KR101939862B1 - 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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Abstract

편광 상태의 변경에 관하여 높은 자유도를 갖는 조명 광학계. 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계는, 제 1 면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 제 1 공간광 변조기와, 제 1 면보다 피조사면측의 광로 중에 배치되어, 조명 광학계의 광축을 가로지르는 면 내의 제 1 영역을 통과하는 제 1 광속에, 가로지르는 면 내에 있어서의 제 1 영역과는 다른 제 2 영역을 통과하는 제 2 광속과는 다른 편광 상태의 변화를 부여하는 편광 부재와, 제 1 면보다 피조사면측의 광로 중 또는 제 1 면보다 광원측의 광로 중의 제 2 면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고, 조명 광학계의 조명 동공에 광강도 분포를 가변적으로 형성하는 제 2 공간광 변조기를 구비하고 있다.

Description

조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{ILLUMINATION OPTICAL ASSEMBLY, EXPOSURE DEVICE, AND DEVICE MANUFACTURE METHOD}
본 발명은, 조명 광학계, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
이 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광이, 옵티컬 인터그레이터로서의 플라이아이 렌즈를 거쳐서, 다수의 광원으로 이루어지는 실질적인 면광원으로서의 이차 광원(일반적으로는 조명 동공에 있어서의 소정의 광강도 분포)을 형성한다. 이하, 조명 동공에서의 광강도 분포를, 「동공 강도 분포」라고 한다. 또한, 조명 동공이란, 조명 동공과 피조사면(노광 장치의 경우에는 마스크 또는 웨이퍼)의 사이의 광학계의 작용에 의해, 피조사면이 조명 동공의 푸리에 변환면이 되는 위치로서 정의된다.
이차 광원으로부터의 광은, 콘덴서 광학계에 의해 집광된 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크를 투과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼 위에 결상하고, 웨이퍼 위에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 마스크에 형성된 패턴은 미세화되어 있고, 이 미세 패턴을 웨이퍼 위에 정확하게 전사하기 위해서는 웨이퍼 위에 있어서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다.
종래, 플라이아이 렌즈의 직후에 배치된 파장판을 갖는 개구 조리개의 작용에 의해, 플라이아이 렌즈의 후측 초점면 또는 그 근방의 조명 동공에 윤대(輪帶) 형상 또는 복수극 형상의 이차 광원(동공 강도 분포)을 형성하고, 이 이차 광원을 통과하는 광속이 그 둘레 방향을 편광 방향으로 하는 직선 편광 상태(이하, 간단하게 「둘레 방향 편광 상태」라고 한다)가 되도록 설정하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1을 참조).
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 제 3246615호 공보
다양한 형태의 미세 패턴을 충실하게 전사하기에 적합한 조명 조건을 실현하기 위해, 동공 강도 분포의 형상(크기를 포함하는 넓은 개념) 및 편광 상태의 변경에 관한 자유도의 향상이 요구되고 있다. 그렇지만, 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 파장판을 갖는 개구 조리개를 교환하지 않는 한, 동공 강도 분포의 형상이나 편광 상태를 변화시킬 수 없었다.
본 발명은, 전술한 과제를 감안하여 이루어진 것이고, 편광 상태의 변경에 관하여 높은 자유도를 갖는 조명 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 편광 상태의 변경에 관하여 높은 자유도를 갖는 조명 광학계를 이용하여, 적절한 조명 조건을 바탕으로 미세 패턴을 감광성 기판에 정확하게 전사할 수 있는 노광 장치 및 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 형태에서는, 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서, 제 1 면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖는 제 1 공간광 변조기와, 상기 제 1 면보다 상기 피조사면측의 광로 중에 배치되어, 상기 조명 광학계의 광축을 가로지르는 면 내의 제 1 영역을 통과하는 제 1 광속에, 상기 가로지르는 면 내에 있어서의 상기 제 1 영역과는 다른 제 2 영역을 통과하는 제 2 광속과는 다른 편광 상태의 변화를 주는 편광 부재와, 상기 제 1 면보다 상기 피조사면측의 상기 광로 중 또는 상기 제 1 면보다 상기 광원측의 광로 중의 제 2 면에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 광학 요소를 갖고, 상기 조명 광학계의 조명 동공에 광강도 분포를 가변적으로 형성하는 제 2 공간광 변조기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계를 제공한다.
제 2 형태에서는, 소정의 패턴을 조명하기 위한 제 1 형태의 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
제 3 형태에서는, 제 2 형태의 노광 장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 것과, 상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 것과, 상기 마스크층을 사이에 두고 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
도 1은 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 동공 형성용 공간광 변조기의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.
도 3은 공간광 변조기의 요부의 부분 사시도이다.
도 4는 편광 구분용 공간광 변조기의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.
도 5는 실시형태의 편광 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 편광 구분용 공간광 변조기의 유효 반사 영역이 5개의 부분 영역으로 가상적으로 분할되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 동공 형성용 공간광 변조기의 유효 반사 영역이 5개의 부분 영역으로 가상적으로 분할되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 8극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포에 중앙극의 면광원이 추가된 9극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 9는 윤대 형상에서 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 8극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포에 중앙극의 면광원이 추가된 9극 형상의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은 제 1 변형예에 따른 편광 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 16분할 타입의 윤대 형상에서 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 13은 제 2 변형예에 따른 편광 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 제 3 변형예에 따른 편광 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 제 4 변형예에 따른 편광 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 편광 구분용 공간광 변조기와 편광 부재와 동공 형성용 공간광 변조기의 배치 관계에 따른 제 1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 17은 편광 구분용 공간광 변조기와 편광 부재와 동공 형성용 공간광 변조기의 배치 관계에 따른 제 2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 18은 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 19는 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다.
이하, 실시형태를 첨부 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼 W의 전사면(노광면)의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼 W의 전사면 내에 있어서 도 1의 지면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼 W의 전사면 내에 있어서 도 1의 지면에 수직인 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 광원 LS로부터 노광광(조명광)이 공급된다. 광원 LS로서, 예컨대 193㎚의 파장의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저 광원이나, 248㎚의 파장의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 광원 LS로부터 +Z 방향으로 사출된 광은, 빔 송광부(1)를 거쳐서, 편광 구분용 공간광 변조기(2)에 입사한다. 공간광 변조기(2)를 지나 사선 방향으로 사출된 광은, 전측 렌즈군(3a)과 후측 렌즈군(3b)으로 이루어지는 재결상 광학계(3)를 거쳐서, 동공 형성용 공간광 변조기(4)에 입사한다.
재결상 광학계(3)의 동공 위치 또는 그 근방에는, 편광 부재(5)가 배치되어 있다. 빔 송광부(1)는, 광원 LS로부터의 입사 광속을 적절한 크기 및 형상의 단면을 갖는 광속으로 변환하면서 공간광 변조기(2, 4)에 인도함과 아울러, 공간광 변조기(2, 4)에 입사하는 광속의 위치 변동 및 각도 변동을 액티브하게 보정하는 기능을 갖는다. 또, 빔 송광부(1)는, 광원 LS로부터의 입사 광속을 적절한 크기 및 형상의 단면을 갖는 광속으로 변환하지 않는 구성이더라도 좋다.
공간광 변조기(2, 4)는, 후술하는 바와 같이, 소정 면 내에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 미러 요소와, 제어계 CR로부터의 제어 신호에 근거하여 복수의 미러 요소의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부를 갖는다. 편광 부재(5)는, 병렬적으로 배치되어 편광 작용이 서로 다른 복수의 1/2 파장판을 갖는다. 공간광 변조기(2, 4) 및 편광 부재(5)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
공간광 변조기(4)로부터 +Z 방향으로 사출된 광은, 릴레이 광학계(6)의 전측 렌즈군(6a)을 거쳐서, 릴레이 광학계(6)의 동공면(6c)에 입사한다. 전측 렌즈군(6a)은, 그 전측 초점 위치가 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소의 배열면(이하, 「공간광 변조기의 배열면」이라고 한다)의 위치와 거의 일치하고 또한 그 후측 초점 위치가 동공면(6c)의 위치와 거의 일치하도록 설정되어 있다. 공간광 변조기(4)를 지난 광은, 후술하는 바와 같이, 복수의 미러 요소의 자세에 따른 광강도 분포를 동공면(6c)에 가변적으로 형성한다. 동공면(6c)에 광강도 분포를 형성한 광은, 릴레이 광학계(6)의 후측 렌즈군(6b)을 거쳐서, 릴레이 광학계(7)에 입사한다.
릴레이 광학계(7)를 지난 광은, 광로 절곡 미러 MR1에 의해 +Y 방향으로 반사되어, 마이크로 플라이아이 렌즈(또는 플라이아이 렌즈)(8)에 입사한다. 후측 렌즈군(6b) 및 릴레이 광학계(7)는, 동공면(6c)과 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면을 광학적으로 공역에 설정하고 있다. 따라서, 공간광 변조기(4)를 지난 광은, 동공면(6c)과 광학적으로 공역의 위치에 배치된 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에, 동공면(6c)에 형성된 광강도 분포에 대응한 광강도 분포를 형성한다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8)는, 예컨대 종횡으로 또한 조밀하게 배열된 다수의 정굴절력을 갖는 미소 렌즈로 이루어지는 광학 소자이고, 평행 평면판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성하는 것에 의해 구성되어 있다. 마이크로 플라이아이 렌즈에서는, 서로 격절된 렌즈 엘리먼트로 이루어지는 플라이아이 렌즈와는 다르게, 다수의 미소 렌즈(미소 굴절면)가 서로 격절되는 일 없이 일체적으로 형성되어 있다. 그렇지만, 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있는 점에서 마이크로 플라이아이 렌즈는 플라이아이 렌즈와 동일한 파면 분할형의 옵티컬 인터그레이터이다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 있어서의 단위 파면 분할면으로서의 직사각형 형상의 미소 굴절면은, 마스크 M 위에 있어서 형성해야 할 조사야(照射野)(radiation field)의 형상(나아가서는 웨이퍼 W 위에 있어서 형성해야 할 노광 영역의 형상)과 서로 닮은 직사각형 형상이다. 또, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)로서, 예컨대 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈를 이용할 수도 있다. 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈의 구성 및 작용은, 예컨대 미국 특허 제 6913373호 명세서에 개시되어 있다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 입사한 광속은 다수의 미소 렌즈에 의해 이차원적으로 분할되고, 그 후측 초점면 또는 그 근방의 조명 동공에는, 입사면에 형성되는 광강도 분포와 거의 같은 광강도 분포를 갖는 이차 광원(다수의 소광원으로 이루어지는 실질적인 면광원 : 동공 강도 분포)이 형성된다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 형성된 이차 광원으로부터의 광속은, 콘덴서 광학계(9)를 거쳐서, 마스크 블라인드(10)를 중첩적으로 조명한다.
이렇게 하여, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드(10)에는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직사각형 형상의 미소 굴절면의 형상과 초점 거리에 따른 직사각형 형상의 조사야가 형성된다. 또, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 후측 초점면 또는 그 근방에, 즉 후술하는 투영 광학계 PL의 입사 동공면과 광학적으로 거의 공역의 위치에, 이차 광원에 대응한 형상의 개구부(광투과부)를 갖는 조명 개구 조리개를 배치하더라도 좋다.
마스크 블라인드(10)의 직사각형 형상의 개구부(광투과부)를 거친 광속은, 결상 광학계(11)의 집광 작용을 받고, 또한 결상 광학계(11)의 광로 중에 배치된 미러 MR2에 의해 -Z 방향으로 반사된 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크 M을 중첩적으로 조명한다. 즉, 결상 광학계(11)는, 마스크 블라인드(10)의 직사각형 형상 개구부의 상을 마스크 M 위에 형성하게 된다.
마스크 스테이지 MS 위에 유지된 마스크 M을 투과한 광속은, 투영 광학계 PL을 거쳐서, 웨이퍼 스테이지 WS 위에 유지된 웨이퍼(감광성 기판) W 위에 마스크 패턴의 상을 형성한다. 이렇게 하여, 투영 광학계 PL의 광축 AX와 직교하는 평면(XY 평면) 내에 있어서 웨이퍼 스테이지 WS를 이차원적으로 구동 제어하면서, 나아가서는 웨이퍼 W를 이차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 행하는 것에 의해, 웨이퍼 W의 각 노광 영역에는 마스크 M의 패턴이 순차적으로 노광된다. 스캔 노광을 행할 때에는, 예컨대 Y 방향을 따라, 투영 광학계 PL의 배율에 따른 속도비로 마스크 스테이지 MS와 웨이퍼 스테이지 WS를 구동하면 된다.
본 실시형태의 노광 장치는, 조명 광학계(1~11)를 거친 광에 근거하여 조명 광학계의 사출 동공면에 있어서의 동공 강도 분포를 계측하는 제 1 동공 강도 분포 계측부 DTr과, 투영 광학계 PL을 거친 광에 근거하여 투영 광학계 PL의 동공면(투영 광학계 PL의 사출 동공면)에 있어서의 동공 강도 분포를 계측하는 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTw와, 제 1 및 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTr, DTw 중 적어도 한쪽의 계측 결과에 근거하여 공간광 변조기(2, 4)를 제어하고 또한 노광 장치의 동작을 통괄적으로 제어하는 제어계 CR을 구비하고 있다.
제 1 동공 강도 분포 계측부 DTr은, 예컨대 조명 광학계의 사출 동공 위치와 광학적으로 공역의 위치에 배치된 광전 변환면을 갖는 촬상부를 구비하고, 조명 광학계에 의한 피조사면 위의 각 점에 관한 동공 강도 분포(각 점에 입사하는 광이 조명 광학계의 사출 동공 위치에 형성하는 동공 강도 분포)를 모니터한다. 또한, 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTw는, 예컨대 투영 광학계 PL의 동공 위치와 광학적으로 공역의 위치에 배치된 광전 변환면을 갖는 촬상부를 구비하고, 투영 광학계 PL의 상면(像面)의 각 점에 관한 동공 강도 분포(각 점에 입사하는 광이 투영 광학계 PL의 동공 위치에 형성하는 동공 강도 분포)를 모니터한다.
제 1 및 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTr, DTw의 상세한 구성 및 작용에 대해서는, 예컨대 미국 특허 공개 제 2008/0030707호 명세서를 참조할 수 있다. 또한, 동공 강도 분포 계측부로서, 미국 특허 공개 제 2010/0020302호 공보의 개시를 참조할 수도 있다.
본 실시형태에서는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 의해 형성되는 이차 광원을 광원으로 하여, 조명 광학계의 피조사면에 배치되는 마스크 M(나아가서는 웨이퍼 W)을 쾰러(Kohler) 조명한다. 이 때문에, 이차 광원이 형성되는 위치는 투영 광학계 PL의 개구 조리개 AS의 위치와 광학적으로 공역이고, 이차 광원의 형성면을 조명 광학계의 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 또한, 이 이차 광원의 형성면의 상을 조명 광학계의 사출 동공면이라고 부를 수 있다. 전형적으로는, 조명 동공면에 대하여 피조사면(마스크 M이 배치되는 면, 또는 투영 광학계 PL을 포함시켜 조명 광학계라고 생각하는 경우에는 웨이퍼 W가 배치되는 면)이 광학적인 푸리에 변환면이 된다. 또, 동공 강도 분포란, 조명 광학계의 조명 동공면 또는 해당 조명 동공면과 광학적으로 공역인 면에 있어서의 광강도 분포(휘도 분포)이다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 의한 파면 분할수가 비교적 큰 경우, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 대국적인 광강도 분포와, 이차 광원 전체의 대국적인 광강도 분포(동공 강도 분포)가 높은 상관을 나타낸다. 이 때문에, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 및 해당 입사면과 광학적으로 공역인 면에 있어서의 광강도 분포에 대해서도 동공 강도 분포라고 칭할 수 있다. 도 1의 구성에 있어서, 릴레이 광학계(6, 7), 및 마이크로 플라이아이 렌즈(8)는, 공간광 변조기(4)를 지난 광속에 근거하여 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 동공 강도 분포를 형성하는 수단을 구성하고 있다.
동공 형성용 공간광 변조기(4)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 소정 면 내에 배열된 복수의 미러 요소(4a)와, 복수의 미러 요소(4a)를 유지하는 기반(4b)과, 기반(4b)에 접속된 케이블(도시하지 않음)을 거쳐서 복수의 미러 요소(4a)의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부(4c)를 구비하고 있다. 공간광 변조기(4)에서는, 제어계 CR로부터의 지령에 근거하여 작동하는 구동부(4c)의 작용에 의해, 복수의 미러 요소(4a)의 자세가 각각 변화하고, 각 미러 요소(4a)가 각각 소정의 방향으로 설정된다.
공간광 변조기(4)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 이차원적으로 배열된 복수의 미소한 미러 요소(4a)를 구비하고, 입사한 광에 대하여, 그 입사 위치에 따른 공간적인 변조를 가변적으로 부여하여 사출한다. 설명 및 도시를 간단하게 하기 위해, 도 2 및 도 3에서는 공간광 변조기(4)가 4×4=16개의 미러 요소(4a)를 구비하는 구성예를 나타내고 있지만, 실제로는 16개보다 훨씬 다수의 미러 요소(4a)를 구비하고 있다.
도 2를 참조하면, 공간광 변조기(2)에 입사하는 광선군 중, 광선 L1은 복수의 미러 요소(4a) 중 미러 요소 SEa에, 광선 L2는 미러 요소 SEa와는 다른 미러 요소 SEb에 각각 입사한다. 마찬가지로, 광선 L3은 미러 요소 SEa, SEb와는 다른 미러 요소 SEc에, 광선 L4는 미러 요소 SEa~SEc와는 다른 미러 요소 SEd에 각각 입사한다. 미러 요소 SEa~SEd는, 그 위치에 따라 설정된 공간적인 변조를 광 L1~L4에 부여한다.
공간광 변조기(4)에서는, 모든 미러 요소(4a)의 반사면이 1개의 평면을 따라 설정된 기준 상태에 있어서, 공간광 변조기(2)와 공간광 변조기(4)의 사이의 광로의 광축 AX와 평행한 방향을 따라 입사한 광선이, 공간광 변조기(4)에서 반사된 후에, 공간광 변조기(4)와 릴레이 광학계(6)의 사이의 광로의 광축 AX와 평행한 방향으로 나아가도록 구성되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 공간광 변조기(4)의 배열면은, 릴레이 광학계(6)의 전측 렌즈군(6a)의 전측 초점 위치 또는 그 근방에 위치가 정해져 있다.
따라서, 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소 SEa~SEd에 의해 반사되어 소정의 각도 분포가 부여된 광은, 릴레이 광학계(6)의 동공면(6c)에 소정의 광강도 분포 SP1~SP4를 형성하고, 나아가서는 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 광강도 분포 SP1~SP4에 대응한 광강도 분포를 형성한다. 즉, 전측 렌즈군(6a)은, 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소 SEa~SEd가 사출광에 부여하는 각도를, 공간광 변조기(4)의 파필드(프라운호퍼 회절 영역)인 동공면(6c) 위에서의 위치로 변환한다. 이렇게 하여, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)가 형성하는 이차 광원의 광강도 분포(동공 강도 분포)는, 공간광 변조기(4) 및 릴레이 광학계(6, 7)가 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 형성하는 광강도 분포에 대응한 분포가 된다.
공간광 변조기(4)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 평면 형상의 반사면을 상면으로 한 상태에서 1개의 평면을 따라 규칙적으로 또한 이차원적으로 배열된 다수의 미소한 반사 소자인 미러 요소(4a)를 포함하는 가동 멀티 미러이다. 각 미러 요소(4a)는 가동되며, 그 반사면의 경사, 즉 반사면의 경사각 및 경사 방향은, 제어계 CR로부터의 제어 신호에 근거하여 작동하는 구동부(4c)의 작용에 의해 독립적으로 제어된다. 각 미러 요소(4a)는, 그 반사면에 평행한 두 방향으로서 서로 직교하는 두 방향을 회전축으로 하여, 소망하는 회전 각도만큼 연속적 혹은 이산적으로 회전할 수 있다. 즉, 각 미러 요소(4a)의 반사면의 경사를 이차원적으로 제어하는 것이 가능하다.
각 미러 요소(4a)의 반사면을 이산적으로 회전시키는 경우, 회전각을 복수의 상태(예컨대, …, -2.5도, -2.0도, …, 0도, +0.5도, …, +2.5도, …)로 전환 제어하는 것이 좋다. 도 3에는 외형이 정사각형 형상의 미러 요소(4a)를 나타내고 있지만, 미러 요소(4a)의 외형 형상은 정사각형으로 한정되지 않는다. 단, 광 이용 효율의 관점으로부터, 미러 요소(4a)의 극간이 적어지도록 배열 가능한 형상(가장 조밀하게 충전 가능한 형상)으로 할 수 있다. 또한, 광 이용 효율의 관점으로부터, 이웃하는 2개의 미러 요소(4a)의 간격을 필요 최소한으로 억제할 수 있다.
본 실시형태에서는, 공간광 변조기(4)로서, 예컨대 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소(4a)의 방향을 연속적으로 각각 변화시키는 공간광 변조기를 이용하고 있다. 이와 같은 공간광 변조기로서, 예컨대 유럽 특허 공개 제 779530호 공보, 미국 특허 제 5,867,302호 공보, 미국 특허 제 6,480,320호 공보, 미국 특허 제 6,600,591호 공보, 미국 특허 제 6,733,144호 공보, 미국 특허 제 6,900,915호 공보, 미국 특허 제 7,095,546호 공보, 미국 특허 제 7,295,726호 공보, 미국 특허 제 7,424,330호 공보, 미국 특허 제 7,567,375호 공보, 미국 특허 공개 제 2008/0309901호 공보, 국제 특허 공개 제 WO2010/037476호 팜플렛, 국제 특허 공개 제 WO2010/040506호 팜플렛 및 일본 특허 공개 2006-113437호 공보에 개시되는 공간광 변조기를 이용할 수 있다. 또, 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소(4a)의 방향을 이산적으로 복수의 단계를 갖도록 제어하더라도 좋다.
공간광 변조기(4)에서는, 제어계 CR로부터의 제어 신호에 따라 작동하는 구동부(4c)의 작용에 의해, 복수의 미러 요소(4a)의 자세가 각각 변화하고, 각 미러 요소(4a)가 각각 소정의 방향으로 설정된다. 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소(4a)에 의해 각각 소정의 각도로 반사된 광은, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에, 소망하는 동공 강도 분포를 형성한다. 또한, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공과 광학적으로 공역인 다른 조명 동공의 위치, 즉 결상 광학계(11)의 동공 위치 및 투영 광학계 PL의 동공 위치(개구 조리개 AS가 배치되어 있는 위치)에도, 소망하는 동공 강도 분포가 형성된다.
이와 같이, 동공 형성용 공간광 변조기(4)는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 동공 강도 분포를 가변적으로 형성하는 기능을 갖는다. 릴레이 광학계(6) 및 릴레이 광학계(7)는, 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소(4a)가 그 파필드에 형성하는 파필드 패턴을, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공과 공역의 위치(마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 또는 그 근방)에 결상시키는 분포 형성 광학계를 구성하고 있다. 이 분포 형성 광학계는, 공간광 변조기(4)로부터의 사출 광속의 각도 방향의 분포를, 분포 형성 광학계로부터의 사출 광속의 단면에 있어서의 위치 분포로 변환한다.
편광 구분용 공간광 변조기(2)는, 동공 형성용 공간광 변조기(4)와 동일한 구성을 갖지만, 공간광 변조기(4)와 다른 작용(기능)을 갖는다. 이하, 공간광 변조기(4)와 중복하는 설명을 생략하고, 공간광 변조기(4)와는 다른 점에 착안하여 공간광 변조기(2)를 설명한다. 바꿔 말하면, 공간광 변조기(2)의 구성에 관하여 특별히 언급하지 않는 점에 대해서는, 공간광 변조기(4)의 구성과 동일하다.
공간광 변조기(2)는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 소정 면 내에 배열된 복수의 미러 요소(2a)와, 복수의 미러 요소(2a)를 유지하는 기반(2b)과, 기반(2b)에 접속된 케이블(도시하지 않음)을 거쳐서 복수의 미러 요소(2a)의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부(2c)를 구비하고 있다. 도 4에서는, 공간광 변조기(2)와 대비시켜 공간광 변조기(4)의 설명을 용이하게 이해할 수 있도록, 광축 AX를 도 4 중의 연직 방향으로 일치시킨 상태에서 공간광 변조기(2)로부터 편광 부재(5)까지의 구성을 도시하고 있다.
공간광 변조기(2)에서는, 제어계 CR로부터의 지령에 근거하여 작동하는 구동부(2c)의 작용에 의해, 복수의 미러 요소(2a)의 자세가 각각 변화하고, 각 미러 요소(2a)가 각각 소정의 방향으로 설정된다. 공간광 변조기(2)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 이차원적으로 배열된 복수의 미소한 미러 요소(2a)를 구비하고, 입사한 광에 대하여, 그 입사 위치에 따른 공간적인 변조를 가변적으로 부여하여 사출한다.
도 4를 참조하면, 공간광 변조기(2)에 입사하는 광선군 중, 광선 L11은 복수의 미러 요소(2a) 중 미러 요소 SEe에, 광선 L12는 미러 요소 SEe와는 다른 미러 요소 SEf에 각각 입사한다. 마찬가지로, 광선 L13은 미러 요소 SEe, SEf와는 다른 미러 요소 SEg에, 광선 L14는 미러 요소 SEe~SEg와는 다른 미러 요소 SEh에 각각 입사한다. 미러 요소 SEe~SEh는, 그 위치에 따라 설정된 공간적인 변조를 광 L11~L14에 부여한다.
공간광 변조기(2)에서는, 모든 미러 요소(2a)의 반사면이 1개의 평면을 따라 설정된 기준 상태에 있어서, 빔 송광부(1)와 공간광 변조기(2)의 사이의 광로의 광축 AX와 평행한 방향을 따라 입사한 광선이, 공간광 변조기(2)에서 반사된 후에, 공간광 변조기(2)와 공간광 변조기(4)의 사이의 광로의 광축 AX와 평행한 방향으로 나아가도록 구성되어 있다. 상술한 바와 같이, 편광 부재(5)는, 공간광 변조기(2)의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치 또는 그 근방에 위치가 정해져 있다.
따라서, 재결상 광학계(3)의 전측 렌즈군(3a)은, 공간광 변조기(2)의 복수의 미러 요소 SEe~SEh가 사출광에 부여하는 각도를, 공간광 변조기(2)의 파필드인 편광 부재(5)의 입사면 위에서의 위치로 변환한다. 이와 같이, 편광 구분용 공간광 변조기(2)는, 그 입사면의 임의의 영역에 입사한 광을, 릴레이 광학계로서의 전측 렌즈군(3a)을 거쳐서 편광 부재(5)의 입사면 위의 소망하는 영역에 가변적으로 인도하는 기능을 갖는다.
편광 부재(5)는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 광로 중에 병렬적으로 배치된 8개의 1/2 파장판(51a, 51b, 51c, 51d)과, 1개의 디폴라라이저(비편광화 소자)(51e)를 구비하고 있다. 일례로서, 1/2 파장판(51a~51d) 및 디폴라라이저(51e)는, 광축 AX와 직교하는 단일 평면을 따라 배치되어 있다. 도 5에서는, 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 편광 부재(5)의 입사면에 있어서 X 방향과 평행한 방향으로 x 방향을 설정하고, 편광 부재(5)의 입사면에 있어서 x 방향과 직교하는 방향으로 z 방향을 설정하고 있다.
도 5에 나타내는 설치 상태에 있어서, 한 쌍의 1/2 파장판(51a)은, x 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광(이하, 「x 방향 직선 편광」이라고 한다)의 광이 입사한 경우, x 방향을 90도 회전시킨 방향, 즉 z 방향으로 편광 방향을 갖는 z 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 한 쌍의 1/2 파장판(51b)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, 그 편광 방향을 변화시키는 일 없이 x 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다.
한 쌍의 1/2 파장판(51c)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, x 방향을 도 5 중 시계 방향으로 +45도 회전시킨 방향, 즉 +45도 사선 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 한 쌍의 1/2 파장판(51d)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, x 방향을 도 5 중 시계 방향으로 -45도(혹은 +135도) 회전시킨 방향, 즉 -45도 사선 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다.
동공 형성용 공간광 변조기(4)의 배열면은, 재결상 광학계(3)를 사이에 두고, 편광 구분용 공간광 변조기(2)의 배열면과 광학적으로 공역의 위치 또는 그 근방에 있다. 따라서, 공간광 변조기(4)로의 입사 광속의 성상은, 공간광 변조기(2)로의 입사 광속의 성상에 대응하고 있다. 이하, 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 공간광 변조기(2)에는 직사각형 형상의 단면을 갖는 X 방향 직선 편광의 평행 광속이 입사하는 것으로 한다. 즉, 편광 부재(5)에는, x 방향 직선 편광의 광이 입사한다. 공간광 변조기(4)에는, 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 광속이 입사한다.
본 실시형태에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 편광 구분용 공간광 변조기(2)의 유효 반사 영역 R2가, 5개의 부분 영역 R2a, R2b, R2c, R2d, R2e로 가상적으로 분할된다. 5개의 부분 영역 R2a~R2e에 대응하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 동공 형성용 공간광 변조기(4)의 유효 반사 영역 R4는, 5개의 부분 영역 R4a, R4b, R4c, R4d, R4e로 가상적으로 분할된다. 또, 공간광 변조기(2, 4)의 유효 반사 영역의 가상적인 분할의 방법에 대해서는, 다양한 형태가 가능하다.
공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2a에 입사한 X 방향 직선 편광의 광은, 편광 부재(5)의 한 쌍의 1/2 파장판(51a)에 인도되고, 1/2 파장판(51a)을 거쳐서 z 방향 직선 편광의 광이 되고, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4a에 도달한다. 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2b에 입사한 X 방향 직선 편광의 광은, 편광 부재(5)의 한 쌍의 1/2 파장판(51b)에 인도되고, 1/2 파장판(51b)을 거쳐서 편광 방향이 변화하는 일 없이 x 방향 직선 편광의 상태로, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4b에 도달한다.
공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2c에 입사한 X 방향 직선 편광의 광은, 편광 부재(5)의 한 쌍의 1/2 파장판(51c)에 인도되고, 1/2 파장판(51c)을 거쳐서 +45도 사선 방향으로 편광 방향을 갖는 +45도 사선 방향 직선 편광의 광이 되고, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4c에 도달한다. 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2d에 입사한 X 방향 직선 편광의 광은, 편광 부재(5)의 한 쌍의 1/2 파장판(51d)에 인도되고, 1/2 파장판(51d)을 거쳐서 -45도 사선 방향으로 편광 방향을 갖는 -45도 사선 방향 직선 편광의 광이 되고, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4d에 도달한다.
공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2e에 입사한 X 방향 직선 편광의 광은, 편광 부재(5)의 디폴라라이저(51e)에 인도되고, 디폴라라이저(51e)를 거쳐서 비편광 상태의 광이 되고, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4e에 도달한다. 공간광 변조기(4)의 구동부(4c)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 부분 영역 R4a에 위치하는 제 1 미러 요소군 S4a를 지난 광이 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공면 위의 한 쌍의 동공 영역 R11a, R11b에 인도되도록, 제 1 미러 요소군 S4a에 속하는 복수의 미러 요소(4a)의 자세를 각각 제어한다. 한 쌍의 동공 영역 R11a, R11b는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 X 방향으로 간격을 둔 영역이다.
구동부(4c)는, 부분 영역 R4b에 위치하는 제 2 미러 요소군 S4b를 지난 광이 조명 동공면 위의 한 쌍의 동공 영역 R12a, R12b에 인도되도록, 제 2 미러 요소군 S4b에 속하는 복수의 미러 요소(4a)의 자세를 각각 제어한다. 한 쌍의 동공 영역 R12a, R12b는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 Z 방향으로 간격을 둔 영역이다. 구동부(4c)는, 부분 영역 R4c에 위치하는 제 3 미러 요소군 S4c를 지난 광이 조명 동공면 위의 한 쌍의 동공 영역 R13a, R13b에 인도되도록, 제 3 미러 요소군 S4c에 속하는 복수의 미러 요소(4a)의 자세를 각각 제어한다. 한 쌍의 동공 영역 R13a, R13b는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 +X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 영역이다.
구동부(4c)는, 부분 영역 R4d에 위치하는 제 4 미러 요소군 S4d를 지난 광이 조명 동공면 위의 한 쌍의 동공 영역 R14a, R14b에 인도되도록, 제 4 미러 요소군 S4d에 속하는 복수의 미러 요소(4a)의 자세를 각각 제어한다. 한 쌍의 동공 영역 R14a, R14b는, 예컨대 광축 AX를 사이에 두고 -X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 영역이다. 구동부(4c)는, 부분 영역 R4e에 위치하는 제 5 미러 요소군 S4e를 지난 광이 조명 동공면 위의 단일 동공 영역 R15에 인도되도록, 제 5 미러 요소군 S4e에 속하는 복수의 미러 요소(4a)의 자세를 각각 제어한다. 동공 영역 R15는, 예컨대 광축 AX를 포함하는 영역이다.
이렇게 하여, 공간광 변조기(4)는, 직사각형 형상의 단면을 갖는 평행 광속에 근거하여, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에, 예컨대 9개의 원 형상의 실질적인 면광원 P11a, P11b; P12a, P12b; P13a, P13b; P14a, P14b; P15로 이루어지는 9극 형상의 동공 강도 분포(21)를 형성한다. 동공 영역 R11a, R11b를 차지하는 면광원 P11a, P11b를 형성하는 광은, 1/2 파장판(51a)을 지나고 있으므로, Z 방향 직선 편광(도 5에 있어서의 z 방향 직선 편광에 대응)이다.
동공 영역 R12a, R12b를 차지하는 면광원 P12a, P12b를 형성하는 광은, 1/2 파장판(51b)을 지나고 있으므로, X 방향 직선 편광(도 5에 있어서의 x 방향 직선 편광에 대응)이다. 동공 영역 R13a, R13b를 차지하는 면광원 P13a, P13b를 형성하는 광은, 1/2 파장판(51c)을 지나고 있으므로, 도 8의 지면에 있어서 X 방향을 시계 방향으로 +45도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 갖는 +45도 사선 방향 직선 편광(도 5에 있어서의 +45도 사선 방향 직선 편광에 대응)이다.
동공 영역 R14a, R14b를 차지하는 면광원 P14a, P14b를 형성하는 광은, 1/2 파장판(51d)을 지나고 있으므로, 도 8의 지면에 있어서 X 방향을 시계 방향으로 -45도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 갖는 -45도 사선 방향 직선 편광(도 5에 있어서의 -45도 사선 방향 직선 편광에 대응)이다. 동공 영역 R15를 차지하는 면광원 P15를 형성하는 광은, 디폴라라이저(51e)를 지나고 있으므로, 비편광 상태이다.
이렇게 하여, 편광 구분용 공간광 변조기(2)와 편광 부재(5)와 동공 형성용 공간광 변조기(4)의 협동 작용에 의해, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에는, 8극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포에 중앙극의 면광원 P15가 추가된 8극 형상의 동공 강도 분포(21)가 형성된다. 또한, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공과 광학적으로 공역인 다른 조명 동공의 위치, 즉 결상 광학계(11)의 동공 위치 및 투영 광학계 PL의 동공 위치(개구 조리개 AS가 배치되어 있는 위치)에도, 동공 강도 분포(21)에 대응하는 9극 형상의 동공 강도 분포가 형성된다.
또, 도시를 생략하지만, 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2e에 입사한 광을 디폴라라이저(51e)에 인도하는 일 없이 1/2 파장판(51a~51d)에 인도함과 아울러, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4e에 입사한 광을 동공 영역 R11a, R11b; R12a, R12b; R13a, R13b; R14a, R14b에 인도하는 것에 의해, 도 8의 9극 형상의 동공 강도 분포(21)로부터 중앙극의 면광원 P15를 제외하여 얻어지는 8극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성할 수 있다. 혹은, 디폴라라이저(51e) 및 공간광 변조기(4)의 제 5 미러 요소군 S4e를 지난 광이 조명 동공의 형성에 기여하지 않도록, 예컨대 조명 광로의 외부에 인도하는 것에 의해, 마찬가지로 8극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성할 수 있다.
일반적으로, 둘레 방향 편광 상태의 윤대 형상이나 복수극 형상(4극 형상, 8극 형상 등)의 동공 강도 분포에 근거하는 둘레 방향 편광 조명에서는, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼 W에 조사되는 광이 s 편광을 주성분으로 하는 편광 상태가 된다. 여기서, s 편광이란, 입사면에 대하여 수직의 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광(입사면에 수직의 방향으로 전기 벡터가 진동하고 있는 편광)이다. 입사면이란, 광이 매질의 경계면(피조사면 : 웨이퍼 W의 표면)에 도달했을 때에, 그 점에서의 경계면의 법선과 광의 입사 방향을 포함하는 면으로서 정의된다. 그 결과, 둘레 방향 편광 조명에서는, 투영 광학계의 광학 성능(초점 심도 등)의 향상을 도모할 수 있고, 웨이퍼(감광성 기판) 위에 있어서 높은 콘트라스트의 마스크 패턴 상을 얻을 수 있다.
본 실시형태에서는, 자세가 개별적으로 제어되는 다수의 미러 요소(4a)를 갖는 동공 형성용 공간광 변조기(4)를 이용하고 있으므로, 동공 강도 분포의 형상(크기를 포함하는 넓은 개념)의 변경에 관한 자유도는 높다. 일례로서, 제어계 CR로부터의 지령에 따라서 공간광 변조기(4)를 제어하는 것만으로, 도 9에 나타내는 바와 같이, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 윤대 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포(22)를 형성할 수 있다.
도 9에 나타내는 예에서는, 1/2 파장판(51a) 및 제 1 미러 요소군 S4a를 지난 광이, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 X 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R21a, R21b에 인도되어, 실질적인 면광원 P21a, P21b를 형성한다. 1/2 파장판(51b) 및 제 2 미러 요소군 S4b를 지난 광은, 광축 AX를 사이에 두고 Z 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R22a, R22b에 인도되어, 실질적인 면광원 P22a, P22b를 형성한다. 1/2 파장판(51c) 및 제 3 미러 요소군 S4c를 지난 광은, 광축 AX를 사이에 두고 +X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R23a, R23b에 인도되어, 실질적인 면광원 P23a, P23b를 형성한다.
1/2 파장판(51d) 및 제 4 미러 요소군 S4d를 지난 광은, 광축 AX를 사이에 두고 -X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R24a, R24b에 인도되어, 실질적인 면광원 P24a, P24b를 형성한다. 디폴라라이저(51e) 및 제 5 미러 요소군 S4e를 지난 광은, 예컨대 조명 광로의 외부에 인도되어, 조명 동공의 형성에 기여하지 않는다. 이렇게 하여, 예컨대 8개의 원호 형상의 실질적인 면광원 P21a, P21b; P22a, P22b; P23a, P23b; P24a, P24b로 이루어지는 윤대 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포(22)가 형성된다.
또, 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2e에 입사한 광을 디폴라라이저(51e)에 인도하는 일 없이 1/2 파장판(51a~51d)에 인도함과 아울러, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4e에 입사한 광을 동공 영역 R21a, R21b; R22a, R22b; R23a, R23b; R24a, R24b에 인도하는 것에 의해, 조명 동공의 형성에 기여시킬 수도 있다. 또한, 도시를 생략하지만, 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2e에 입사한 광을, 디폴라라이저(51e)를 거쳐서 조명 동공에 있어서 광축 AX를 포함하는 중앙 동공 영역에 인도하는 것에 의해, 윤대 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포(22)에 도 8의 중앙극의 면광원 P15를 추가하여 얻어지는 변형 윤대 형상의 동공 강도 분포를 형성할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 자세가 개별적으로 제어되는 다수의 미러 요소(2a)를 갖는 편광 구분용 공간광 변조기(2)를 이용하고 있으므로, 동공 강도 분포의 편광 상태의 변경에 관한 자유도는 높다. 일례로서, 제어계 CR로부터의 지령에 따라서 공간광 변조기(2)를 제어하는 것만으로, 도 10에 나타내는 바와 같이, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 8극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포에 중앙극의 면광원 P35를 추가하여 얻어지는 9극 형상의 동공 강도 분포(23)를 형성할 수 있다.
도 10에 나타내는 예에서는, 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2a로부터의 광이, 편광 부재(5)의 1/2 파장판(51b) 및 공간광 변조기(4)의 제 1 미러 요소군 S4a를 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 X 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 동공 영역 R31a, R31b에 인도되어, 실질적인 면광원 P31a, P31b를 형성한다. 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2b로부터의 광은, 1/2 파장판(51a) 및 제 2 미러 요소군 S4b를 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 Z 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 동공 영역 R32a, R32b에 인도되어, 실질적인 면광원 P32a, P32b를 형성한다.
공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2c로부터의 광은, 1/2 파장판(51d) 및 제 3 미러 요소군 S4c를 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 -X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 동공 영역 R33a, R33b에 인도되어, 실질적인 면광원 P33a, P33b를 형성한다. 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2d로부터의 광은, 1/2 파장판(51c) 및 제 4 미러 요소군 S4d를 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 +X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 동공 영역 R34a, R34b에 인도되어, 실질적인 면광원 P34a, P34b를 형성한다.
공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2e로부터의 광은, 디폴라라이저(51e) 및 제 5 미러 요소군 S4e를 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 포함하는 중앙 동공 영역 R35에 인도되어, 실질적인 면광원 P35를 형성한다. 이렇게 하여, 예컨대 8개의 원 형상의 실질적인 면광원 P31a, P31b; P32a, P32b; P33a, P33b; P34a, P34b로 이루어지는 8극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포에 중앙극의 면광원 P35가 추가된 9극 형상의 동공 강도 분포(23)가 형성된다.
또, 도시를 생략하지만, 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2e에 입사한 광을 디폴라라이저(51e)에 인도하는 일 없이 1/2 파장판(51a~51d)에 인도함과 아울러, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4e에 입사한 광을 동공 영역 R31a, R31b; R32a, R32b; R33a, R33b; R34a, R34b에 인도하는 것에 의해, 도 10의 9극 형상의 동공 강도 분포(23)로부터 중앙극의 면광원 P35를 제외하여 얻어지는 8극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성할 수 있다. 혹은, 디폴라라이저(51e) 및 공간광 변조기(4)의 제 5 미러 요소군 S4e를 지난 광이 조명 동공의 형성에 기여하지 않도록, 예컨대 조명 광로의 외부에 인도하는 것에 의해, 마찬가지로 8극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성할 수 있다.
또한, 도시를 생략하지만, 제어계 CR로부터의 지령에 따라서 공간광 변조기(4)를 제어하는 것에 의해, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 윤대 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하거나, 윤대 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포에 중앙극의 면광원을 추가하여 얻어지는 변형 윤대 형상의 동공 강도 분포를 형성하거나 할 수 있다.
일반적으로, 지름 방향 편광 상태의 윤대 형상이나 복수극 형상의 동공 강도 분포에 근거하는 지름 방향 편광 조명에서는, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼 W에 조사되는 광이 p 편광을 주성분으로 하는 편광 상태가 된다. 여기서, p 편광이란, 상술한 바와 같이 정의되는 입사면에 대하여 평행한 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광(입사면에 평행한 방향으로 전기 벡터가 진동하고 있는 편광)이다. 그 결과, 지름 방향 편광 조명에서는, 웨이퍼 W에 도포된 레지스트에 있어서의 광의 반사율을 작게 억제하여, 웨이퍼(감광성 기판) 위에 있어서 양호한 마스크 패턴 상을 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 자세가 개별적으로 제어되는 다수의 미러 요소(4a)를 갖는 동공 형성용 공간광 변조기(4)를 이용하고 있으므로, 동공 강도 분포의 형상(크기를 포함하는 넓은 개념)의 변경에 관한 자유도는 높고, 다양한 형태를 갖는 윤대 형상 또는 복수극 형상의 동공 강도 분포를 형성할 수 있다. 또한, 자세가 개별적으로 제어되는 다수의 미러 요소(2a)를 갖고 또한 공간광 변조기(4)와 광학적으로 공역의 위치에 배치된 편광 구분용 공간광 변조기(2)와, 공간광 변조기(2)와 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치에 병렬적으로 배치되어 편광 변환 특성이 서로 다른 복수의 파장판(51a~51e)을 갖는 편광 부재(5)를 이용하고 있으므로, 동공 강도 분포를 구성하는 각 동공 영역의 편광 상태의 변경에 관한 자유도는 높고, 다양한 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성할 수 있다.
즉, 본 실시형태의 조명 광학계(1~11)에서는, 광학 부재의 교환을 수반하는 일 없이, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포의 형상 및 편광 상태의 변경에 관하여 높은 자유도를 실현할 수 있다. 본 실시형태의 노광 장치(1~WS)에서는, 동공 강도 분포의 형상 및 편광 상태의 변경에 관하여 높은 자유도를 갖는 조명 광학계(1~11)를 이용하여, 전사해야 할 마스크 M의 패턴의 특성에 따라 실현된 적절한 조명 조건 아래에서, 미세 패턴을 웨이퍼 W에 정확하게 전사할 수 있다.
상술한 실시형태에 있어서, 제어계 CR은, 예컨대, CPU(중앙 연산 처리 장치), ROM(리드 온리 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리) 등으로 이루어지는 모든 워크스테이션(또는 마이크로컴퓨터) 등으로 구성할 수 있고, 장치 전체를 통괄하여 제어할 수 있다. 또한, 제어계 CR에는, 예컨대 하드디스크로 이루어지는 기억 장치, 키보드, 마우스 등의 포인팅 디바이스 등을 포함하는 입력 장치, CRT 디스플레이(또는 액정 디스플레이) 등의 표시 장치, 및 CD(compact disc), DVD(digital versatile disc), MO(magneto-optical disc) 혹은 FD(flexible disc) 등의 정보 기억 매체의 드라이브 장치가, 외장형으로 접속되어 있더라도 좋다.
본 실시형태에서는, 기억 장치에는, 투영 광학계 PL에 의해 웨이퍼 W 위에 투영되는 투영상의 결상 상태가 최적(예컨대 수차 또는 선폭이 허용 범위 내)이 되는 동공 강도 분포(조명 광원 형상)에 관한 정보, 이것에 대응하는 조명 광학계, 특히 공간광 변조기(2, 4)의 미러 요소의 제어 정보 등을 저장하더라도 좋다. 드라이브 장치에는, 후술하는 동공 강도 분포의 설정을 행하기 위한 프로그램 등이 저장된 정보 기억 매체(이하의 설명에서는 편의상 CD-ROM으로 한다)가 세트되어 있더라도 좋다. 또, 이들의 프로그램은 기억 장치에 인스톨되어 있더라도 좋다. 제어계 CR은, 적절하게, 이들의 프로그램을 메모리에 읽어낸다.
제어계 CR은, 예컨대 이하의 수순으로, 공간광 변조기(2, 4)를 제어할 수 있다. 또, 이하의 설명에 있어서, 실시형태의 노광 장치는, 도 8에 나타내는 동공 강도 분포(21)를 형성하는 것으로 한다. 동공 강도 분포는, 예컨대 동공면을 격자 형상으로 복수의 구획으로 분할하고, 각각의 구획의 광강도 및 편광 상태를 이용하여 수치로서 표현한 형식(광의의 비트맵 형식)으로 표현할 수 있다. 여기서, 공간광 변조기(4)의 미러 요소의 수를 N개로 하고, 동공 강도 분포의 분할된 구획의 수를 M개로 하면, 개개의 미러 요소에 의해 반사되는 N개의 광선을 적당하게 조합하여 M개의 구획에 인도한다. 바꿔 말하면, M개의 구획에 의해 구성되는 M개의 휘점 위에서 N개의 광선을 적당하게 겹침으로써, 동공 강도 분포(이차 광원)가 형성(설정)된다.
우선, 제어계 CR은, 목표가 되는 동공 강도 분포(21)에 관한 정보를 기억 장치로부터 읽어낸다. 다음으로, 읽어낸 동공 강도 분포(21)에 관한 정보로부터, 편광 상태마다의 강도 분포를 형성하기 위해, 각각 몇 개의 광선이 필요한 것인지를 산출한다. 그리고, 제어계 CR은, 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소(4a)를, 각각 소요의 수의 미러 요소로 이루어지는 5개의 미러 요소군 S4a, S4b, S4c, S4d, S4e로 가상적으로 분할하고, 각각의 미러 요소군 S4a~S4e가 위치하는 부분 영역 R4a~R4e를 설정한다. 그 결과, 공간광 변조기(2)에 있어서, 공간광 변조기(4)의 부분 영역 R4a~R4e에 대응하는 부분 영역 R2a~R2e가 설정된다.
제어계 CR은, 공간광 변조기(2)의 부분 영역 R2a에 위치하는 미러 요소(2a)를 구동하여, 부분 영역 R2a로부터의 광이 편광 부재(5)의 한 쌍의 1/2 파장판(51a)에 향하도록 설정한다. 마찬가지로, 부분 영역 R2b, R2c, R2d에 위치하는 미러 요소(2a)를 구동하여, 부분 영역 R2b, R2c, R2d로부터의 광이 한 쌍의 1/2 파장판(51b, 51c, 51d)에 향하도록 설정한다. 또한, 부분 영역 R2e에 위치하는 미러 요소(2a)를 구동하여, 부분 영역 R2e로부터의 광이 디폴라라이저(51e)에 향하도록 설정한다.
또한, 제어계 CR은, 공간광 변조기(4)의 제 1 미러 요소군 S4a의 미러 요소(4a)를 구동하여, 제 1 미러 요소군 S4a로부터의 광이 면광원 P11a, P11b에 향하도록 설정한다. 마찬가지로, 공간광 변조기(4)의 미러 요소군 S4b, S4c, S4d, S4e의 미러 요소(4a)를 구동하여, 미러 요소군 S4b, S4c, S4d, S4e로부터의 광이 면광원 P12a, P12b; P13a, P13b; P14a, P14b; P15에 향하도록 설정한다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 제어계 CR은, 제 1 및 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTr, DTw 중 적어도 한쪽의 계측 결과에 근거하여, 조명 광학계 또는 투영 광학계의 사출 동공면에 있어서의 동공 강도 분포를 소요의 분포로 하기 위해 공간광 변조기(2, 4) 중 적어도 한쪽을 제어하고 있다.
여기서, 상술한 실시형태에 있어서, 제 1 및 제 2 동공 강도 분포 계측부 DTr, DTw에 더하여, 조명 광학계에 의한 피조사면 위의 각 점에 관한 동공 편광 상태의 분포(각 점에 입사하는 광이 조명 광학계의 사출 동공 위치에 형성하는 편광 상태마다의 동공 강도 분포)나, 투영 광학계 PL의 상면의 각 점에 관한 동공 편광 상태 분포(각 점에 입사하는 광이 투영 광학계 PL의 동공 위치에 형성하는 편광 상태마다의 동공 강도 분포)를 모니터하는 동공 편광 상태 분포 계측부를 마련하더라도 좋다.
제어계 CR은, 동공 편광 상태 분포 계측부의 계측 결과에 근거하여, 조명 광학계 또는 투영 광학계의 사출 동공면에 있어서의 동공 편광 상태의 분포를 소요의 분포로 하기 위해 공간광 변조기(2, 4) 중 적어도 한쪽을 제어하더라도 좋다. 이와 같은 동공 편광 상태 분포 계측부의 구성 및 작용에 대해서는, 예컨대 미국 특허 출원 공개 제 2007/0146676호 명세서나 제 2007/0188730호 명세서를 참조할 수 있다.
또, 상술한 실시형태에서는, 편광 부재(5)가, 8개의(4종류의) 1/2 파장판(51a~51d)과 디폴라라이저(51e)에 의해 구성되고, 재결상 광학계(3)의 동공 위치 또는 그 근방에 병렬 배치되어 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 편광 부재의 구체적인 구성, 즉 편광 부재를 형성하는 1개 또는 복수의 편광 요소의 종별, 편광 변환 특성, 수, 외형, 배치 등에 대하여, 다양한 변형예가 가능하다.
일례로서, 도 11에 나타내는 바와 같이, 광로 중에 병렬 배치된 서로 편광 변환 특성이 다른 8개의 1/2 파장판(52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f, 52g, 52h)에 의해 편광 부재(5A)를 구성할 수도 있다. 편광 부재(5A)는, 도 11에 나타내는 설치 상태에 있어서, 예컨대 광축 AX를 중심으로 하는 원 형상의 외형을 갖고, 광축 AX로부터 원의 지름 방향으로 연장되는 선분에 의해 분할된 8개의 부채 형상의 영역에 대응하여, 광학축의 방향이 서로 다른 8개의 1/2 파장판(52a~52h)이 배치되어 있다.
도 11에서는, 1/2 파장판(52a, 52b)이 전체의 1/4의 면적을 차지하고, 1/2 파장판(52c, 52d)이 전체의 1/8의 면적을 차지하고, 1/2 파장판(52e~52h)이 전체의 1/16의 면적을 차지하고 있다. 1/2 파장판(52a)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, z 방향 직선 편광의 광을 사출하도록 광학축의 방향이 설정되어 있다. 1/2 파장판(52b)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, 그 편광 방향을 변화시키는 일 없이 x 방향 직선 편광의 광을 사출하도록 광학축의 방향이 설정되어 있다.
1/2 파장판(52c)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, x 방향을 도 11 중 시계 방향으로 +45도 회전시킨 방향, 즉 +45도 사선 방향으로 편광 방향을 갖는 +45도 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 1/2 파장판(52d)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, -45도(혹은 +135도) 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다.
1/2 파장판(52e)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, +22.5도 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 1/2 파장판(52f)은, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, +67.5도 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 1/2 파장판(52g)은, -22.5도(혹은 +112.5도) 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다. 1/2 파장판(52h)은, -67.5도(혹은 +157.5도) 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광학축의 방향이 설정되어 있다.
도 11에 나타내는 변형예에서는, 공간광 변조기(2, 4)의 유효 반사 영역이 8개의 부분 영역으로 가상적으로 분할되고, 공간광 변조기(2, 4)와 편광 부재(5A)의 협동 작용에 의해, 도 12에 나타내는 바와 같은 윤대 형상의 동공 강도 분포(24)가 형성된다. 즉, 공간광 변조기(2)의 제 1 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52a) 및 공간광 변조기(4)의 제 1 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 X 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R41a, R41b에 인도되어, 실질적인 면광원 P41a, P41b를 형성한다.
공간광 변조기(2)의 제 2 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52b) 및 공간광 변조기(4)의 제 2 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 Z 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R42a, R42b에 인도되어, 실질적인 면광원 P42a, P42b를 형성한다. 공간광 변조기(2)의 제 3 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52c) 및 공간광 변조기(4)의 제 3 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 +X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R43a, R43b에 인도되어, 실질적인 면광원 P43a, P43b를 형성한다.
공간광 변조기(2)의 제 4 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52d) 및 공간광 변조기(4)의 제 4 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 광축 AX를 사이에 두고 -X 방향 및 +Z 방향과 45도를 이루는 방향으로 간격을 둔 한 쌍의 원호 형상의 동공 영역 R44a, R44b에 인도되어, 실질적인 면광원 P44a, P44b를 형성한다. 공간광 변조기(2)의 제 5 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52e) 및 공간광 변조기(4)의 제 5 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 동공 영역 R42a와 R43a의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R45a 및 동공 영역 R42b와 R43b의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R45b에 인도되어, 실질적인 면광원 P45a 및 P45b를 형성한다.
공간광 변조기(2)의 제 6 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52f) 및 공간광 변조기(4)의 제 6 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 동공 영역 R41b와 R43a의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R46a 및 동공 영역 R41a와 R43b의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R46b에 인도되어, 실질적인 면광원 P46a 및 P46b를 형성한다. 공간광 변조기(2)의 제 7 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52g) 및 공간광 변조기(4)의 제 7 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 동공 영역 R42a와 R44a의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R47a 및 동공 영역 R42b와 R44b의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R47b에 인도되어, 실질적인 면광원 P47a 및 P47b를 형성한다.
공간광 변조기(2)의 제 8 부분 영역으로부터의 광은, 1/2 파장판(52h) 및 공간광 변조기(4)의 제 8 부분 영역을 지나, 조명 동공면에 있어서 동공 영역 R41a와 R44a의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R48a 및 동공 영역 R41b와 R44b의 사이의 원호 형상의 동공 영역 R48b에 인도되어, 실질적인 면광원 P48a 및 P48b를 형성한다. 이렇게 하여, 16분할 타입의 윤대 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포(24)가 형성된다.
편광 부재(5A)를 이용하는 변형예에서는, 공간광 변조기(4)를 제어하는 것만으로, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 16극 형상이고 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성할 수 있다. 또한, 공간광 변조기(2)를 제어하는 것에 의해, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에, 윤대 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하거나, 16극 형상이고 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하거나 할 수 있다.
구체적으로, 지름 방향 편광 상태의 동공 강도 분포의 형성에 있어서, 공간광 변조기(2)의 제 1 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52b)에 인도하고, 제 2 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52a)에 인도하고, 제 3 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52d)에 인도하고, 제 4 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52c)에 인도한다. 마찬가지로, 공간광 변조기(2)의 제 5 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52h)에 인도하고, 제 6 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52g)에 인도하고, 제 7 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52f)에 인도하고, 제 8 부분 영역으로부터의 광을 1/2 파장판(52e)에 인도한다.
또한, 편광 부재(5A)를 이용하는 변형예에서는, 공간광 변조기(2, 4)를 제어하는 것에 의해, 윤대 형상 또는 16극 형상의 동공 강도 분포에 대하여, 실질적으로 비편광 상태의 중앙극의 면광원을 추가할 수도 있다. 중앙극의 면광원의 형성에 있어서, 공간광 변조기(4)의 제 1~제 8 부분 영역으로부터의 광의 일부는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공에 있어서 광축 AX를 포함하는 중앙 동공 영역에서 중첩된다. 그 결과, 중앙극의 면광원은, 다양한 직선 편광 성분을 포함하는 실질적인 비편광 상태가 된다.
그런데, 편광 부재(5A)에서는, 종편광 및 횡편광을 생성하는 사용 빈도가 비교적 높은 1/2 파장판(52a, 52b)에 대하여 비교적 큰 입사 면적을 부여하고, 45도의 사선 편광을 생성하는 평균적인 사용 빈도의 1/2 파장판(52c, 52d)에 대하여 평균적안 입사 면적을 부여하고, 그 밖의 사용 빈도가 비교적 낮은 1/2 파장판(52e~52h)에 대하여 비교적 작은 입사 면적을 부여하고 있다. 그 결과, 편광 부재(5A)에서는 광 조사에 의한 국부적인 손상의 발생을 억제할 수 있고, 나아가서는 편광 부재(5A)의 내구성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 도 13에 나타내는 바와 같이, 예컨대 x 방향을 따라 두께가 연속적(선 형상, 곡선 형상, 혹은 계단 형상)으로 변화한 쐐기 형상의 형태를 갖는 파장판(53a)과, 파장판(53a)과 보완적인 쐐기 형상의 형태를 갖고 파장판(53a)에 의한 광의 편향 작용을 보상하기 위한 보정판(53b)에 의해 편광 부재(5B)를 구성할 수도 있다. 도 13의 편광 부재(5B)를 이용하는 변형예에서는, 예컨대 윤대 형상 또는 복수극 형상의 동공 강도 분포에 있어서의 각 동공 영역의 편광 상태를, 소망하는 직선 편광 상태, 소망하는 타원 편광 상태(원 편광 상태를 포함한다), 또는 실질적인 비편광 상태로 설정할 수 있다.
또, 도 5의 실시형태, 도 11의 변형예, 및 도 13의 변형예에서는, 파장판을 이용하여 편광 부재(5, 5A, 5B)를 구성하고 있다. 그렇지만, 파장판으로 한정되는 일 없이, 예컨대 선광 소자를 이용하여 편광 부재를 구성할 수도 있다. 일례로서, 도 14에 나타내는 바와 같이, 8개의 선광 소자(54a, 54b, 54c, 54d)와 1개의 디폴라라이저(54e)에 의해, 도 5의 실시형태에 따른 편광 부재(5)와 동일한 기능을 갖는 편광 부재(5C)를 구성할 수 있다.
선광 소자(54a~54d)는, 평행 평면판의 형태를 갖고, 선광성을 갖는 광학 재료인 결정 재료, 예컨대 수정에 의해 형성되어 있다. 선광 소자(54a~54d)의 입사면(나아가서는 사출면)은 광축 AX와 직교하고, 그 결정 광학축은 광축 AX의 방향과 거의 일치(즉 입사광의 진행 방향과 거의 일치)하고 있다. 선광 소자(54a~54d)는, 서로 다른 두께를 갖고, 나아가서는 서로 다른 편광 변환 특성을 갖는다. 구체적으로, 선광 소자(54a~54d)는, 도 5의 편광 부재(5)에 있어서의 1/2 파장판(51a~51d)과 동일한 편광 변환 특성을 갖는다.
즉, 선광 소자(54a)는, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, z 방향 직선 편광의 광을 사출하도록, 광축 방향의 두께가 설정되어 있다. 선광 소자(54b)는, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, 그 편광 방향을 변화시키는 일 없이 x 방향 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다. 선광 소자(54c)는, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, +45도 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다. 선광 소자(54d)는, x 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, -45도 사선 방향 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다.
마찬가지로, 도시를 생략하지만, 편광 변환 특성이 서로 다른 8개의 선광 소자를 이용하여, 도 11의 변형예에 따른 편광 부재(5A)와 동일한 기능을 갖는 편광 부재를 구성할 수 있다. 또한, 도 15에 나타내는 바와 같이, 도 13의 편광 부재(5B)에 있어서의 파장판(53a)을, 예컨대 같은 형태의 선광 소자(55a)로 치환하는 것에 의해 편광 부재(5D)를 구성할 수 있다. 도 15에 나타내는 편광 부재(5D)를 이용하는 변형예에서는, 예컨대 윤대 형상 또는 복수극 형상의 동공 강도 분포에 있어서의 각 동공 영역의 편광 상태를, 소망하는 직선 편광 상태 또는 실질적인 비편광 상태로 설정할 수 있다.
일반적으로, 편광 부재는, 조명 광학계의 광축을 가로지르는 면 내의 제 1 영역을 통과하는 제 1 광속에, 제 1 영역과는 다른 제 2 영역을 통과하는 제 2 광속과는 다른 편광 상태의 변화를 주는 것이 중요하다. 따라서, 편광 부재에서는, 편광 변환 특성이 서로 다른 복수의 쐐기 형상의 파장판을 광로 중에 병렬적으로 배치하더라도 좋고, 편광 변환 특성이 서로 다른 복수의 쐐가 형상의 선광 소자를 광로 중에 병렬적으로 배치하더라도 좋다. 파장판과 선광 소자를 혼재시켜 편광 부재를 구성하더라도 좋다. 상술한 각종 편광 부재로부터 선택된 복수 종류의 편광 부재를 광로를 따라 직렬적으로 배치하더라도 좋다. 각 편광 부재를 광로 중에 고정적으로 배치하더라도 좋고, 각 편광 부재를 이동 가능 또는 회전 가능하게 구성하더라도 좋고, 각 편광 부재를 교환 가능하게 구성하더라도 좋다.
또, 상술한 설명에서는, 동공 형성용 공간광 변조기(4)의 배열면은, 편광 구분용 공간광 변조기(2)의 배열면과 광학적으로 공역의 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 편광 부재(5)는, 재결상 광학계(3)의 동공 위치 또는 그 근방, 즉 편광 구분용 공간광 변조기(2)의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 동공 형성용 공간광 변조기의 배열면을, 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역의 공간, 또는 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 공간에 배치할 수 있다. 재결상 광학계의 동공 공간에 편광 부재를 배치할 수 있다. 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 공간에, 편광 부재를 배치할 수 있다.
편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 「광학적으로 공역의 공간」이란, 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 공역의 공역 위치의 전측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자와 해당 공역 위치의 후측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자의 사이의 공간이다. 재결상 광학계의 「동공 공간」이란, 재결상 광학계의 동공 위치의 전측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자와 해당 동공 위치의 후측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자의 사이의 공간이다.
편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 「광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 공간」이란, 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 푸리에 변환면의 전측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자와 해당 푸리에 변환면의 후측에 인접하는 파워를 갖는 광학 소자의 사이의 공간이다. 「광학적으로 공역의 공간」, 「동공 공간」 및 「광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 공간」 내에는, 파워를 갖지 않는 평행 평면판이나 평면경이 존재하고 있더라도 좋다.
따라서, 편광 구분용 공간광 변조기와 편광 부재와 동공 형성용 공간광 변조기의 배치 관계에 대하여, 다양한 변형예가 가능하다. 일례로서, 편광 구분용 공간광 변조기보다 피조사면측에 있어서 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 공간에, 편광 부재 및 동공 형성용 공간광 변조기를 배치하는 구성도 가능하다.
구체적으로, 도 16에 나타내는 변형예에서는, 편광 구분용 공간광 변조기(2)보다 마스크측(피조사면측)의 광로 중에, 공간광 변조기(2)의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치를 형성하는 릴레이 광학계(3c)가 배치되어 있다. 릴레이 광학계(3c)와 동공 형성용 공간광 변조기(4)의 사이의 광로 중에, 편광 부재(5)(5A~5D)가 배치되어 있다. 공간광 변조기(4)의 배열면은, 릴레이 광학계(3c)에 의해 형성되는 공간광 변조기(2)의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치 또는 그 근방에 설정되어 있다.
도 16에서는, 편광 구분용 공간광 변조기(2)로부터 마이크로 플라이아이 렌즈(8)까지의 광로를 나타내고 있지만, 그 이외의 구성은 도 1과 동일하다. 다른 표현을 하면, 도 16에 있어서의 공간광 변조기(2)와 공간광 변조기(4)의 사이의 구성만이, 도 1의 구성과 다르다. 도 16의 구성에 있어서도 도 1의 구성과 마찬가지로, 릴레이 광학계(6) 및 릴레이 광학계(7)는, 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소(4a)가 그 파필드에 형성하는 파필드 패턴을, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공과 공역의 위치(마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 또는 그 근방)에 결상시키는 분포 형성 광학계를 구성하고 있다.
도 16의 변형예에서는, 릴레이 광학계(3c)가, 공간광 변조기(2)의 복수의 미러 요소(2a)가 사출광에 부여하는 각도를, 공간광 변조기(2)의 파필드인 편광 부재(5)(5A~5D)의 입사면 위에서의 위치, 및 공간광 변조기(4)의 배열면(복수의 미러 요소(4a)의 입사면) 위에서의 위치로 변환한다. 그 결과, 도 16의 변형예에 있어서도, 편광 구분용 공간광 변조기(2)와 편광 부재(5)(5A~5D)와 동공 형성용 공간광 변조기(4)의 협동 작용에 의해, 소망하는 형상 및 편광 상태를 갖는 동공 강도 분포를 형성할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 편광 구분용 공간광 변조기보다 광원측에 있어서 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 공간에 동공 형성용 공간광 변조기를 배치하고, 편광 구분용 공간광 변조기보다 피조사면측에 있어서 편광 구분용 공간광 변조기의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 공간에 편광 부재를 배치하는 구성도 가능하다.
구체적으로, 도 17에 나타내는 변형예에서는, 동공 형성용 공간광 변조기(4)보다 마스크측(피조사면측)의 광로 중에, 공간광 변조기(4)의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치를 형성하는 릴레이 광학계(3d)가 배치되어 있다. 편광 구분용 공간광 변조기(2)의 배열면은, 릴레이 광학계(3d)에 의해 형성되는 공간광 변조기(4)의 배열면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치 또는 그 근방에 설정되어 있다. 공간광 변조기(2)와 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 사이의 광로 중에는, 한 쌍의 결상 광학계(12, 13)가 배치되어 있다.
제 1 결상 광학계(12)는, 전측 렌즈군(12a)과 후측 렌즈군(12b)으로 이루어지고, 공간광 변조기(2)의 배열면과 광학적으로 공역면(14)을 형성한다. 제 2 결상 광학계(13)는, 전측 렌즈군(13a)과 후측 렌즈군(13b)으로 이루어지고, 공역면(14)과 광학적으로 공역의 면을, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 또는 그 근방에 형성한다. 제 1 결상 광학계(12)의 동공 공간, 예컨대 전측 렌즈군(12a)과 후측 렌즈군(12b)의 사이의 동공 위치 또는 그 근방에, 편광 부재(5)(5A~5D)가 배치되어 있다.
도 17에서는, 동공 형성용 공간광 변조기(4)로부터 마이크로 플라이아이 렌즈(8)까지의 광로를 나타내고 있지만, 그 이외의 구성은 도 1과 동일하다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)와의 관계에 착안하면, 도 17에 있어서의 제 2 결상 광학계(13)의 후측 렌즈군(13b)은 도 1에 있어서의 릴레이 광학계(7)에 대응하고, 도 17에 있어서의 제 2 결상 광학계(13)의 전측 렌즈군(13a) 및 제 1 결상 광학계(12)의 후측 렌즈군(12b)은 도 1에 있어서의 릴레이 광학계(6)의 후측 렌즈군(6b) 및 전측 렌즈군(6a)에 대응하고, 도 17에 있어서의 동공면(6c)은 공역면(14)에 대응하고 있다.
도 17의 구성에 있어서, 릴레이 광학계(3d), 제 1 결상 광학계(12) 및 제 2 결상 광학계(13)는, 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소(4a)가 그 파필드에 형성하는 파필드 패턴을, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 직후의 조명 동공과 공역의 위치(마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 또는 그 근방)에 결상시키는 분포 형성 광학계를 구성하고 있다.
도 17의 변형예에서는, 제 1 결상 광학계(12)의 전측 렌즈군(12a)이, 공간광 변조기(2)의 복수의 미러 요소(2a)가 사출광에 부여하는 각도를, 공간광 변조기(2)의 파필드인 편광 부재(5)(5A~5D)의 입사면 위에서의 위치로 변환한다. 또한, 릴레이 광학계(3d)가, 공간광 변조기(4)의 복수의 미러 요소(4a)가 사출광에 부여하는 각도를, 공간광 변조기(4)의 파필드인 공간광 변조기(2)의 배열면(복수의 미러 요소(2a)의 입사면) 위에서의 위치로 변환한다. 그 결과, 도 17의 변형예에 있어서도, 편광 구분용 공간광 변조기(2)와 편광 부재(5)(5A~5D)와 동공 형성용 공간광 변조기(4)의 협동 작용에 의해, 소망하는 형상 및 편광 상태를 갖는 동공 강도 분포를 형성할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 이차원적으로 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 미러 요소를 갖는 공간광 변조기(2, 4)로서, 이차원적으로 배열된 복수의 반사면의 방향(각도 : 기울기)을 개별적으로 제어 가능한 공간광 변조기를 이용하고 있다. 그렇지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 예컨대 이차원적으로 배열된 복수의 반사면의 높이(위치)를 개별적으로 제어 가능한 공간광 변조기를 이용할 수도 있다. 이와 같은 공간광 변조기로서는, 예컨대 미국 특허 제 5,312,513호 공보, 및 미국 특허 제 6,885,493호 공보의 도 1d에 개시되는 공간광 변조기를 이용할 수 있다. 이들의 공간광 변조기에서는, 이차원적인 높이 분포를 형성함으로써 회절면과 동일한 작용을 입사광에 부여할 수 있다. 또, 상술한 이차원적으로 배열된 복수의 반사면을 갖는 공간광 변조기를, 예컨대 미국 특허 제 6,891,655호 공보나, 미국 특허 공개 제 2005/0095749호 공보의 개시에 따라 변형하더라도 좋다.
상술한 실시형태에서는, 공간광 변조기(2, 4)가 소정 면 내에서 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소(2a, 4a)를 구비하고 있지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 소정 면 내에 배열되어 개별적으로 제어되는 복수의 투과 광학 요소를 구비한 투과형 공간광 변조기를 이용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 동공 형성용 공간광 변조기로서 1개의 공간광 변조기를 이용했지만, 복수의 동공 형성용 공간광 변조기를 이용하는 것도 가능하다. 복수의 동공 형성용 공간광 변조기를 이용한 노광 장치용 조명 광학계로서, 예컨대 미국 특허 출원 공개 제 2009/0109417호 명세서 및 미국 특허 출원 공개 제 2009/0128886호 명세서에 개시되는 조명 광학계를 채용할 수 있다.
상술한 실시형태에서는, 마스크 대신, 소정의 전자 데이터에 근거하여 소정 패턴을 형성하는 가변 패턴 형성 장치를 이용할 수 있다. 또, 가변 패턴 형성 장치로서는, 예컨대 소정의 전자 데이터에 근거하여 구동되는 복수의 반사 소자를 포함하는 공간광 변조 소자를 이용할 수 있다. 공간광 변조 소자를 이용한 노광 장치는, 예컨대 미국 특허 공개 제 2007/0296936호 공보에 개시되어 있다. 또한, 상술한 바와 같은 비발광형 반사형 공간광 변조기 이외에, 투과형 공간광 변조기를 이용하더라도 좋고, 자발광형 화상 표시 소자를 이용하더라도 좋다.
상술한 실시형태의 노광 장치는, 본원 특허청구범위에 열거된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록, 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립의 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은, 각종 서브시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정의 전에, 각 서브시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 행해지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 청결도 등이 관리된 클린룸에서 행하더라도 좋다.
다음으로, 상술한 실시형태에 따른 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 18은 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 18에 나타내는 바와 같이, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 디바이스의 기판이 되는 웨이퍼 W에 금속막을 증착하고(단계 S40), 이 증착한 금속막 위에 감광성 재료인 포토레지스트를 도포한다(단계 S42). 계속하여, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치를 이용하여, 마스크(레티클) M에 형성된 패턴을 웨이퍼 W 위의 각 샷 영역에 전사하고(단계 S44 : 노광 공정), 이 전사가 종료된 웨이퍼 W의 현상, 다시 말해 패턴이 전사된 포토레지스트의 현상을 행한다(단계 S46 : 현상 공정).
그 후, 단계 S46에 의해 웨이퍼 W의 표면에 생성된 레지스트 패턴을 마스크로 하고, 웨이퍼 W의 표면에 대하여 에칭 등의 가공을 행한다(단계 S48 : 가공 공정). 여기서, 레지스트 패턴이란, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치에 의해 전사된 패턴에 대응하는 형상의 요철이 생성된 포토레지스트층으로서, 그 요부(凹部)가 포토레지스트층을 관통하고 있는 것이다. 단계 S48에서는, 이 레지스트 패턴을 사이에 두고 웨이퍼 W의 표면의 가공을 행한다. 단계 S48에서 행해지는 가공에는, 예컨대 웨이퍼 W의 표면의 에칭 또는 금속막 등의 성막의 적어도 한쪽이 포함된다. 또, 단계 S44에서는, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치는, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 W를 감광성 기판으로 하여 패턴의 전사를 행한다.
도 19는 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다. 도 19에 나타내는 바와 같이, 액정 디바이스의 제조 공정에서는, 패턴 형성 공정(단계 S50), 컬러 필터 형성 공정(단계 S52), 셀 조립 공정(단계 S54) 및 모듈 조립 공정(단계 S56)을 순차적으로 행한다. 단계 S50의 패턴 형성 공정에서는, 플레이트 P로서 포토레지스트가 도포된 유리 기판 위에, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치를 이용하여 회로 패턴 및 전극 패턴 등의 소정의 패턴을 형성한다. 이 패턴 형성 공정에는, 상술한 실시형태의 투영 노광 장치를 이용하여 포토레지스트층에 패턴을 전사하는 노광 공정과, 패턴이 전사된 플레이트 P의 현상, 다시 말해 유리 기판 위의 포토레지스트층의 현상을 행하고, 패턴에 대응하는 형상의 포토레지스트층을 생성하는 현상 공정과, 이 현상된 포토레지스트층을 사이에 두고 유리 기판의 표면을 가공하는 가공 공정이 포함되어 있다.
단계 S52의 컬러 필터 형성 공정에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응하는 3개의 도트의 조(組)를 매트릭스 형상으로 다수 배열하거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 조를 수평 주사 방향으로 복수 배열한 컬러 필터를 형성한다. 단계 S54의 셀 조립 공정에서는, 단계 S50에 의해 소정 패턴이 형성된 유리 기판과, 단계 S52에 의해 형성된 컬러 필터를 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 구체적으로는, 예컨대 유리 기판과 컬러 필터의 사이에 액정을 주입함으로써 액정 패널을 형성한다. 단계 S56의 모듈 조립 공정에서는, 단계 S54에 의해 조립된 액정 패널에 대하여, 이 액정 패널의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로 및 백라이트 등의 각종 부품을 설치한다.
또한, 본 발명은, 반도체 디바이스 제조용 노광 장치로의 적용으로 한정되는 일 없이, 예컨대, 뿔 모양의 유리 플레이트에 형성되는 액정 표시 소자, 또는 플라즈마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용 노광 장치나, 촬상 소자(CCD 등), 마이크로머신, 박막 자기 헤드, 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은, 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크(포토마스크, 레티클 등)를 포토리소그래피 공정을 이용하여 제조할 때의, 노광 공정(노광 장치)에도 적용할 수 있다.
또, 상술한 실시형태에서는, 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장 : 193㎚)이나 KrF 엑시머 레이저광(파장 : 248㎚)을 이용하고 있지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 다른 적당한 레이저 광원, 예컨대 파장 157㎚의 레이저광을 공급하는 F2 레이저 광원, Ar2 레이저(출력 파장 126㎚), Kr2 레이저(출력 파장 146㎚) 등의 펄스 레이저 광원, g선(파장 436㎚), YAG 레이저의 고조파 발생 장치나, i선(파장 365㎚) 등의 휘선을 발하는 초고압 수은 램프 등에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
또한, 예컨대 미국 특허 제 7,023,610호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 진공 자외광으로서 DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예컨대 에르븀(또는 에르븀과 이테르븀의 양쪽)이 도프된 파이버 앰프로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 이용하더라도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 투영 광학계와 감광성 기판의 사이의 광로 내를 1.1보다 큰 굴절률을 갖는 매체(전형적으로는 액체)로 채우는 수법, 소위 액침법을 적용하더라도 좋다. 이 경우, 투영 광학계와 감광성 기판의 사이의 광로 내에 액체를 채우는 수법으로서는, 국제 공개 제 WO99/49504호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같은 국소적으로 액체를 채우는 수법이나, 일본 특허 공개 평 6-124873호 공보에 개시되어 있는 바와 같이 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조(液槽) 중에서 이동시키는 수법이나, 일본 특허 공개 평 10-303114호 공보에 개시되어 있는 바와 같은 스테이지 위에 소정 깊이의 액체조(液體槽)를 형성하고, 그 안에 기판을 유지하는 수법 등을 채용할 수 있다. 또한, 이것에 한하지 않고, 예컨대 유럽 특허 출원 공개 제 1420298호 명세서, 국제 공개 제 2004/055803호, 미국 특허 제 6,952,253호 명세서 등에 개시되는 수법도 적용할 수 있다. 여기서는, 국제 공개 제 WO99/49504호 팜플렛, 일본 특허 공개 평 6-124873호 공보, 일본 특허 공개 평 10-303114호 공보, 유럽 특허 출원 공개 제 1420298호, 국제 공개 제 2004/055803호 및 미국 특허 제 6,952,253호의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시형태에 있어서, 노광 장치의 투영 광학계는 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계의 어느 것이더라도 좋고, 투영 광학계는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 및 반사 굴절계의 어느 것이더라도 좋고, 이 투영상은 도립상 및 정립상의 어느 것이더라도 좋다.
또한, 예컨대 국제 공개 제 2001/035168호에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 무늬를 웨이퍼 W 위에 형성하는 것에 의해, 웨이퍼 W 위에 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치(리소그래피 시스템)에 적용할 수 있다.
또한, 예컨대 미국 특허 제 6,611,316호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 2개의 레티클 패턴을, 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼 위에서 합성하고, 1회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 위의 1개의 샷 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에 적용할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서 패턴을 형성해야 할 물체(에너지빔이 조사되는 노광 대상의 물체)는 웨이퍼로 한정되는 것이 아니고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크스 등 다른 물체이더라도 좋다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 노광 장치에 있어서 마스크(또는 웨이퍼)를 조명하는 조명 광학계에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 이것으로 한정되는 일 없이, 마스크(또는 웨이퍼) 이외의 피조사면을 조명하는 일반적인 조명 광학계에 대하여 본 발명을 적용할 수도 있다.
「35 U.S.C. §112」를 만족하기 위해 필요하게 되는 상세에 있어서 본 특허 출원에 있어서 설명하고 또한 예시한 「표제」의 실시형태의 특정한 양태는, 상술한 실시형태의 양태의 모든 상술한 목적, 및 상술한 실시형태의 양태에 의해 또는 그 목적의 모든 다른 이유로 또는 그 목적을 위해 해결해야 할 문제를 완전하게 달성할 수 있지만, 청구한 내용의 상술한 실시형태의 여기서 설명한 양태는, 청구한 내용에 의해 널리 고찰된 내용을 단지 예시하고 또한 대표하는 것은, 당업자에 의해 이해되는 것으로 한다. 실시형태의 여기서 설명하고 또한 주장하는 양태의 범위는, 본 명세서의 교시 내용에 근거하여 당업자에 현재 명백하다고 생각되거나 또는 명백하게 된다고 생각되는 다른 실시형태를 빠지지 않고 포함하는 것이다. 본 발명의 「표제」의 범위는, 단독으로 또한 완전하게 특허청구범위에 의해서만 한정되고, 어떠한 것도 특허청구범위의 상세 설명을 넘는 것은 아니다. 단수형에 의한 이와 같은 청구항에 있어서의 요소로의 언급은, 해석에 있어서, 명시적으로 설명하고 있지 않는 한, 이와 같은 요소가 「1개 및 1개만」인 것을 의미하도록 의도하고 있지 않고, 또한 의미하지 않는 것으로 하고, 「1개 또는 그보다 많은」을 의미하는 의도로 하고, 또한 의미하는 것으로 한다. 당업자에 공지(公知)이거나 또는 이후에 공지가 되는 실시형태의 상술한 양태의 요소의 어느 하나에 대한 모든 구조적 및 기능적 균등물은, 인용에 의해 본 명세서에 명시적으로 포함됨과 아울러, 특허청구범위에 의해 포함되도록 의도되어 있다. 본 명세서 및/또는 본 출원의 청구항에 사용되고, 또한 본 명세서 및/또는 본 출원의 청구항에 명시적으로 의미가 부여된 모든 용어는, 이와 같은 용어에 관한 모든 사전상의 의미 또는 다른 일반적으로 사용되는 의미에 의존하지 않고, 그 의미를 갖는 것으로 한다. 실시형태의 어느 하나의 양태로서 본 명세서에서 설명한 장치 또는 방법은, 그것이 특허청구범위에 의해 포함되도록 본 출원에 있어서 개시하는 실시형태의 양태에 의해 해결하도록 요구되는 각 및 모든 문제에 대처하는 것을 의도하고 있지 않고, 또한 필요하지도 않다. 본 발명의 개시 내용에 있어서의 어떠한 요소, 구성 요소, 또는 방법 단계도, 그 요소, 구성 요소, 또는 방법 단계가 특허청구범위에 있어서 명시적으로 상세하게 설명되어 있는지 여부에 관계없이, 일반 대중에 제공되는 것을 의도한 것은 아니다. 특허청구범위에 있어서의 어떠한 청구항의 요소도, 그 요소가 「~을 위한 수단」이라고 하는 어구를 사용하여 명시적으로 열거되거나 또는 방법의 청구항의 경우에는 그 요소가 「작용」이 아닌 「단계」로서 열거되고 있지 않는 한, 「35 U.S.C. §112」 제 6 항의 규정에 근거하여 해석되지 않는 것으로 한다.
미국의 특허법의 준거에 있어서, 본 출원인은, 본 출원의 명세서에 첨부된 모든 각각의 청구항, 일부의 경우에는 1개의 청구항만에 있어서 설명한 각 발명의 적어도 1개의 권능 부여적 또한 작용하는 실시형태를 개시한 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 본 출원인은, 개시 내용의 실시형태의 양태/특징/요소, 개시 내용의 실시형태의 작용, 또는 개시 내용의 실시형태의 기능을 정의하고, 및/또는 개시 내용의 실시형태의 양태/특징/요소의 모든 다른 정의를 설명할 때에, 수시 또는 본 출원을 통하여, 정의적인 동사(예컨대, 「is」, 「are」, 「does」, 「has」, 또는 「include」 등), 및/또는 다른 정의적인 동사(예컨대, 「생성한다」, 「일으킨다」, 「샘플링한다」, 「판독한다」, 또는 「알린다」 등), 및/또는 동명사(예컨대, 「생성하는 것」, 「사용하는 것」, 「취하는 것」, 「유지하는 것」, 「제조하는 것」, 「판단하는 것」, 「측정하는 것」, 또는 「계산하는 것」 등)를 사용했다. 모든 이와 같은 정의적 낱말 또는 어구 등이, 본 명세서에서 개시하는 1개 또는 그보다 많은 실시형태의 어느 하나의 양태/특징/요소, 즉, 모든 특징, 요소, 시스템, 서브시스템, 처리, 또는 알고리즘의 단계, 특정 재료 등을 설명하기 위해 사용되고 있는 경우는, 항상, 본 출원인이 발명하고 또한 청구한 것에 관한 본 발명의 범위를 해석하기 위해, 이하의 제한적 어구, 즉, 「예시적으로」, 「예컨대,」, 「일례로서」, 「예시적으로 단지」, 「예시적으로만」 등의 1개 또는 그보다 많이 또는 전부가 선행하고, 및/또는 어구 「할 수 있다」, 「할 가능성이 있다」, 「할지도 모른다」, 및 「할 수 있을 것이다」 등의 어느 1개 또는 그보다 많이 또는 전부를 포함하는 것으로 읽어야 한다. 모든 이와 같은 특징, 요소, 단계, 및 재료 등은, 가령 특허법의 요건의 준거에 있어서 본 출원인이 특허 청구한 내용의 실시형태 또는 어느 하나의 실시형태의 모든 그와 같은 양태/특징/요소의 단일 권능 부여적인 실시예만을 개시했다고 하더라도, 1개 또는 그보다 많은 개시한 실시형태의 단지 가능한 양태로서 설명되어 있고, 어느 하나의 실시형태의 어느 1개 또는 그보다 많은 양태/특징/요소의 유일한 가능한 실시, 및/또는 특허 청구한 내용의 유일한 가능한 실시형태로서 설명하고 있지 않다고 생각해야 한다. 본 출원 또는 본 출원의 실시에 있어서, 특허청구범위의 모든 개시하는 실시형태 또는 모든 특정한 본 발명이 개시하는 실시형태의 특정적인 양태/특징/요소가, 특허청구범위의 내용 또는 모든 그와 같은 특허청구범위에 설명되는 모든 양태/특징/요소를 실행하는 1개 및 유일한 방법이 된다고 본 출원인이 생각하고 있는 것을 명시적 또한 구체적으로 특별히 나타내지 않는 한, 본 출원인은, 본 특허 출원의 특허청구범위의 내용의 모든 개시하는 실시형태의 모든 개시한 양태/특징/요소 또는 실시형태 전체의 모든 설명이, 특허청구범위의 내용 또는 그 모든 양태/특징/요소를 실행하는 그와 같은 1개 및 유일한 방법이고, 따라서, 특허청구범위의 내용의 다른 가능한 실시예와 함께 모든 그와 같이 개시한 실시예를 포함하기 위해 충분하게 광범위에 걸친 것인 모든 특허청구범위를 이와 같은 개시한 실시형태의 그와 같은 양태/특징/요소 또는 그와 같은 개시한 실시형태로 한정하도록 해석되는 것을 의도하고 있지 않다. 본 출원인은, 1개 또는 복수의 독립 청구항에 설명한 특허청구범위의 내용 또는 직접 또는 간접적으로 종속하는 청구항의 모든 양태/특징/요소, 단계와 같은 모든 상세와 함께 어느 하나의 청구항에 종속하는 종속 청구항을 갖는 모든 청구항은, 독립 청구항의 설명 사항이, 다른 실시예와 함께 종속 청구항 내에 한층 더한 상세를 포함하기 위해 충분하게 광범위에 걸친 것인 것, 및 한층 더한 상세가, 모든 이와 같은 독립 청구항에서 청구하는 양태/특징/요소를 실행하고, 따라서 종속 청구항의 한층 더한 상세를 독립 청구항에 넣는 것에 의해 포함하는 모든 이와 같은 독립 청구항의 보다 폭넓은 양태/특징/요소의 범위를 어떠한 점에 있어서도 제한하는 어느 하나의 종속 청구항에 설명되는 어느 하나의 이와 같은 양태/특징/요소의 한층 더한 상세로 한정되는 유일한 방법이 아닌 것을 의미하도록 해석되어야 하는 것을 구체적, 명시적, 또한 명해하게 의도하는 것이다.
LS : 광원
1 : 빔 송광부
2, 4 : 공간광 변조기
3 : 재결상 광학계
5, 5A~5D : 편광 부재
51a~51d : 1/2 파장판
51e : 디폴라라이저
6, 7 : 릴레이 광학계
8 : 마이크로 플라이아이 렌즈
9 : 콘덴서 광학계
10 : 마스크 블라인드
11 : 결상 광학계
DTr, DTw : 동공 강도 분포 계측부
CR : 제어계
M : 마스크
MS : 마스크 스테이지
PL : 투영 광학계
W : 웨이퍼
WS : 웨이퍼 스테이지

Claims (26)

  1. 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계에 있어서,
    상기 광원으로부터의 광이 입사하는 제 1 면에 배열되는 복수의 광학 요소를 갖는 제 1 공간광 변조기와,
    상기 제 1 공간광 변조기로부터의 광을 집광하는 제 1 광학계와,
    상기 제 1 광학계로부터의 광이 입사하는 제 2 면에 배치되는 편광 부재와,
    상기 편광 부재로부터의 광이 입사하는 제 3 면에 배열되는 복수의 광학 요소를 갖는 제 2 공간광 변조기와,
    상기 제 2 공간광 변조기로부터의 광을 상기 조명 광학계의 조명 동공에 분포시키는 제 2 광학계
    를 구비하고,
    상기 편광 부재는 상기 제 2 면 내의 제 1 영역을 통과하는 제 1 광속의 편광 상태를, 상기 제 2 면 내에서의 상기 제 1 영역과는 다른 제 2 영역을 통과하는 제 2 광속과 상이하게 하는
    조명 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 광학계의 전측 초점 위치는 상기 제 1 면 상에 위치하는 조명 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광학계의 후측 초점 위치는 상기 제 2 면 상에 위치하는 조명 광학계.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광학계는, 상기 제 2 공간광 변조기의 상기 복수의 광학 요소가 상기 제 2 공간광 변조기의 파필드에 형성하는 파필드 패턴을, 상기 조명 동공 또는 상기 조명 동공과 공역의 위치에 결상시키는 조명 광학계.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공간광 변조기의 상기 복수의 광학 요소가 배열되는 제 3 면은, 상기 제 1 면과 광학적으로 공역인 위치 또는 상기 제 1 면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계에 있는 위치인 조명 광학계.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 면은 상기 제 1 면과 광학적으로 푸리에 변환의 관계인 조명 광학계.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 부재와 상기 제 3 면 사이에 배치되는 제 3 광학계를 더 구비하는 조명 광학계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 광학계와 상기 제 3 광학계는 상기 제 1 면과 상기 제 3 면을 광학적으로 공역으로 하는 조명 광학계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 면은 상기 제 1 광학계와 상기 제 3 광학계를 맞춘 광학계의 동공의 위치인 조명 광학계.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 제 1 광속을 제 1 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 1 파장판과, 상기 제 1 파장판과 병렬적으로 배열되어 상기 제 2 광속을 제 2 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 2 파장판을 갖는 조명 광학계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 제 1 파장판 및 상기 제 2 파장판과 병렬적으로 배치되어 입사광을 비편광화하여 사출하는 디폴라라이저를 더 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 부재는 소정 방향을 따라 두께가 연속적으로 변화한 형태의 파장판을 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 부재는, 상기 제 1 광속을 제 1 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 1 선광 소자와, 상기 제 1 선광 소자와 병렬적으로 배치되어 상기 제 2 광속을 제 2 편광 상태의 광으로 변화시키는 제 2 선광 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 부재는 선광성을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 소정 방향을 따라 두께가 연속적으로 변화한 형태의 선광 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 부재는 교환 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  17. 제 1 항에 있어서,
    옵티컬 인터그레이터를 구비하고,
    상기 편광 부재는, 상기 제 1 공간광 변조기와 상기 옵티컬 인터그레이터의 사이의 광로 중에 배치되어 있는
    것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  18. 삭제
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 광학계는, 상기 제 2 공간광 변조기로부터의 사출 광속의 각도 방향의 분포를, 상기 제 2 광학계로부터의 사출 광속의 단면에 있어서의 위치 분포로 변환하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공간광 변조기는, 상기 제 2 면 내에서 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소와, 상기 복수의 미러 요소의 자세를 개별적으로 제어 구동하는 구동부를 갖는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 구동부는, 상기 복수의 미러 요소의 방향을 연속적 또는 이산적으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 복수의 미러 요소 중 상기 제 2 면 위의 제 1 영역에 위치하는 미러 요소의 군을 제 1 미러 요소군으로 하고, 상기 복수의 미러 요소 중 상기 제 1 영역과는 다른 상기 제 2 면 위의 제 2 영역에 위치하는 미러 요소의 군을 제 2 미러 요소군으로 할 때,
    상기 구동부는, 상기 제 1 미러 요소군을 지난 광이 상기 제 2 면의 광학적인 푸리에 변환면 위의 제 1 동공 영역에 인도되도록 상기 제 1 미러 요소군을 제어 구동하고, 또한 상기 제 2 미러 요소군을 지난 광이 상기 제 2 면의 광학적인 푸리에 변환면 위의 제 2 동공 영역에 인도되도록 상기 제 2 미러 요소군을 제어 구동하는 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  23. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항, 제 15 항, 제 16 항, 제 17 항, 제 19 항, 제 20 항, 제 21 항, 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피조사면과 광학적으로 공역의 면을 형성하는 투영 광학계와 조합하여 이용되고, 상기 조명 동공은 상기 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공역의 위치인 것을 특징으로 하는 조명 광학계.
  24. 소정의 패턴을 조명하기 위한 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22 중 어느 한 항에 기재된 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 소정의 패턴의 상을 상기 감광성 기판 위에 형성하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 동공은 상기 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공역의 위치인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  26. 청구항 24에 기재된 노광 장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 것과,
    상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하고, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 것과,
    상기 마스크층을 사이에 두고 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 것
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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