KR20250022862A - Lighting unit, exposure device, and exposure method - Google Patents
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Abstract
조명 유닛은, 제 1 파장 특성을 갖는 광을 출사하는 제 1 발광부를 갖는 제 1 광원 소자를 복수 배열한 제 1 광원 어레이 (20A) 와, 상기 제 1 광원 소자의 각각의 상기 제 1 발광부의 확대 이미지를 형성하는 제 1 확대 광학계 (30A) 와, 상기 제 1 확대 광학계로부터의 광이 입사하는 제 1 광학계 (81A) 와, 상기 제 1 파장 특성과는 상이한 제 2 파장 특성을 갖는 광을 출사하는 제 2 발광부를 갖는 제 2 광원 소자를 복수 배열한 제 2 광원 어레이 (20B) 와, 상기 제 2 광원 소자의 각각의 상기 제 2 발광부의 확대 이미지를 형성하는 제 2 확대 광학계 (30B) 와, 상기 제 2 확대 광학계로부터의 광이 입사하는 제 2 광학계 (81B) 와, 상기 제 1 광학계로부터의 광과, 상기 제 2 광학계로부터의 광을 합성하는 합성 광학 소자 (DM2) 를 구비하고, 상기 합성 광학 소자는, 상기 제 1 광학계의 후측 초점 위치 또는 그 근방이고, 또한, 상기 제 2 광학계의 후측 초점 위치 또는 그 근방인 위치에 배치되어 있다.The lighting unit comprises a first light source array (20A) having a plurality of first light source elements arranged having a first light emitting portion that emits light having a first wavelength characteristic, a first magnifying optical system (30A) that forms an enlarged image of each of the first light emitting portions of the first light source elements, a first optical system (81A) on which light from the first magnifying optical system enters, a second light source array (20B) having a plurality of second light source elements arranged having a second light emitting portion that emits light having a second wavelength characteristic different from the first wavelength characteristic, a second magnifying optical system (30B) that forms an enlarged image of each of the second light emitting portions of the second light source elements, a second optical system (81B) on which light from the second magnifying optical system enters, and a synthesizing optical element (DM2) that synthesizes light from the first optical system and light from the second optical system, and the synthesizing The optical element is positioned at or near the rear focal position of the first optical system and also at or near the rear focal position of the second optical system.
Description
조명 유닛, 노광 장치, 및 노광 방법에 관한 것이다.It relates to a lighting unit, an exposure device, and an exposure method.
최근, 퍼스널 컴퓨터나 텔레비전 등의 표시 소자로서, 액정 표시 패널이 다용되고 있다. 액정 표시 패널은, 플레이트 (유리 기판) 상에 포토리소그래피의 수법으로 박막 트랜지스터의 회로 패턴을 형성함으로써 제조된다. 이 포토리소그래피 공정을 위한 장치로서, 마스크 상에 형성된 원화 패턴을, 투영 광학계를 통하여 플레이트 상의 포토레지스트층에 투영 노광하는 노광 장치가 사용되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1).Recently, liquid crystal display panels have been widely used as display elements for personal computers, televisions, etc. Liquid crystal display panels are manufactured by forming a circuit pattern of thin film transistors on a plate (glass substrate) using a photolithography technique. As a device for this photolithography process, an exposure device is used that projects and exposes an original pattern formed on a mask onto a photoresist layer on a plate via a projection optical system (for example, Patent Document 1).
일반적으로, 상기 서술한 노광 장치를 포함하는 다양한 광학 장치에 적용할 수 있는 고휘도의 면광원의 실현이 요구되고 있다.In general, there is a demand for the realization of a high-brightness surface light source that can be applied to various optical devices including the exposure device described above.
제 1 개시의 양태에 의하면, 조명 유닛은, 제 1 파장 특성을 갖는 광을 출사하는 제 1 발광부를 갖는 제 1 광원 소자를 복수 배열한 제 1 광원 어레이와, 상기 제 1 광원 소자의 각각의 상기 제 1 발광부의 확대 이미지를 형성하는 제 1 확대 광학계와, 상기 제 1 확대 광학계로부터의 광이 입사하는 제 1 광학계와, 상기 제 1 파장 특성과는 상이한 제 2 파장 특성을 갖는 광을 출사하는 제 2 발광부를 갖는 제 2 광원 소자를 복수 배열한 제 2 광원 어레이와, 상기 제 2 광원 소자의 각각의 상기 제 2 발광부의 확대 이미지를 형성하는 제 2 확대 광학계와, 상기 제 2 확대 광학계로부터의 광이 입사하는 제 2 광학계와, 상기 제 1 광학계로부터의 광과, 상기 제 2 광학계로부터의 광을 합성하는 합성 광학 소자를 구비하고, 상기 합성 광학 소자는, 상기 제 1 광학계의 후측 초점 위치 또는 그 근방이고, 또한, 상기 제 2 광학계의 후측 초점 위치 또는 그 근방인 위치에 배치되어 있다.According to the aspect of the first disclosure, the lighting unit comprises: a first light source array having a plurality of first light source elements arranged having a first light emitting portion that emits light having a first wavelength characteristic; a first magnifying optical system that forms an magnified image of each of the first light emitting portions of the first light source elements; a first optical system into which light from the first magnifying optical system enters; a second light source array having a plurality of second light source elements arranged having a second light emitting portion that emits light having a second wavelength characteristic different from the first wavelength characteristic; a second magnifying optical system that forms an magnified image of each of the second light emitting portions of the second light source elements; a second optical system into which light from the second magnifying optical system enters; and a synthesizing optical element that synthesizes light from the first optical system and light from the second optical system, wherein the synthesizing optical element is at or near a rear focus position of the first optical system, and further, is at a rear focus position of the second optical system. It is located at a location or in the vicinity of the location.
제 2 개시의 양태에 의하면, 노광 장치는, 상기 조명 유닛과, 상기 조명 유닛에 의해 조명되는 마스크의 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비한다.According to the second aspect of the disclosure, the exposure device comprises the illumination unit and a projection optical system that projects a pattern image of a mask illuminated by the illumination unit onto a photosensitive substrate.
제 3 개시의 양태에 의하면, 노광 방법은, 상기 노광 장치를 사용한 노광 방법으로서, 상기 조명 유닛을 사용하여 상기 마스크를 조명하는 것과, 상기 투영 광학계를 사용하여 상기 마스크의 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영하는 것을 포함한다.According to an aspect of the third disclosure, an exposure method is an exposure method using the exposure device, including illuminating the mask using the illumination unit, and projecting a pattern image of the mask onto the photosensitive substrate using the projection optical system.
또한, 후술하는 실시형태의 구성을 적절히 개량해도 되고, 또, 적어도 일부를 다른 구성물로 대체시켜도 된다. 또한, 그 배치에 대해 특별히 한정이 없는 구성 요건은, 실시형태에서 개시한 배치에 한정되지 않고, 그 기능을 달성할 수 있는 위치에 배치할 수 있다.In addition, the configuration of the embodiment described below may be appropriately improved, and at least part of it may be replaced with another configuration. In addition, the configuration requirement that is not particularly limited to the arrangement is not limited to the arrangement disclosed in the embodiment, and may be arranged at a position where the function can be achieved.
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 노광 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 조명 유닛의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3(A) 는, 제 1 및 제 2 광원 어레이의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 3(B) 는, 제 1 및 제 2 광원 유닛의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는, 다이크로익 미러로의 입사 각도와 조도의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, LED 칩의 발광부의 배광 특성의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6(A) 및 도 6(B) 는, 제 2 실시형태에 있어서 소정면에 형성되는 확대 이미지에 대해 설명하는 도면이다.
도 7(A) 및 도 7(B) 은, 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of an exposure device related to the first embodiment.
Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a lighting unit related to the first embodiment.
Fig. 3(A) is a plan view schematically showing the configuration of the first and second light source arrays, and Fig. 3(B) is a drawing schematically showing the internal configuration of the first and second light source units.
Figure 4 is a graph showing an example of the relationship between the angle of incidence and illuminance on a dichroic mirror.
Figure 5 is a graph showing an example of the light distribution characteristics of the light-emitting portion of an LED chip.
FIG. 6(A) and FIG. 6(B) are drawings explaining an enlarged image formed on a predetermined surface in the second embodiment.
Figures 7(A) and 7(B) are drawings showing simulation results.
《제 1 실시형태》《Embodiment 1》
제 1 실시형태에 관련된 노광 장치 (10) 에 대하여, 도 1 ∼ 도 4 에 기초하여 설명한다.The exposure device (10) related to the first embodiment will be described based on FIGS. 1 to 4.
(노광 장치의 구성) (Composition of exposure device)
먼저, 도 1 을 사용하여 제 1 실시형태에 관련된 노광 장치 (10) 의 구성에 대해 설명한다. 도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 노광 장치 (10) 의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.First, the configuration of the exposure apparatus (10) related to the first embodiment will be described using Fig. 1. Fig. 1 is a drawing schematically showing the configuration of the exposure apparatus (10) related to the first embodiment.
노광 장치 (10) 는, 마스크 (MSK) 와 유리 기판 (이하,「기판」이라고 부른다) (P) 을 투영 광학계 (PL) 에 대해 동일 방향으로 동일 속도로 구동시킴으로써, 마스크 (MSK) 에 형성된 패턴을 기판 (P) 상에 전사하는 스캐닝·스테퍼 (스캐너) 이다. 기판 (P) 은, 예를 들어 액정 표시 장치 (플랫 패널 디스플레이) 에 사용되는 직사각형의 유리 기판이고, 적어도 한 변의 길이 또는 대각 길이가 500 mm 이상이다.The exposure device (10) is a scanning stepper (scanner) that transfers a pattern formed on the mask (MSK) onto the substrate (P) by driving the mask (MSK) and the glass substrate (hereinafter referred to as “substrate”) (P) in the same direction and at the same speed relative to the projection optical system (PL). The substrate (P) is, for example, a rectangular glass substrate used in a liquid crystal display (flat panel display), and has at least one side length or diagonal length of 500 mm or more.
이하에 있어서는, 주사 노광시에 마스크 (MSK) 및 기판 (P) 이 구동되는 방향 (주사 방향) 을 X 축 방향으로 하고, 이것에 직교하는 수평면 내에서의 방향을 Y 축 방향, X 축 및 Y 축에 직교하는 방향을 Z 축 방향, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θx, θy, 및 θz 방향으로 한다.Hereinafter, the direction (scanning direction) in which the mask (MSK) and the substrate (P) are driven during scanning exposure is set to the X-axis direction, the direction in a horizontal plane orthogonal thereto is set to the Y-axis direction, the direction orthogonal to the X-axis and Y-axis is set to the Z-axis direction, and the directions of rotation (tilt) around the X-axis, Y-axis, and Z-axis are set to the θx, θy, and θz directions, respectively.
노광 장치 (10) 는, 조명계 (IOP), 마스크 (MSK) 를 유지하는 마스크 스테이지 (MST), 투영 광학계 (PL), 이들을 지지하는 보디 (70), 기판 (P) 을 유지하는 기판 스테이지 (PST), 및 이들의 제어계 등을 구비한다. 제어계는, 노광 장치 (10) 의 구성 각 부를 통괄 제어한다.The exposure device (10) is equipped with an illumination system (IOP), a mask stage (MST) that holds a mask (MSK), a projection optical system (PL), a body (70) that supports these, a substrate stage (PST) that holds a substrate (P), and a control system for these. The control system comprehensively controls each component of the exposure device (10).
보디 (70) 는, 베이스 (방진대) (71), 칼럼 (72A, 72B), 광학 정반 (73), 지지체 (74), 및 슬라이드 가이드 (75) 를 구비한다. 베이스 (방진대) (71) 는, 바닥 (F) 상에 배치되고, 바닥 (F) 으로부터의 진동을 제진하여 칼럼 (72A, 72B) 등을 지지한다. 칼럼 (72A, 72B) 은 각각 프레임체 형상을 갖고, 칼럼 (72B) 의 내측에 칼럼 (72A) 이 배치되어 있다. 광학 정반 (73) 은, 평판 형상을 갖고, 칼럼 (72A) 의 천장부에 고정되어 있다. 지지체 (74) 는, 칼럼 (72B) 의 천장부에 슬라이드 가이드 (75) 를 통해 지지되어 있다. 슬라이드 가이드 (75) 는, 에어 볼 리프터와 위치 결정 기구를 구비하고, 지지체 (74) (즉 후술하는 마스크 스테이지 (MST)) 를 광학 정반 (73) 에 대해 X 축 방향의 적당한 위치에 위치 결정한다.The body (70) has a base (vibration isolator) (71), columns (72A, 72B), an optical plate (73), a support (74), and a slide guide (75). The base (vibration isolator) (71) is arranged on a floor (F) and supports the columns (72A, 72B) and the like by damping vibrations from the floor (F). The columns (72A, 72B) each have a frame shape, and the column (72A) is arranged on the inside of the column (72B). The optical plate (73) has a flat plate shape and is fixed to the ceiling of the column (72A). The support (74) is supported on the ceiling of the column (72B) via a slide guide (75). The slide guide (75) is equipped with an air ball lifter and a positioning mechanism, and positions the support (74) (i.e., the mask stage (MST) described later) at an appropriate position in the X-axis direction with respect to the optical plate (73).
조명계 (IOP) 는, 보디 (70) 의 상방에 배치되어 있다. 조명계 (IOP) 는, 조명광 (IL) 을 마스크 (MSK) 에 조사한다. 조명계 (IOP) 의 상세한 구성에 대해서는, 후술한다.The illumination system (IOP) is arranged above the body (70). The illumination system (IOP) irradiates illumination light (IL) onto the mask (MSK). The detailed configuration of the illumination system (IOP) will be described later.
마스크 스테이지 (MST) 는, 지지체 (74) 에 지지되어 있다. 마스크 스테이지 (MST) 에는, 회로 패턴이 형성된 패턴면 (도 1 에 있어서의 하면) 을 갖는 마스크 (MSK) 가, 예를 들어 진공 흡착 (혹은 정전 흡착) 에 의해 고정되어 있다. 마스크 스테이지 (MST) 는, 예를 들어 리니어 모터를 포함하는 구동계에 의해 주사 방향 (X 축 방향) 으로 소정의 스트로크로 구동됨과 함께, 비주사 방향 (Y 축 방향 및 θz 방향) 으로 미소 구동된다.The mask stage (MST) is supported on a support (74). A mask (MSK) having a pattern surface (the lower surface in Fig. 1) on which a circuit pattern is formed is fixed to the mask stage (MST) by, for example, vacuum suction (or electrostatic suction). The mask stage (MST) is driven by a predetermined stroke in the scanning direction (X-axis direction) and micro-driven in the non-scanning direction (Y-axis direction and θz direction) by, for example, a driving system including a linear motor.
마스크 스테이지 (MST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (θz 방향의 회전 정보를 포함한다) 는, 간섭계 시스템에 의해 계측된다. 간섭계 시스템은, 마스크 스테이지 (MST) 의 단부에 형성된 이동경 (또는 경면 가공된 반사면 (도시 생략)) 에 측장 빔을 조사하고, 이동경으로부터의 반사광을 수광함으로써, 마스크 스테이지 (MST) 의 위치를 계측한다. 그 계측 결과는 제어 장치 (도시 생략) 에 공급되고, 제어 장치는, 간섭계 시스템의 계측 결과에 따라, 구동계를 통하여 마스크 스테이지 (MST) 를 구동시킨다.Position information (including rotation information in the θz direction) of a mask stage (MST) in the XY plane is measured by an interferometer system. The interferometer system measures the position of the mask stage (MST) by irradiating a measuring beam onto a moving mirror (or a mirror-finished reflective surface (not shown)) formed at an end of the mask stage (MST) and receiving reflected light from the moving mirror. The measurement result is supplied to a control device (not shown), and the control device drives the mask stage (MST) via a driving system according to the measurement result of the interferometer system.
투영 광학계 (PL) 는, 마스크 스테이지 (MST) 의 하방 (-Z 측) 에 있어서, 광학 정반 (73) 에 지지되어 있다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어 미국 특허 제5,729,331호 명세서에 개시된 투영 광학계와 동일하게 구성되고, 마스크 (MSK) 의 패턴 이미지의 투영 영역이 예를 들어 지그재그상으로 배치된 복수 (예를 들어 7) 의 투영 광학 유닛 (100) (멀티 렌즈 투영 광학 유닛) 을 포함하고, Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 직사각형 형상의 이미지 필드를 형성한다. 여기에서는, 4 개의 투영 광학 유닛 (100) 이 Y 축 방향으로 소정 간격으로 배치되고, 나머지 3 개의 투영 광학 유닛 (100) 이, 4 개의 투영 광학 유닛 (100) 으로부터 +X 측으로 이간되어, Y 축 방향으로 소정 간격으로 배치되어 있다. 복수의 투영 광학 유닛 (100) 의 각각으로서, 예를 들어 양측 텔레센트릭한 등배계로 정립정상 (正立正像) 을 형성하는 것이 사용된다. 또한, 지그재그상으로 배치된 투영 광학 유닛 (100) 의 복수의 투영 영역을 통합하여 노광 영역이라고 부른다.The projection optical system (PL) is supported on an optical plate (73) below (on the -Z side) the mask stage (MST). The projection optical system (PL) has the same configuration as the projection optical system disclosed in, for example, U.S. Patent No. 5,729,331, and includes a plurality (for example, seven) projection optical units (100) (multi-lens projection optical units) arranged in a zigzag shape, for example, in a projection area of a pattern image of the mask (MSK), and forms a rectangular image field whose length direction is the Y-axis direction. Here, four projection optical units (100) are arranged at predetermined intervals in the Y-axis direction, and the remaining three projection optical units (100) are arranged at predetermined intervals in the Y-axis direction, spaced apart from the four projection optical units (100) on the +X side. As each of the plurality of projection optical units (100), for example, one that forms an erect image with a bilateral telecentric magnification system is used. In addition, the projection areas of the plurality of projection optical units (100) arranged in a zigzag shape are integrated and called an exposure area.
조명계 (IOP) 로부터의 조명광 (IL) 에 의해 마스크 (MSK) 상의 조명 영역이 조명되면, 마스크 (MSK) 를 투과한 조명광 (IL) 에 의해, 투영 광학계 (PL) 를 통하여, 그 조명 영역 내의 마스크 (MSK) 의 회로 패턴의 투영 이미지 (부분 정립 이미지) 가, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치되는 기판 (P) 상의 조사 영역 (노광 영역 (조명 영역에 공액)) 에 형성된다. 여기서, 기판 (P) 의 표면에는 레지스트 (감응제) 가 도포되어 있다. 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 구동시키는, 즉 마스크 (MSK) 를 조명 영역 (조명광 (IL)) 에 대해 주사 방향 (X 축 방향) 으로 구동시킴과 함께, 기판 (P) 을 노광 영역 (조명광 (IL)) 에 대해 동일한 주사 방향으로 구동시킴으로써, 기판 (P) 이 노광되어 기판 (P) 상에 마스크 (MSK) 의 패턴이 전사된다.When an illumination area on a mask (MSK) is illuminated by illumination light (IL) from an illumination system (IOP), a projection image (partially erected image) of a circuit pattern of the mask (MSK) within the illumination area is formed on an irradiated area (exposure area (conjugate to the illumination area)) on a substrate (P) arranged on the image surface side of the projection optical system (PL) by the illumination light (IL) transmitted through the mask (MSK). Here, a resist (sensitive agent) is applied to the surface of the substrate (P). By synchronously driving the mask stage (MST) and the substrate stage (PST), that is, driving the mask (MSK) in a scanning direction (X-axis direction) with respect to the illumination area (illumination light (IL)) and driving the substrate (P) in the same scanning direction with respect to the exposure area (illumination light (IL)), the substrate (P) is exposed and the pattern of the mask (MSK) is transferred onto the substrate (P).
기판 스테이지 (PST) 는, 투영 광학계 (PL) 의 하방 (-Z 측) 의 베이스 (방진대) (71) 상에 배치되어 있다. 기판 스테이지 (PST) 상에, 기판 (P) 이, 기판 홀더 (도시 생략) 를 통하여 유지되어 있다.The substrate stage (PST) is placed on a base (vibration isolator) (71) below (-Z side) the projection optical system (PL). A substrate (P) is held on the substrate stage (PST) via a substrate holder (not shown).
기판 스테이지 (PST) 의 XY 평면 내의 위치 정보 (회전 정보 (요잉량 (θz 방향의 회전량 θz), 피칭량 (θx 방향의 회전량 θx), 롤링량 (θy 방향의 회전량 θy)) 을 포함한다) 는, 간섭계 시스템에 의해 계측된다. 간섭계 시스템은, 광학 정반 (73) 으로부터 기판 스테이지 (PST) 의 단부에 형성된 이동경 (또는 경면 가공된 반사면 (도시 생략)) 에 측장 빔을 조사하고, 이동경으로부터의 반사광을 수광함으로써, 기판 스테이지 (PST) 의 위치를 계측한다. 그 계측 결과는 제어 장치 (도시 생략) 에 공급되고, 제어 장치는, 간섭계 시스템의 계측 결과에 따라 기판 스테이지 (PST) 를 구동시킨다.Position information (including rotation information (yaw amount (rotation amount θz in the θz direction), pitching amount (rotation amount θx in the θx direction), and rolling amount (rotation amount θy in the θy direction)) of the substrate stage (PST) in the XY plane is measured by an interferometer system. The interferometer system measures the position of the substrate stage (PST) by irradiating a measuring beam from an optical platen (73) onto a moving mirror (or a mirror-finished reflective surface (not shown)) formed at an end of the substrate stage (PST) and receiving reflected light from the moving mirror. The measurement result is supplied to a control device (not shown), and the control device drives the substrate stage (PST) according to the measurement result of the interferometer system.
노광 장치 (10) 에서는, 노광에 앞서 얼라인먼트 계측 (예를 들어, EGA 등) 을 실시하고, 그 결과를 사용하여, 이하의 순서로, 기판 (P) 을 노광한다. 먼저, 제어 장치의 지시에 따라, 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지 (PST) 를 X 축 방향으로 동기 구동시킨다. 이로써, 기판 (P) 상의 1 번째의 샷 영역으로의 주사 노광을 실시한다. 1 번째의 샷 영역에 대한 주사 노광이 종료되면, 제어 장치는, 기판 스테이지 (PST) 를 2 번째의 샷 영역에 대응하는 위치로 이동 (스텝핑) 한다. 그리고, 2 번째의 샷 영역에 대한 주사 노광을 실시한다. 제어 장치는, 동일하게, 기판 (P) 의 샷 영역간의 스텝핑과 샷 영역에 대한 주사 노광을 반복하여, 기판 (P) 상의 모든 샷 영역에 마스크 (MSK) 의 패턴을 전사한다.In the exposure device (10), alignment measurement (e.g., EGA, etc.) is performed prior to exposure, and the result is used to expose the substrate P in the following order. First, according to the instructions of the control device, the mask stage MST and the substrate stage PST are synchronously driven in the X-axis direction. As a result, scanning exposure is performed for the first shot area on the substrate P. When the scanning exposure for the first shot area is completed, the control device moves (steps) the substrate stage PST to a position corresponding to the second shot area. Then, scanning exposure is performed for the second shot area. The control device similarly repeats stepping between the shot areas of the substrate P and scanning exposure for the shot areas, thereby transferring the pattern of the mask MSK to all the shot areas on the substrate P.
(조명계 (IOP) 의 구성) (Composition of the lighting system (IOP))
다음으로, 본 실시형태에 있어서의 조명계 (IOP) 의 구성에 대해 설명한다. 조명계 (IOP) 는, 투영 광학계 (PL) 가 구비하는 복수의 투영 광학 유닛 (100) 각각에 대응하는 복수의 조명 유닛 (90) 을 구비한다.Next, the configuration of the illumination system (IOP) in the present embodiment will be described. The illumination system (IOP) has a plurality of illumination units (90) corresponding to each of a plurality of projection optical units (100) provided in the projection optical system (PL).
도 2 는, 조명 유닛 (90) 의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 조명 유닛 (90) 은, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 과, 제 2 광원 유닛 (OPU2) 과, 조명 광학계 (80) 를 구비한다.Fig. 2 is a drawing schematically showing the configuration of a lighting unit (90). As shown in Fig. 2, the lighting unit (90) has a first light source unit (OPU1), a second light source unit (OPU2), and an illumination optical system (80).
(광원 유닛의 구성) (Composition of light source unit)
제 1 광원 유닛 (OPU1) 은, 제 1 광원 어레이 (20A) 와, 제 1 확대 광학계 (30A) 를 구비하고, 제 2 광원 유닛 (OPU2) 은, 제 2 광원 어레이 (20B) 와, 제 2 확대 광학계 (30B) 를 구비한다.The first light source unit (OPU1) has a first light source array (20A) and a first magnifying optical system (30A), and the second light source unit (OPU2) has a second light source array (20B) and a second magnifying optical system (30B).
도 3(A) 는, 제 1 광원 어레이 (20A) 및 제 2 광원 어레이 (20B) 의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 제 1 광원 어레이 (20A) 는, 예를 들어 기판 (21A) 상에 배열된 복수 (도 3(A) 에서는, 5 × 5) 의 LED (Light Emitting Diode) 칩 (23A) 을 구비한다. LED 칩 (23A) 의 개수는 필요에 따라 적절히 변경해도 된다. 복수의 LED 칩 (23A) 은 각각, 발광부 (231A) 를 갖고, 당해 발광부 (231A) 로부터 출사하는 광의 피크 파장은 380 ∼ 390 nm 의 범위 내에 있다. 즉, 발광부 (231A) 는, 자외선 LED (UV LED) 이다. 발광부 (231A) 로부터 출사하는 광의 피크 파장은 385 nm 인 것이 보다 바람직하다. 발광부 (231A) 의 발광면은 정방형이고, 그 한 변의 길이는 a1 이다. LED 칩 (23A) 은, 피치 (P1) 로 배열되어 있다. 피치 (P1) 는, 이웃하는 LED 칩 (23A) 의 중심간의 거리이다.Fig. 3(A) is a plan view schematically showing the configuration of the first light source array (20A) and the second light source array (20B). The first light source array (20A) has, for example, a plurality (5 x 5 in Fig. 3(A)) of LED (Light Emitting Diode) chips (23A) arranged on a substrate (21A). The number of LED chips (23A) may be appropriately changed as needed. Each of the plurality of LED chips (23A) has a light-emitting portion (231A), and the peak wavelength of light emitted from the light-emitting portion (231A) is in the range of 380 to 390 nm. That is, the light-emitting portion (231A) is an ultraviolet LED (UV LED). It is more preferable that the peak wavelength of light emitted from the light-emitting portion (231A) is 385 nm. The light-emitting surface of the light-emitting portion (231A) is square, and the length of one side is a1. The LED chips (23A) are arranged at a pitch (P1). The pitch (P1) is the distance between the centers of adjacent LED chips (23A).
제 2 광원 어레이 (20B) 는, 예를 들어 기판 (21B) 상에 배열된 복수 (도 3(A) 에서는, 5 × 5) 의 LED 칩 (23B) 을 구비한다. LED 칩 (23B) 의 개수는 필요에 따라 적절히 변경해도 된다. 복수의 LED 칩 (23B) 은 각각, 발광부 (231B) 를 갖고, 당해 발광부 (231B) 로부터 출사하는 광의 피크 파장은 360 ∼ 370 nm 의 범위 내에 있다. 즉, 발광부 (231B) 는, UV LED 이다. 발광부 (231B) 로부터 출사하는 광의 피크 파장은 365 nm 인 것이 보다 바람직하다. 발광부 (231B) 의 발광면은 정방형이고, 그 한 변의 길이는 a2 이다. LED 칩 (23B) 은, 피치 (P2) 로 배열되어 있다.The second light source array (20B) has, for example, a plurality (5 × 5 in FIG. 3(A)) of LED chips (23B) arranged on a substrate (21B). The number of LED chips (23B) may be appropriately changed as needed. Each of the plurality of LED chips (23B) has a light-emitting portion (231B), and the peak wavelength of light emitted from the light-emitting portion (231B) is in the range of 360 to 370 nm. That is, the light-emitting portion (231B) is a UV LED. It is more preferable that the peak wavelength of light emitted from the light-emitting portion (231B) is 365 nm. The light-emitting surface of the light-emitting portion (231B) is square, and the length of one side thereof is a2. The LED chips (23B) are arranged at a pitch (P2).
LED 칩 (23A) 의 배열 피치 (P1) 와, LED 칩 (23B) 의 배열 피치 (P2) 는, 동일해도 되고, 상이해도 된다. 또한, 발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이 (a1) 와, 발광부 (231B) 의 발광면의 한 변의 길이 (a2) 는, 동일해도 되고, 상이해도 된다. 또한, LED 칩 (23A 및 23B) 은, 기판 상이 아니라, 예를 들어 히트 싱크 상에 배열되어 있어도 된다.The array pitch (P1) of the LED chip (23A) and the array pitch (P2) of the LED chip (23B) may be the same or different. In addition, the length (a1) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231A) and the length (a2) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231B) may be the same or different. In addition, the LED chips (23A and 23B) may be arranged not on the substrate, but, for example, on a heat sink.
도 3(B) 는, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 및 제 2 광원 유닛 (OPU2) 의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 및 제 2 광원 유닛 (OPU2) 의 내부 구성은 동일하기 때문에, 여기에서는, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 의 구성을 대표하여 설명한다. 여기서 LED 칩 (23A) 이 배열된 2 방향을, X1 방향 및 Y1 방향으로 한다. X1 방향과 Y1 방향은 직교하고 있다. 또한, X1 방향 및 Y1 방향에 직교하는 방향을 Z1 방향으로 한다. Z1 방향은, 발광부 (231A) 가 출사하는 광의 광축 (OA) 과 대략 평행하다. 도 3(B) 에서는, 도면의 명료화를 위해서, Y1 방향을 따라 일렬로 나열된 4 개의 LED 칩 (23A) 만을 나타내고 있다.Fig. 3(B) is a drawing schematically showing the internal configuration of the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2). In addition, since the internal configurations of the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2) are the same, the configuration of the first light source unit (OPU1) is described here as a representative example. Here, the two directions in which the LED chips (23A) are arranged are the X1 direction and the Y1 direction. The X1 direction and the Y1 direction are orthogonal. In addition, the direction orthogonal to the X1 direction and the Y1 direction is called the Z1 direction. The Z1 direction is approximately parallel to the optical axis (OA) of the light emitted from the light emitting portion (231A). In Fig. 3(B), for the sake of clarity of the drawing, only four LED chips (23A) arranged in a row along the Y1 direction are shown.
도 3(B) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 확대 광학계 (30A) 는, 각 LED 칩 (23A) 의 발광부 (231A) 의 확대 이미지를 소정면 (PP) 에 각각 형성하기 위한 확대 광학계이다. 제 1 확대 광학계 (30A) 는, LED 칩 (23A) 의 배열과 대응하도록 배열된 복수의 렌즈부 (31A) 를 구비한다. 렌즈부 (31A) 는 각각, 발광부 (231A) 를, 배율 M1 로 확대 투영하는 양측 텔레센트릭한 광학계이다.As shown in Fig. 3(B), the first magnifying optical system (30A) is an magnifying optical system for forming an magnified image of the light-emitting portion (231A) of each LED chip (23A) on a predetermined surface (PP). The first magnifying optical system (30A) has a plurality of lens portions (31A) arranged to correspond to the arrangement of the LED chips (23A). Each lens portion (31A) is a bilateral telecentric optical system that magnifies and projects the light-emitting portion (231A) at a magnification M1.
본 실시형태에 있어서 각 렌즈부 (31A) 는, 4 장의 평볼록 렌즈를 구비하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 각 렌즈부 (31A) 는, 예를 들어 2 장의 양볼록 렌즈를 구비하고 있어도 되고, 3 장의 양볼록 렌즈를 구비하고 있어도 된다. 또한, 각 렌즈부 (31A) 는, 예를 들어, 평볼록 렌즈와 양볼록 렌즈를 구비하고 있어도 된다.In the present embodiment, each lens unit (31A) is provided with four plano-convex lenses, but is not limited thereto. Each lens unit (31A) may be provided with, for example, two biconvex lenses or three biconvex lenses. Furthermore, each lens unit (31A) may be provided with, for example, a plano-convex lens and a biconvex lens.
본 실시형태에서는, 렌즈부 (31A) 는, 배율 M1 = (LED 칩 (23A) 의 배열 피치 (P1))/(발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이 (a1)) 로 발광부 (231A) 를 확대 투영한다. 한편, 제 2 확대 광학계 (30B) 가 구비하는 렌즈부 (31B) 는, 배율 M2 = (LED 칩 (23B) 의 배열 피치 (P2))/(발광부 (231B) 의 발광면의 한 변의 길이 (a2)) 로 발광부 (231B) 를 확대 투영한다. 이로써, 복수의 발광부 (231A, 231B) 의 확대 이미지는, 소정면 (PP) 에 있어서 서로 거의 접한다.In the present embodiment, the lens unit (31A) magnifies and projects the light-emitting unit (231A) at a magnification M1 = (array pitch (P1) of LED chips (23A))/(length (a1) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting unit (231A)). On the other hand, the lens unit (31B) provided in the second magnifying optical system (30B) magnifies and projects the light-emitting unit (231B) at a magnification M2 = (array pitch (P2) of LED chips (23B))/(length (a2) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting unit (231B)). As a result, the magnified images of the plurality of light-emitting units (231A, 231B) almost touch each other on the predetermined surface PP.
(조명 광학계 (80) 의 구성) (Composition of the lighting optical system (80))
다시 도 2 를 참조하여, 조명 광학계 (80) 의 구성에 대해 설명한다. 조명 광학계 (80) 는, 제 1 다이크로익 미러 (DM1) 를 포함하여 구성되는 제 1 집광 광학계 (제 1 광학계) (81A) 와, 제 2 집광 광학계 (81B) (제 2 광학계) 와, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 와, 결상 광학계 (83) 와, 플라이 아이 렌즈 (FEL) 와, 개구 조리개 (85) 와, 콘덴서 광학계 (84) 를 구비한다.Referring again to FIG. 2, the configuration of the illumination optical system (80) will be described. The illumination optical system (80) includes a first light-gathering optical system (first optical system) (81A) including a first dichroic mirror (DM1), a second light-gathering optical system (81B) (second optical system), a second dichroic mirror (DM2), an imaging optical system (83), a fly's eye lens (FEL), an aperture stop (85), and a condenser optical system (84).
제 1 집광 광학계 (81A) 는, 제 1 확대 광학계 (30A) 에 의해 형성되는 발광부 (231A) 의 확대 이미지의 동공을 형성한다. 즉, 제 1 집광 광학계 (81A) 의 후측 초점 위치가 동공의 위치가 된다. 제 1 집광 광학계 (81A) 는, 광로의 도중에 제 1 다이크로익 미러 (DM1) 를 갖고, 피크 파장 385 nm 의 광의 적어도 일부를 반사한다. 이로써, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 광속이 입사한다. 또한, 제 1 집광 광학계 (81A) 는, 제 1 다이크로익 미러 (DM1) 를 구비하지 않는 구성으로 해도 되고, 그 경우는, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 의 배치와 제 1 집광 광학계 (81A) 의 각 렌즈의 배치를 적절히 조정하여 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 광속이 입사하도록 구성하면 된다. 또한, 제 1 집광 광학계 (81A) 는, 1 장의 렌즈로 구성되어 있어도 되고, 복수 장의 렌즈를 포함하는 렌즈군으로 구성되어 있어도 된다.The first light-gathering optical system (81A) forms a pupil of an enlarged image of the light-emitting portion (231A) formed by the first magnifying optical system (30A). That is, the rear focal position of the first light-gathering optical system (81A) becomes the position of the pupil. The first light-gathering optical system (81A) has a first dichroic mirror (DM1) in the middle of the optical path and reflects at least a part of light having a peak wavelength of 385 nm. As a result, the light beam is incident on the second dichroic mirror (DM2). In addition, the first light-gathering optical system (81A) may be configured not to include the first dichroic mirror (DM1), and in that case, the arrangement of the first light source unit (OPU1) and the arrangement of each lens of the first light-gathering optical system (81A) may be appropriately adjusted to configure the light beam to be incident on the second dichroic mirror (DM2). In addition, the first light-gathering optical system (81A) may be configured with one lens, or may be configured with a lens group including a plurality of lenses.
제 2 집광 광학계 (81B) 는, 제 2 확대 광학계 (30B) 에 의해 형성되는 발광부 (231B) 의 확대 이미지의 동공을 형성한다. 즉, 제 2 집광 광학계 (81B) 의 후측 초점 위치가 동공의 위치가 된다. 제 2 집광 광학계 (81B) 는, 1 장의 렌즈로 구성되어 있어도 되고, 복수 장의 렌즈를 포함하는 렌즈군으로 구성되어 있어도 된다.The second light-gathering optical system (81B) forms a pupil of an enlarged image of the light-emitting portion (231B) formed by the second magnifying optical system (30B). That is, the rear focus position of the second light-gathering optical system (81B) becomes the position of the pupil. The second light-gathering optical system (81B) may be composed of one lens, or may be composed of a lens group including a plurality of lenses.
제 2 다이크로익 미러 (DM2) 는, 피크 파장 385 nm 의 광의 적어도 일부를 투과하고, 피크 파장 365 nm 의 광의 적어도 일부를 반사한다. 이로써, 제 1 집광 광학계 (81A) 에 의해 형성된 동공 이미지와, 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지를 중첩시킨 합성 이미지가 형성된다.The second dichroic mirror (DM2) transmits at least a portion of light having a peak wavelength of 385 nm and reflects at least a portion of light having a peak wavelength of 365 nm. As a result, a composite image is formed by superimposing the pupil image formed by the first light-gathering optical system (81A) and the pupil image formed by the second light-gathering optical system (81B).
본 실시형태에 있어서, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 는, 제 1 집광 광학계 (81A) 에 의해 형성된 동공 이미지와, 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지를 중첩하여 합성 이미지를 형성한다. 즉, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 는, 제 1 집광 광학계 (81A) 의 후측 초점 위치로서, 제 2 집광 광학계 (81B) 의 후측 초점 위치인 위치에 배치된다. 이로써, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 는, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 으로부터 출사한 광과, 제 2 광원 유닛 (OPU2) 으로부터 출사한 광에 쾰러 조명된다. 쾰러 조명함으로써, 제 1 집광 광학계 (81A) 에 의해 형성된 동공 이미지의 광속의 조도 변화 및 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지의 광속의 조도 변화를 작게 할 수 있다. 또한, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 는, 반드시 제 1 집광 광학계 (81A) 의 후측 초점 위치로서, 제 2 집광 광학계 (81B) 의 후측 초점 위치인 위치에 배치되지 않아도 되고, 각각의 후측 초점 위치의 근방에 위치하도록 배치되어도 된다. 여기서, 근방이란, 후측 초점 위치로부터 광축을 따라 ±100 mm 이내를 말하며, ±50 mm 이내인 것이 바람직하고, ±20 mm 인 것이 보다 바람직하다. 또한, 여기서의 부호는, 광원으로부터의 광이 광축을 따라 진행하는 방향을 플러스로 하고, 그 반대 방향을 마이너스로 하고 있다.In the present embodiment, the second dichroic mirror (DM2) forms a composite image by superimposing the pupil image formed by the first light-gathering optical system (81A) and the pupil image formed by the second light-gathering optical system (81B). That is, the second dichroic mirror (DM2) is arranged at a position that is the rear focus position of the first light-gathering optical system (81A) and the rear focus position of the second light-gathering optical system (81B). As a result, the second dichroic mirror (DM2) is subjected to Köhler illumination by the light emitted from the first light source unit (OPU1) and the light emitted from the second light source unit (OPU2). By using Kohler illumination, the change in the intensity of the light flux of the pupil image formed by the first focusing optical system (81A) and the change in the intensity of the light flux of the pupil image formed by the second focusing optical system (81B) can be made small. In addition, the second dichroic mirror (DM2) does not necessarily have to be arranged at a position which is the rear focus position of the first focusing optical system (81A) and the rear focus position of the second focusing optical system (81B), and may be arranged so as to be located in the vicinity of each of the rear focus positions. Here, the vicinity means within ±100 mm from the rear focus position along the optical axis, preferably within ±50 mm, and more preferably ±20 mm. In addition, the sign here represents the direction in which light from the light source travels along the optical axis as plus, and the opposite direction as minus.
도 4 는, 다이크로익 미러로의 입사 각도와 조도의 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 4 에 있어서, 횡축은 다이크로익 미러로의 입사 각도를 나타내고, 종축은 반사광의 조도를 나타내고 있다. 종축의 조도는, 광이 다이크로익 미러에 설계 입사 각도 (α) 로 입사했을 때의 반사광의 조도를 1 로 하고 있다.Fig. 4 is a graph showing an example of the relationship between the incident angle and the illuminance to a dichroic mirror. In Fig. 4, the horizontal axis represents the incident angle to the dichroic mirror, and the vertical axis represents the illuminance of reflected light. The illuminance on the vertical axis is set to 1, which is the illuminance of reflected light when light is incident on the dichroic mirror at the design incident angle (α).
도 4 에 나타내는 바와 같이, 다이크로익 미러를 크리티컬 조명한 경우 (즉, 광원의 이미지를 다이크로익 미러의 위치에 결상시킨 경우), 광속의 다이크로익 미러로의 입사 각도는 설계 입사 각도 α ± 8°정도의 범위가 되고, 3 % 이상의 조도 변화가 발생해 버린다. 한편, 다이크로익 미러를 쾰러 조명한 경우, 광속의 다이크로익 미러로의 입사 각도는 설계 입사 각도 α ± 4°정도의 범위가 되고, 조도 변화를 1 % 이하로 할 수 있다. 이와 같이, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 를 쾰러 조명함으로써, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 입사한 광의 조도와, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 반사된 광의 조도의 차를 작게 할 수 있기 때문에, 높은 휘도를 갖고 또한 조도 불균일이 적은 조명광 (IL) 을 실현할 수 있다.As shown in Fig. 4, when the dichroic mirror is critically illuminated (i.e., when the image of the light source is formed at the position of the dichroic mirror), the angle of incidence of the light flux onto the dichroic mirror is in the range of the design incident angle α ± 8°, and an illuminance change of 3% or more occurs. On the other hand, when the dichroic mirror is subjected to Köhler illumination, the angle of incidence of the light flux onto the dichroic mirror is in the range of the design incident angle α ± 4°, and the illuminance change can be reduced to 1% or less. In this way, by subjecting the second dichroic mirror (DM2) to Köhler illumination, the difference between the illuminance of the light incident on the second dichroic mirror (DM2) and the illuminance of the light reflected by the second dichroic mirror (DM2) can be reduced, and therefore, it is possible to realize illumination light (IL) having high brightness and little illuminance unevenness.
본 실시형태에서는, 제 2 집광 광학계 (81B) 로부터의 광의 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 로의 입사 각도 (θ) 를 35°로 하고 있다. 입사 각도 (θ) 가 35°란, 입사 각도 (θ) 가 35°± 5°의 범위 내에 있는 것을 의미한다. 또한, 입사 각도 (θ) 는, 25°이상 45°미만이 바람직하고, 25°이상 42°이하가 보다 바람직하고, 35°± 5°가 더욱 바람직하다. 이로써, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 가, 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지의 광속을 높은 효율로 반사할 수 있다.In this embodiment, the incident angle (θ) of light from the second focusing optical system (81B) to the second dichroic mirror (DM2) is set to 35°. The incident angle (θ) of 35° means that the incident angle (θ) is within a range of 35°±5°. In addition, the incident angle (θ) is preferably 25° or more and less than 45°, more preferably 25° or more and 42° or less, and still more preferably 35°±5°. Thereby, the second dichroic mirror (DM2) can reflect the light flux of the pupil image formed by the second focusing optical system (81B) with high efficiency.
도 2 로 되돌아가서, 조명 유닛 (90) 에는, 피크 파장 385 nm 의 광을 모니터링하기 위한 검출기 (DT10) 와, 피크 파장 365 nm 의 광을 모니터링하기 위한 검출기 (DT20) 와, 피크 파장 385 nm 의 광과 피크 파장 365 nm 의 광을 모니터링하기 위한 검출기 (DT30) 가 형성되어 있다.Returning to FIG. 2, the lighting unit (90) is formed with a detector (DT10) for monitoring light having a peak wavelength of 385 nm, a detector (DT20) for monitoring light having a peak wavelength of 365 nm, and a detector (DT30) for monitoring light having a peak wavelength of 385 nm and light having a peak wavelength of 365 nm.
구체적으로는, 검출기 (DT10) 는, 제 1 다이크로익 미러 (DM1) 에 반사된 피크 파장 385 nm 의 광의 조도를 검출한다. 검출기 (DT20) 는, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 반사된 피크 파장 365 nm 의 광의 조도를 검출한다. 검출기 (DT30) 는, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 의해 의도치 않게 반사된 385 nm 의 광의 조도와, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 가 의도치 않게 투과한 365 nm 의 광의 조도를 검출한다.Specifically, the detector (DT10) detects the illuminance of light having a peak wavelength of 385 nm reflected by the first dichroic mirror (DM1). The detector (DT20) detects the illuminance of light having a peak wavelength of 365 nm reflected by the second dichroic mirror (DM2). The detector (DT30) detects the illuminance of light having a peak wavelength of 385 nm unintentionally reflected by the second dichroic mirror (DM2) and the illuminance of light having a peak wavelength of 365 nm unintentionally transmitted by the second dichroic mirror (DM2).
검출기 (DT10 ∼ DT30) 의 검출 결과는 도시 생략된 제어 장치에 출력되고, 제어 장치는 검출기 (DT10 ∼ DT30) 의 검출 결과에 기초하여, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 및 제 2 광원 유닛 (OPU2) 이 각각 구비하는 LED 칩 (23A 및 23B) 에 공급하는 전류의 값 등을 제어한다.The detection results of the detectors (DT10 to DT30) are output to a control device (not shown), and the control device controls the values of current supplied to the LED chips (23A and 23B) provided in the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2), respectively, based on the detection results of the detectors (DT10 to DT30).
결상 광학계 (83) 는, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 가 합성한 합성 이미지를 플라이 아이 렌즈 (FEL) 의 입사단에 등배 투영하는 양측 텔레센트릭한 광학계이다. 또한, 결상 광학계 (83) 는, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 가 합성한 합성 이미지를 플라이 아이 렌즈 (FEL) 의 입사단에 축소 투영해도 된다.The imaging optical system (83) is a bilateral telecentric optical system that projects the composite image synthesized by the second dichroic mirror (DM2) at an equal size onto the incident end of the fly's eye lens (FEL). In addition, the imaging optical system (83) may project the composite image synthesized by the second dichroic mirror (DM2) at a reduced size onto the incident end of the fly's eye lens (FEL).
플라이 아이 렌즈 (FEL) 는, 예를 들어 정의 굴절력을 갖는 다수의 렌즈 엘리먼트를 그 광축이 기준 광축 (AX) 과 평행해지도록 종횡으로 또한 조밀하게 배열함으로써 구성되어 있다. 플라이 아이 렌즈 (FEL) 를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트는, 마스크 (MSK) 상에 있어서 형성해야 할 조야의 형상 (나아가서는 기판 (P) 상에 있어서 형성해야 할 노광 영역의 형상) 과 유사한 직사각형상의 단면을 갖는다.A fly's eye lens (FEL) is configured by, for example, arranging a plurality of lens elements having a defined refractive power in a longitudinal and transverse direction so that their optical axes are parallel to the reference optical axis (AX). Each lens element constituting the fly's eye lens (FEL) has a rectangular cross-section similar to the shape of a field of view to be formed on a mask (MSK) (and further, the shape of an exposure area to be formed on a substrate (P)).
따라서, 플라이 아이 렌즈 (FEL) 에 입사한 광속은 다수의 렌즈 엘리먼트에 의해 파면 분할되고, 각 렌즈 엘리먼트의 후측 초점면 (출사면) 또는 그 근방에는 1 개의 광원 이미지가 각각 형성된다. 즉, 플라이 아이 렌즈 (FEL) 의 후측 초점면 (출사면) 또는 그 근방에는, 다수의 광원 이미지로 이루어지는 실질적인 면광원 즉 2 차 광원이 형성된다. 플라이 아이 렌즈 (FEL) 의 후측 초점면 (출사면) 또는 그 근방에 형성된 2 차 광원으로부터의 광속은, 그 근방에 배치된 개구 조리개 (85) 에 입사한다. 또한, 본 실시형태에 있어서 플라이 아이 렌즈 (FEL) 의 후측 초점면 (출사면) 과, 제 1 광원 어레이 (20A) 및 제 2 광원 어레이 (20B) 는, 광학적으로 공액이다.Accordingly, the light beam incident on the fly-eye lens (FEL) is split into wavefronts by a plurality of lens elements, and one light source image is formed on the rear focal plane (exit plane) of each lens element or its vicinity. That is, a substantial surface light source composed of a plurality of light source images, that is, a secondary light source, is formed on the rear focal plane (exit plane) of the fly-eye lens (FEL) or its vicinity. The light beam from the secondary light source formed on the rear focal plane (exit plane) of the fly-eye lens (FEL) or its vicinity enters the aperture stop (85) arranged in its vicinity. Furthermore, in the present embodiment, the rear focal plane (exit plane) of the fly-eye lens (FEL), the first light source array (20A), and the second light source array (20B) are optically conjugate.
개구 조리개 (85) 는, 투영 광학 유닛 (100) 의 입사 동공면과 광학적으로 거의 공액인 위치에 배치되어, 2 차 광원의 조명에 기여하는 범위를 규정하기 위한 가변 개구부를 갖는다. 그리고, 개구 조리개 (85) 는, 가변 개구부의 개구 직경을 변화시킴으로써, 조명 조건을 결정하는 σ 값 (투영 광학 유닛 (100) 의 동공면의 개구 직경에 대한 그 동공면 상에서의 2 차 광원 이미지의 구경의 비) 을 원하는 값으로 설정한다. 개구 조리개 (85) 를 통한 2 차 광원으로부터의 광은, 콘덴서 광학계 (84) 의 집광 작용을 받은 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크 (MSK) 를 중첩적으로 조명한다.The aperture stop (85) is arranged at a position optically nearly conjugate to the entrance pupil plane of the projection optical unit (100) and has a variable aperture for defining a range contributing to the illumination of the secondary light source. Then, the aperture stop (85) sets the σ value (ratio of the aperture diameter of the pupil plane of the projection optical unit (100) to the aperture diameter of the pupil plane) that determines the illumination condition to a desired value by changing the aperture diameter of the variable aperture. Light from the secondary light source through the aperture stop (85) is subjected to the focusing action of the condenser optical system (84) and then superimposes and illuminates a mask (MSK) on which a predetermined pattern is formed.
이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 제 1 실시형태에 관련된 조명 유닛 (90) 은, 피크 파장 385 nm 의 광을 출사하는 발광부 (231A) 를 갖는 LED 칩 (23A) 을 복수 배열한 제 1 광원 어레이 (20A) 와, LED 칩 (23A) 의 각각의 발광부 (231A) 의 확대 이미지를 형성하는 제 1 확대 광학계 (30A) 와, 제 1 확대 광학계 (30A) 에 의해 형성되는 확대 이미지의 동공을 형성하는 제 1 집광 광학계 (81A) 를 구비한다. 또한, 조명 유닛 (90) 은, 피크 파장 365 nm 의 광을 출사하는 발광부 (231B) 를 갖는 LED 칩 (23B) 을 복수 배열한 제 2 광원 어레이 (20B) 와, LED 칩 (23B) 의 각각의 발광부 (231B) 의 확대 이미지를 형성하는 제 2 확대 광학계 (30B) 와, 제 2 확대 광학계 (30B) 에 의해 형성되는 확대 이미지의 동공을 형성하는 제 2 집광 광학계 (81B) 를 구비한다. 또한, 조명 유닛 (90) 은, 제 1 집광 광학계 (81A) 에 의해 형성된 동공 이미지와, 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지를 중첩하여 합성 이미지를 형성하는 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 를 구비한다.As described above in detail, the lighting unit (90) related to the first embodiment comprises a first light source array (20A) in which a plurality of LED chips (23A) having light emitting portions (231A) emitting light having a peak wavelength of 385 nm are arranged, a first magnifying optical system (30A) for forming an magnified image of each light emitting portion (231A) of the LED chips (23A), and a first light-gathering optical system (81A) for forming a pupil of the magnified image formed by the first magnifying optical system (30A). In addition, the lighting unit (90) has a second light source array (20B) in which a plurality of LED chips (23B) having light emitting portions (231B) emitting light having a peak wavelength of 365 nm are arranged, a second magnifying optical system (30B) that forms an magnified image of each light emitting portion (231B) of the LED chips (23B), and a second light-gathering optical system (81B) that forms a pupil of the magnified image formed by the second magnifying optical system (30B). In addition, the lighting unit (90) has a second dichroic mirror (DM2) that forms a composite image by superimposing the pupil image formed by the first light-gathering optical system (81A) and the pupil image formed by the second light-gathering optical system (81B).
제 1 집광 광학계 (81A) 에 의해 형성된 동공 이미지의 광속과, 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지의 광속이, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 를 쾰러 조명하므로, 도 4 에 있어서 설명한 바와 같이, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 를 크리티컬 조명하는 경우와 비교하여, 높은 휘도를 가지며 또한 조도 불균일이 적은 조명광 (IL) 을 실현할 수 있다.Since the light flux of the pupil image formed by the first light-gathering optical system (81A) and the light flux of the pupil image formed by the second light-gathering optical system (81B) illuminate the second dichroic mirror (DM2) by Köhler, as described in Fig. 4, it is possible to realize illumination light (IL) having high brightness and less illuminance unevenness compared to the case where the second dichroic mirror (DM2) is critically illuminated.
또한, 본 제 1 실시형태에 있어서, 제 1 확대 광학계 (30A) 는, 발광부 (231A) 의 각각에 대응하도록 배치된 복수의 렌즈부 (31A) 를 갖는 렌즈 어레이이고, 제 2 확대 광학계 (30B) 는, 발광부 (231B) 의 각각에 대응하도록 배치된 복수의 렌즈부 (31B) 를 갖는 렌즈 어레이이다. 그리고, 제 1 확대 광학계 (30A) 의 렌즈부 (31A) 는 각각, 발광부 (231A) 를, (LED 칩 (23A) 의 배열 피치 (P1)/(발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이 (a1)) 의 배율로 확대 투영하는 양측 텔레센트릭한 광학계이다. 또한, 제 2 확대 광학계 (30B) 의 렌즈부 (31B) 는 각각, 발광부 (231B) 를, (LED 칩 (23B) 의 배열 피치 (P2)/(발광부 (231B) 의 발광면의 한 변의 길이 (a2)) 의 배율로 확대 투영하는 양측 텔레센트릭한 광학계이다. 이로써, 복수의 발광부 (231A, 231B) 의 확대 이미지가 소정면 (PP) 에 있어서 서로 거의 접하는 면광원을 형성할 수 있다.In addition, in the first embodiment of the present invention, the first magnifying optical system (30A) is a lens array having a plurality of lens sections (31A) arranged to correspond to each of the light-emitting sections (231A), and the second magnifying optical system (30B) is a lens array having a plurality of lens sections (31B) arranged to correspond to each of the light-emitting sections (231B). And, the lens section (31A) of the first magnifying optical system (30A) is a bilateral telecentric optical system that magnifies and projects the light-emitting section (231A) at a magnification of (array pitch (P1) of LED chips (23A)/(length (a1) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting section (231A)). In addition, the lens section (31B) of the second magnifying optical system (30B) is a bilateral telecentric optical system that magnifies and projects the light-emitting section (231B) at a magnification of (array pitch (P2) of LED chips (23B)/(length (a2) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting section (231B)). As a result, a surface light source can be formed in which magnified images of a plurality of light-emitting sections (231A, 231B) almost touch each other on a predetermined surface (PP).
또, 본 제 1 실시형태에 있어서, 조명 유닛 (90) 은, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 가 합성한 합성 이미지의 광속을 균일한 조도 분포의 광속으로 하여 출사하는 플라이 아이 렌즈 (FEL) 와, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 가 합성한 합성 이미지를 플라이 아이 렌즈 (FEL) 의 입사단에 등배 투영하는 양측 텔레센트릭한 결상 광학계 (83) 를 구비한다. 이로써, 마스크 (MSK) 를 균일하게 조명할 수 있다.In addition, in the first embodiment of the present invention, the lighting unit (90) comprises a fly's eye lens (FEL) that outputs the light flux of the composite image synthesized by the second dichroic mirror (DM2) as a light flux with a uniform illuminance distribution, and a bilateral telecentric imaging optical system (83) that equiaxes the composite image synthesized by the second dichroic mirror (DM2) onto the incident end of the fly's eye lens (FEL). As a result, the mask (MSK) can be uniformly illuminated.
또한, 본 제 1 실시형태에 있어서, 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지의 광속의 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 로의 입사 각도는, 35°이다. 이로써, 제 2 집광 광학계 (81B) 에 의해 형성된 동공 이미지의 광속을 높은 효율로 반사할 수 있다.In addition, in the first embodiment of the present invention, the angle of incidence of the light flux of the pupil image formed by the second light-gathering optical system (81B) onto the second dichroic mirror (DM2) is 35°. As a result, the light flux of the pupil image formed by the second light-gathering optical system (81B) can be reflected with high efficiency.
또한, 상기 제 1 실시형태에 있어서, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 으로부터 출사된 피크 파장 385 nm 의 광을 제 1 다이크로익 미러 (DM1) 에 반사시켜 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 입사시키고 있었지만, 제 1 다이크로익 미러 (DM1) 를 생략하고, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 으로부터 출사된 피크 파장 385 nm 의 광을 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 에 직접 입사시켜도 된다.In addition, in the first embodiment, light having a peak wavelength of 385 nm emitted from the first light source unit (OPU1) was reflected by the first dichroic mirror (DM1) and then incident on the second dichroic mirror (DM2), but the first dichroic mirror (DM1) may be omitted, and light having a peak wavelength of 385 nm emitted from the first light source unit (OPU1) may be directly incident on the second dichroic mirror (DM2).
또, 상기 제 1 실시형태에서는, LED 칩 (23A) 의 발광부 (231A) 가 피크 파장 385 nm 의 광을 출사하고, LED 칩 (23B) 의 발광부 (231B) 가 피크 파장 365 nm 의 광을 출사하고 있었지만, LED 칩 (23A) 의 발광부 (231A) 가 피크 파장 365 nm 의 광을 출사하고, LED 칩 (23B) 의 발광부 (231B) 가 피크 파장 385 nm 의 광을 출사해도 된다. 이 경우, 제 1 다이크로익 미러 (DM1) 가, 피크 파장 365 nm 의 광의 적어도 일부를 반사하고, 제 2 다이크로익 미러 (DM2) 가, 피크 파장 365 nm 의 광의 적어도 일부를 투과하고, 피크 파장 385 nm 의 광의 적어도 일부를 반사하도록 구성하면 된다.In addition, in the first embodiment, the light emitting portion (231A) of the LED chip (23A) emitted light having a peak wavelength of 385 nm, and the light emitting portion (231B) of the LED chip (23B) emitted light having a peak wavelength of 365 nm. However, the light emitting portion (231A) of the LED chip (23A) may emitted light having a peak wavelength of 365 nm, and the light emitting portion (231B) of the LED chip (23B) may emitted light having a peak wavelength of 385 nm. In this case, the first dichroic mirror (DM1) may be configured to reflect at least a portion of the light having a peak wavelength of 365 nm, and the second dichroic mirror (DM2) may be configured to transmit at least a portion of the light having a peak wavelength of 365 nm and reflect at least a portion of the light having a peak wavelength of 385 nm.
또한, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 및 제 2 광원 유닛 (OPU2) 이 출사하는 광의 파장은 상기 서술한 것에 한정되지 않고, 360 ∼ 440 nm 의 범위 내에 피크 파장을 갖는 광을 출사하는 LED 칩을 적절히 조합하여 제 1 광원 유닛 (OPU1) 과 제 2 광원 유닛 (OPU2) 을 구성해도 된다. 예를 들어, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 이 피크 파장 405 nm 의 광을 출사하고, 또한, 제 2 광원 유닛 (OPU2) 이 피크 파장 385 nm 의 광을 출사하도록 구성해도 된다. 또, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 이 피크 파장 395 nm 의 광을 출사하고, 또한, 제 2 광원 유닛 (OPU2) 이 피크 파장 385 nm 의 광을 출사하도록 구성해도 된다. 제 1 광원 유닛 (OPU1) 으로부터 출사하는 광의 파장과 제 2 광원 유닛 (OPU2) 이 출사하는 광의 파장의 조합은, 이들 예시에는 한정되지 않는다. 또한, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 이 출사하는 광의 파장과 제 2 광원 유닛 (OPU2) 이 출사하는 광의 파장의 조합을, 본 제 1 실시형태 이외의 조합으로 하는 경우에는, 사용하는 파장에 따라 적절히 다이크로익 미러의 재료를 변경하는 것이 바람직하다.In addition, the wavelength of light emitted by the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2) is not limited to that described above, and the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2) may be configured by appropriately combining LED chips that emit light having a peak wavelength within a range of 360 to 440 nm. For example, the first light source unit (OPU1) may be configured to emit light having a peak wavelength of 405 nm, and the second light source unit (OPU2) may be configured to emit light having a peak wavelength of 385 nm. In addition, the first light source unit (OPU1) may be configured to emit light having a peak wavelength of 395 nm, and the second light source unit (OPU2) may be configured to emit light having a peak wavelength of 385 nm. The combination of the wavelength of light emitted from the first light source unit (OPU1) and the wavelength of light emitted from the second light source unit (OPU2) is not limited to these examples. In addition, when the combination of the wavelength of light emitted from the first light source unit (OPU1) and the wavelength of light emitted from the second light source unit (OPU2) is a combination other than that in the first embodiment, it is preferable to appropriately change the material of the dichroic mirror depending on the wavelength used.
《제 2 실시형태》《Embodiment 2》
다음으로, 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 제 2 실시형태는, 제 1 확대 광학계 (30A) 및 제 2 확대 광학계 (30B) 에 의한 발광부 (231A 및 231B) 의 확대 배율 M1 및 M2 가 제 1 실시형태와 다르다.Next, the second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in the magnification ratios M1 and M2 of the light-emitting parts (231A and 231B) by the first magnifying optical system (30A) and the second magnifying optical system (30B).
(LED 칩에 대해) (About LED chips)
도 5 는, LED 칩 (23A) 의 발광부 (231A) 의 배광 특성의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 5 에 있어서, 실선은, 발광부 (231A) 의 이론상의 배광 특성 (램버트 (Lambert) 방사) 을 나타내고, 점선은, 발광부 (231A) 로부터 출사되는 광의 방사 강도를 실제로 계측하여, 계측 결과를 6 차 다항식으로 근사시킨 곡선이다.Fig. 5 is a graph showing an example of the light distribution characteristics of the light emitting portion (231A) of the LED chip (23A). In Fig. 5, the solid line shows the theoretical light distribution characteristics (Lambert radiation) of the light emitting portion (231A), and the dotted line is a curve that actually measures the radiation intensity of light emitted from the light emitting portion (231A) and approximates the measurement result with a sixth-order polynomial.
도 5 의 예에서는, 발광부 (231A) 로부터 출사하는 광 중, 출사 각도가 -50°보다 크고 50°미만의 범위의 광의 방사 강도가 램버트 방사의 방사 강도보다 높고, 출사 각도가 -50°이하의 범위 및 50°이상의 범위의 광의 방사 강도가 램버트 방사의 방사 강도보다 낮게 되어 있다. 이와 같이, 발광부 (231A) 로부터 출사하는 광에는, 그 방사 강도가 램버트 방사의 방사 강도보다 높아지는 출사 각도의 범위가 존재한다. 따라서, 발광부 (231A) 로부터 출사되는 광 중 출사 각도가 당해 범위 내 (도 5 의 예에서는, ±50°의 범위) 의 광을 사용함으로써, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 으로부터 출사되는 광의 휘도를 향상시킬 수 있다고 생각된다.In the example of Fig. 5, among the light emitted from the light emitting portion (231A), the radiation intensity of the light in the range of the emission angle being greater than -50° and less than 50° is higher than the radiation intensity of Lambert radiation, and the radiation intensity of the light in the range of the emission angle being less than or equal to -50° and greater than or equal to 50° is lower than the radiation intensity of Lambert radiation. In this way, among the light emitted from the light emitting portion (231A), there exists a range of emission angles in which the radiation intensity thereof becomes higher than the radiation intensity of Lambert radiation. Therefore, it is thought that by using light in the range of the emission angle (in the example of Fig. 5, a range of ±50°) among the light emitted from the light emitting portion (231A), the brightness of the light emitted from the first light source unit (OPU1) can be improved.
그래서, 제 2 실시형태에서는, 제 1 확대 광학계 (30A) 가 발광부 (231A) 를 확대 투영할 때의 배율 M1 을 이하의 식 (1) 을 만족하도록 설정한다.Therefore, in the second embodiment, the magnification M1 when the first magnifying optical system (30A) magnifies and projects the light emitting portion (231A) is set to satisfy the following equation (1).
P1/a1 < M1 ≤ sinα1/sinθ1 … (1) P1/a1 < M1 ≤ sinα 1 /sinθ 1 … (1)
여기서, P1 은, LED 칩 (23A) 의 배열 피치, a1 은, 발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이, α1 은 발광부 (231A) 로부터 출사되는 광 중 램버트 방사보다 방사 강도가 높아지는 광의 최대 출사 각도, θ1 은, 제 1 확대 광학계 (30A) 로부터 출사하는 광의 최대 출사 각도이다. 또한, sinθ1 은, 투영 광학 유닛 (100) 의 개구수에 대한 조명 광학계 (80) 의 개구수의 비 (σ) 를 1 로 하는 값이다. 또한, 도 3 에 있어서의 X1 방향에서의 LED 칩 (23A) 의 배열 피치 (P1) 및 발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이 (a1) 와, Y1 방향에서의 LED 칩 (23A) 의 배열 피치 (P1) 및 발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이 (a1) 가 상이한 경우에는, X1 방향과 Y1 방향의 각각에 있어서 식 (1) 을 만족하도록 설정하면 된다.Here, P1 is the array pitch of the LED chips (23A), a1 is the length of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231A), α 1 is the maximum emission angle of light emitted from the light-emitting portion (231A) at which the radiation intensity is higher than Lambert radiation, and θ 1 is the maximum emission angle of light emitted from the first magnifying optical system (30A). In addition, sinθ 1 is a value that sets the ratio (σ) of the numerical aperture of the illumination optical system (80) to the numerical aperture of the projection optical unit (100) to 1. In addition, in a case where the arrangement pitch (P1) of the LED chips (23A) in the X1 direction and the length (a1) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231A) in Fig. 3 are different from the arrangement pitch (P1) of the LED chips (23A) in the Y1 direction and the length (a1) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231A), it is sufficient to set so as to satisfy equation (1) in each of the X1 direction and the Y1 direction.
또한, 제 2 확대 광학계 (30B) 가 발광부 (231B) 를 확대 투영할 때의 배율 M2 를 이하의 식 (2) 를 만족하도록 설정한다.In addition, the magnification M2 when the second magnifying optical system (30B) magnifies and projects the light emitting portion (231B) is set to satisfy the following equation (2).
P2/a2 < M2 ≤ sinα2/sinθ2 … (2) P2/a2 < M2 ≤ sinα 2 /sinθ 2 … (2)
여기서, P2 는, LED 칩 (23B) 의 배열 피치, a2 는, 발광부 (231B) 의 발광면의 한 변의 길이, α2 는 발광부 (231B) 로부터 출사되는 광 중 램버트 방사보다 방사 강도가 높아지는 광의 최대 출사 각도, θ2 는, 제 2 확대 광학계 (30B) 로부터 출사하는 광의 최대 출사 각도이다. 또한, sinθ2 는, 투영 광학 유닛 (100) 의 개구수에 대한 조명 광학계 (80) 의 개구수의 비 (σ) 를 1 로 하는 값이다. 또한, 도 3 에 있어서의 X1 방향에서의 LED 칩 (23B) 의 배열 피치 (P2) 및 발광부 (231B) 의 발광면의 한 변의 길이 (a2) 와, Y1 방향에서의 LED 칩 (23B) 의 배열 피치 (P2) 및 발광부 (231B) 의 발광면의 한 변의 길이 (a2) 가 상이한 경우에는, X1 방향과 Y1 방향의 각각에 있어서 식 (2) 를 만족하도록 설정하면 된다.Here, P2 is the array pitch of the LED chips (23B), a2 is the length of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231B), α 2 is the maximum emission angle of light emitted from the light-emitting portion (231B) whose radiation intensity is higher than Lambert radiation, and θ 2 is the maximum emission angle of light emitted from the second magnifying optical system (30B). In addition, sinθ 2 is a value that sets the ratio (σ) of the numerical aperture of the illumination optical system (80) to the numerical aperture of the projection optical unit (100) to 1. In addition, in a case where the array pitch (P2) of the LED chips (23B) in the X1 direction and the length (a2) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231B) in Fig. 3 are different from the array pitch (P2) of the LED chips (23B) in the Y1 direction and the length (a2) of one side of the light-emitting surface of the light-emitting portion (231B), it is sufficient to set so as to satisfy equation (2) in each of the X1 direction and the Y1 direction.
이와 같은 식 (1) 을 만족하는 배율 M1 및 식 (2) 를 만족하는 배율 M2 로 발광부 (231A 및 231B) 를 각각 확대함으로써, 소정면 (PP) 에서는, 발광부 (231A 및 231B) 의 발광면 중 둘레 가장자리부를 제외한 영역의 확대 이미지가 서로 접하게 된다. 이 점에 대해 설명한다.By enlarging the light emitting portions (231A and 231B) at a magnification M1 satisfying equation (1) and a magnification M2 satisfying equation (2), respectively, the enlarged images of the areas excluding the peripheral edges of the light emitting surfaces of the light emitting portions (231A and 231B) come into contact with each other on the predetermined surface (PP). This point will be explained.
도 6(A) 및 도 6(B) 는, 제 2 실시형태에 있어서 소정면 (PP) 에 형성되는 확대 이미지에 대해 설명하는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 6(A) 는, 배열된 LED 칩 (23A) 을 나타내는 평면도이고, 도 6(B) 는, 소정면 (PP) 에 형성되는 확대 이미지를 나타내는 평면도이다. 도면의 간략화를 위하여, 2 × 2 열의 LED 칩 (23A) 을 사용하여 설명한다.Fig. 6(A) and Fig. 6(B) are drawings explaining an enlarged image formed on a predetermined surface (PP) in the second embodiment. More specifically, Fig. 6(A) is a plan view showing arranged LED chips (23A), and Fig. 6(B) is a plan view showing an enlarged image formed on a predetermined surface (PP). For the sake of simplicity of the drawings, the explanation is made using 2 × 2 rows of LED chips (23A).
도 6(A) 에 나타내는 바와 같이, LED 칩 (23A) 의 발광부 (231A) 의 발광면 중, 둘레 가장자리부를 둘레 가장자리 영역 (231b) 으로 정의하고, 둘레 가장자리 영역 (231b) 을 제외한 영역을 중앙 영역 (231a) 으로 정의한다. 이 경우, 식 (1) 을 만족하는 배율 M1 로 발광부 (231A) 의 확대 이미지를 형성하면, 도 6(B) 에 나타내는 바와 같이, 소정면 (PP) 에 있어서, 중앙 영역 (231a) 의 확대 이미지 (MI1) 가 서로 접하고, 중앙 영역 (231a) 과 둘레 가장자리 영역 (231b) 을 포함하는 발광부 (231A) 의 확대 이미지 (MI2) 는 일부가 중첩되도록, 확대 이미지가 형성된다.As shown in Fig. 6(A), among the light-emitting surfaces of the light-emitting portion (231A) of the LED chip (23A), the peripheral edge portion is defined as the peripheral edge region (231b), and the region excluding the peripheral edge region (231b) is defined as the central region (231a). In this case, when an enlarged image of the light-emitting portion (231A) is formed with a magnification M1 that satisfies Equation (1), as shown in Fig. 6(B), the enlarged image (MI1) of the central region (231a) is in contact with each other in the predetermined surface (PP), and the enlarged image (MI2) of the light-emitting portion (231A) including the central region (231a) and the peripheral edge region (231b) is formed such that a portion overlaps.
식 (1) 및 (2) 를 각각 만족하는 배율 M1 및 M2 로 발광부 (231A 및 231B) 를 각각 확대함으로써, 방사 강도가 램버트 방사보다 높아지는 광에 의해, 소정면 (PP) 에 면광원을 형성할 수 있기 때문에, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 및 제 2 광원 유닛 (OPU2) 으로부터 출사되는 광의 강도를 높이는 것이 가능해진다. 바꾸어 말하면, 발광부 (231A 및 231B) 의 발광면 중, 방사 강도가 램버트 방사보다 높은 광을 출사하는 영역 (중앙 영역 (231a)) 으로부터 출사된 광에 의해 면광원이 형성됨으로써, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 및 제 2 광원 유닛 (OPU2) 으로부터 출사되는 광의 강도를 높일 수 있다.By enlarging the light-emitting portions (231A and 231B) by magnifications M1 and M2 respectively satisfying equations (1) and (2), a surface light source can be formed on the predetermined surface (PP) by light having a radiation intensity higher than Lambert radiation, and thus it becomes possible to increase the intensity of the light emitted from the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2). In other words, since a surface light source is formed by light emitted from a region (central region (231a)) among the light-emitting surfaces of the light-emitting portions (231A and 231B) that emits light having a radiation intensity higher than Lambert radiation, it is possible to increase the intensity of the light emitted from the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2).
[시뮬레이션 1][Simulation 1]
제 1 확대 광학계 (30A) 에 의한 발광부 (231A) 의 확대 배율 M1 을 바꾸고, 제 1 확대 광학계 (30A) 에 의해 형성된 확대 이미지의 소정면에서의 조도를 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 조건은 이하와 같다.The magnification M1 of the light-emitting portion (231A) by the first magnifying optical system (30A) was changed, and the illuminance on a predetermined surface of the magnified image formed by the first magnifying optical system (30A) was simulated. The simulation conditions are as follows.
LED 칩 (23A) : 니치아 화학 공업 주식회사 제조 NVSU233BLED Chip (23A): NVSU233B manufactured by Nichia Chemical Industries, Ltd.
발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이: 1.4 mm Length of one side of the light-emitting surface of the light-emitting part (231A): 1.4 mm
배열 피치 (P1) : 4 mm Array pitch (P1): 4 mm
α1: 50°α 1 : 50°
θ1: 8°θ 1 : 8°
이 경우, 배율 M1 의 조건은, 4 mm/1.4 mm = 2.9 < M1 ≤ sin50°/sin8°= 5.5 이다. 그래서, 배율 M1 = 2.79, 배율 M1 = 3.6 배인 경우에 대하여, 조도를 시뮬레이션하였다.In this case, the condition of magnification M1 is 4 mm/1.4 mm = 2.9 < M1 ≤ sin50°/sin8°= 5.5. Therefore, the illuminance was simulated for the cases where magnification M1 = 2.79 and magnification M1 = 3.6 times.
도 7(A) 는, 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 7(A) 에 있어서, 횡축은 배율을 나타내고, 종축은, 배율 M1 = 2.79 일 때의 조도를 1 로 했을 때의 조도 비율이다. 도 7(A) 에 나타내는 바와 같이, 배율 M1 을 P1/a1 보다 크게 함으로써, 배율 M1 을 P1/a1 로 한 경우보다 조도가 향상되는 것이 확인되었다.Fig. 7(A) is a drawing showing the simulation results. In Fig. 7(A), the horizontal axis represents the magnification, and the vertical axis is the illuminance ratio when the illuminance at the magnification M1 = 2.79 is set to 1. As shown in Fig. 7(A), it was confirmed that the illuminance was improved by making the magnification M1 larger than P1/a1 compared to the case where the magnification M1 was set to P1/a1.
[시뮬레이션 2][Simulation 2]
시뮬레이션 1 에서 사용한 LED 칩 (23A) 과는 상이한 LED 칩 (23A) 을 사용하여, 시뮬레이션 1 과 동일하게 배율 M1 을 변경하여 조도를 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 조건은 이하와 같다.The illuminance was simulated by changing the magnification M1 in the same manner as in Simulation 1, using an LED chip (23A) different from the LED chip (23A) used in Simulation 1. The simulation conditions are as follows.
LED 칩 (23A) : 니치아 화학 공업 주식회사 제조 NWSU333BLED Chip (23A): NWSU333B manufactured by Nichia Chemical Industries, Ltd.
발광부 (231A) 의 발광면의 한 변의 길이: 1.9 mm Length of one side of the light-emitting surface of the light-emitting part (231A): 1.9 mm
배열 피치 (P1) : 7 mm Array pitch (P1): 7 mm
α1: 50°α 1 : 50°
θ1: 8°θ 1 : 8°
이 경우, 배율 M1 의 조건은, 7 mm/1.9 mm = 3.68 < M1 ≤ sin50°/sin8°= 5.5 이다. 그래서, 배율 M1 = 3.68, 배율 M1 = 4.38, 배율 M1 = 4.65 인 경우에 대하여, 조도를 시뮬레이션하였다.In this case, the condition of magnification M1 is 7 mm/1.9 mm = 3.68 < M1 ≤ sin50°/sin8°= 5.5. Therefore, the illuminance was simulated for the cases where magnification M1 = 3.68, magnification M1 = 4.38, and magnification M1 = 4.65.
도 7(B) 는, 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 7(B) 에 있어서, 횡축은 배율이고, 종축은, 배율 M1 = 4.38 일 때의 조도를 1 로 했을 때의 조도 비율이다. 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이, 배율 M1 을 P1/a1 보다 크게 함으로써, 배율 M1 을 P1/a1 로 한 경우보다 조도가 향상되는 것이 확인되었다.Fig. 7(B) is a drawing showing the simulation results. In Fig. 7(B), the horizontal axis is the magnification, and the vertical axis is the illuminance ratio when the illuminance at the magnification M1 = 4.38 is set to 1. As shown in Fig. 7(B), it was confirmed that the illuminance was improved by making the magnification M1 larger than P1/a1 compared to the case where the magnification M1 was set to P1/a1.
이상, 상세하게 설명한 바와 같이, 제 2 실시형태에 의하면, 제 1 확대 광학계 (30A) 가 발광부 (231A) 를 확대 투영할 때의 배율 M1 은, P1/a1 < M1 ≤ sinα1/sinθ1 을 만족하고, 제 2 확대 광학계 (30B) 가 발광부 (231B) 를 확대 투영할 때의 배율 M2 는, P2/a2 < M2 ≤ sinα2/sinθ2 를 만족한다.As described above in detail, according to the second embodiment, the magnification M1 when the first magnifying optical system (30A) magnifies and projects the light-emitting portion (231A) satisfies P1/a1 < M1 ≤ sinα 1 /sinθ 1 , and the magnification M2 when the second magnifying optical system (30B) magnifies and projects the light-emitting portion (231B) satisfies P2/a2 < M2 ≤ sinα 2 /sinθ 2 .
이와 같이 배율 M1 및 M2 를 규정함으로써, 방사 강도가 램버트 방사보다 높아지는 광에 의해, 2 차 광원을 형성할 수 있기 때문에, 제 1 광원 유닛 (OPU1) 및 제 2 광원 유닛 (OPU2) 으로부터 출사되는 광의 강도를 높이는 것이 가능해진다.By specifying the magnifications M1 and M2 in this way, it is possible to form a secondary light source by light having a higher radiation intensity than Lambert radiation, thereby increasing the intensity of light emitted from the first light source unit (OPU1) and the second light source unit (OPU2).
또, 제 1 광원 어레이 (20A) 및 제 2 광원 어레이 (20B) 의 제조 공정에 있어서, LED 칩 (23A 및 23B) 을 기판에 배치할 때에, LED 칩 (23A 및 23B) 의 위치 어긋남이 발생하는 경우가 있다. 위치 어긋남에 의해, 제 1 광원 어레이 (20A) 및 제 2 광원 어레이 (20B) 의 조도가 저하되는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 배율 M1 및 배율 M2 를 P1/a1 및 P2/a2 보다 각각 크게 함으로써, 발광부 (231A, 231B) 의 발광면의 내측의 영역 (둘레 가장자리부를 제외한 영역) 만을 사용할 수 있기 때문에, LED 칩 (23A 및 23B) 이 위치 어긋나더라도, 제 1 광원 어레이 (20A) 및 제 2 광원 어레이 (20B) 의 조도 저하를 억제할 수 있다.In addition, in the manufacturing process of the first light source array (20A) and the second light source array (20B), when arranging the LED chips (23A and 23B) on the substrate, there are cases where the LED chips (23A and 23B) are misaligned. Due to the misalignment, there are cases where the illuminance of the first light source array (20A) and the second light source array (20B) is reduced. In the present embodiment, by making the magnification M1 and the magnification M2 larger than P1/a1 and P2/a2, respectively, only the area inside the light-emitting surface of the light-emitting portion (231A, 231B) (area excluding the peripheral edge) can be used, so that even if the LED chips (23A and 23B) are misaligned, the illuminance reduction of the first light source array (20A) and the second light source array (20B) can be suppressed.
또, 제 2 실시형태에 있어서, sinθ1 및 sinθ2 는, 투영 광학 유닛 (100) 의 개구수에 대한 조명 광학계 (80) 의 개구수의 비 (σ) 를 1 로 하는 값이다. 이로써, 노광 장치 (10) 에 있어서 요구되는 개구수에 따른 휘도의 조명광 (IL) 을 실현할 수 있다.In addition, in the second embodiment, sinθ 1 and sinθ 2 are values that make the ratio (σ) of the numerical aperture of the illumination optical system (80) to the numerical aperture of the projection optical unit (100) 1. As a result, it is possible to realize illumination light (IL) having a brightness according to the numerical aperture required in the exposure apparatus (10).
상기 서술한 실시형태는 본 발명의 바람직한 실시의 예이다. 단, 이것에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양한 변형 실시 가능하다.The above-described embodiments are examples of preferred embodiments of the present invention. However, they are not limited thereto, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
10 : 노광 장치
20A : 제 1 광원 어레이
20B : 제 2 광원 어레이
23A, 23B : LED 칩
30A : 제 1 확대 광학계
30B : 제 2 확대 광학계
31A, 31B : 렌즈부
81A : 제 1 집광 광학계
81B : 제 2 집광 광학계
90 : 조명 유닛
100 : 투영 광학 유닛
PL : 투영 광학계
FEL : 플라이 아이 렌즈
DM2 : 제 2 다이크로익 미러10: Exposure device
20A: 1st light source array
20B: Second light source array
23A, 23B: LED Chip
30A: 1st magnifying optical system
30B: Second magnifying optical system
31A, 31B: Lens section
81A: First light-gathering optical system
81B: Second light-gathering optical system
90 : Lighting Unit
100 : Projection optical unit
PL : Projection optics
FEL : Fly Eye Lens
DM2: Second dichroic mirror
Claims (16)
상기 제 1 광원 소자의 각각의 상기 제 1 발광부의 확대 이미지를 형성하는 제 1 확대 광학계와,
상기 제 1 확대 광학계로부터의 광이 입사하는 제 1 광학계와,
상기 제 1 파장 특성과는 상이한 제 2 파장 특성을 갖는 광을 출사하는 제 2 발광부를 갖는 제 2 광원 소자를 복수 배열한 제 2 광원 어레이와,
상기 제 2 광원 소자의 각각의 상기 제 2 발광부의 확대 이미지를 형성하는 제 2 확대 광학계와,
상기 제 2 확대 광학계로부터의 광이 입사하는 제 2 광학계와,
상기 제 1 광학계로부터의 광과, 상기 제 2 광학계로부터의 광을 합성하는 합성 광학 소자를 구비하고,
상기 합성 광학 소자는, 상기 제 1 광학계의 후측 초점 위치 또는 그 근방이고, 또한, 상기 제 2 광학계의 후측 초점 위치 또는 그 근방인 위치에 배치되어 있는, 조명 유닛.A first light source array including a plurality of first light source elements having a first light emitting section that emits light having a first wavelength characteristic,
A first magnifying optical system for forming an enlarged image of each of the first light-emitting portions of the first light source element;
A first optical system into which light from the first magnifying optical system is incident,
A second light source array having a plurality of second light source elements arranged such that the second light source elements have second light emitting units that emit light having second wavelength characteristics different from the first wavelength characteristics;
A second magnifying optical system for forming an enlarged image of each of the second light-emitting portions of the second light source elements;
A second optical system into which light from the second magnifying optical system is incident,
It comprises a synthetic optical element that synthesizes light from the first optical system and light from the second optical system,
An illumination unit wherein the composite optical element is arranged at a position at or near the rear focal point of the first optical system and at or near the rear focal point of the second optical system.
상기 제 1 확대 광학계는, 상기 제 1 발광부의 각각에 대응하도록 배치된 복수의 제 1 렌즈부를 갖는 제 1 렌즈 어레이이고,
상기 제 2 확대 광학계는, 상기 제 2 발광부의 각각에 대응하도록 배치된 복수의 제 2 렌즈부를 갖는 제 2 렌즈 어레이인, 조명 유닛.In paragraph 1,
The above first magnifying optical system is a first lens array having a plurality of first lens sections arranged to correspond to each of the first light-emitting sections,
The second magnifying optical system is a lighting unit having a second lens array having a plurality of second lens sections arranged to correspond to each of the second light-emitting sections.
상기 제 1 렌즈 어레이의 상기 제 1 렌즈부는 각각, 상기 제 1 발광부를, (상기 제 1 광원 소자의 배열 피치)/(상기 제 1 발광부의 발광면의 한 변의 길이) 이상의 배율로 확대 투영하는 양측 텔레센트릭한 광학계이고,
상기 제 2 렌즈 어레이의 상기 제 2 렌즈부는 각각, 상기 제 2 발광부를, (상기 제 2 광원 소자의 배열 피치)/(상기 제 2 발광부의 발광면의 한 변의 길이) 이상의 배율로 확대 투영하는 양측 텔레센트릭한 광학계인, 조명 유닛.In the second paragraph,
The first lens unit of the first lens array is a bilateral telecentric optical system that magnifies and projects the first light emitting unit by a magnification of (the arrangement pitch of the first light source elements)/(the length of one side of the light emitting surface of the first light emitting unit) or more.
The second lens section of the second lens array is a bilateral telecentric optical system that magnifies and projects the second light emitting section by a magnification of (the arrangement pitch of the second light source elements)/(the length of one side of the light emitting surface of the second light emitting section) or more.
상기 합성 광학 소자로 합성된 광을 균일한 조도 분포의 광속으로 하여 출사하는 광 균일화 소자와,
상기 합성 광학 소자로 합성된 광을 상기 광 균일화 소자의 입사단에 등배 또는 축소 투영하는 양측 텔레센트릭한 결상 광학계를 구비하는, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 3,
A light homogenizing element that emits light synthesized by the above-mentioned synthetic optical element as a light flux with a uniform illuminance distribution,
A lighting unit having a bilateral telecentric imaging optical system that projects light synthesized by the above-mentioned synthetic optical element in a magnified or reduced form onto the incident end of the above-mentioned light homogenizing element.
상기 광 균일화 소자는, 플라이 아이 렌즈인, 조명 유닛.In paragraph 4,
The above light homogenizing element is a lighting unit which is a fly-eye lens.
상기 제 1 발광부 및 상기 제 2 발광부는 각각, 자외선 발광 다이오드인, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 5,
A lighting unit, wherein the first light emitting unit and the second light emitting unit are each ultraviolet light emitting diodes.
상기 제 1 발광부로부터 출사하는 광의 피크 파장은, 380 ∼ 390 nm 의 범위 내에 있는 조명 유닛.In any one of claims 1 to 6,
A lighting unit wherein the peak wavelength of light emitted from the first light emitting portion is within a range of 380 to 390 nm.
상기 제 2 발광부로부터 출사하는 광의 피크 파장은, 360 ∼ 370 nm 의 범위 내에 있는, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 7,
A lighting unit wherein the peak wavelength of light emitted from the second light emitting portion is within a range of 360 to 370 nm.
상기 합성 광학 소자는, 상기 제 1 파장 특성을 갖는 광의 적어도 일부를 투과하고, 상기 제 2 파장 특성을 갖는 광의 적어도 일부를 반사하는 다이크로익 미러인, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 8,
An illumination unit, wherein the composite optical element is a dichroic mirror that transmits at least a portion of light having the first wavelength characteristic and reflects at least a portion of light having the second wavelength characteristic.
상기 합성 광학 소자는, 상기 제 1 파장 특성을 갖는 광의 적어도 일부를 반사하고, 상기 제 2 파장 특성을 갖는 광의 적어도 일부를 투과하는 다이크로익 미러인, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 8,
An illumination unit, wherein the composite optical element is a dichroic mirror that reflects at least a portion of light having the first wavelength characteristic and transmits at least a portion of light having the second wavelength characteristic.
상기 제 2 광학계로부터의 광의 상기 합성 광학 소자로의 입사 각도는, 25°이상 45°미만인, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 10,
An illumination unit, wherein the angle of incidence of light from the second optical system to the composite optical element is 25° or more and less than 45°.
상기 제 2 광학계로부터의 광의 상기 합성 광학 소자로의 입사 각도는, 25°이상 42°이하인, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 10,
An illumination unit, wherein the angle of incidence of light from the second optical system to the composite optical element is 25° or more and 42° or less.
상기 제 2 광학계로부터의 광의 상기 합성 광학 소자로의 입사 각도는, 35°인, 조명 유닛.In any one of claims 1 to 10,
An illumination unit wherein the angle of incidence of light from the second optical system to the composite optical element is 35°.
상기 조명 유닛에 의해 조명되는 마스크의 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비하는, 노광 장치.A lighting unit as described in any one of claims 1 to 13,
An exposure device having a projection optical system that projects a pattern image of a mask illuminated by the above lighting unit onto a photosensitive substrate.
상기 감광성 기판은, 적어도 한 변의 길이 또는 대각 길이가 500 mm 이상인, 노광 장치.In Article 14,
An exposure device, wherein the photosensitive substrate has at least one side length or diagonal length of 500 mm or longer.
상기 조명 유닛을 사용하여 상기 마스크를 조명하는 것과,
상기 투영 광학계를 사용하여 상기 마스크의 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영하는 것을 포함하는, 노광 방법.An exposure method using an exposure device described in Article 14 or Article 15,
Illuminating the mask using the above lighting unit,
An exposure method comprising projecting a pattern image of the mask onto the photosensitive substrate using the projection optical system.
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