) (Ips) 가 형성된다. 또, 광원 이미지 (면광원 이미지) (Ips) 의 X' 방향의 주변부의 1 점을 통과하여 렌즈군 (G4, G5) 에 입사되는 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 주광선을 La 로 한다.
도 13(A) 는, 광원 이미지 (면광원 이미지) (Ips) 의 중심 (또는 무게 중심) 이 동공 (Ep) 의 중심에 정확하게 위치했을 때의 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 거동을 나타내고, 기판 (P) 상의 투영 영역 (IAn) 내의 1 점을 향하는 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 주광선 (La) 은, 모두 광축 (AXa) 과 평행으로 되어 있고, 투영 영역 (IAn) 에 투사되는 결상 광속은 텔레센트릭한 상태, 즉 텔레센트릭 오차가 제로의 상태로 되어 있다. 이에 비해, 도 13(B) 는, 광원 이미지 (면광원 이미지) (Ips) 의 중심 (또는 무게 중심) 이 동공 (Ep) 의 중심으로부터 X' 방향으로 ΔDx 만큼 가로로 시프트되었을 때의 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 거동을 나타낸다. 이 경우, 기판 (P) 상의 투영 영역 (IAn) 내의 1 점을 향하는 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 주광선 (La) 은, 모두 광축 (AXa) 에 대하여 Δθt 만큼 기울어진 것이 된다. 그 기울기량 Δθt 가 텔레센트릭 오차가 되고, 기울기량 Δθt (즉, 가로 시프트량 ΔDx) 가 소정의 허용값보다 커짐에 따라, 투영 영역 (IAn) 에 투영되는 패턴 이미지의 결상 상태로 저하되게 된다.
〔DMD 의 구성〕
앞서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에서 사용하는 DMD (10) 는 롤 ＆ 피치 구동 방식으로 하지만, 그 구체적인 구성을 도 14, 도 15 를 참조하여 설명한다. 도 14 와 도 15 는 DMD (10) 의 미러면 중 일부를 확대한 사시도이다. 여기에서도 직교 좌표계 X'Y'Z 는 앞선 도 6 에 있어서의 좌표계 X'Y'Z 와 동일하다. 도 14 는, DMD (10) 의 각 마이크로 미러 (Ms) 의 하층에 형성되는 구동 회로로의 전원 공급이 오프일 때의 상태를 나타낸다. 전원이 오프인 상태일 때, 각 마이크로 미러 (Ms) 의 반사면은, X'Y' 면과 평행하게 설정된다. 여기서, 각 마이크로 미러 (Ms) 의 X' 방향의 배열 피치를 Pdx (㎛), Y' 방향의 배열 피치를 Pdy (㎛) 로 하지만, 실용상은 Pdx＝Pdy 로 설정된다.
도 15 는, 구동 회로에 대한 전원 공급이 온이 되고, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 와 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 가 혼재한 모습을 나타낸다. 본 실시 형태에서는, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 는, Y' 축과 평행한 선의 둘레에, X'Y' 면으로부터 각도 θd (＝θα/2) 만큼 기울어지도록 구동되고, 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 는, X' 축과 평행한 선의 둘레에, X'Y' 면으로부터 각도 θd (＝θα/2) 만큼 기울어지도록 구동된다. 조명광 (ILm) 은, X'Z 면과 평행한 주광선 (Lp) (도 6 에 나타낸 광축 (AXb) 과 평행) 을 따라 마이크로 미러 (Msa, Msb) 의 각각에 조사된다. 또, 도 15 중의 선 (Lx') 은, 주광선 (Lp) 을 X'Y' 면에 투영한 것이고, X' 축과 평행하다.
조명광 (ILm) 의 DMD (10) 에 대한 입사각 θα 는 X'Z 면내에서의 Z 축에 대한 경사각이고, 각도 θα/2 만큼 X' 방향으로 기울어진 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터는, 기하 광학적인 관점에서는, －Z 방향으로 Z 축과 거의 평행하게 진행되는 반사광 (결상 광속) (Sa) 이 발생한다. 한편, 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 에서 반사된 반사광 (Sg) 은, 마이크로 미러 (Msb) 가 Y' 방향으로 기울어져 있기 때문에, Z 축과는 비평행한 상태에서 －Z 방향으로 발생한다. 도 15 에 있어서, 선 (Lv) 을 Z 축 (광축 (AXa)) 과 평행한 선으로 하고, 선 (Lh) 이 반사광 (Sg) 의 주광선의 X'Y' 면으로의 사영 (寫影) 으로 하면, 반사광 (Sg) 은 선 (Lv) 과 선 (Lh) 을 포함하는 면내에서 기울어진 방향으로 진행된다.
〔DMD 에 의한 결상 상태〕
DMD (10) 를 사용한 투영 노광에서는, 도 15 에 나타낸 동작으로 복수의 마이크로 미러 (Ms) 의 각각을, 패턴 데이터 (묘화 데이터) 에 기초하여 온 상태의 경사와 오프 상태의 경사로 고속으로 전환하면서, 그 전환 속도에 대응된 속도로 기판 (P) 을 X 방향으로 주사 이동시켜 패턴 노광을 실시한다. 그러나, 투영되는 패턴의 미세도나 밀집도, 또는 주기성에 따라서는, 투영 유닛 (PLU) (제 1 렌즈군 (116) 과 제 2 렌즈군 (118)) 으로부터 기판 (P) 에 투사되는 결상 광속의 텔레센트릭한 상태 (telecentricity) 가 변화하는 경우가 있다. 이것은 DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 (Ms) 의 패턴에 따른 경사 상태에 따라서는, DMD (10) 의 미러면이 반사형의 회절 격자 (브레이즈드 회절 격자) 로서 작용하기 때문이다.
도 16 은, X'Y' 면내에서 본 DMD (10) 의 미러면의 일부를 나타내는 도면이고, 도 17 은 도 16 의 DMD (10) 의 미러면의 a-a' 화살표시부를 X'Z 면내에서 본 도면이다. 도 16 에서는, 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중, Y' 방향으로 나열되는 일렬의 마이크로 미러 (Ms) 만이 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로 되고, 그 밖의 마이크로 미러 (Ms) 가 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 로 되어 있다. 도 16 과 같은 마이크로 미러 (Ms) 의 경사 상태는, 해상 한계의 선폭 (예를 들어, 1 ㎛ 정도) 의 고립 라인 패턴이 투영되는 경우에 나타난다. X'Y' 면내에 있어서, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (결상 광속) (Sa) 은 －Z 방향으로 Z 축과 평행하게 발생하고, 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 로부터의 반사광 (Sg) 은 －Z 방향이지만, 도 11 중의 선 (Lh) 을 따른 방향으로 기울어져 발생한다.
이 경우, 도 17 에 나타내는 바와 같이, X' 방향으로 나열되는 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중 1 개만이, 중립면 (Pcc) (모든 마이크로 미러 (Ms) 의 중심점을 포함하는 X'Y' 면과 평행한 면) 에 대하여 Y' 축과 평행한 선의 둘레에 각도 θd (＝θα/2) 만큼 기울어진 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 된다. 따라서, X'Z 면내에서 보면, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터 발생하는 반사광 (결상 광속) (Sa) 은 1 차 이상의 회절광을 포함하지 않는 단순한 정규 반사광이 되고, 그 주광선 (La) 은 광축 (AXa) 과 평행해져 투영 유닛 (PLU) 에 입사된다. 다른 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 로부터의 반사광 (Sg) 은 투영 유닛 (PLU) 에는 입사되지 않는다. 또, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 X' 방향에 관해서 고립된 1 개 (또는 Y' 방향으로 나열되는 1 열) 인 경우, 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 주광선 (La) 은 조명광 (ILm) 의 파장 λ 에 관계없이, 광축 (AXa) 과 평행해진다.
도 18 은, 도 17 과 같은 고립된 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 투영 유닛 (PLU) 에 의한 결상 상태를 X'Z 면내에서 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 18 에 있어서, 앞선 도 6 에서 설명한 부재와 동일한 기능의 부재에는 동일한 부호가 붙여져 있다. 투영 유닛 (PLU) (렌즈군 (G1 ∼ G5)) 은 양측 텔레센트릭한 축소 투영계이기 때문에, 고립된 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 주광선 (La) 이 광축 (AXa) 과 평행하면, 축소 이미지 (ia) 로서 결상되는 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 주광선 (La) 도 기판 (P) 의 표면의 수선 (광축 (AXa)) 과 평행해져, 텔레센트릭 오차는 발생하지 않는다. 또, 도 18 에서 나타낸 투영 유닛 (PLU) 의 물체면측 (DMD (10)) 측의 반사광 (결상 광속) (Sa) 의 개구수 (NAo) 는, 조명광 (ILm) 의 개구수와 동등해져 있다.
앞선 도 11 (또는 도 9), 도 13(A) 에서 설명한 바와 같이, DMD (10) 를 1 장의 큰 평면 미러로 하고 각도 θα/2 만큼 기울인 경우, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지 (면광원 이미지) (Ips) 의 중심 (무게 중심) 위치는 광축 (AXa) 을 통과한다. 그것과 동일하게, DMD (10) 의 미러면 내의 고립된 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 정규 반사광 (Sa) 만이 투영 유닛 (PLU) 에 입사되는 경우, 그 정규 반사광 (Sa) 의 동공 (Ep) 의 위치 (푸리에 변환면) 에서의 광속 (Isa) 의 점상 강도 분포는, 마이크로 미러 (Ms) 의 반사면이 미세한 직사각형 (정방형) 이므로, 광축 (AXa) 을 중심으로 한 sinc2 함수 (각형 개구의 점상 강도 분포) 로 나타낸다.
도 19 는, X' 방향에 대해서 고립된 1 열 (또는 단체 (單體)) 의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (Sa) 에 의한 동공 (Ep) 에 있어서의 광속 (여기에서는 0 차 회절광) (Isa) 의 이론상의 점상 강도 분포 (Iea) (도 7, 도 8 에 나타낸 1 개의 점광원 (SPF) 으로부터의 광속으로 제작되는 분포) 를 모식적으로 표시한 그래프이다. 도 19 의 그래프에 있어서, 가로축은 광축 (AXa) 의 위치로 한 X' (또는 Y') 방향의 좌표 위치를 나타내고, 세로축은 광 강도 (Ie) 를 표시한다. 점상 강도 분포 (Iea) 는 이하의 식 (1) 에 의해 표시된다.
Figure pct00001
이 식 (1) 에 있어서, Io 는 광 강도 (Ie) 의 피크값을 표시하고, 고립된 1 열 (또는 단체) 의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (Sa) 에 의한 피크값 (Io) 의 위치는, X' (또는 Y') 방향의 원점 0, 즉 광축 (AXa) 의 위치와 일치하고 있다. 또한, 앞선 도 12 에서 설명한 바와 같이, MFE (108A) 의 사출면측에 형성되는 면광원의 형상을 타원 영역 (APh) 과 같이 조정한 경우, 점상 강도 분포 (Iea) 의 광 강도 (Ie) 가 원점 0 으로부터 최초로 최소값 (0) 이 되는 제 1 암선의 X' (또는 Y') 방향의 위치 ± ra 는, 대체로 앞선 도 9 에서 설명한 광원 이미지 (Ips) 의 반경 (ri) 의 위치에 대응되고 있다. 또, 동공 (Ep) 에서의 실제의 강도 분포는, 점상 강도 분포 (Iea) 를 도 9 에 나타낸 광원 이미지 (Ips) 의 확대 범위 (σ 값) 에 걸쳐서 컨볼루션 적분 (컨볼루션 연산) 한 것이 되고, 대체로 균일한 강도가 된다.
다음으로, 투영되는 패턴의 X' 방향 (X 방향) 의 폭이 충분히 큰 경우를, 도 20, 도 21 을 참조하여 설명한다. 도 20 은, X'Y' 면내에서 본 DMD (10) 의 미러면의 일부를 나타내는 도면이고, 도 21 은 도 20 의 DMD (10) 의 미러면의 a-a' 화살표시부를 X'Z 면내에서 본 도면이다. 도 20 은, 앞선 도 16 에서 나타낸 복수의 마이크로 미러 (Ms) 의 전부가 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 된 경우를 나타낸다. 도 20 에서는, X' 방향으로 9 개, Y' 방향으로 10 개의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열만을 나타내는데, 그 이상의 개수로 인접한 마이크로 미러 (Ms) (또는 DMD (10) 상의 모든 마이크로 미러 (Ms) 여도 된다) 가 온 상태가 되는 경우도 있다.
도 20, 도 21 과 같이 X' 방향에 인접하며 나열되는 온 상태의 복수의 마이크로 미러 (Msa) 로부터는, 회절 작용에 의해 반사광 (Sa') 이 광축 (AXa) 으로부터 약간 기울어진 상태에서 발생한다. 도 21 의 상태에 있어서의 DMD (10) 의 미러면을, 중립면 (Pcc) 을 따라 X' 방향으로 피치 Pdx 로 나열되는 회절 격자로서 생각하면, 그 회절광의 발생 각도 θj 는, j 를 차수 (j＝0, 1, 2, 3, …), λ 를 파장, 그리고 조명광 (ILm) 의 입사각을 θα 로 하고, 이하의 식 (2) 또는 식 (3) 과 같이 표시된다.
Figure pct00002
Figure pct00003
도 22 는, 일례로서 조명광 (ILm) 의 입사각 θα (광축 (AXa) 에 대한 조명광 (ILm) 의 주광선 (Lp) 의 경사각) 를 35.0°, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 경사 각도 θd 를 17.5°, 마이크로 미러 (Msa) 의 피치 Pdx 를 5.4 ㎛, 파장 λ 를 355.0 ㎚ 로 하여 계산한 회절광 (Idj) 의 각도 θj 의 분포를 표시하는 그래프이다. 도 22 와 같이 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 가 35°이므로, 0 차 회절광 (Id0) (j＝0) 은 광축 (AXa) 에 대하여 ＋35°로 기울어지고, 회절 차수가 커짐에 따라, 0 차 회절광 (Id0) 에 대한 각도 θj 가 커진다. 도 22 의 하단에 나타내는 수치는, 괄호 내의 차수 j 와 각 차수의 회절광 (Idj) 의 광축 (AXa) 으로부터의 경사각을 표시한다.
도 22 의 수치 조건의 경우, 9 차 회절광 (Id9) 의 광축 (AXa) 으로부터의 경사각이 가장 작고, 약 －1.04°가 된다. 따라서, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 가, 도 20, 도 21 과 같이 밀집되어 온 상태가 된 경우, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 내에서의 결상 광속 (Sa') 의 강도 분포의 중심은, 광축 (AXa) 의 위치로부터 각도로 －1.04°에 상당하는 양만큼 가로로 시프트된 위치 (앞선 도 13(B) 에서 나타낸 가로 시프트량 ΔDx 에 상당) 에 편심된다. 실제의 결상 광속의 동공 (Ep) 내의 분포는, 식 (2) 또는 (3) 으로 나타내는 회절광 분포를, 식 (1) 로 나타내는 sinc2 함수에 의해 컨볼루션 적분 (컨볼루션 연산) 함으로써 구해진다.
도 23 은, 도 22 와 같은 회절광의 발생 상태 시의 동공 (Ep) 에서의 결상 광속 (Sa') 의 강도 분포를 모식적으로 표시한 도면이다. 도 23 에 있어서의 가로축은, 투영 유닛 (PLU) 의 투영 배율 (Mp) 을 1/6 로 했을 때, 회절광 (Idj) 의 각도 θj 를 물체면 (DMD (10)) 측의 개구수 (NAo) 와 이미지면 (기판 (P)) 측의 개구수 (NAi) 로 환산한 값을 표시한다. 또한, 투영 유닛 (PLU) 의 이미지면측의 개구수 (NAi) 를 0.3 (물체면측 개구수 (NAo)＝0.05) 으로 가정한다. 이 경우, 해상력 (최소 해상 선폭) (Rs) 은, 프로세스 정수 k1 (0 ＜ k1 ≤ 1) 을 사용하여 Rs＝k1 (λ/NAi) 로 표시한다.
따라서, 파장 λ＝355.0 ㎚, k1＝0.7 일 때의 해상력 Rs 는 약 0.83 ㎛ 가 된다. 마이크로 미러 (Ms) 의 피치 Pdx (Pdy) 는, 이미지면 (기판 (P)) 측에서는 투영 배율 (Mp)＝1/6 로 축소되어 0.9 ㎛ 가 된다. 따라서, 이미지면측 개구수 (NAi) 가 0.3 (물체면측 개구수 (NAo) 가 0.05) 이상인 투영 유닛 (PLU) 이라면, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 1 개의 투영 이미지를 높은 콘트라스트로 결상시킬 수 있다.
도 23 에 있어서, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 최대 구경인 물체면측의 개구수 (NAo)＝0.05 의 X' 방향에 있어서의 광축 (AXa) 으로부터의 각도 θe 는, NAo＝sinθe 로부터 θe ≒ ±2.87°가 된다. 앞선 도 22 에 나타낸 바와 같이, 9 차 회절광 (Id9) 의 경사각 －1.04° (정확하게는 －1.037°) 는, 물체면측의 개구수 (NAo) 로 환산하면 약 0.018 이 되고, 동공 (Ep) 에 있어서의 결상 광속 (Sa') (0 차 광 상당 성분) 의 강도 분포 Hpa 는, 광원 이미지 (Ips) (반경 (ri)) 의 본래 위치에서부터 X' 방향으로 시프트량 ΔDx 만큼 변위된다. 또, 동공 (Ep) 내의 ＋X' 방향의 주변에는, 8 차 회절광 (Id8) 에 의한 강도 분포 (Hpb) 의 일부도 나타나지만, 그 피크 강도는 낮다. 또한, 물체면측에서의 10 차 회절광 (Id10) 의 광축 (AXa) 으로부터의 경사각은 4.81°로 크기 때문에, 그 강도 분포는 동공 (Ep) 의 밖에 분포되어, 투영 유닛 (PLU) 을 통하지 않게 된다. 또, 도 23 중의 강도 분포 Hpa, Hpb 는, 앞선 도 12 에서 설명한 바와 같이, 조명 유닛 (ILU) 의 MFE (108A) 의 출사면측에 형성되는 면 광원을 타원 영역 (APh') 으로 함으로써 거의 원형이 된다.
또한, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 는 Y' 방향으로도 피치 Pdy (＝5.4 ㎛) 로 배열되어 있기 때문에, 그 피치 Pdy 에 따라 Y' 방향으로도 회절광이 낮은 조도로 발생하고, 약한 강도 분포 Hpc, Hpd 가 발생한다. 강도 분포 Hpc, Hpd 는, 투영 유닛 (PLU) 의 개구수 NAo(NAi) 의 크기에 따라서는, 일부분이 동공 (Ep) 내에 들어가는 경우도 있다. 그래서, 투영 유닛 (PLU) 의 개구수 NAo(NAi) 와 광원 이미지 (Ips) 의 크기 (반경 ri) 의 관계를 적절히 설정함으로써, 강도 분포 Hpc, Hpd 를 동공 (Ep) 내에 들어가지 않도록 할 수도 있다.
앞선 도 13(B) 에서도 설명한 바와 같이, 강도 분포 Hpa 의 중심의 시프트량 ΔDx 에 의해 발생하는 이미지면측에서의 텔레센트릭 오차 Δθt 는, 도 22, 도 23 에서 나타낸 조건의 경우, Δθt＝－6.22° (＝－1.037°/투영 배율 (Mp)) 이 된다. 이와 같이 DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중의 대부분이 조밀하게 온 상태가 되는 큰 패턴의 노광 시에는, 기판 (P) 에 대한 결상 광속 (Sa') 의 주광선이 광축 (AXa) 에 대하여 6°이상으로 기울어지게 된다. 이와 같은 텔레센트릭 오차 Δθt 도 한 요인이 되어, 투영 이미지의 결상 품질 (콘트라스트 특성, 디스토션 특성, 대칭성 등) 을 저하시키는 경우가 있다.
다음으로, 투영되는 패턴이 X' 방향 (X 방향) 으로 일정한 피치를 갖는 라인 ＆ 스페이스 패턴의 경우를, 도 24, 도 25 를 참조하여 설명한다. 도 24 는, X'Y' 면내에서 본 DMD (10) 의 미러면의 일부를 나타내는 도면이고, 도 25 는 도 24 의 DMD (10) 의 미러면의 a-a' 화살표시부를 X'Z 면내에서 본 도면이다. 도 24 는, 앞선 도 16 에서 나타낸 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중, X' 방향으로 나열되는 마이크로 미러 (Ms) 의 홀수번이 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 되고, 짝수번이 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 가 된 경우를 나타낸다. X' 방향의 홀수번의 마이크로 미러 (Ms) 는 Y' 방향으로 나열되는 1 열분이 전부 온 상태이고, 짝수번의 마이크로 미러 (Ms) 는 Y' 방향으로 나열되는 1 열분이 전부 오프 상태인 것으로 한다.
도 25 에 나타내는 바와 같이, X' 방향에 관해서 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 1 개 간격으로 배열되는 경우, DMD (10) 로부터 발생하는 회절광의 발생 각도 θj 는, DMD (10) 의 미러면을, 중립면 (Pcc) 을 따라 X' 방향으로 피치 2·Pdx 로 나열되는 회절 격자로서 생각하고, 앞선 식 (2) 또는 식 (3) 과 동일한 이하의 식 (4) 또는 식 (5) 로 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
도 26 은, 도 22 의 경우와 동일하게, 조명광 (ILm) 의 입사각 θα (광축 (AXa) 에 대한 조명광 (ILm) 의 주광선 (Lp) 의 경사각) 를 35.0°, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 경사 각도 θd 를 17.5°, 마이크로 미러 (Msa) 의 피치 (2Pdx) 를 10.8 ㎛, 파장 λ 를 355.0 ㎚ 로 하여 계산한 회절광 (Idj) 의 각도 θj 의 분포를 표시하는 그래프이다. 도 26 과 같이 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 가 35°이므로, 0 차 회절광 (Id0) (j＝0) 은 광축 (AXa) 에 대하여 ＋35°로 기울어지고, 회절 차수가 커짐에 따라, 0 차 회절광 (Id0) 에 대한 각도 θj 가 커진다. 도 26 의 하단에 나타내는 수치는, 괄호 내의 차수 j 와, 각 차수의 회절광 (Idj) 의 광축 (AXa) 으로부터의 경사각을 표시한다.
도 26 의 수치 조건의 경우, 17 차 회절광 (Id17) 의 광축 (AXa) 으로부터의 경사각이 가장 작고, 약 0.85°가 된다. 또한, 광축 (AXa) 으로부터의 경사각이 －1.04°인 18 차 회절광 (Id18) 도 발생한다. 따라서, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 가, 도 24, 도 25 와 같이 가장 미세한 라인 ＆ 스페이스상으로 온 상태가 된 경우, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 내에서의 결상 광속 (Sa') 의 강도 분포의 중심은, 광축 (AXa) 의 위치로부터 각도로 0.85°, 또는 －1.04°에 상당하는 양만큼 가로로 시프트된 위치에 편심된다. 실제의 결상 광속 (Sa') 의 동공 (Ep) 내의 분포는, 식 (4) 또는 식 (5) 로 나타내는 회절광 분포를, 식 (1) 로 나타내는 sinc2 함수에 의해 컨볼루션 적분 (컨볼루션 연산) 함으로써 구해진다.
도 26 의 경우에도, 앞선 도 23 과 마찬가지로, 동공 (Ep) 에 있어서의 결상 광속 (정규 반사광 성분) 의 강도 분포 Hpa 는, 17 차 회절광 (Id17) 의 경사각 0.85°, 및 18 차 회절광 (Id18) 의 경사각 －1.04°의 각각에 대응되어, 광원 이미지 (Ips) (반경 (ri)) 의 본래 위치로부터 X' 방향으로 변위되어 나타난다. 도 26 과 같은 회절광 분포의 경우, 17 차 회절광 (Id17) 의 방향으로 형성되는 강도 분포 Hpa 와 18 차 회절광 (Id18) 의 방향으로 형성되는 강도 분포 Hpa 의 일방의 강도가 크고 타방의 강도는 낮기 때문에, 강도 분포 Hpa 의 시프트에 의해 발생하는 이미지면측에서의 텔레센트릭 오차 Δθt 는, 대체로 Δθt＝5.1°와 Δθt＝－6.22°의 범위 내가 된다.
이 범위는, 앞선 도 20, 도 21 과 같이 복수의 마이크로 미러 (Ms) 가 인접하며 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 되는 경우의 9 차 회절광 (Id9) (도 22 참조) 의 발생 방향인 텔레센트릭 오차 Δθt＝－6.22°와 약간 상이하다. 또한 앞선 도 16, 도 17 와 같이 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중 1 열 (또는 단독의 1 개) 이 고립적으로 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 되는 경우의 텔레센트릭 오차 Δθt＝0°와 비교하면 크게 상이한 것이 된다. 또, 투영 유닛 (PLU) 에 의해 기판 (P) 상에 투영되는 실제의 패턴 이미지는, 투영 유닛 (PLU) 내에 도입시키는 DMD (10) 로부터의 회절광을 포함하는 반사광 (Sa') 의 간섭에 의해 형성된다. 또, 식 (4) 또는 식 (5) 는, n 을 실수로 하는 이하의 식 (6) 또는 식 (7) 에 의해, 배열 피치나 선폭이 Pdx (5.4 ㎛) 의 n 배의 라인 ＆ 스페이스상의 패턴에 있어서의 회절광의 발생 상태를 특정할 수 있다.
Figure pct00006
Figure pct00007
도 27 은, 도 26 에 나타낸 DMD (10) 로부터의 반사광 (회절광) 에 의한 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에서의 분포를, 앞선 도 23 에 대응시켜 모식적으로 표시한 도면이다. 도 27 의 경우에도, 앞선 도 12 에서 설명한 바와 같이, MFE (108A) 의 사출면측에 형성되는 면광원의 윤곽을 타원 형상 (APh') 로 함으로써, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 결상 광속 (Sa') 으로서의 회절광속의 각각의 강도 분포는 원형으로 되어 있다. 또한, 도 27 에서는, 도 26 에 나타낸 18 차 회절광 (Id18) 에 의한 강도가 가장 큰 것으로 하고, 도 24, 25 와 같은 라인 ＆ 스페이스상의 패턴의 투영의 경우, 18 차 회절광 (Id18) 을 0 차 상당 성분의 강도 분포 Hpa 로 한다. 강도 분포 Hpa 는, 18 차 회절광 (Id18) 의 광축 (AXa) 으로부터의 각도 －1.04°에 대응되며 －X' 방향으로 ΔDx 만큼 편심되고, 텔레센트릭 오차 Δθt 가 발생한다.
앞선 도 23 에서 설명한 바와 같이, 동공 (Ep) 의 면내에는, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 X' 방향과 Y' 방향의 배열의 피치 Pdx, Pdy 에 의해 발생하는 회절광 성분의 강도 분포 Hpb, Hpc, Hpd 가 발생하지만, 그 강도는 강도 분포 Hpa 의 강도에 비하면 충분히 작다. 또한, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 에서 제작되는 라인 ＆ 스페이스상의 패턴 (X' 방향의 선폭이 Pdx 이고 피치 2Pdx) 으로부터는, 회절 작용에서 발생하는 ±1 차 광 상당 성분의 강도 분포 ±Hpb' 가 강도 분포 Hpa 의 X' 방향의 양측에 나타난다. ＋1 차 광 상당 성분의 강도 분포 ＋Hpb' 의 중심점 PXp 는, 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 Hpa 의 중심점 (Id18) 과 ＋X' 방향의 강도 분포 Hpb 의 중심점의 거의 중간에 위치한다. 마찬가지로 －1 차 광 상당 성분의 강도 분포 －Hpb' 의 중심점 PXm 은, 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 Hpa 의 중심점 (Id18) 과 －X' 방향의 강도 분포 Hpb 의 중심점의 거의 중간에 위치한다.
또한, 도 27 에서는, 도 24 와 같이 X' 방향으로 피치 2Pdx 가 되는 라인 ＆ 스페이스상의 패턴의 경우에 있어서의 동공 (Ep) 에서의 결상 광속 (Sa') (회절광속) 의 강도 분포를 나타냈다. 이에 대해, Y' 방향으로 피치 2Pdy (Pdy＝Pdx) 가 되는 라인 ＆ 스페이스상의 패턴의 경우에는, 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 Hpa 의 중심점 (Id18) 이 －X' 방향으로 ΔDx 만큼 편심된 상태에서, ±1 차 광 상당 성분의 강도 분포 ±Hpb' 가 강도 분포 Hpa 의 Y' 방향의 양측에 나타나게 된다.
이와 같이 DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중의 대부분이, 라인 ＆ 스페이스상으로 온 상태가 되는 경우에도, 기판 (P) 에 대한 결상 광속의 주광선이 광축 (AXa) 에 대하여 크게 기울어지는 경우가 있고, 투영 이미지의 결상 품질 (콘트라스트 특성, 디스토션 특성 등) 을 현저하게 저하시키는 경우가 있다. 그래서, 텔레센트릭 오차 Δθt 의 발생에 의한 결상 품질의 변화의 일례를, 도 28 을 참조하여 설명한다. 도 28 은, 이미지면 상에서 선폭이 1 ㎛, X' 방향의 피치가 2 ㎛ 가 되는 라인 ＆ 스페이스 패턴의 공간 이미지를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 28 의 가로축은 이미지면 상의 X' 방향의 위치 (㎛) 를 표시하고, 세로축은 조명광 (입사광) 의 강도를 1 로 규격화한 상대 강도값을 표시한다.
도 28 의 그래프에서는, 투영 유닛 (PLU) 의 이미지측의 개구수 (NAi) 를 0.25, 조명광 (ILm) 의 σ 값을 0.6 으로 하고, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 있어서의 결상 광속 (Sa') 이 광축 (AXa) 에 대하여 X' 방향으로 편심되고, 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt 가 50 mrad (≒ 2.865°) 가 된 것으로 하여 시뮬레이션을 실시하였다. 도 28 의 그래프 중, 파선으로 나타낸 특성 Q1 은, 투영 유닛 (PLU) 의 베스트 포커스면 (최량 결상면) 에 있어서의 콘트라스트 특성이고, 실선으로 나타낸 특성 Q2 는, 베스트 포커스면으로부터 광축 (AXa) 의 방향으로 3 ㎛ 만큼 디포커스한 면에 있어서의 콘트라스트 특성이다. 또, 도 28 에서는, 선폭 1 ㎛ 의 암선이 위치 0, ±2 ㎛, ±4 ㎛ 의 합계 5 개 지점에 형성되는 것으로 하였다.
디포커스에 의해, 특성 Q2 의 콘트라스트 (강도 진폭) 가 특성 Q1 보다 저하되는 것은 전형적인 것이지만, 텔레센트릭 오차 Δθt 의 영향으로 인해, ＋5 ㎛ 부근의 특성과 －5 ㎛ 부근의 특성의 대칭성이 열화되어 있음을 알 수 있다. 이런 점에서, 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt 가 허용 범위 (예를 들어, ±2°) 를 초과하는 패턴의 경우, 즉, DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 넓은 범위에서 밀집되거나, 주기성을 갖고 배열되거나 하는 경우, 노광된 패턴의 에지 부분에 대응된 레지스트 이미지의 에지 위치의 정밀도가 저해되어, 결과적으로, 패턴의 선폭이나 치수에 오차가 발생하게 된다. 즉, DMD (10) 로부터의 반사광 (결상 광속) (Sa') 에 의해 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 강도 분포 (회절광의 분포) 가, 광축 (AXa) 을 중심으로 한 등방적인 상태, 또는 대칭적인 상태로부터 일탈함에 따라, 투영된 패턴 이미지의 비대칭성이 증대한다.
〔텔레센트릭 오차의 파장 의존성〕
이상에서 설명한 텔레센트릭 오차 Δθt 는, 앞선 식 (2) ∼ 식 (5) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 파장 λ 에 의존하며 변화한다. 예를 들어, 식 (2) 로 나타내는 도 20, 도 21 의 상태인 경우, 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt 를 제로로 하기 위해서는, 도 22, 도 23 에 나타낸 9 차 회절광 (Id9) 의 광축 (AXa) 으로부터의 경사각 －1.04° (정확하게는 －1.037°) 가 제로가 되는 파장 λ 로 하면 된다.
도 29 는, 앞선 식 (2) 에 기초하여 중심 파장 λ 와 텔레센트릭 오차 Δθt 의 관계를 구한 그래프이고, 가로축은 중심 파장 λ (㎚) 를 표시하고, 세로축은 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt (deg) 를 표시한다. DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 피치 Pdx (Pdy) 를 5.4 ㎛, 마이크로 미러 (Ms) 의 경사각 θd 를 17.5°, 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 를 35°로 하고, 마이크로 미러 (Ms) 가 도 20, 도 21 과 같이 조밀하게 온 상태가 되는 경우, 중심 파장 (λ) 이 약 344.146 ㎚ 일 때에 텔레센트릭 오차 Δθt 는 이론상으로 제로가 된다. 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt 는, 최대한 제로로 하는 것이 바람직하지만, 투영해야 할 패턴의 최소 선폭 (또는 해상력 Rs) 등에 따라서 허용 범위를 갖게 할 수 있다.
예를 들어, 도 29 와 같이 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt 의 허용 범위를 ±0.6°이내 (10 mrad 정도) 로 설정하는 경우, 중심 파장 λ 는 343.098 ㎚ ∼ 345.193 ㎚ 의 범위 (폭으로 2.095 ㎚) 이면 된다. 또한, 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt 의 허용 범위를 ±2.0°이내로 설정하는 경우, 중심 파장 λ 는 340.655 ㎚ ∼ 347.636 ㎚ 의 범위 (폭으로 6.98 ㎚) 이면 된다.
이와 같이 DMD (10) 의 온 상태가 되는 마이크로 미러 (Msa) 의 배열 (주기성) 이나 밀집도, 즉 분포 밀도의 크기에서 기인하여 발생하는 텔레센트릭 오차 Δθt 는 파장 의존성도 갖는다. 일반적으로, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 피치 Pdx (Pdy) 나 경사 각도 θd 등의 사양은, 기존 제품 (예를 들어, 텍사스 인스트루먼트사 제조의 자외선 대응의 DMD) 으로서 일의적으로 설정되어 있기 때문에, 그 사양에 맞도록 조명광 (ILm) 의 파장 λ 를 설정한다. 본 실시 형태의 DMD (10) 는, 마이크로 미러 (Ms) 의 피치 Pdx (Pdy) 를 5.4 ㎛, 경사 각도 θd 를 17.5°로 하였으므로, 광 파이버 번들 (FBn) (n＝1 ∼ 27) 의 각각에 조명광 (ILm) 을 공급하는 광원으로서 고휘도의 자외 펄스광을 발생하는 파이버 앰프 레이저 광원을 사용하면 된다.
파이버 앰프 레이저 광원은, 예를 들어, 일본 특허공보 제6428675호에 개시되어 있는 바와 같이, 적외 파장역의 종광 (種光) 을 발생하는 반도체 레이저 소자와, 종광의 고속 스위칭 소자 (전기 광학 소자 등) 와, 스위칭된 종광 (펄스광) 을 펌프광에 의해 증폭시키는 광 파이버와, 증폭된 적외 파장역의 광을 고조파 (자외 파장역) 의 펄스광으로 변환하는 파장 변환 소자 등으로 구성된다. 이와 같은 파이버 앰프 레이저 광원의 경우, 입수 가능한 반도체 레이저 소자, 광 파이버, 파장 변환 소자의 조합으로 발생 효율 (변환 효율) 을 높일 수 있는 자외선의 피크 파장은 343.333 ㎚ 이다. 그 피크 파장의 경우, 도 20 의 상태일 때에 발생할 수 있는 최대의 이미지면측 텔레센트릭 오차 Δθt (도 22, 도 23 중의 9 차 회절광 (Id9) 의 이미지면측에서의 경사각) 는 약 0.466° (약 8.13 mrad) 가 된다.
이상과 같은 점에서, 조명광 (ILm) 으로서 피크 파장이 크게 상이한 2 개 이상의 광 (예를 들어, 파장 350 ㎚ 대의 광과 파장 400 ㎚ 대의 광) 을 합성한 경우, 텔레센트릭 오차 Δθt 는, 투영해야 할 패턴의 형태 (고립상 패턴, 라인 ＆ 스페이스상 패턴, 혹은 큰 랜드상 패턴) 에 따라 크게 변화할 가능성이 있다. 본 실시 형태에서는, 각 모듈 (MUn) (n＝1 ∼ 27) 에 공급하는 조명광 (ILm) 으로서 파장 의존의 텔레센트릭 오차 Δθt 가 허용되는 범위 내에서 피크 파장을 약간 어긋나게 한 복수의 파이버 앰프 레이저 광원으로부터의 광을 합성한 것을 사용한다. 이와 같이 피크 파장이 약간 어긋난 복수의 광을 합성한 조명광 (ILm) 을 사용함으로써, 조명광 (ILm) 의 가간섭성에 의해 DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 상 (및 기판 (P) 상) 에 발생하는 스펙클 (또는 간섭 무늬) 의 콘트라스트를 억제할 수 있다.
〔텔레센트릭 조정 기구〕
이상에서 설명한 바와 같이, DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 (Ms) 중, 기판 (P) 에 노광해야 할 패턴에 따라 온 상태가 되는 마이크로 미러 (Msa) 가, X' 방향과 Y' 방향으로 조밀하게 나열되는 경우, 또는 X' 방향 (또는 Y' 방향) 으로 주기성을 갖고 나열되는 경우, 투영 유닛 (PLU) 으로부터 투영되는 결상 광속 (Sa, Sa') 에는, 정도의 대소는 있기는 하지만 텔레센트릭 오차 (각도 변화) Δθt 가 발생한다. DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 (Ms) 의 각각은, 10 KHz 정도의 응답 속도로 온 상태와 오프 상태로 전환되기 때문에, DMD (10) 에서 생성되는 패턴 이미지도 묘화 데이터에 따라 고속으로 변화한다. 그래서, 표시 패널 등의 패턴을 주사 노광하는 동안, 모듈 (MUn) (n＝1 ∼ 27) 의 각각으로부터 투영되는 패턴 이미지는, 순간적으로 고립된 선상 또는 도트상의 패턴, 라인 ＆ 스페이스상의 패턴, 혹은 큰 랜드상의 패턴 등으로 형상 변화한다.
일반적인 텔레비전용 표시 패널 (액정형, 유기 EL 형) 은, 기판 (P) 상에서 가로 세로 200 ∼ 300 ㎛ 정도의 화소부를 2 : 1 이나 16 : 9 등의 소정의 애스펙트비가 되도록, 매트릭스상으로 배열된 화상 표시 영역과, 그 주변에 배치되는 주변 회로부 (인출 배선, 접속 패드 등) 로 구성된다. 각 화소부 내에는, 스위칭용 또는 전류 구동용 박막 트랜지스터 (TFT) 가 형성되지만, TFT 용 패턴 (게이트층, 드레인/소스층, 반도체층 등의 패턴) 이나 게이트 배선이나 구동 배선의 크기 (선폭) 는, 화소부의 배열 피치 (200 ∼ 300 ㎛) 에 비하면 충분히 작다. 그래서, 화상 표시 영역 내의 패턴을 노광하는 경우, DMD (10) 로부터 투영되는 패턴 이미지는 거의 고립된 것이 되므로, 텔레센트릭 오차 Δθt 는 발생하지 않는다.
그러나, 화소부마다의 점등 구동 회로 (TFT 회로) 의 구성에 따라서는, 화소부의 배열 피치보다 작은 피치로, X 방향 또는 Y 방향으로 나열되는 라인 ＆ 스페이스상의 배선이 형성되는 경우가 있다. 그 경우, 화상 표시 영역 내의 패턴을 노광할 때, DMD (10) 로부터 투영되는 패턴 이미지는 주기성을 가진 것이 된다. 그래서, 그 주기성 정도에 따라서는 텔레센트릭 오차 Δθt 가 발생한다. 또한, 화상 표시 영역의 노광시, 화소부와 거의 동일한 크기, 혹은 화소부의 면적의 절반 이상의 크기의 직사각형상의 패턴을 일정하게 노광하는 경우도 있다. 그 경우, 화상 표시 영역을 노광 중의 DMD (10) 의 복수의 마이크로 미러 (Ms) 는, 그 절반 이상이 거의 조밀한 상태에서 온 상태가 된다. 그래서, 비교적으로 큰 텔레센트릭 오차 Δθt 가 발생할 수 있다.
텔레센트릭 오차 Δθt 의 발생 상태는, 복수의 모듈 (MUn) (n＝1 ∼ 27) 의 각각에서 노광되는 표시 패널용 패턴의 묘화 데이터에 기초하여 노광 전에 추정할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 모듈 (MUn) 내의 몇 가지의 광학 부재 각각의 위치나 자세를 미세 조정할 수 있게 구성하고, 그들 광학 부재 중, 추정되는 텔레센트릭 오차 Δθt 의 크기에 따라, 조정 가능한 광학 부재를 선택하여 텔레센트릭 오차 Δθt 를 보정할 수 있다.
도 30 은, 앞선 도 4 또는 도 6 에서 도시한 모듈 (MUn) 의 조명 유닛 (ILU) 중 광 파이버 번들 (FBn) 에서부터 MFE 렌즈 (108A) 에 이르는 광로의 구체적인 구성을 나타내고, 도 31 은, 조명 유닛 (ILU) 중 MFE 렌즈 (108A) 에서부터 DMD (10) 에 이르는 광로의 구체적인 구성을 나타낸다. 도 30, 도 31 에 있어서, 직교 좌표계 X'Y'Z 는 도 4 (도 6) 의 좌표계 X'Y'Z 와 동일하게 설정되며, 도 4 에 나타낸 부재와 동일한 기능의 부재에는 동일한 부호가 붙여져 있다.
도 4 에서는 도시를 생략했지만, 도 30 에서는, 광 파이버 번들 (FBn) 의 출사단의 직후에 콘택트 렌즈 (101) 가 배치되고, 출사단으로부터의 조명광 (ILm) 의 확대가 억제된다. 콘택트 렌즈 (101) 의 광축은 Z 축과 평행하게 설정되고, 광 파이버 번들 (FBn) 로부터 소정의 개구수로 진행되는 조명광 (ILm) 은, 미러 (100) 에서 반사되어 X' 축과 평행하게 진행되고, 미러 (102) 에서 －Z 방향으로 반사된다. 미러 (102) 에서부터 MFE 렌즈 (108A) 까지의 광로 중에 배치되는 인풋 렌즈계 (104) 는, 광축 (AXc) 을 따라 서로 간격을 둔 3 개의 렌즈군 (104A, 104B, 104C) 으로 구성된다.
조도 조정 필터 (106) 는, 구동 기구 (106B) 에 의해 병진 이동되는 유지 부재 (106A) 에 지지되고, 렌즈군 (104A) 과 렌즈군 (104B) 의 사이에 배치된다. 조도 조정 필터 (106) 의 일례는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평11-195587호에 개시되어 있는 바와 같이, 석영 등의 투과판 상에 미세한 차광성 도트 패턴을 서서히 밀도를 변화시켜 형성한 것, 혹은 홀쪽한 차광성의 쐐기형 패턴을 복수 열 형성한 것이고, 석영판을 평행 이동시킴으로써, 조명광 (ILm) 의 투과율을 소정 범위 내에서 연속적으로 변화시킬 수 있다.
제 1 텔레센트릭 조정 기구는, 광 파이버 번들 (FBn) 로부터의 조명광 (ILm) 을 반사하는 미러 (100) 의 2 차원적인 기울기 (X' 축 회전과 Y' 축 회전의 회전 각도) 를 미세 조정하는 경사 기구 (100A) 와, 미러 (100) 를 광축 (AXc) 과 수직인 X'Y' 면내에서 2 차원으로 미동하는 병진 기구 (100B) 와, 경사 기구 (100A) 와 병진 기구 (100B) 의 각각을 개별적으로 구동시키는 마이크로 헤드 또는 피에조 액추에이터 등에 의한 구동부 (100C) 로 구성된다.
미러 (100) 의 기울기를 조정함으로써, 인풋 렌즈계 (104) 에 입사되는 조명광 (ILm) 의 중심 광선 (주광선) 을 광축 (AXc) 과 동축인 상태로 조정할 수 있다. 또, 광 파이버 번들 (FBn) 의 출사단은, 인풋 렌즈계 (104) 의 전측 초점의 위치에 배치되어 있으므로, 미러 (100) 를 X' 방향으로 미소 이동시키면, 인풋 렌즈계 (104) 에 입사되는 조명광 (ILm) 의 중심 광선 (주광선) 은, 광축 (AXc) 에 대하여 X' 방향으로 평행 시프트된다. 그에 따라, 인풋 렌즈계 (104) 로부터 사출되는 조명광 (ILm) 의 중심 광선 (주광선) 은 광축 (AXc) 에 대하여 약간 기울어져 진행된다. 따라서, MFE 렌즈 (108A) 에 입사되는 조명광 (ILm) 은 X'Z 면내에서 전체적으로 약간 기울어진다.
도 32 는, MFE 렌즈 (108A) 에 입사되는 조명광 (ILm) 을 X'Z 면내에서 기울인 경우에, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 형성되는 점광원 (SPF) 의 상태를 과장하여 나타내는 도면이다. 조명광 (ILm) 의 중심 광선 (주광선) 이 광축 (AXc) 과 평행한 경우, MFE 렌즈 (108A) 의 각 렌즈 소자 (EL) 의 출사면측에 집광되는 점광원 (SPF) 은, 도 32 중의 백색 원으로 나타내는 바와 같이, X' 방향에 관한 중앙에 위치한다. 조명광 (ILm) 이 X'Z 면내에서 광축 (AXc) 에 대하여 기울어지면, 렌즈 소자 (EL) 의 각각의 출사면측에 집광되는 점광원 (SPF) 은, 도 32 중의 흑색 원으로 나타내는 바와 같이, 중앙의 위치에서 X' 방향으로 Δxs 만큼 편심된다. 이 경우, 앞선 도 7 ∼ 도 9 에서 설명한 바와 같이, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 형성되는 복수의 점광원 (SPF) 의 집합체에 의한 면광원이 전체적으로 X' 방향으로 Δxs 만큼 가로로 시프트하게 된다. MFE 렌즈 (108A) 의 각 렌즈 소자 (EL) 의 X'Y' 면내에서의 단면 치수는 작기 때문에, 면광원으로서의 X' 방향으로의 편심량 Δxs 도 근소하다.
도 30 에 나타내는 바와 같이, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에는, 도 12 에 나타낸 타원 영역 (APh') 의 개구 형상을 갖는 개구 조리개 (108B) 가 형성되고, MFE 렌즈 (108A) 와 개구 조리개 (108B) 는 일체적으로 유지부 (108C) 에 장착된다. 유지부 (108C) (MFE (108A)) 는, 마이크로 헤드나 피에조 모터 등에 의한 미동 기구 (108D) 에 의해, X'Y' 면내에서의 위치를 미세 조정할 수 있도록 형성된다. 본 실시 형태에서는, MFE 렌즈 (108A) 를 X'Y' 면내에서 2 차원으로 미동시키는 미동 기구 (108D) 가, 제 2 텔레센트릭 조정 기구로서 기능한다. 개구 조리개 (108B) 는, 도 31 에 나타낸 바와 같이, X' 방향을 장축, Y' 방향을 단축으로 하는 타원 영역 (APh') 의 개구를 갖는다. 타원 영역 (APh') 의 장축의 치수를 Ux, 단축의 치수를 Uy 로 하면, 타원의 비율 Uy/Ux 는, 조명광 (ILm) 의 DMD (10) 에 대한 입사각 θα (온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 경사 각도 θd 의 2 배) 의 코사인값에 의존하며, Uy/Ux＝cosθα 의 관계로 설정된다.
MFE 렌즈 (108A) (개구 조리개 (108B)) 의 직후에는, 광축 (AXc) 에 대하여 약 45°경사진 플레이트형의 빔 스플리터 (109A) 가 형성된다. 빔 스플리터 (109A) 는, MFE 렌즈 (108A) 로부터의 조명광 (ILm) 의 대부분의 광량을 투과하고, 나머지 광량 (예를 들어, 수 ％ 정도) 을 집광 렌즈 (109B) 를 향하여 반사한다. 집광 렌즈 (109B) 에서 집광된 일부의 조명광 (ILm) 은, 광 파이버 번들 (109C) 에 의해 광전 소자 (109D) 로 유도된다. 광전 소자 (109D) 는, 조명광 (ILm) 의 강도를 모니터하여, 기판 (P) 에 투사되는 결상 광속의 노광량을 계측하는 인터그레이트·센서 (적산 모니터) 로서 사용된다.
도 31 에 나타내는 바와 같이, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측의 면광원 (점광원 (SPF) 의 집합체) 으로부터의 조명광 (ILm) 은, 빔 스플리터 (109A) 를 투과하여 콘덴서 렌즈계 (110) 에 입사된다. 콘덴서 렌즈계 (110) 는, 간격을 두고 배치된 전군 렌즈계 (110A) 와 후군 렌즈계 (110B) 로 구성되고, 마이크로 헤드나 피에조 모터 등에 의한 미동 기구 (110C) 에 의해 X'Y' 면내에서의 2 차원적인 위치가 미세 조정 가능하게 되어 있다. 즉, 미동 기구 (110C) 에 의해, 콘덴서 렌즈계 (110) 의 편심 조정이 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 콘덴서 렌즈계 (110) 를 X'Y' 면내에서 2 차원으로 미동시키는 미동 기구 (110C) 가 제 3 텔레센트릭 조정 기구로서 기능한다. 또, 제 1 텔레센트릭 조정 기구, 제 2 텔레센트릭 조정 기구, 및 제 3 텔레센트릭 조정 기구는, 모두 MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 생성되는 면광원 (혹은 개구 조리개 (108B) 의 타원 영역 (APh') 의 개구 내에 제한된 면광원) 과 콘덴서 렌즈계 (110) 의 편심 방향에 관한 상대적인 위치 관계를 조정하고 있다.
콘덴서 렌즈계 (110) 의 전측 초점은, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측의 면광원 (점광원 (SPF) 의 집합체) 의 위치에 설정되어 있고, 콘덴서 렌즈계 (110) 로부터 경사 미러 (112) 를 통해서 텔레센트릭한 상태로 진행되는 조명광 (ILm) 은, DMD (10) 를 쾰러 조명한다. 앞선 도 32 에서 설명한 바와 같이, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 형성되는 복수의 점광원 (SPF) 의 집합체에 의한 면광원이 전체적으로 X' 방향으로 Δxs 만큼 가로로 시프트되면, DMD (10) 에 조사되는 조명광 (ILm) 의 주광선 (중심 광선) 은, 도 31 중의 광축 (AXb) 에 대하여 약간 기울어진 상태가 된다. 즉, 제 1 텔레센트릭 조정 기구에 의해 조명광 (ILm) 에 의도적으로 텔레센트릭 오차를 부여함으로써, 앞선 도 6, 도 17, 도 21, 도 25 에서 설명한 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 를, X'Z 면내에서 초기의 설정 각도 (35.0°) 로부터 약간 변화시킬 수 있다.
또한, 도 30 에 나타낸 제 2 텔레센트릭 조정 기구로서의 미동 기구 (108D) 에 의해, MFE 렌즈 (108A) 와 개구 조리개 (108B) 를 일체로 X'Y' 면내에서 X' 방향으로 변위하면, 개구 조리개 (108B) 의 개구 (도 31 중의 타원 영역 (APh')) 가 광축 (AXc) 에 대하여 편심된다. 그에 따라, 타원 영역 (APh') 내에 형성되는 면광원도 전체적으로 X' 방향으로 시프트된다. 이 경우에도, DMD (10) 에 조사되는 조명광 (ILm) 의 주광선 (중심 광선) 을, 도 31 중의 광축 (AXb) 에 대하여 X'Z 면내에서 기울이는 것, 즉, 조명광 (ILm) 의 DMD (10) 에 대한 입사각 θα 를, X'Z 면내에서 초기의 설정 각도 (35.0°) 로부터 변화시킬 수 있다. 또, 미동 기구 (108D) 에 의해, 개구 조리개 (108B) 만이 단독에 X'Y' 면내에서 미동하는 구성으로 해도, 동일하게 입사각 θα 를 변화시킬 수 있다.
이와 같이 MFE 렌즈 (108A) 와 개구 조리개 (108B) 를 일체로 비교적 크게 변위시키기 위해서는, 인풋 렌즈계 (104) 로부터 MFE 렌즈 (108A) 에 조사되는 조명광 (ILm) 의 광속 폭 (조사 범위의 직경) 을 넓혀 둘 필요가 있다. 또한 그 변위의 양에 연동되어, MFE 렌즈 (108A) 에 조사되는 조명광 (ILm) 을 X'Y' 면내에서 가로로 시프트시키는 시프트 기구를 형성하는 것도 유효하다. 그 시프트 기구는, 광 파이버 번들 (FBn) 의 출사단의 방향을 경사시키는 기구, 또는 MFE 렌즈 (108A) 의 앞에 배치한 평행 평면판 (석영판) 을 경사시키는 기구 등으로 구성할 수 있다.
제 1 텔레센트릭 조정 기구 (구동부 (100C) 등) 와 제 2 텔레센트릭 조정 기구 (미동 기구 (108D) 등) 는, 모두 조명광 (ILm) 의 DMD (10) 에 대한 입사각 θα 를 조정 가능하지만, 그 조정량에 관해서, 제 1 텔레센트릭 조정 기구는 미세 조정용, 제 2 텔레센트릭 조정 기구는 러프 조정용으로서 구분하여 사용할 수 있다. 실제의 조정 시에는, 제 1 텔레센트릭 조정 기구와 제 2 텔레센트릭 조정 기구의 양방을 사용할지, 어느 일방을 사용할지를, 투영 노광해야 할 패턴의 형태 (텔레센트릭 오차 Δθt 의 양이나 보정량) 에 따라 적절히 선택할 수 있다.
또한, 콘덴서 렌즈계 (110) 를 X'Y' 면내에서 편심시키는 제 3 텔레센트릭 조정 기구로서의 미동 기구 (110C) 는, 제 2 텔레센트릭 조정 기구에 의해 MFE 렌즈 (108A) 와 개구 조리개 (108B) 에서 규정되는 면광원의 위치를 상대적으로 편심시키는 경우와 동등한 효과를 갖는다. 다만, 콘덴서 렌즈계 (110) 를 X' 방향 (또는 Y' 방향) 으로 편심시키면, DMD (10) 에 투사되는 조명광 (ILm) 의 조사 영역도 가로로 시프트되므로, 그 가로 시프트분도 예상하여, 조사 영역은 DMD (10) 의 미러면 전체의 사이즈보다 크게 설정된다. 미동 기구 (110C) 에 의한 제 3 텔레센트릭 조정 기구도, 제 2 텔레센트릭 조정 기구와 동일하게 러프 조정용으로서 구분하여 사용할 수 있다.
〔그 밖의 텔레센트릭 조정 기구〕
텔레센트릭 오차의 조정 (보정) 은, 도 4, 도 30 에 나타낸 광 파이버 번들 (FBn) (n＝1 ∼ 27) 의 각각의 출사단의 X'Y' 면내에서의 위치를, 미동 기구에 의해 가로로 시프트시킴으로써도 가능하다. 이 경우에는, 앞선 제 1 텔레센트릭 조정 기구 (구동 기구 (100C) 등) 와 동일하게, MFE 렌즈 (108A) 의 출사면측에 형성되는 면광원 (복수의 점광원 (SPF) 의 집합) 의 위치를 미세 조정할 수 있다.
텔레센트릭 오차의 보정은, 도 4, 도 6, 도 31 에 나타낸 경사 미러 (112) 의 본래 각도를 마이크로 헤드나 피에조 액추에이터 등의 미동 기구로 조정하여, DMD (10) 에 대한 조명광 (ILm) 의 입사각 θα (예를 들어, 설계상으로 35.0°) 를 미세 조정함으로써도 가능하다. 혹은, 도 4, 도 31 에 나타낸 마운트부 (10M) 의 패러렐 링크 기구와 피에조 소자를 조합한 미동 스테이지에 의해, DMD (10) 의 미러면 (중립면 (Pcc)) 의 기울기를 미세 조정하여, 텔레센트릭 오차를 보정해도 된다. 다만, 경사 미러 (112) 나 DMD (10) 의 각도 조정은, 반사광이 그 조정 각도의 배각으로 기울어지기 때문에 러프 조정용으로서 사용된다. 또한, DMD (10) 의 각도 조정에서는, 기판 (P) 상에 투영되는 중립면 (Pcc) 의 공액면 (베스트 포커스면) 이 광축 (AXa) 과 수직인 면에 대하여 주사 노광의 방향 (X' 방향, 또는 X 방향) 으로 기울어지는 이미지면 경사가 발생한다.
이미지면 경사의 방향이 주사 노광의 방향인 경우, 경사진 이미지면의 평균적인 이미지면 위치에서 주사 노광되기 때문에, 노광된 패턴 이미지의 콘트라스트의 저하는 경미하다. 투영 유닛 (PLU) 으로부터 투영되는 패턴 이미지의 베스트 포커스면과 기판 (P) 의 표면을, 주사 노광의 방향으로 상대적으로 약간 기울이는 노광 방법은, 예를 들어 일본 특허공보 제2830492호에 개시되어 있는 바와 같이, 특히 고립형 패턴의 노광 시의 초점 심도 (DOF) 를 확대시키는 효과가 얻어진다.
따라서, DMD (10) 를 주사 노광 방향 (X' 방향 또는 X 방향) 으로 경사시켜 텔레센트릭 오차 Δθt 를 보정하는 기능도, 노광되는 패턴 이미지의 콘트라스트 저하를 무시할 수 있는 범위에서 활용할 수 있다. 콘트라스트 저하를 무시할 수 없을 정도로 DMD (10) 를 경사시키는 경우에는, 투영 유닛 (PLU) 내에 어떠한 이미지면 경사 보정계 (2 장의 쐐기형 편각 프리즘 등) 를 형성하게 된다. 혹은, 텔레센트릭 오차 Δθt 의 보정을 위해서, 투영 유닛 (PLU) 내의 특정한 렌즈군이나 렌즈를 광축 (AXa) 에 대하여 편심시키는 기구를 형성해도 된다.
이상의 설명에서는, 텔레센트릭 오차 Δθt 가 주로 X' 방향 (온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 기울기 방향) 에 발생한다고 하였다. 그러나, 노광되는 패턴은, 기판 (P) 상에서 X' 방향과 Y' 방향의 각각에 대하여 30° ∼ 60°의 각도로 기울어진 라인 ＆ 스페이스상 패턴의 경우도 있다. 그와 같은 경우, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 도 X'Y' 면내에서 비스듬하게 배열됨과 함께, 그 경사 방향과 직교된 방향으로는 주기성을 갖고 배열된다. 그래서, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터 발생하는 반사광 (결상 광속) (Sa') 에는, 회절 현상의 영향에 의한 텔레센트릭 오차 Δθt 가 발생한다.
앞선 도 24 와 같은 라인 ＆ 스페이스 패턴의 경우, 텔레센트릭 오차 Δθt 는 X' 방향에만 발생했지만, X'Y' 면내 (XY 면내) 에서 기울어진 라인 ＆ 스페이스 패턴의 경우, 텔레센트릭 오차 Δθt 는 X' 방향과 Y' 방향에 발생한다. 따라서, 30° ∼ 60°의 각도로 기울어진 라인 ＆ 스페이스 패턴의 경우에도, 발생할 수 있는 텔레센트릭 오차 Δθt 가 X' 방향과 Y' 방향 어느 것에서 허용 범위를 초과할 때에는, 앞선 도 30, 도 31 에서 설명한 텔레센트릭 오차의 몇 가지의 조정 기구에 의해 보정할 수 있다.
또한, 텔레센트릭 오차 Δθt 는, 투영해야 할 패턴의 양태에 관련되지 않고, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Ms) 의 경사 각도 θd 의 설계값으로부터의 오차에 따라서도 발생한다. 앞서 예시한 DMD (10) 에서는, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 경사 각도 θd 를 공칭값 (설계값) 으로 17.5°로 하였지만, DMD (10) 의 제조 단계의 프로세스의 편차 등에 따라서 ±0.5°의 구동 오차가 발생한다. 구동 오차가 ±0.5°인 경우, DMD (10) 에 대한 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 가 35.0°로 일정하면, 투영 유닛 (PLU) 의 물체면측 (DMD (10) 측) 의 텔레센트릭 오차는 최대로 ±1°가 된다. 따라서, 투영 유닛 (PLU) 의 투영 배율 (Mp) 가 1/6 인 경우, 마이크로 미러 (Msa) 의 구동 오차에서 기인한 이미지면측의 텔레센트릭 오차 Δθt 는 최대로 ±6°가 된다.
따라서, 앞선 도 1 에 나타낸 노광 장치의 기판 홀더 (4B) 주변에 형성된 교정용 기준부 (CU) 를 사용하여, 모듈 (MUn) (n＝1 ∼ 27) 의 각각의 DMD (10) 의 구동 오차에서 기인한 텔레센트릭 오차 Δθt 를 사전에 계측하고, 실제 패턴의 노광 전에 조정 (캘리브레이션) 해 두는 것이 바람직하다. 교정용 기준부 (CU) 에는, DMD (10) 에서 제작된 패턴의 투영 유닛 (PLU) 에 의한 투영 이미지를 부분적으로 확대 관찰하는 촬상 소자가 내장되어 있다. 그래서, DMD (10) 에서 제작된 테스트 패턴 (라인 ＆ 스페이스 등) 의 투영 이미지를, 포커스 위치 (기판 홀더 (4B) 의 Z 방향의 위치) 를 조금씩 변화시켜 화상 샘플링하고, 포커스 위치마다의 테스트 패턴 이미지의 가로 어긋남의 변화를 해석하면, 텔레센트릭 오차 Δθt 를 계측할 수 있다.
이상의 제 1 실시 형태의 설명에 있어서, 패턴의 양태로서 고립상 패턴이란, 반드시 DMD (10) 의 전체 마이크로 미러 (Ms) 중 단일, 또는 1 열분이 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 되는 경우에만 한정되지 않는다. 예를 들어, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 2 개, 3 개 (1×3), 4 개 (2×2), 6 개 (2×3), 8 개 (2×4), 또는 9 개 (3×3) 가 조밀하게 배열되고, 그 주위의 마이크로 미러 (Ms) 가 X' 방향과 Y' 방향으로, 예를 들어 10 개 이상, 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 가 되는 경우에도, 고립상 패턴으로 간주할 수도 있다. 그 반대로, 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 의 개, 3 개 (1×3), 4 개 (2×2), 6 개 (2×3), 8 개 (2×4), 또는 9 개 (3×3) 가 조밀하게 배열되고, 그 주위의 마이크로 미러 (Ms) 가 X' 방향과 Y' 방향으로, 예를 들어, 수 개 이상 (고립상 패턴의 수 배 이상의 치수에 대응) 에 걸쳐 조밀하게 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 되는 경우에는, 랜드상 패턴으로 간주할 수도 있다.
또한, 패턴의 양태로서의 라인 ＆ 스페이스상 패턴도, 반드시 1 열분의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 와 1 열분의 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 를 교대로 반복적으로 배열한 도 24 와 같은 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 2 열분의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 와 2 열분의 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 를 교대로 반복적으로 배열한 양태, 3 열분의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 와 3 열분의 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 를 교대로 반복적으로 배열한 양태, 또는 2 열분의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 와 4 열분의 오프 상태의 마이크로 미러 (Msb) 를 교대로 반복적으로 배열한 양태여도 된다. 어느 패턴 형태의 경우에도, DMD (10) 의 전체 마이크로 미러 (Ms) 중의 단위 면적 (예를 들어, 100×100 개의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열 영역) 당에 있어서의 온 상태의 마이크로 미러 (Ms) 의 분포 상태 (밀도나 밀집도) 를 알면, 텔레센트릭 오차 Δθt 나 패턴 에지의 비대칭성 정도를 시뮬레이션 등에 의해 용이하게 특정할 수도 있다.
〔변형예 1〕
앞선 실시 형태에서는, DMD (10) 에 대한 조명광 (ILm) 의 경사 조명에 의해, 도 11 에서 설명한 바와 같이, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 결상 광속 (Sa') 의 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 (광원 이미지 (Ips)) 가 타원상이 되므로, 그 보정을 위해서, 도 31 에 나타낸 바와 같이, MFE (108A) 의 사출면측에 타원 영역 (APh') 의 개구를 갖는 개구 조리개 (108B) 를 형성하였다.
이 경우, 도 12 에 나타낸 바와 같이, MFE (108A) 의 입사면측에 조사되는 조명광 (ILm) 은, 원형의 조명 영역 (Ef) 으로 되어 있으므로, 타원 영역 (APh') 의 외측에 분포되는 점광원 (SPF) 은 차광되게 되어, 조명광 (ILm) 의 이용 효율의 저하, 즉 광량 손실이 발생한다. 그래서, 본 변형예에서는, MFE (108A) 의 입사면측에 조사되는 조명광 (ILm) 의 조명 영역 (Ef) 을, 타원 영역 (APh') 에 맞춰서 타원상으로 성형한다. 그래서, 본 변형예에서는, 투과형의 회절 광학 소자 (DOE 라고도 부른다) 를 사용하여, 광량 손실이 적어지도록 구성한다.
도 33 은, 회절 광학 소자 (DOE : Diffraction Optical Element) (200) 를 사용한 조명 유닛 (ILU) 의 주요부의 광학 배치를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 33(A) 는, DOE (200), 인풋 렌즈계 (202) (앞선 도 30 의 인풋 렌즈계 (104) 에 상당), MFE (108A) 의 배치를 X'Z 면내에서 본 도면이고, 도 33(B) 는, DOE (200), 인풋 렌즈계 (202), MFE (108A) 의 배치를 Y'Z 면내에서 본 도면이다. DOE (200) 는, 석영판의 표면에 미세한 라인 형상의 요철을 새겨서 형성하고, 피치나 방향을 달리 한 복수의 회절 격자 요소를 형성한 것이다. 이와 같은 DOE (200) 를 플라이·아이·렌즈의 앞에 배치하고, 플라이·아이·렌즈의 사출면측에 형성되는 면광원의 형상을 변화시키는 조명 광학계는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2001-176766호에 개시되어 있다.
본 변형예에서는, MFE (108A) 의 입사면측에 있어서의 조명광 (ILm) 의 조명 영역 (Ef) 을 X'Y' 면내에서 타원상으로 하도록, DOE (200) 의 회절 격자의 피치 등이 설정되어 있다. 앞선 도 30 에 나타낸 광 파이버 번들 (FBn) 로부터의 조명광 (ILm) (발산광) 은, 도시되지 않은 빔 익스팬더 광학계 등에 의해, 단면 내의 강도 분포가 원형의 평행 광속으로 변환된 후, DOE (200) 에 입사된다. 도 33(A), 도 33(B) 에 나타내는 바와 같이, DOE (200) 로부터 발생하는 회절광의 회절각은, X'Z 면내에서 보았을 때의 회절각 Δdx 에 비해서, Y'Z 면내에서 보았을 때의 회절각 Δdy 가 작아지도록 설정되어 있다.
인풋 렌즈계 (202) 의 후측 초점의 위치는 MFE (108A) 의 입사면에 설정되어 있으므로, 회절각 Δdx, Δdy 의 차이에 의해 X'Z 면과 평행한 광축 (AXc) 을 포함하는 면내에서의 조명 영역 (Ef) 의 X' 방향의 치수 Ux 에 비해서, Y'Z 면과 평행한 광축 (AXc) 을 포함하는 면내에서의 조명 영역 (Ef) 의 Y' 방향의 치수 Uy 가 작아진다. 장축이 되는 치수 Ux 와 단축이 되는 치수 Uy 의 비율 Uy/Ux 는, 앞서 설명한 바와 같이 cosθα 로 설정된다.
이와 같은 구성에 의해, MFE (108A) 의 사출면측에 형성되는 복수의 점광원 (SPF) 은, 조명 영역 (Ef) 에 대응된 타원상의 범위 내에 배열된 복수의 렌즈 소자 (EL) 의 각각의 사출면측에만 형성된다. DOE (200) 에 형성되는 회절 격자는, 조명광 (ILm) 의 총 광량의 대부분 (예를 들어, 90 ％ 정도) 이 인풋 렌즈계 (202) 에 입사되도록, 회절각이 Δdx, Δdy 보다 큰 고차 회절광을 발생시키지 않거나, 또는 발생시켜도 매우 낮은 강도가 되는 격자 구조로 되어 있다.
또, DOE (200) 를 사용하는 경우에도, 타원상의 개구를 갖는 개구 조리개 (108B) 를 사용하는 경우에도, MFE (108A) 의 사출면측에 형성되는 타원상의 면광원의 장축 방향과 단축 방향은, DMD (10) 에 대한 조명광 (ILm) 의 X'Y' 면내에서의 입사 방향에서 일의적으로 정해진다. 그래서, 타원 영역 (APh') 의 X'Y' 면내에서의 회전 방향의 조정은 불필요하지만, 필요하면, DOE (200) 나 개구 조리개 (108B) 의 미소 회전 기구를 형성해도 된다.
또한, 텔레센트릭 오차 Δθt 의 조정 (보정) 을 위해서, 조명광 (ILm) 의 DMD (10) 에 대한 입사각 θα 를 규정값 (예를 들어, 35.0°) 으로부터 미세 조정하는 경우, 타원 영역 (APh') 의 타원 비율 Uy/Ux (도 30, 도 33 참조) 의 조정도 생각된다. 예를 들어, 입사각 θα 를 규정값의 35.0°에서 ±0.5°(투영 배율 (Mp)＝1/6 로 했을 때의 이미지면측의 텔레센트릭의 각도 조정량으로서 ±6°에 상당) 만큼 변화시킨 것으로 하면, 입사각 35.0°일 때의 타원 비율 Uy/Ux 는 0.8191, 입사각 34.5°일 때의 타원 비율 Uy/Ux 는 0.8241, 입사각 35.5°일 때의 타원 비율 Uy/Ux 는 0.8141 이 된다. 따라서, 입사각 θα 의 ±0.5°의 조정에 의한 타원 비율 Uy/Ux 의 변화율은 ±0.6 ％ 로 미소하다. 또한, 입사각 θα 의 조정 범위가 만일 ±1.0°가 된 경우에도, 타원 비율 Uy/Ux 의 변화율은 ±1.2 ％ 가 되므로, 타원 비율 Uy/Ux 를 조정하지 않아도 문제 없게 된다.
〔변형예 2〕
도 34 는, MFE (108A) 의 사출면측에 타원상의 면광원 (복수의 점광원 (SPF) 의 집합체) 을 형성하기 위해서, MFE (108A) 에 입사되는 조명광 (ILm) 의 단면 내의 분포 (윤곽) 를 타원상으로 하는 제 2 변형예에 의한 광학 배치를 나타낸다. 도 34(A) 는, MFE (108A) 의 앞의 위치에 배치되는 2 개의 실린드리컬 렌즈 (210, 212) 의 배치를 X'Z 면내에서 본 도면이고, 도 34(B) 는, 도 34(A) 의 배치를 Y'Z 면내에서 본 도면이다. 본 변형예에서는, MFE (108A) 의 앞의 위치에, 조명 유닛 (ILu) 의 광축 (AXc) 을 따라 정의 굴절력을 갖는 실린드리컬 렌즈 (210) 와 부의 굴절력을 갖는 실린드리컬 렌즈 (212) 를, 소정의 간격으로 배치한다.
실린드리컬 렌즈 (210, 212) 의 각각의 모선은, X' 축과 평행하게 설정된다. 따라서, 단면 내에서 원형의 강도 분포를 가지며, 평행 광속으로 된 조명광 (ILm) 이 실린드리컬 렌즈 (210) 에 입사되면, X'Z 면내에서는 실린드리컬 렌즈 (210) 는 굴절력을 갖지 않는 평행 평판으로서 기능하므로, 도 34(A) 에 나타내는 바와 같이, 조명광 (ILm) 의 X' 방향의 폭은 변하지 않고, 그대로 실린드리컬 렌즈 (212) 에 입사된다. 한편, 도 34(B) 에 나타내는 바와 같이, 실린드리컬 렌즈 (210) 는 Y'Z 면내에서는 정의 굴절력을 가지므로, 실린드리컬 렌즈 (210) 을 통과한 조명광 (ILm) 은, X' 방향의 폭을 서서히 감소시키면서, 실린드리컬 렌즈 (212) 에 입사된다.
실린드리컬 렌즈 (212) 는, X'Z 면내에서는 굴절력을 갖지 않는 평행 평판으로서 기능하므로, 도 34(A) 에 나타내는 바와 같이, 조명광 (ILm) 의 X' 방향의 폭은 변하지 않고, 그대로 평행 광속의 상태로 사출되어, 후단의 MFE (108A) 상의 조명 영역 (Ef) 에 도달한다. 한편, 도 34(B) 에 나타내는 바와 같이, 실린드리컬 렌즈 (212) 는 Y'Z 면내에서는 부의 굴절력을 가지므로, 실린드리컬 렌즈 (212) 를 통과한 조명광 (ILm) 은, Y' 방향의 폭이 원래의 폭보다 축소된 평행 광속의 상태로, 후단의 MFE (108A) 상의 조명 영역 (Ef) 에 도달한다.
이와 같이 비등방적인 굴절력을 갖는 렌즈 소자로서 2 개의 실린드리컬 렌즈 (210, 212) 를 형성하는 경우, 실린드리컬 렌즈 (210) 의 초점 위치 (Y'Z 면내에서 조명광 (ILm) 이 집광되는 위치) 와 실린드리컬 렌즈 (212) 의 초점 위치는, 광축 (AXc) 상에서 동일한 위치가 되도록 설정된다. 실린드리컬 렌즈 (210, 212) 의 각각의 초점 거리와 실린드리컬 렌즈 (210, 212) 의 간격을 적당하게 설정함으로써, 조명 영역 (Ef) 의 타원 비율 Uy/Ux 를, 입사각 θα 에 대응되어 값 (cosθα) 으로 할 수 있다.
또, 도 34 의 구성에서는, 원의 조명광 (ILm) 의 단면 내에서의 원형의 강도 분포를 Y' 방향으로 압축함으로써 타원상으로 변형되었지만, 실린드리컬 렌즈 (210, 212) 의 배치를 교체하여, 원형의 강도 분포를 갖는 조명광 (ILm) 을, 부의 실린드리컬 렌즈 (212) 에서 Y' 방향으로 확대한 후, 정의 실린드리컬 렌즈 (210) 에서 평행 광속으로 변화하도록 해도 된다. 이 경우, 원래의 조명광 (ILm) 의 단면 내에서의 원형의 강도 분포는, X' 방향의 폭은 그대로이고, Y' 방향으로 신장된 타원상으로 변환된다. 따라서, 부의 실린드리컬 렌즈 (212) 로부터 정의 실린드리컬 렌즈 (210) 를 향하여 조명광 (ILm) 을 통과시키는 경우에는, 실린드리컬 렌즈 (210, 212) 의 각각의 모선을 Y' 축과 평행하게 설정한다.
이상과 같이 MFE (108A) 에 조사되는 조명광 (ILm) 의 단면 내의 강도 분포를 타원상으로 하는 구성으로는, 애널머픽 렌즈와 같이 세로 방향과 가로 방향의 배율이 상이한 렌즈계, 토로이달면 (토릭면) 을 갖는 렌즈 소자나 반사 소자, 프레넬 렌즈 소자, 혹은 마이크로 프리즘 어레이 등을, 단독으로 또는 다른 구면 렌즈나 비구면 렌즈와 조합하여 사용할 수도 있다. 이 경우, 애널머픽 렌즈, 토로이달면 (토릭면) 을 갖는 렌즈 소자, 프레넬 렌즈 소자, 마이크로 프리즘 어레이는, 모두 실린드리컬 렌즈와 동일하게, 비등방적인 굴절력 또는 굴절각을 갖는 광학 소자 (렌즈 소자), 혹은 단면 내에서의 강도 분포의 윤곽을 정형하는 분포 정형 광학 소자로서 기능한다.
〔변형예 3〕
마스크 기판을 사용하여, 반도체 웨이퍼 상이나 유리 기판 상에 반도체 회로나 표시 패널 등의 전자 디바이스용의 패턴을 노광하는 투영 노광 장치에서는, 보다 미세한 선폭의 패턴을 충실히 노광하기 위해, 마스크 기판에 조명광을 조사하는 조명 광학계 내의 동공면 (예를 들어, 플라이·아이·렌즈의 사출면측) 에 형성되는 면광원의 형상을, 단순한 원형뿐만 아니라, 윤대상, 2 극상, 4 극상으로 하는 변형 조명법을 사용하는 것이 알려져 있다. 앞서 열거한 일본 공개특허공보 2001-176766호에도, 회절 광학 소자를 사용하여, 4 중극 조명 등의 다중극 조명이나 윤대 조명을 실시하는 구성이 개시되어 있다.
DMD (10) 를 사용한 패턴의 투영 노광에 있어서도, 고해상화에 대응하기 위해서, 조명 유닛 (ILU) 내에 동일한 변형 조명법에 대응 가능한 구성을 설정할 수 있다. 변형 조명법을 실시하는 간단한 구성은, 앞선 도 31 에 나타낸 개구 조리개 (108B) 의 개구 형상을 윤대상이나 다중 극상으로 하는 것이다. 도 35 는, 도 31 과 동일하게, MFE (108A) 의 출사면측에 형성되는 복수의 점광원 (SPF) 의 집합체 (면광원) 를 ＋Z 방향으로 본 도면이다. 개구 조리개 (108B) 에는, 윤곽이 타원상의 외륜 (APro) 과 타원상의 내륜 (APri) 사이의 영역만의 점광원 (SPF) 으로부터의 광은 투과시키고, 광축 (AXc) 을 포함하는 내륜 (APri) 의 내측의 중앙부와 외륜 (APro) 의 외측의 주변부에 위치하는 점광원 (SPF) 으로부터의 광은 차광되도록, 타원상 윤대 개구가 형성되어 있다.
본 변형예에서도, 타원상의 외륜 (APro) 의 X' 방향의 장축의 치수 Ux 와 Y' 방향의 단축의 치수 Uy 의 비율 Uy/Ux 는, 입사각 θα 에 의해 cosθα 로 설정된다. 또한, 타원상의 내륜 (APri) 의 X' 방향의 장축의 치수와 Y' 방향의 단축의 치수의 비율도, 입사각 θα 로 규정되는 cosθα 로 설정된다. 개구 조리개 (108B) 를 타원상 윤대 개구로 하는 경우에는, 투명한 석영판의 표면에 크롬 층에 의한 차광막을 전체면에 형성한 후, 차광막의 일부를 에칭에 의해 타원상 윤대 개구의 형상으로 제거하면 된다.
또한, 다중극 조명으로서 4 중극 조명을 실시하는 경우에는, 도 36 에 나타내는 바와 같이, 도 35 중의 외륜 (APro) 과 내륜 (APri) 으로 둘러싸인 타원상 윤대 영역 중 X' 축과 Y' 축의 각각으로부터 약 45°기울어진 방향의 4 개의 부채꼴 영역 (APa1, APa2, APa3, APa4) 의 각각을, 점광원 (SPF) 으로부터의 광이 투과되는 개구로 한 개구 조리개 (108B) 가 형성된다. 4 개의 부채꼴 영역 (APa1, APa2, APa3, APa4) 의 전부를 포함하는 고리상 영역의 윤곽, 또는 부채꼴 영역 (APa1, APa2, APa3, APa4) 의 각각의 중심 (무게 중심) 점을 통과하는 고리상 선의 형상이, 입사각 θα 의 코사인값 (＝cosθα) 의 비율을 갖는 타원 형상으로 설정된다.
본 변형예에서는, 윤대 조명이나 다중극 조명을 위해서, 개구 조리개 (108B) 에 타원상 윤대 개구나 4 개의 부채꼴 개구를 형성하는 것으로 했지만, 앞서 열거한 일본 공개특허공보 2001-176766호에 개시되어 있는 바와 같이, 회절 광학 소자 (DOE) 나 액시콘 소자 (광축을 회전 중심으로 하는 원추상 프리즘) 등을 사용함으로써, MFE (108A) 의 입사면 상에 타원상의 윤대 조명 영역이나 4 중극 조명 영역을 형성할 수 있고, 개구 조리개 (108B) 의 차광부에서 점광원 (SPF) 으로부터의 광이 차단되는 것에 따른 광량 손실을 저감시킬 수 있다. 또한, 다중극 조명을 위한 각 극의 면광원의 형상은, 도 36 과 같이 부채꼴 영역 (APa1, APa2, APa3, APa4) 에 한정되지 않고, 직사각형 영역이나 원형 영역이어도 된다. 또한, 극수는 4 극 이외에 2 극, 6 극, 8 극이어도 된다.
〔변형예 4〕
조명광 (ILm) 의 DMD (10) 에 대한 경사 조명에 의해, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 결상 광속 (Sa') 의 0 차 광 상당 성분(도 22 중의 9 차 회절광 (Id9), 도 26 중의 18 차 회절광 (Id18)) 의 분포가 타원상으로 변형되는 것은, 조명 유닛 (ILU) 내의 면광원의 형상을 변형시킴으로써 원 형상으로 보정할 수 있다. 그러나, 앞선 도 23 또는 도 27 에서 설명한 바와 같이, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 직경 (개구수 NA), 원형 보정된 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 Hpa (도 23 중의 9 차 회절광 (Id9), 도 27 중의 18 차 회절광 (Id18)) 의 직경, DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열 피치 Pdx, Pdy, 입사각 θα (＝2θd), 그리고 조명광 (ILm) 의 파장 λ 의 설정에 따라서는, 불필요한 회절광 성분이 동공 (Ep) 내를 많이 통과하게 되어, 기판 (P) 상에 노광되는 패턴 이미지의 품질을 악화시키는 경우가 있다.
불필요한 회절광 성분은, 주로 DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열의 피치 Pdx, Pdy 와 파장 λ 에 의해 결정되는 회절광 성분이다. 예를 들어, 앞선 도 22, 도 23 에서 설명한 바와 같이, 0 차 광 상당 성분인 9 차 회절광 (Id9) 의 X' 방향 (및 Y' 방향) 의 양측에는, 피치 Pdx (＝Pdy) 에서 발생하는 ±1 차 광 상당 성분인 8 차 회절광 (Id8) 과 10 차 회절광 (Id10) 에 의해, 각각 원 형상의 강도 분포 Hpb (및 Hpc, Hpd) 로서 발생한다. 도 23 의 경우, 0 차 광 상당 성분인 9 차 회절광 (Id9) 의 강도 분포 Hpa 의 시프트량 ΔDx (텔레센트릭 오차 Δθt) 를 제로로 보정하면, 8 차 회절광 (Id8) 과 10 차 회절광 (Id10) 의 각각에 의한 강도 분포 Hpb 의 양방의 일부가, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 내에 나타나게 된다.
투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 직경에 대응되는 이미지면측의 최대 개구수를 NAi 로 했을 때, 개구수 NAi 가 도 23 에 예시된 0.3 보다 큰 경우, DMD (10) 로부터의 ±1 차 광 상당 성분의 강도 분포 Hpb, Hpc, Hpd 의 대부분이 동공 (Ep) 을 통과하게 된다. 그래서, 기판 (P) 상에는, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 개개의 에지 라인이 약하면서도 해상되게 되어, 최종적으로 노광되는 패턴의 이미지 품질의 열화를 초래하게 된다.
그래서, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 최대 유효 직경에 대응된 이미지면측의 개구수 NAi 를, 필요해지는 해상도 R (㎛), 조명광 (ILm) 의 중심 파장 λ, 및 프로세스 팩터 k (0＜k≤1) 에 의해 결정되는 식, R＝k (λ/NAi) 의 관계로부터 설정된다. 일례로서 프로세스 팩터 k 를 0.6, 중심 파장 λ 를 355.00 ㎚ 로 하고, 필요한 해상도 R 을 0.8 ㎛ 로 하는 경우, 개구수 NAi 는 약 0.266 이 된다. 또한, 중심 파장 λ 를 343.33 ㎚ 로 하고, 다른 조건을 동일하게 한 경우, 개구수 NAi 는 약 0.257 이 된다. 또한, 중심 파장 λ 와 DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 피치 Pdx, Pdy, 그리고 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 는 결정되어 있으므로, 텔레센트릭 오차 Δθt 를 보정한 후의 0 차 광 상당 성분의 9 차 회절광 (Id9) 에 대한 ±1 차 광 상당 성분의 8 차 회절광 (Id8) 과 10 차 회절광 (Id10) 의 물체면측에서의 각도는, 앞선 식 (2) 또는 식 (3) 으로부터 일의적으로 정해진다.
중심 파장 λ 를 355.00 ㎚ 로 한 경우, 앞선 도 22, 도 23 에 나타낸 예와 같이 9 차 회절광 (Id9) 의 회절각 θ9＝－1.04°, 8 차 회절광 (Id8) 의 회절각 θ8＝＋2.73°, 10 차 회절광 (Id10) 의 회절각 θ10＝－4.81°가 된다. 이런 점에서, 9 차 회절광 (Id9) 에서 본 8 차 회절광 (Id8) 의 열림각 Δθ8 은 3.77°가 되고, 9 차 회절광 (Id9) 에서 본 10 차 회절광 (Id10) 의 열림각 Δθ10 도 3.77°가 된다. 열림각 Δθ8, Δθ10 은 동일해지므로, Δθ8＝Δθ10＝Δθj로 하고, 물체면측의 개구수 NAoj 로 환산하면, NAoj＝sin(Δθj) 로부터 NAoj≒0.06575 가 된다. 투영 유닛 (PLU) 의 투영 배율 (Mp) 을 1/6 로 한 경우, 물체면측의 개구수 NAoj 에 대응된 이미지면측의 개구수 NAij 는, NAij＝NAoj/Mp≒0.395 가 된다.
또한, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 내에는, 도 23 에 나타낸 바와 같이, 타원화가 보정된 0 차 광 성분 상당한 9 차 회절광 (Id9) 의 원 형상의 강도 분포 Hpa 가 형성된다. 앞선 도 11 에서도 설명한 바와 같이, 강도 분포 Hpa 의 직경과 동공 (Ep) 의 직경의 비인 σ 값 (0＜σ≤1) 은, 도 31 에 나타낸 MFE (108A) 의 출사면측에 형성되는 면광원으로부터 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 까지의 결상 광로의 배율과, MFE (108A) 의 출사면측에 형성되는 면광원의 크기 (개구 조리개 (108B) 를 형성하는 경우에는, 그 개구의 크기) 에 따라 결정된다. 따라서, 강도 분포 Hpa 의 반경에 대응된 이미지면측의 개구수 NAib 는, NAib＝σ·NAi 가 된다. 마찬가지로, ±1 차 광 상당 성분의 8 차 회절광 (Id8) 과 10 차 회절광 (Id10) 의 각각에 의한 강도 분포 Hpb (및 Hpc, Hpd)도, 강도 분포 Hpa 와 거의 동일한 직경으로 분포된다.
이상의 상태를 모식적으로 표시하면, 도 37 과 같이 된다. 도 37 에 있어서, 가로선은 동공 (Ep) 의 면내의 X' 방향의 개구수를 표시하고, 세로선은 동공 (Ep) 의 면내의 Y' 방향의 개구수를 표시하고, 중심점은 동공 (Ep) 의 중심 (광축 (AXp)) 을 표시하고, 여기서는, 마이크로 미러 (Ms) 의 배열 피치 Pdx (Pdy) 를 5.4 ㎛, 중심 파장 λ 를 355.00 ㎚, 투영 유닛 (PLU) 의 이미지면측의 최대 개구수 NAi 를 0.266, σ 값을 0.8 로 하였다. 따라서, 강도 분포 Hpa, Hpb, Hpc, Hpd 각각의 이미지면측의 개구수 NAib 는 약 0.213 이 된다.
이상과 같은 조건의 경우, ±1 차 광 상당 성분의 8 차 회절광 (Id8) 과 10 차 회절광 (Id10) 의 각각에 의한 강도 분포 Hpb, Hpc, Hpd 의 중심 (무게 중심) 의 위치는, 개구수 NAij＝0.395 로 크므로 동공 (Ep) 의 밖에 위치하긴 하지만, 그것들의 일부는 동공 (Ep) 을 통과한다. 그래서, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 에지 라인이 약하면서도 결상될 가능성이 있다. 그래서, 강도 분포 Hpb, Hpc, Hpd 의 전부를 거의 완전하게 동공 (Ep) 의 밖에 위치하도록 설정하는 것이 고려된다. 중심 파장 λ, 마이크로 미러 (Ms) 의 피치 Pdx, Pdy, 입사각 θα, 및 투영 유닛 (PLU) 의 이미지면측의 최대 개구수 NAi (여기서는, NAi＝0.266) 를 변경하지 않는 것으로 하면, σ 값을 조정하여, 0 차 광 성분 상당의 9 차 회절광 (Id9) 의 강도 분포 Hpa 의 직경, 즉, 개구수 NAib 를, 도 37 의 상태에서부터 작게 함으로써, 강도 분포 Hpb, Hpc, Hpd 의 전부를 거의 완전하게 동공 (Ep) 의 밖에 배치할 수 있다.
구체적인 일례로서는, ±1 차 광 상당 성분의 8 차 회절광 (Id8) 과 10 차 회절광 (Id10) 의 각각의 중심 (무게 중심) 의 위치에 상당하는 개구수 NAij (≒0.395) 와, 투영 유닛 (PLU) 의 이미지면측의 최대 개구수 NAi (≒0.266) 와, σ 값으로 설정되는 0 차 광 성분 상당의 9 차 회절광 (Id9) 의 강도 분포 Hpa 의 직경에 상당하는 개구수 NAib 를, 이론적으로는 이하의 식 (8) 과 같은 관계로 하면 된다.
Figure pct00008
앞선 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 0 차 광 성분 상당의 9 차 회절광 (Id9) 의 강도 분포 Hpa 의 타원화의 보정이 실시되고, 발생되는 텔레센트릭 오차 Δθt 도 제로로 보정된 상태에서는, 강도 분포 Hpa 의 직경에 상당하는 개구수 NAib 는, 식 (8) 을 만족시키며 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다. 따라서, 도 37 의 조건에서는, NAib≒0.129 로 설정하는 것이 바람직하고, 이것은 σ 값으로 표시하면, σ＝NAib/NAi＝0.485 가 된다. 실제의 설정에서는, 허용 범위를 갖게 하고, σ＝0.485±15 ％ 의 범위이면 된다. 이와 같은 설정은, 도 35, 도 36 에서 설명한 윤대 조명법이나 다중극 조명법에 있어서도 동일하게 적용할 수 있다.
또한, 앞선 도 24 ∼ 도 27 에서 설명한 바와 같은 라인 ＆ 스페이스상의 패턴의 경우에는, 라인 ＆ 스페이스의 피치가 2Pdx (또는 2Pdy) 가 되기 때문에, ±1 차 광 상당 성분의 회절광의 0 차 광 상당 성분의 회절광에 대한 열림각은, 도 37의 경우의 절반 정도로, 개구수로 환산하면 약 NAij/2 가 된다. 그래서, ±1 차 광 상당 성분의 회절광의 대부분이 동공 (Ep) 을 통과하게 되어, 라인 ＆ 스페이스상의 패턴은 충실히 노광되게 된다.
도 38 은, 도 37 에서 설명한 조건에 있어서, 조명광 (ILm) 의 파장 λ 를 343.44 ㎚ 로 변경하고, 투영 유닛 (PLU) 의 이미지면측의 최대 개구수 NAi 를 0.25 로 한 경우의 각 회절광의 분포를 모식적으로 나타내는 도면이다. DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열 피치 Pdx (＝Pdy) 가 5.4 ㎛ 인 경우, 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 으로부터의 경사각이 가장 작은 9 차 회절광 (Id9) 의 물체면측 (DMD (10) 측) 에서의 텔레센트릭 오차는, 앞선 식 (2) 또는 (3) 에 기초하여 계산하면, 각도로 약 0.078°가 되고, 이미지면측에서의 텔레센트릭 오차 Δθt 로서는 약 0.467°가 된다. 이 값을 허용할 수 없는 경우에는, 앞서 설명한 텔레센트릭 오차의 조정 기구에 의해 보정된다.
또한, 도 38 에서는, 텔레센트릭 오차 Δθt 의 보정 후의 조명광 (ILm) 의 입사각 θα 에 따라, 9 차 회절광 (Id9) (0 차 광 상당 성분) 의 동공 (Ep) 에서의 강도 분포는, 타원상에서 원 형상의 분포 Hpa 로 보정되어 있는 것으로 한다. 파장 λ 가 343.33 ㎚ 인 경우, 마이크로 미러 (Ms) 의 피치 Pdx (Pdy) 에 대응된 ＋1 차 광 상당 성분의 8 차 회절광 (Id8) 의 중심 (무게 중심) 점과, －1 차 광 상당 성분의 10 차 회절광 (Id10) 의 중심 (무게 중심) 점은, 개구수 NAij 로 표시하면, X' 방향과 Y' 방향의 각각에 관해서 NAij≒0.382 가 된다.
그래서, 앞선 식 (8) 에 기초하면, 동공 (Ep) 의 최대 개구수 NAi 가 0.25 일 때, DMD (10) 로부터의 0 차 광 상당 성분 (9 차 회절광 (Id9)) 의 원형의 강도 분포 Hpa 의 개구수 NAib 는 약 0.132 가 된다. 따라서, MFE (108A) 또는 개구 조리개 (108B) 에서 생성되는 면광원의 크기 (구체적으로는, 타원상의 단축 방향의 치수) 를, σ (＝NAib/NAi) 값으로서 약 0.528 이하로 하면, 도 38 과 같이 불필요한 ＋1 차 광 상당 성분의 8 차 회절광 (Id8) 이나 －1 차 광 상당 성분의 10 차 회절광 (Id10) 의 강도 분포 Hpb 를 동공 (Ep) 의 밖에 할 수 있다.
그와 같은 σ 값의 설정에 의해, 도 24, 도 25 와 같이 X' 방향으로 피치 2Pdx 에서 제작되는 라인 ＆ 스페이스상의 패턴, 즉, DMD (10) 상에서 가장 작은 격자 피치의 라인 ＆ 스페이스상의 패턴의 경우, 피치 2Pdx 에서 X' 방향으로 1 개 간격으로 나열되는 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터 발생하는 ±1 차 광 상당 성분의 고차 회절광의 강도 분포 ±Hpb' 의 각 중심 (무게 중심) 점은, 개구수 NA＄1 로 환산하여 약 0.19 이 되고, 강도 분포 ±Hpb' 의 각각의 반경에 상당하는 개구수는 강도 분포 Hpa 의 개구수 NAib 와 동등해진다. 그래서, 투영 유닛 (PLU) 의 최대 개구수 NAi (＝0.25) 내에는, 강도 분포 ±Hpb' 의 각각의 중심 (무게 중심) 점을 포함하는 절반 이상 (계산으로는 약 72.6 ％) 의 면적이, 광축 (AXa) 과 대칭적으로 나타나게 되어, 라인 ＆ 스페이스상의 패턴은 양호하게 결상된다.
또, Y' 방향으로 피치 2Pdy 에서 제작되는 라인 ＆ 스페이스상의 패턴의 경우, ±1 차 광 상당 성분의 고차 회절광의 강도 분포 ±Hpb' 의 각 중심 (무게 중심) 점은, 도 38 의 상태로부터 축 (AXa) 의 둘레에 약 90°광 회전한 Y' 축 상에 나타난다.
이상과 같은 점에서 ±1 차 광 상당 성분의 고차 회절광의 강도 분포 ±Hpb' 의 각각을 동공 (Ep) 내에 완전히 포함시키는 것도 고려된다. 그 경우에는, 도 38 에 나타낸 강도 분포 ±Hpb' 의 각각의 반경에 상당하는 개구수를, NAi (0.25)－NA＄1 (0.19)＝0.06 으로 설정하면 된다. 이런 점은, 강도 분포 Hpa 의 개구수 NAib 를 약 0.06 으로 설정하는 것, 즉, σ 값을 약 0.24 (＝0.06/0.25) 로 하는 것을 의미한다.
여기서, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 피치 Pdx (Pdy) 인 경우의 ±1 차 광 상당 성분의 8 차 회절광 (Id8), 10 차 회절광 (Id0) 의 강도 분포 Hpb 의 각 중심 (무게 중심) 점의 개구수 NAij (≒0.382) 와, 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 가 1 개 간격으로 배치되는 피치 2Pdx (2Pdy) 인 경우의 ±1 차 광 상당 성분의 고차 회절광의 강도 분포 ±Hpb' 의 각 중심 (무게 중심) 점의 개구수 NA＄1 (≒0.19) 를 고려한 경우, 앞선 식 (8) 의 조건은, 또한 식 (9) 의 조건으로 해도 된다.
Figure pct00009
이 식 (9) 를 투영 유닛 (PLU) 의 이미지면측의 최대 개구수 NAi 로 나누면, σ 값의 바람직한 범위를 표시하는 식 (10) 으로 변형할 수 있다.
Figure pct00010
이상의 실시 형태나 변형예에서는, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지 (Ips), 즉, DMD (10) 로부터의 0 차 광 상당 성분인 9 차 회절광 (또는 18 차 회절광 등) 의 강도 분포 Hpa 의 타원화를 억제하여, 원 형상으로 보정하도록 하였다. 그래서, ±1 차 광 상당 성분의 강도 분포 Hpb, Hpc, Hpd, ±Hpb' 도 원형이 되는 것으로 하였다. 그러나, 실제로는 조명광 (ILm) 이 X' 방향에서 경사 조명되므로, 강도 분포 Hpa 가 진원이 되었더라도, 강도 분포 Hpb, Hpc, Hpd, ±Hpb' 의 각각은, 강도 분포 Hpa 의 중심 (광축 (AXa) 의 위치) 으로부터의 회절각에 따라서 X' 방향으로 약간 압축된 타원상이 된다.
따라서, 도 37, 도 38 에 나타낸 강도 분포 Hpb (및 Hpc, Hpd) 의 반경에 상당하는 이미지면측의 X' 방향의 개구수는, 엄밀하게는 강도 분포 Hpb 의 개구수 NAib 보다 약간 작은 개구수 NAib' 가 된다. 여기서, 강도 분포 Hpa 의 반경에 상당하는 이미지면측의 개구수 NAib 는, 물체면측 (DMD (10) 측) 에서는, 투영 배율 (Mp) (＝1/6) 배가 되고, Mp·NAib 가 된다. 그래서, 개구수 (Mp·NAib) 에 상당하는 각도를 Δθσ (＝arcsin(±Mp·NAib)) 로 한다. 마찬가지로, 강도 분포 Hpb (및 Hpc, Hpd) 의 이미지면측의 X' 방향의 개구수 NAib' 는, 물체면측 (DMD (10) 측) 에서는, 투영 배율 (Mp) (＝1/6) 배가 되고, Mp·NAib' 가 된다. 그래서, X' 방향의 개구수 (Mp·NAib') 에 상당하는 각도를 Δθib (＝arcsin(±Mp·NAib')) 로 한다.
이들 각도 Δθσ, Δθib 를 고려하면, 앞선 식 (2) 또는 식 (3) 은, 각각 이하의 식 (11), 식 (12) 와 같이 표시된다.
Figure pct00011
Figure pct00012
〔변형예 5〕
또한, 도 37, 도 38 과 같이 DMD (10) 의 마이크로 미러 (Ms) 의 배열 피치 Pdx, Pdy 에 의해 발생하는 ±1 차 광 상당 성분의 회절광의 강도 분포 Hpb 의 전체를, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 의 밖에 배치시키기 위한 σ 값의 설정은, 조명광 (ILm) 을 DMD (10) 에 낙사 (落射) 조명하는 방식의 노광 장치여도 동일하게 적용할 수 있다. 이 경우, DMD (10) 와 투영 유닛 (PLU) 사이의 광로 중에는, 편광 빔 스플리터와 1/4 파장판이 형성된다. 이 경우, 편광 빔 스플리터의 편광 분리면은, 일례로서 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 과 45°가 되도록 설정되고, 조명광 (ILm) 은 편광 빔 스플리터측으로부터 DMD (10) 의 중립면 (Pcc) 에 대하여 거의 수직 (입사각 θα≒0°) 으로 설정된다.
이 구성에서는, 조명광 (ILm) 을 사출하는 콘덴서 렌즈계의 광축 (AXc, AXb) 과 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 이, DMD (10) 상에서 동축 또는 평행해진다. 그래서, 타원화의 문제는 발생하지 않지만, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 의 구동 오차에서 기인한 텔레센트릭 오차 Δθt 는 발생하므로, 그 보정이 필요해진다. 또, 낙사 조명 방식에서도, 콘덴서 렌즈계의 광축과 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 이 DMD (10) 상에서 엄밀하게 평행하지 않고, 의도적으로 일정한 입사각 θα (예를 들어, 5°이상) 으로 기울어지도록 설정되어 있는 경우에는, 타원화의 보정을 실시하는 것이 바람직하다.
〔변형예 6〕
이상의 실시 형태나 변형예에서 설명한 타원화의 보정 방법에서는, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 타원상으로 형성되는 광원 이미지 (Ips) (DMD (10) 로부터의 0 차 광 상당 성분의 회절광의 강도 분포 Hpa) 의 윤곽이 원형으로 보정되도록, 조명 유닛 (ILU) 내에서 생성되는 면광원의 윤곽 형상을 상보적인 타원상으로 하였다. 조명광 (ILm) 의 DMD (10) 에 대한 입사각 θα 는, 장치 구성 상에서 크게 변화시키는 일은 없으므로, 타원의 비율도 거의 일정한 것으로 생각될 수 있다.
그래서, 조명 유닛 (ILU) 내에서 생성되는 면광원의 윤곽 형상은 원형인 채로 하고, 투영 유닛 (PLU) 내의 동공 (Ep) 의 앞 또는 전후의 위치에, 실린드리컬 렌즈, 토릭 렌즈, 회절 광학 소자 등의 비등방적인 굴절력을 갖는 분포 정형 광학 소자를 추가하여, 타원상이 되는 광원 이미지 (Ips) 의 분포 (DMD (10) 로부터의 0 차 광 상당 성분의 회절광의 강도 분포 Hpa) 를 원형으로 보정하도록 해도 된다. 다만, 그와 같은 투영 유닛 (PLU) 의 경우에는, 투영 유닛 (PLU) 의 결상 성능, 특히 투영 배율 (Mp) 의 등방성, 디스토션 특성, 그 밖의 수차 특성이 허용 범위가 되도록, 분포 정형 광학 소자를 포함하는 결상 렌즈로서의 광학 설계를 실시할 필요가 있다.
이상의 실시 형태나 변형예에서 설명한 패턴 노광 장치 (EX) 는, 묘화 데이터에 기초하여 선택적으로 구동되는 복수의 마이크로 미러 (Ms) 를 갖는 DMD (10) (공간 광변조 소자) 와, 소정의 입사각 θα 로 DMD (10) 에 조명광 (ILm) 을 조사하는 조명 유닛 (ILU) 과, DMD (10) 의 선택된 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광을 입사하여 기판 (P) 에 투영하는 투영 유닛 (PLU) 을 구비한다.
그 중의 조명 유닛 (ILU) 에는, 조명광 (ILm) 의 근원이 되는 소정 형상의 면광원 (MFE (108A) 의 출사면측의 복수의 점광원 (SPF) 의 집합체) 으로부터의 광을 집광하여 DMD (10) 에 경사 조사함과 함께, 투영 유닛 (PLU) 의 광축 (AXa) 에 대하여 입사각 θα 로 기울어진 광축 (AXb, AXc) 을 따라 배치되고, 면광원 (점광원 (SPF) 의 집합체) 을 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 과 광학적으로 공액으로 하기 위한 집광 광학 부재로서의 콘덴서 렌즈계 (110) 와, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광으로서의 0 차 광 상당 성분의 회절광 (Id9, Id18 등) 에 의해 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 면광원의 광원 이미지 (Ips) 의 강도 분포 Hpa 의 전체적인 윤곽이 입사각 θα 에 따라 타원상으로 일그러지는 것을 보정하도록, 면광원 (Ips) (강도 분포 Hpa) 의 윤곽의 형상을 변형시키는 보정 광학 부재로서의 개구 조리개 (108B), 회절 광학 소자 (DOE) (200), 또는 비등방적인 굴절력을 갖는 렌즈 소자 (210, 212) 등이 형성된다.
또한, 이상의 실시 형태나 변형예에 따르면, 전자 디바이스 (반도체 회로, 디스플레이, 배선, 센서 등) 용의 패턴의 묘화 데이터에 기초하여 선택적으로 구동되는 복수의 마이크로 미러 (Ms) 를 갖는 DMD (10) (공간 광변조 소자) 를, 조명 유닛 (ILU) 으로부터의 조명광 (ILm) 로 조명하고, DMD (10) 의 선택된 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광을, 투영 유닛 (PLU) 을 통해서 기판 (P) 에 투영 노광함으로써, 기판 (P) 상에 전자 디바이스의 패턴을 형성하는 디바이스 제조 방법에 있어서, 조명 유닛 (ILU) 내에서 생성되는 소정 형상의 면광원으로부터의 광을 조명광으로서 집광하여, DMD (10) 에 입사각 θα 로 경사 조사하는 단계와, DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 반사광 (0 차 광 상당 성분의 회절광 (Id9, Id18)) 에 의해 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 면광원의 광원 이미지 (Ips) (강도 분포 Hpa) 의 윤곽이 입사각 θα 에 따라 타원상으로 일그러지는 것을 보정하도록, 면광원의 윤곽의 형상을 변형시키는 단계가 실시된다.
이와 같은 구성에 의해, 투영 유닛 (PLU) 의 동공 (Ep) 에 형성되는 광원 이미지 (Ips), 즉 DMD (10) 의 온 상태의 마이크로 미러 (Msa) 로부터의 0 차 광 상당 성분의 강도 분포 Hpa 의 전체적인 윤곽을, 일그러진 타원형에서 원 형상으로 보정할 수 있고, 투영 유닛 (PLU) 에 의해 기판 (P) 에 투영 노광되는 패턴 이미지의 에지부의 이미지질을, 그 에지의 방향성에 따르지 않고 균일하게 할 수 있다.
10…DMD
108…옵티컬 인터그레이터
ILU…조명 유닛

Claims (9)

  1. 묘화 데이터에 기초하여 선택적으로 구동되는 복수의 마이크로 미러를 갖는 공간 광변조 소자와, 소정의 입사각으로 상기 공간 광변조 소자에 조명광을 조사하는 조명 유닛과, 상기 공간 광변조 소자의 선택된 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광을 기판에 투영하는 투영 유닛을 구비하고, 상기 묘화 데이터에 대응된 패턴을 상기 기판에 투영 노광하는 패턴 노광 장치로서,
    상기 조명 유닛은,
    상기 조명광의 근원이 되는 소정 형상의 면광원으로부터의 광을 집광하여 상기 공간 광변조 소자에 경사 조사함과 함께, 상기 투영 유닛의 광축에 대하여 상기 입사각으로 기울어진 광축을 따라 배치되고, 상기 면광원을 상기 투영 유닛의 동공과 광학적으로 공액으로 하는 집광 광학 부재와,
    상기 공간 광변조 소자의 상기 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광에 의해 상기 투영 유닛의 동공에 형성되는 상기 면광원의 이미지의 윤곽이 상기 입사각에 따라 타원상으로 일그러지는 것을 보정하도록, 상기 면광원의 윤곽의 형상을 변형시키는 보정 광학 부재를 구비하는 패턴 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조명 유닛은, 복수의 점광원의 집합체에 의해 상기 면광원을 생성하는 옵티컬 인터그레이터를 포함하고,
    상기 집광 광학 부재는, 상기 공간 광변조 소자를 상기 복수의 점광원의 각각으로부터의 조명광으로 쾰러 조명하는 콘덴서 렌즈계로 구성되는, 패턴 노광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정 광학 부재는, 상기 복수의 점광원의 집합체 중 일부분으로부터의 조명광을 상기 콘덴서 렌즈계를 향하여 통과시킴으로써, 상기 면광원의 윤곽의 형상을 변형시키는 개구 조리개로 구성되는, 패턴 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구 조리개는, 상기 투영 유닛의 동공에 형성되는 상기 면광원의 이미지의 타원상의 윤곽의 장축과 단축의 방향을 90°회전시킨 상태의 타원상의 개구를 갖는, 패턴 노광 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 보정 광학 부재는, 변형시켜야 할 상기 면광원의 윤곽의 형상에 대응시켜 상기 옵티컬 인터그레이터에 입사되는 조명광의 분포를 정형하는 분포 정형 광학 소자로 구성되는, 패턴 노광 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분포 정형 광학 소자는, 상기 옵티컬 인터그레이터에 입사되는 조명광의 분포의 전체적인 윤곽을, 상기 투영 유닛의 동공에 형성되는 상기 면광원의 이미지의 타원상의 윤곽의 장축과 단축의 방향을 90°회전시킨 상태의 타원상으로 하는 회절 광학 소자, 실린드리컬 렌즈, 또는 프레넬 렌즈 중 어느 것으로 구성되는, 패턴 노광 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보정 광학 부재에 의해 변형되는 상기 면광원의 윤곽은, 단축 방향의 치수와 장축 방향의 치수의 비가 상기 입사각의 코사인값이 되는 타원 형상으로 설정되는, 패턴 노광 장치.
  8. 전자 디바이스용의 패턴의 묘화 데이터에 기초하여 선택적으로 구동되는 복수의 마이크로 미러를 갖는 공간 광변조 소자를, 조명 유닛으로부터의 조명광으로 경사 조명하고, 상기 공간 광변조 소자의 선택된 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광을, 투영 유닛을 통해서 기판에 투영 노광함으로써, 상기 기판 상에 상기 전자 디바이스의 패턴을 형성하는 디바이스 제조 방법으로서,
    상기 조명 유닛 내에서 생성되는 소정 형상의 면광원으로부터의 광을 상기 조명광으로서 집광하여, 상기 공간 광변조 소자에 소정의 입사각으로 경사 조사하는 단계와,
    상기 공간 광변조 소자의 상기 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광에 의해 상기 투영 유닛의 동공에 형성되는 상기 면광원의 이미지의 윤곽이 상기 입사각에 따라 타원상으로 일그러지는 것을 보정하도록, 상기 면광원의 윤곽의 형상을 변형시키는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  9. 복수의 마이크로 미러를 갖는 공간 광변조 소자와,
    상기 공간 광변조 소자에 조명광을 조사하는 조명 유닛과,
    상기 공간 광변조 소자의 온 상태의 마이크로 미러로부터의 반사광을 투영하는 투영 유닛을 구비하고,
    상기 조명 유닛은,
    실린드리컬 렌즈와,
    상기 실린드리컬 렌즈를 통과한 광을 집광하여 상기 공간 광변조 소자를 조사하는 집광 광학 부재를 구비하는 노광 장치.
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