KR102159508B1 - 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

실시 형태 중 하나는, 편광 변환 부재의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 작게 억제해서, 소요의 편광 상태의 광으로 피조사면을 조명할 수 있는 조명 광학계에 관한 것이다. 일 실시 형태에 의하면, 광원(LS)으로부터의 광에 의해 피조사면(M)을 조명하는 조명 광학계(1~12)는, 입사광의 편광 상태를 변환하여, 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하는 편광 변환 부재(5A)와, 편광 변환 부재보다 피조사면 측의 광로 중에 배치되며, 편광 변환 부재와 피조사면 사이의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 저감하기 위해서, 동공 강도 분포를 형성하는 광 중 제 1 방향으로 편광된 직선 편광의 광이 소요의 타원 편광의 광으로 변환되고, 또한 제 1 방향과 비스듬하게 교차하는 제 2 방향(X 방향 또는 Y 방향)으로 편광한 직선 편광의 광의 편광 상태가 유지되도록 통과시키는 위상 변조 부재(5B)를 구비하고 있다.

Description

조명 광학계, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법{ILLUMINATION OPTICAL SYSTEM, EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
발명의 일 실시 형태는, 조명 광학계, 노광 장치 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 상기 일 실시 형태는, 예컨대 반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등의 디바이스를 리소그래피 공정으로 제조하기 위한 노광 장치에 적합한 조명 광학계에 관한 것이다.
이러한 종류의 전형적인 노광 장치에서는, 광원으로부터 사출된 광이, 옵티컬 인테그레이터로서의 플라이아이 렌즈를 통해서, 다수의 광원으로 이루어지는 실질적인 면 광원으로서의 2차 광원(일반적으로는 조명 동공(illumination pupil)에 있어서의 소정의 광 강도 분포)을 형성한다. 이하, 조명 동공에서의 광 강도 분포를, '동공 강도 분포'라고 한다. 또한, 조명 동공이란, 조명 동공과 피조사면(노광 장치의 경우에는 마스크 또는 웨이퍼) 사이의 광학계의 작용에 의해서, 피조사면이 조명 동공의 푸리에 변환면이 되는 위치로서 정의된다.
2차 광원으로부터의 광은, 콘덴서 광학계에 의해 집광된 후, 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크를 투과한 광은 투영 광학계를 통해서 웨이퍼 상에 결상되고, 웨이퍼 상에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 마스크에 형성된 패턴은 고도로 미세화되어 있어서, 이 미세 패턴을 웨이퍼 상에 정확하게 전사하기 위해서는, 웨이퍼 상에서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다.
최근, 임의 방향의 미세 패턴을 충실하게 전사하는 데 적합한 조명 조건을 실현하기 위해서, 플라이아이 렌즈의 후측 초점면 또는 그 근방의 조명 동공에 고리띠 형상의 2차 광원(고리띠 형상의 동공 강도 분포)을 형성하고, 이 고리띠 형상의 2차 광원을 통과하는 광속이 그 둘레 방향을 편광 방향으로 하는 직선 편광 상태(이하, 줄여서 '둘레 방향 편광 상태'라고 함)가 되도록 설정하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1을 참조).
국제 공개 제 2005/076045호 팜플렛 미국 특허 제 6913373호 공보 유럽 특허 공개 제 779530호 공보(일본 특허 평 10-503300호 공보에 대응) 미국 특허 제 6,900,915 호 공보(일본 특허 공개 제 2004-78136호 공보에 대응) 미국 특허 제 7,095,546 호 공보(일본 특허 공표 제 2006-524349 호 공보에 대응) 일본 특허 공개 제 2006-113437호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0073411호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0091730호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0109417호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0128886호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0097094호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0097007호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0185154호 공보 미국 특허 출원 공개 제 2009/0116093호 공보 국제 공개 WO 99/49504 호 팜플렛 일본 특허 공개 평 6-124873 호 공보 일본 특허 공개 평 10-303114 호 공보 일본 특허 공개 제 2002-353105 호 공보 일본 특허 공개 제 2004-304135 호 공보, 미국 특허 공개 제 2007/0296936호 공보(국제 특허 공개 제 2006/080285호 팜플렛에 대응)
츠루타 다다오, '응용 광학 II', 167 페이지, 바이부칸(1990)
상기 특허문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 예컨대 선광성을 가진 편광 변환 부재를 이용해서, 그 직후의 조명 동공에 소망의 둘레 방향 편광 상태를 생성하고 있다. 그러나 편광 변환 부재보다 하류측의 광로 중에 배치된 후속 광학계에 의한 리타데이션(retardation)의 영향에 의해, 감광성 기판 상에서는 소요의 둘레 방향 편광 상태로 광이 결상되지 않게 되고, 나아가서는 마스크의 패턴 이미지를 소요의 콘트라스트로 감광성 기판 상에 형성하기 어렵다.
본 실시 형태는, 상술한 과제를 감안해서 이루어진 것으로, 편광 변환 부재의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 작게 억제해서, 소요의 편광 상태의 광으로 피조사면을 조명할 수 있는 조명 광학계를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 실시 형태는, 소요의 편광 상태의 광으로 피조사면의 패턴을 조명하는 조명 광학계를 이용해서, 패턴을 감광성 기판 상에 소요의 콘트라스트로 결상시킬 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 제 1 형태에서는, 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계로서,
상기 조명 광학계의 광로에 배치 가능하며, 입사광의 편광 상태를 변환하여 상기 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하는 편광 변환 부재와,
상기 조명 광학계의 광로에 배치 가능하며, 상기 편광 변환 부재와 상기 피조사면 사이의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 저감하기 위해서, 상기 동공 강도 분포를 형성하는 광 중 제 1 방향으로 편광된 직선 편광의 광이 소요의 타원 편광의 광으로 변환되고, 또한 상기 제 1 방향과 비스듬하게 교차하는 제 2 방향으로 편광된 직선 편광의 광의 편광 상태가 유지되도록 통과시키는 위상 변조 부재
를 구비한 조명 광학계를 제공한다.
제 2 형태에서는, 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계로서,
상기 조명 광학계의 광로에 배치 가능하며, 입사광의 편광 상태를 변환하여 상기 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하는 편광 변환 부재와,
상기 조명 광학계의 광로에 배치 가능하며, 상기 편광 변환 부재와 상기 피조사면 사이의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 저감하기 위해서, 상기 후속 광학계 중, 평면 형상의 반사면에 대한 p편광의 편광 방향 및 s편광의 편광 방향과 비스듬하게 교차하는 제 3 방향으로 편광된 직선 편광의 광을 소요의 타원 편광의 광으로 변환하고, 또한 상기 p편광의 편광 방향 및 s편광의 편광 방향과 비스듬하게 교차하는 제 4 방향으로 편광된 직선 편광의 광을 소요의 타원 편광의 광으로 변환하는 위상 변조 부재
를 구비하는 조명 광학계를 제공한다.
제 3 형태에서는, 광원으로부터의 광에 의해 피조사면을 조명하는 조명 광학계로서,
상기 조명 광학계의 광로에 배치 가능하며, 입사광의 편광 상태를 변환하여 상기 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하는 편광 변환 부재와,
평면 형상의 반사면을 가지는 제 1 광로 구부림 미러(path bending mirrors)와,
상기 조명 광학계의 광로에 배치 가능하고, 상기 제 1 광로 구부림 미러의 상기 광원측에 배치되는 광학계의 광축과, 상기 제 1 광로 구부림 미러의 상기 피조사면 측에 배치되는 광학계의 광축을 포함하는 평면에 따르는 방향 또는 상기 따르는 방향과 직교하는 방향으로 광학축이 설정된 파장판
을 구비한 조명 광학계를 제공한다.
제 4 형태에서는, 소정의 패턴을 조명하기 위한 제 1~제 3 형태 중 어느 한 조명 광학계를 구비하고, 상기 소정의 패턴을 감광성 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.
제 5 형태에서는, 제 4 형태의 노광 장치를 이용해서 상기 소정의 패턴을 상기 감광성 기판에 노광하는 것과,
상기 소정의 패턴이 전사된 상기 감광성 기판을 현상하여, 상기 소정의 패턴에 대응하는 형상의 마스크 층을 상기 감광성 기판의 표면에 형성하는 것과,
상기 마스크 층을 통해서 상기 감광성 기판의 표면을 가공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.
본 실시 형태에 따른 조명 광학계에서는, 편광 변환 부재 직후에 배치된 위상 변조 부재가, 경사 편광된 광을 소요의 타원 편광의 광으로 변환하고, 또한 종편광 또는 횡편광된 광을 그 편광 상태가 유지되도록 통과시킨다. 위상 변조 부재에 의해 경사 편광으로부터 타원 편광으로 위상 변조되는 광의 편광도는, 그 타원 편광의 광이 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 받은 후에 소요의 경사 편광된 광에 가까워지도록 설정되어 있다.
그 결과, 본 실시 형태의 조명 광학계에서는, 편광 변환 부재의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 작게 억제해서, 소요의 편광 상태의 광으로 피조사면을 조명할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 노광 장치에서는, 소요의 편광 상태의 광으로 피조사면의 패턴을 조명하는 조명 광학계를 이용해서, 패턴을 감광성 기판 상에 소요의 콘트라스트로 결상시킬 수 있어, 나아가서는 양호한 디바이스를 제조할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 어포컬 렌즈의 동공면에 고리띠 형상의 광 강도 분포가 형성되는 모양을 나타내는 도면,
도 3은 본 실시 형태의 편광 변환 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 4는 수정(水晶)의 선광성에 대해서 설명하는 도면,
도 5는 편광 변환 부재 직후의 조명 동공에 형성되는, 거의 연속적인 둘레 방향 편광 상태로 고리띠 형상의 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 6은, 도 5의 광 강도 분포에 대해서 종래 기술의 문제점을 설명하는 도면,
도 7은 본 실시 형태의 위상 변조 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 8은 본 실시 형태에 있어서의 위상 변조 부재의 작용을 설명하는 도면,
도 9는 편광 변환 부재 직후의 조명 동공에 형성되는, 거의 연속적인 직경 방향 편광 상태로 고리띠 형상의 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 10은, 도 9의 광 강도 분포에 대해서 종래 기술의 문제점을 설명하는 도면,
도 11은 편광 변환 부재 직후의 조명 동공에 형성되는 둘레 방향 편광 상태로 8극 형상의(octupolar) 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 12는 편광 변환 부재 직후의 조명 동공에 형성되는 직경 방향 편광 상태로 8극 형상의 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 13은 편광 변환 부재 직후의 조명 동공에 형성되는 둘레 방향 편광 상태로 X자형 4극 형상의 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 14는 편광 변환 부재 직후의 조명 동공에 형성되는 직경 방향 편광 상태로 X자형 4극 형상의 광 강도 분포를 나타내는 도면,
도 15는 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도,
도 16은 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다.
발명의 여러가지 실시 형태를 첨부 도면에 기초해서 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 있어서, 감광성 기판인 웨이퍼(W)의 노광면(전사면)의 법선 방향을 따라 Z축을, 웨이퍼(W)의 노광면 내에서 도 1의 종이면에 평행한 방향으로 Y축을, 웨이퍼(W)의 노광면 내에서 도 1의 종이면에 수직 방향으로 X축을 각각 설정하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태의 노광 장치에서는, 광원(LS)으로부터 노광광(조명광)이 공급된다. 광원(LS)으로서, 예컨대 193nm의 파장의 광을 공급하는 ArF 엑시머 레이저 광원이나 248nm의 파장의 광을 공급하는 KrF 엑시머 레이저 광원 등을 이용할 수 있다. 광원(LS)으로부터 사출된 광속은, 정형 광학계(1), 편광 상태 전환부(2) 및 회절 광학 소자(3)를 거쳐서 어포컬 렌즈(4)에 입사된다. 정형 광학계(1)는, 광원(LS)으로부터의 거의 평행한 광속을 소정의 직사각형 형상의 단면을 가진 광속으로 변환하여 편광 상태 전환부(2)로 유도하는 기능을 갖는다.
편광 상태 전환부(2)는, 광원측으로부터 차례대로, 광축(AX)을 중심으로 해서 결정 광학축이 회전 가능하게 구성되어, 입사하는 타원 편광의 광을 직선 편광의 광으로 변환하는 1/4 파장판(2a)과, 광축(AX)을 중심으로 해서 결정 광학축이 회전 가능하게 구성되어, 입사하는 직선 편광의 편광 방향을 변화시키는 1/2 파장판(2b)과, 조명 광로에 대해 삽탈 가능한 디폴라이저(depolarizer)(비편광화 소자)(2c)를 구비하고 있다. 편광 상태 전환부(2)는, 디폴라이저(2c)를 조명 광로로부터 퇴피시킨 상태에서, 광원(LS)으로부터의 광을 원하는 편광 방향을 가진 직선 편광의 광으로 변환하여 회절 광학 소자(3)에 입사시키는 기능을 갖고, 디폴라이저(2c)를 조명 광로 중에 설정한 상태에서, 광원(LS)으로부터의 광을 실질적으로 비편광의 광으로 변환하여 회절 광학 소자(3)에 입사시키는 기능을 갖는다.
어포컬 렌즈(4)는, 그 전측 초점 위치와 회절 광학 소자(3)의 위치가 거의 일치하고 또한 그 후측 초점 위치와 도면 중 파선으로 나타내는 소정면(IP)의 위치가 거의 일치하도록 설정된 어포컬계(무초점 광학계)이다. 회절 광학 소자(3)는 기판에 노광광(조명광)의 파장 정도의 피치를 가진 단차를 형성함으로써 구성되고, 입사빔을 소망의 각도로 회절하는 작용을 갖는다. 이하, 설명을 간단히 하기 위해서, 회절 광학 소자(3)는, 고리띠 조명용 회절 광학 소자인 것으로 한다.
고리띠 조명용 회절 광학 소자(3)는, 직사각형 형상의 단면을 가진 평행 광속이 입사한 경우에, 파 필드(far field)(또는 프라운호퍼 회절 영역)에 고리띠 형상의 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 회절 광학 소자(3)에 입사한 거의 평행한 광속은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 어포컬 렌즈(4)의 동공면에 고리띠 형상의 광 강도 분포(21)를 형성한 후, 고리띠 형상의 각도 분포로 어포컬 렌즈(4)로부터 사출된다. 어포컬 렌즈(4)의 전측 렌즈군(4a)과 후측 렌즈군(4b) 사이의 광로 중에 있고, 그 동공 위치 또는 그 근방에는, 편광 변환 부재(5A), 위상 변조 부재(5B) 및 원추 액시콘(axicon)계(6)가 배치되어 있다. 편광 변환 부재(5A), 위상 변조 부재(5B) 및 원추 액시콘계(6)의 구성 및 작용에 대해서는 후술한다.
어포컬 렌즈(4)를 거친 광은, σ값(σ값=조명 광학계의 마스크측 개구수/투영 광학계의 마스크측 개구수) 가변용 줌 렌즈(7)를 거쳐서, 옵티컬 인테그레이터로서의 마이크로 플라이아이 렌즈(또는 플라이아이 렌즈)(8)에 입사한다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)는, 예컨대 종횡으로 또한 조밀하게 배열된 다수의 정굴절력을 가진 미소 렌즈로 이루어지는 광학 소자로서, 평행 평면판에 에칭 처리를 실시하여 미소 렌즈군을 형성함으로써 구성되어 있다.
마이크로 플라이아이 렌즈를 구성하는 각 미소 렌즈는, 플라이아이 렌즈를 구성하는 각 렌즈 엘리먼트보다 미소하다. 또한, 마이크로 플라이아이 렌즈는, 서로 격절된 렌즈 엘리먼트로 이루어지는 플라이아이 렌즈와는 달리, 다수의 미소 렌즈(미소 굴절면)이 서로 격절되지 않고 일체로 형성되어 있다. 그러나 정굴절력을 가진 렌즈 요소가 종횡으로 배치되어 있다는 점에서 마이크로 플라이아이 렌즈는 플라이아이 렌즈와 같은 파면 분할형의 옵티컬 인테그레이터이다. 한편, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)로서, 예컨대 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈를 이용할 수도 있다. 실린드리컬 마이크로 플라이아이 렌즈의 구성 및 작용은, 예컨대, 상기 특허문헌 2에 개시되어 있다.
소정면(IP)의 위치는 줌 렌즈(7)의 전측 초점 위치 또는 그 근방에 배치되고, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면은 줌 렌즈(7)의 후측 초점 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 환언하면, 줌 렌즈(7)는, 소정면(IP)과 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면을 실질적으로 푸리에 변환의 관계로 배치하고, 나아가서는 어포컬 렌즈(4)의 동공면과 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면을 광학적으로 거의 공액으로 배치하고 있다.
따라서, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 상에는, 어포컬 렌즈(4)의 동공면과 마찬가지로, 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 고리띠 형상의 조야(照野: illumination field)가 형성된다. 이 고리띠 형상의 조야의 전체 형상은, 줌 렌즈(7)의 초점 거리에 의존하여 서로 유사하게 변화된다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 입사한 광속은 이차원적으로 분할되고, 그 후측 초점면 또는 그 근방의 위치에는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 조야와 거의 같은 광 강도 분포를 가진 2차 광원, 즉 광축(AX)을 중심으로 한 고리띠 형상의 실질적인 면 광원으로 이루어지는 2차 광원(동공 강도 분포)이 형성된다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 후측 초점면 또는 그 근방에는, 필요에 따라서, 고리띠 형상의 2차 광원에 대응한 고리띠 형상의 개구부(광투과부)를 가진 조명 개구 조리개(9)가 배치되어 있다. 조명 개구 조리개(9)는, 조명 광로에 대해 삽탈 가능하게 구성되고, 또한 크기 및 형상이 다른 개구부를 가진 복수의 개구 조리개와 전환 가능하게 구성되어 있다. 개구 조리개의 전환 방식으로서, 예컨대 주지된 터릿 방식이나 슬라이드 방식 등을 이용할 수 있다. 조명 개구 조리개(9)는 투영 광학계(PL)의 입사 동공면과 광학적으로 거의 공액인 위치에 배치되어, 2차 광원의 조명에 기여하는 범위를 규정한다.
마이크로 플라이아이 렌즈(8) 및 조명 개구 조리개(9)를 거친 광은, 콘덴서 광학계(10)를 통해서, 마스크 블라인드(11)를 중첩적으로 조명한다. 이렇게 해서, 조명 시야 조리개로서의 마스크 블라인드(11)에는, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 미소 렌즈의 형상과 초점 거리에 따른 직사각형 형상의 조야가 형성된다. 마스크 블라인드(11)의 직사각형 형상의 개구부(광투과부)를 거친 광은, 전측 렌즈군(12a)과 후측 렌즈군(12b)으로 이루어지는 결상 광학계(12)을 거쳐서, 소정의 패턴이 형성된 마스크(M)를 중첩적으로 조명한다.
즉, 결상 광학계(12)는, 마스크 블라인드(11)의 직사각형 형상 개구부의 이미지를 마스크(M) 상에 형성하게 된다. 결상 광학계(12)의 동공은, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 후측 초점면 또는 그 근방의 조명 동공과 광학적으로 공액인 위치에 있는 별도의 조명 동공이다. 따라서, 결상 광학계(12)의 동공 위치에도, 마이크로 플라이아이 렌즈(8) 직후의 조명 동공과 마찬가지로, 고리띠 형상의 동공 강도 분포가 형성된다.
마스크 스테이지(MS) 상에 유지된 마스크(M)에는, 전사할 패턴이 형성되어 있다. 마스크(M)의 패턴을 투과한 광은, 투영 광학계(PL)를 거쳐서, 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 유지된 웨이퍼(감광성 기판)(W) 상에 마스크 패턴의 이미지를 형성한다. 이렇게 해서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 직교하는 평면(XY 평면) 내에서 웨이퍼(W)를 이차원적으로 구동 제어하면서 일괄 노광 또는 스캔 노광을 행함으로써, 웨이퍼(W)의 각 노광 영역에는 마스크(M)의 패턴이 차차 노광된다. 스캔 노광을 행할 때에는, 예컨대 Y 방향을 따라, 투영 광학계(PL)의 배율에 따른 속도비로 마스크 스테이지(MS)와 웨이퍼 스테이지(WS)를 구동하면 된다.
원추 액시콘계(6)는, 광원측부터 차례대로, 광원측에 평면을 향해서 또한 마스크측에 오목 원추 형상의 굴절면을 향한 제 1 프리즘 부재(6a)와, 마스크측에 평면을 향해서 또한 광원측에 볼록 원추 형상의 굴절면을 향한 제 2 프리즘 부재(6b)로 구성되어 있다. 그리고, 제 1 프리즘 부재(6a)의 오목 원추 형상의 굴절면과 제 2 프리즘 부재(6b)의 볼록 원추 형상의 굴절면은, 서로 당접 가능하도록 상보적으로 형성되어 있다. 또한, 제 1 프리즘 부재(6a) 및 제 2 프리즘 부재(6b) 중 적어도 하나의 부재가 광축(AX)을 따라 이동 가능하게 구성되고, 제 1 프리즘 부재(6a)와 제 2 프리즘 부재(6b)의 간격이 가변적으로 구성되어 있다.
여기서, 제 1 프리즘 부재(6a)와 제 2 프리즘 부재(6b)가 서로 당접하고 있는 상태에서는, 원추 액시콘계(6)는 평행 평면판으로서 기능하고, 형성되는 고리띠 형상의 2차 광원에 미치는 영향은 없다. 그러나 제 1 프리즘 부재(6a)와 제 2 프리즘 부재(6b)를 이격시키면, 고리띠 형상의 2차 광원의 폭(고리띠 형상의 2차 광원의 외경과 내경의 차의 1/2)을 일정하게 유지하면서, 고리띠 형상의 2차 광원의 외경(내경)이 변화된다. 즉, 고리띠 형상의 2차 광원의 고리띠비(내경/외경) 및 크기(외경)가 변화된다.
줌 렌즈(7)는, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체 형상을 서로 유사하게 확대 또는 축소하는 기능을 갖는다. 예컨대, 줌 렌즈(7)의 초점 거리를 최소값으로부터 소정의 값으로 확대시킴으로써, 고리띠 형상의 2차 광원의 전체 형상이 서로 유사하게 확대된다. 환언하면, 줌 렌즈(7)의 작용에 의해, 고리띠 형상의 2차 광원의 고리띠비가 변화되는 일없이, 그 폭 및 크기(외경)이 함께 변화된다. 이와 같이, 원추 액시콘계(6) 및 줌 렌즈(7)의 작용에 의해, 고리띠 형상의 2차 광원의 고리띠비와 크기(외경)를 제어할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 의해 형성되는 2차 광원을 광원으로 해서, 조명 광학계(1~12)의 피조사면에 배치되는 마스크(M)를 쾰러 조명한다. 이 때문에, 2차 광원이 형성되는 위치는 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(AS)의 위치와 광학적으로 공액이며, 2차 광원의 형성면을 조명 광학계(1~12)의 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 전형적으로는, 조명 동공면에 대해 피조사면(마스크(M))이 배치되는 면, 또는 투영 광학계(PL)를 포함해서 조명 광학계라고 생각하는 경우에는 웨이퍼(W)가 배치되는 면)이 광학적인 푸리에 변환면이 된다.
한편, 동공 강도 분포란, 조명 광학계(1~12)의 조명 동공면 또는 상기 조명 동공면과 광학적으로 공액인 면에서의 광 강도 분포(휘도 분포)이다. 마이크로 플라이아이 렌즈(8)에 의한 파면 분할수가 비교적 큰 경우, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에 형성되는 대국적인 광 강도 분포와, 2차 광원 전체의 대국적인 광 강도 분포(동공 강도 분포)가 높은 상관을 나타낸다. 이 때문에, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면 및 상기 입사면과 광학적으로 공액인 면(예컨대, 어포컬 렌즈(4)의 동공면)에 있어서의 광 강도 분포에 대해서도 동공 강도 분포라고 할 수 있다. 즉, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면과 광학적으로 공액인 면인 어포컬 렌즈(4)의 동공도 조명 동공이라고 부를 수 있다.
고리띠 조명용 회절 광학 소자(3) 대신, 복수극 조명(2극 조명, 4극 조명, 8극 조명 등)용 회절 광학 소자(도시 생략)를 조명 광로 중에 설정함으로써, 복수극 조명을 행할 수 있다. 복수극 조명용 회절 광학 소자는, 직사각형 형상의 단면을 가진 평행 광속이 입사한 경우에, 파 필드에 복수극 형상(2극 형상, 4극 형상, 8극 형상 등)의 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 복수극 조명용 회절 광학 소자를 거친 광속은, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에, 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 복수의 소정 형상(원호 형상, 원 형상 등)의 조야로 이루어지는 복수극 형상의 조야를 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 후측 초점면 또는 그 근방에도, 그 입사면에 형성된 조야와 같은 복수극 형상의 2차 광원이 형성된다.
또한, 고리띠 조명용 회절 광학 소자(3) 대신, 원형 조명용 회절 광학 소자(도시 생략)를 조명 광로 중에 설정함으로써, 통상의 원형 조명을 행할 수 있다. 원형 조명용 회절 광학 소자는, 직사각형 형상의 단면을 가진 평행 광속이 입사한 경우에, 파 필드에 원 형상의 광 강도 분포를 형성하는 기능을 갖는다. 따라서, 원형 조명용 회절 광학 소자를 거친 광속은, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면에, 예컨대 광축(AX)을 중심으로 한 원 형상의 조야를 형성한다. 그 결과, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 후측 초점면 또는 그 근방에도, 그 입사면에 형성된 조야와 같은 원 형상의 2차 광원이 형성된다. 또한, 고리띠 조명용 회절 광학 소자(3) 대신, 적당한 특성을 가진 회절 광학 소자(도시 생략)를 조명 광로 중에 설정함으로써, 다양한 형태의 변형 조명을 행할 수 있다. 회절 광학 소자(3)의 전환 방식으로서, 예컨대 주지된 터릿 방식이나 슬라이드 방식 등을 이용할 수 있다.
한편, 상술한 회절 광학 소자(3) 대신, 또는 회절 광학 소자(3)에 더해서, 예컨대 이차원적으로 배열된 복수의 미러 요소의 방향을 연속적으로 혹은 이산적으로 복수의 단계를 갖도록 각각 변화시키는 공간광 변조기를 이용해도 된다. 이러한 공간광 변조기로서, 예컨대, 상기 특허문헌 3, 상기 특허문헌 4, 상기 특허문헌 5, 및 상기 특허문헌 6에 개시된 공간광 변조기를 이용할 수 있다. 이러한 능동적인 공간광 변조기를 이용한 조명 광학계에서는, 예컨대, 상기 특허문헌 7, 상기 특허문헌 8, 상기 특허문헌 9, 상기 특허문헌 10, 상기 특허문헌 11, 상기 특허문헌 12, 상기 특허문헌 13, 상기 특허문헌 14에 개시되어 있다. 여기서는, 상기 특허문헌 3, 상기 특허문헌 4, 상기 특허문헌 5, 상기 특허문헌 7, 상기 특허문헌 8, 상기 특허문헌 9, 상기 특허문헌 10, 상기 특허문헌 11, 상기 특허문헌 12, 상기 특허문헌 13, 및 상기 특허문헌 14의 개시를 참조로서 원용한다.
도 3은, 편광 변환 부재의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 편광 변환 부재(5A)는, 상술한 바와 같이, 어포컬 렌즈(4)의 동공 위치 또는 그 근방, 즉 조명 광학계(1~12)의 조명 동공의 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 이하, 설명의 이해를 쉽게 하기 위해서, 편광 변환 부재(5A)는, 어포컬 렌즈(4)의 광로 중에 있어서의 조명 동공 직전의 위치에 배치되어 있는 것으로 한다. 고리띠 조명용 회절 광학 소자(3)가 조명 광로 중에 배치되어 있는 경우, 편광 변환 부재(5A)에는 고리띠 형상의 단면을 가진 광속이 입사한다.
편광 변환 부재(5A)는, 전체적으로 평행 평면판의 형태를 갖고, 선광성을 가진 광학 재료인 결정 재료, 예컨대 수정에 의해 형성되어 있다. 편광 변환 부재(5A)가 광로 중에 위치 결정되어 있는 상태에 있어서, 그 입사면(나아가서는 사출면)은 광축(AX)과 직교하고, 그 결정 광학축은 광축(AX)의 방향과 일치(즉, 입사광의 진행 방향인 Z 방향과 일치)하고 있다. 편광 변환 부재(5A)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 광축(AX)을 중심으로 하는 원 형상(또는 도시 생략했지만 원 환상)의 외형 형상을 갖고, 원의 둘레 방향을 따라 8등분하여 얻어지는 8개의 분할 영역을 갖는다.
구체적으로, 편광 변환 부재(5A)는, 8개의 분할 영역으로서, 영역(51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f, 51g, 51h)을 갖는다. 분할 영역(51a~51h)은, 입사하는 고리띠 형상의 광속(도 3 중 2개의 파선 형상의 원으로 나타냄)을 둘레 방향을 따라 8등분하여 얻어지는 8개의 원호 형상의 광속이 각각 통과하도록 구분된 영역이다. 분할 영역(51a~51h)에서, 둘레 방향으로 이웃하는 임의의 2개의 분할 영역의 두께(광축(AX)의 방향에 따른 치수)는 서로 다르고, 광축(AX)을 사이에 두고 대향하고 있는 임의의 2개의 분할 영역은 서로 같은 두께를 갖는다.
편광 변환 부재(5A)는, 수정으로 이루어지는 평행 평면판의 한쪽면(입사면 또는 사출면)을 에칭 처리함으로써 일체 형성된 단일의 부재이다. 즉, 편광 변환 부재(5A)의 한쪽면은 그 중심부터 직경 방향으로 연장되는 8개의 직선 형상의 단차를 가진 요철면 형상으로 형성되고, 다른쪽면은 평면 형상으로 형성되어 있다. 또는, 편광 변환 부재(5A)는, 분할 영역(51a~51h)에 대응하는 8개의 선광 부재를 조합시킴으로써 구성되어 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 수정의 선광성에 대해서 간단하게 설명한다. 도 4를 참조하면, 두께 d인 수정으로 이루어지는 평행 평면판 형상의 광학 부재(100)가, 그 결정 광학축과 광축(AX)이 일치하도록 배치되어 있다. 이 경우, 광학 부재(100)의 선광성에 의해, 입사한 직선 편광의 편광 방향이 광축(AX) 주위로 θ만큼 회전한 상태로 사출된다.
이 때, 광학 부재(100)의 선광성에 의한 편광 방향의 회전각(선광 각도) θ은, 광학 부재(100)의 두께 d와 수정의 선광능(旋光能:rotatory power) ρ에 의해, 다음 식(a)으로 나타내어진다. 일반적으로, 수정의 선광능 ρ은, 파장 의존성(사용 광의 파장에 의존하여 선광능의 값이 다른 성질:선광 분산)이 있으며, 구체적으로는 사용광의 파장이 짧아지면 커지는 경향이 있다. 상기 비특허문헌 1의 기술에 의하면, 250.3nm의 파장을 가진 광에 대한 수정의 선광능 ρ는, 153.9도/mm이다.
θ=d·ρ (a)
다시 도 3을 참조하면, 편광 변환 부재(5A)의 분할 영역(51a)은, 그 중심선(광축(AX)으로부터 직경 방향으로 연장되는 직선)이 광축(AX)을 지나서 -Y 방향으로 연장되는 직선과 일치하도록 배치되어 있다. 분할 영역(51a)은 Y 방향으로 편광 방향을 가진 Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, Y 방향을 +90도(도 3 중 반시계 회전 90도) 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다. 도 3 중 반시계 회전의 둘레 방향을 따라 분할 영역(51a)에 인접한 분할 영역(51b)은 Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, Y 방향을 +135도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다.
분할 영역(51b)에 인접한 분할 영역(51c)은, Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, Y 방향을 +180도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다. 분할 영역(51c)에 인접한 분할 영역(51d)은, Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, Y 방향을 +225도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다. 분할 영역(51d)에 인접하고 또한 분할 영역(51a)과 광축(AX)을 사이에 두고 대향하는 분할 영역(51e)은, Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, 분할 영역(51a)과 마찬가지로, Y 방향을 +90도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다.
분할 영역(51b)에 대향하는 분할 영역(51f)은, Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, Y 방향을 +135도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다. 분할 영역(51c)에 대향하는 분할 영역(51g)은, Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, Y 방향을 +180도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다. 분할 영역(51d)에 대향하는 분할 영역(51h)은, Y 방향 직선 편광의 광이 입사한 경우, Y 방향을 +225도 회전시킨 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광의 광을 사출하도록 두께가 설정되어 있다.
이하, 도 5를 참조하여, 편광 변환 부재(5A)에 Y 방향 직선 편광의 광이 입사하는 것으로 해서 편광 변환 부재(5A)의 작용을 설명한다. 편광 변환 부재(5A)의 분할 영역(51a)에 입사한 원호 형상의 광속 F1은, Y 방향을 +90도(도 5 중 반시계 회전 90도) 회전시킨 방향, 즉 X 방향으로 편광 방향을 가진 X 방향 직선 편광(횡편광)이 된다. 분할 영역(51b)을 거쳐서 생성되는 광속 F2는, Y 방향을 +135도 회전시킨 경사 방향으로 편광 방향을 가진 경사 방향 직선 편광(경사 편광)이 된다.
분할 영역(51c)을 거쳐서 생성되는 광속 F3는, Y 방향을 +180도 회전시킨 방향, 즉 Y 방향으로 편광 방향을 가진 Y 방향 직선 편광(종편광)이 된다. 마찬가지로, 분할 영역(51d)을 거쳐서 생성되는 광속 F4는, Y 방향을 +225도 회전시킨 경사 방향으로 편광 방향을 가진 경사 방향 직선 편광이 된다. 분할 영역(51e)을 거쳐서 생성되는 광속 F5는, 광축(AX)을 사이에 두고 대향하는 광속 F1과 마찬가지로, X 방향 직선 편광이 된다.
분할 영역(51f)을 거쳐서 생성되는 광속 F6은, 광축(AX)을 사이에 두고 대향하는 광속 F2와 마찬가지로, Y 방향을 +135도 회전시킨 경사 방향으로 편광 방향을 가진 경사 방향 직선 편광이 된다. 분할 영역(51g)을 거쳐서 생성되는 광속 F7은 광축(AX)을 사이에 두고 대향하는 광속 F3과 마찬가지로, Y 방향 직선 편광이 된다. 분할 영역(51h)을 거쳐서 생성되는 광속 F8은, 광축(AX)을 사이에 두고 대향하는 광속 F4와 마찬가지로, Y 방향을 +225도 회전시킨 경사 방향으로 편광 방향을 가진 경사 방향 직선 편광이 된다.
이렇게 해서, 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에는, 8등분 타입의 둘레 방향 편광 상태로 고리띠 형상의 광 강도 분포(21)가 형성된다. 둘레 방향 편광 상태에서는, 고리띠 형상의 광 강도 분포(21)를 통과하는 광속이, 광축(AX)을 중심으로 한 원의 접선 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광 상태가 된다. 그 결과, 후술하는 리타데이션의 영향을 무시할 수 있는 경우, 마이크로 플라이아이 렌즈(8) 직후의 조명 동공에는, 고리띠 형상의 광 강도 분포(21)에 대응하는 거의 연속적인 둘레 방향 편광 상태로 고리띠 형상의 광 강도 분포가 형성된다. 또한, 마이크로 플라이아이 렌즈(8) 직후의 조명 동공과 광학적으로 공액인 별도의 조명 동공의 위치, 즉 결상 광학계(12)의 동공 위치 및 투영 광학계(PL)의 동공 위치(개구 조리개(AS)가 배치되어 있는 위치)에도, 고리띠 형상의 광 강도 분포(21)에 대응하는 거의 연속적인 둘레 방향 편광 상태로 고리띠 형상의 광 강도 분포가 형성된다.
일반적으로, 둘레 방향 편광 상태의 고리띠 형상나 복수극 형상(2극 형상, 4극 형상, 8극 형상 등)의 동공 강도 분포에 기초한 둘레 방향 편광 조명에서는, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼(W)에 조사되는 광이 s편광을 주성분으로 하는 편광 상태가 된다. 여기서, s편광이란, 입사면에 대해 수직 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광(입사면에 수직 방향으로 전기 벡터가 진동하고 있는 편광)이다. 입사면이란, 광이 매질의 경계면(피조사면: 웨이퍼(W)의 표면)에 도달했을 때, 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 있어, 웨이퍼(감광성 기판) 상에 있어서 높은 콘트라스트의 마스크 패턴 이미지를 얻을 수 있다.
본 실시 형태에서는, 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에, 도 5에 도시한 바와 같은 소망의 둘레 방향 편광 상태가 생성된다. 그러나 본 실시 형태에 이러한 위상 변조 부재(5B)가 개재되어 있지 않은 구성에서는, 편광 변환 부재(5A)보다 하류측의 광로 중에 배치된 후속 광학계(편광 변환 부재(5A)와 웨이퍼(W) 사이에 배치된 광학계)에 의한 리타데이션(편광 방향이 서로 직교하는 한 쌍의 직선 편광 성분의 사이에 위상차가 생기는 현상)의 영향에 의해, 웨이퍼(W) 상에서는 소요의 둘레 방향 편광 상태로 광이 결상되지 않게 되고, 나아가서는 마스크(M)의 패턴 이미지를 소요의 콘트라스트로 웨이퍼(W) 상에 형성하기 어렵다.
도 1을 참조하면, 후속 광학계(5B~PL)에 있어서, 결상 광학계(12)의 광로 중에 한 쌍의 광로 구부림용 평면 반사경(120a, 120b)(평면 형상의 반사면을 가진 광로 구부림 미러)가 마련되어 있다. 또한, 투영 광학계(PL)의 타입에 따라서는, 물체면(마스크(M)의 패턴면이 배치되어 있는 면)과 개구 조리개(AS) 사이의 광로 중에 평면 반사경이 마련되어 있는 경우가 있다. 위상 변조 부재(5B)가 개재되어 있지 않은 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에 소망의 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포(21)를 생성해도, 이들 평면 반사경에 의한 리타데이션의 영향에 의해, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 동공 위치(조명 동공의 위치:개구 조리개(AS)가 배치되어 있는 위치)에는, 소망의 둘레 방향 편광 상태로부터 부분적으로 흐트러진 편광 상태의 동공 강도 분포(61)가 생성되게 된다.
구체적으로, 동공 강도 분포(21) 중, 평면 반사경의 반사면에 대한 p편광의 편광 방향 또는 s편광의 편광 방향에 대응하는 방향에 편광 방향을 가진 종편광 및 횡편광의 광속(21a, 21b)은, 평면 반사경에 의한 리타데이션의 영향을 거의 받는 일없이, 동공 강도 분포(61)에 있어서 종편광 및 횡편광의 광속(61a, 61b)이 된다. 그러나 p편광의 편광 방향 또는 s편광의 편광 방향에 대응하는 방향과 비스듬하게 교차하는 방향으로 편광 방향을 가진 경사 편광된 광속(21c)은, 평면 반사경에 의한 리타데이션의 영향을 받아서, 동공 강도 분포(61)에 있어서 타원 편광(원 편광을 포함한 넓은 개념)의 광속(61c)이 된다.
본 실시 형태에서는, 투영 광학계(PL)의 광로 중 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포의 편광 상태를, 후속 광학계에 의한 리타데이션에 저항하여 소망의 둘레 방향 편광 상태에 가깝게 하기 위해서, 편광 변환 부재(5A) 직후에 위상 변조 부재(5B)를 마련하고 있다. 위상 변조 부재(5B)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 조명 광로의 단면(斷面) 전체에 걸쳐 연장되고 또한 균일한 두께를 가진 파장판으로, 그 광학축(52)이 Y 방향(또는 X 방향)으로 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 위상 변조 부재(5B)를 구성하는 파장판의 광학축(52)은, 후속 광학계 중, 평면 반사경의 반사면에 대한 p편광의 편광 방향 또는 s편광의 편광 방향에 대응하는 방향으로 설정되어 있다.
이 경우, 도 8에 나타낸 바와 같이, 편광 변환 부재(5A) 직후의 동공 강도 분포(21)에 있어서의 종편광 및 횡편광의 광속(21a, 21b)은, 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조를 거의 받는 일없이, 위상 변조 부재(5B) 직후에 형성되는 광 강도 분포(31)에 있어서 종편광 및 횡편광의 광속(31a, 31b)이 된다. 한편, 경사 편광된 광속(21c)은, 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조를 받아서, 광 강도 분포(31)에 있어서 타원 편광의 광속(31c)이 된다. 타원 편광의 광속(31c)의 편광도는 위상 변조 부재(5B)를 구성하는 파장판의 두께에 의존한다.
한편, 도 1에는, 후속 광학계가 2장인 평면 형상의 반사면(광로 구부림용 평면 반사경(120a, 120b)의 반사면에 상당)을 가진 예가 도시되어 있지만, 평면 형상의 반사면은, 1장이어도 된다. 예컨대, 도 1의 예와 같이 반사면이 평면 반사경에 의해 구성되는 경우, 결상 광학계(12)의 광로 중에 1장의 광로 구부림용 반사경이 마련되면 된다. 또한, 위상 변조 부재(5B)를 구성하는 파장판의 광학축은, 상기 광로 구부림용 반사경의 광원 측에 배치되는 광학계의 광축과, 상기 광로 구부림용 반사경의 피조사면 측에 배치되는 광학계의 광축을 포함하는 제 1 평면에 따르는 방향 또는 상기 따르는 방향과 직교하는 방향으로 설정된다. 여기서, 위상 변조 부재를 구성하는 파장판은, 동공 강도 분포를 형성하는 광 중 제 1 방향으로 편광된 직선 편광의 광을 소요의 타원 편광의 광으로 변환하고, 또한 제 1 방향과 비스듬하게 교차하는 제 2 방향으로 편광된 직선 편광의 광을 그 편광 상태가 유지되도록 통과시킨다. 제 2 방향은 반사면에 대한 p편광의 편광 방향 또는 s편광의 편광 방향에 대응하고 있다.
또한, 후속 광학계는, 복수(2장, 3장, 4장 또는 그 이상)의 평면 형상의 반사면을 가져도 된다. 즉, 반사면이 평면 반사경에 의해 구성되는 경우, 결상 광학계(12)의 광로 중에 1장의 광로 구부림용 반사경이 마련된 상기 구성에, 더 별도의 1장의 광로 구부림용 반사경이 마련된 구성이 도 1에 도시된 예에 상당한다. 이 경우, 상기 별도의 광로 구부림용 반사경의 광원측에 배치되는 광학계의 광축과, 상기 별도의 광로 구부림용 반사경의 피조사면 측에 배치되는 광학계의 광축을 포함하는 제 2 평면은, 상기 제 1 평면과 일치 또는 상기 제 1 평면과 평행하다. 또한, 후속 광학계가 복수의 반사면을 가진 경우에도, 상기 제 2 방향은, 반사면 각각에 대한 p편광의 편광 방향 또는 s편광의 편광 방향에 대응하고 있다.
위상 변조 부재(5B) 직후의 광 강도 분포(31) 중, 종편광 및 횡편광의 광속(31a, 31b)은 후속 광학계에 의한 리타데이션(특히 후속 광학계의 광로 중에 마련된 평면 형상의 반사면에 의한 리타데이션)의 영향을 거의 받는 일없이, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포(41)에 있어서 종편광 및 횡편광의 광속(41a, 41b)이 된다. 또한, 광 강도 분포(31)에 있어서의 타원 편광의 광속(31c)은, 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 받아서, 동공 강도 분포(41)에 있어서 거의 소요의 경사 편광된 광속(41c)이 된다.
본 실시 형태에 있어서, 편광 변환 부재(5A)는, 입사광의 편광 상태를 변환하여, 그 직후의 조명 동공에 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포(21)를 형성한다. 편광 변환 부재(5A) 직후에 배치된 파장판으로 이루어지는 위상 변조 부재(5B)는, 동공 강도 분포(21)를 형성하는 광 중의 경사 방향(X 방향 및 Y 방향과 45도를 이루어서 교차하는 방향)으로 편광된 경사 편광된 광(21c)을 소요의 타원 편광의 광(31c)으로 변환하고, 또한 Y 방향, X 방향으로 편광한 종편광, 횡편광의 광(21a, 21b)을 그 편광 상태가 유지되도록 통과시킨다.
여기서, 위상 변조 부재(5B)에 의해 경사 편광으로부터 타원 편광으로 위상 변조되는 광속(31c)의 편광도(나아가서는 위상 변조 부재(5B)를 구성하는 파장판의 두께)는, 타원 편광의 광속(31c)이 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 받아서 동공 강도 분포(41)에 있어서 거의 소요의 경사 편광된 광속(41c)이 되도록 설정되어 있다. 그 결과, 위상 변조 부재(5B)의 위상 변조 작용에 의해 리타데이션의 영향이 저감되어, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 조명 동공에는 거의 소망의 둘레 방향 편광 상태의 동공 강도 분포(41)가 생성된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 조명 광학계(1~12)에서는, 편광 변환 부재(5A)의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 작게 억제해서, 소요의 둘레 방향 편광 상태의 광으로 피조사면인 마스크(M)의 패턴면을 조명할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 노광 장치(1~WS)에서는, 소요의 둘레 방향 편광 상태의 광으로 마스크(M)의 패턴을 조명하는 조명 광학계(1~12)를 이용하여, 마스크(M)의 패턴을 웨이퍼(W) 상에 소요의 콘트라스트로 결상시킬 수 있다.
한편, 상술한 설명에서는, 편광 변환 부재(5A)에 Y 방향 직선 편광의 광을 입사시키고 있지만, X 방향 직선 편광의 광을 입사시키면, 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 8등분 타입의 거의 연속적인 직경 방향 편광 상태로 고리띠 형상의 광 강도 분포(22)가 형성된다. 그 결과, 리타데이션의 영향을 무시할 수 있는 경우, 마이크로 플라이아이 렌즈(8) 직후의 조명 동공, 결상 광학계(12)의 동공 위치, 및 투영 광학계(PL)의 동공 위치에도, 고리띠 형상의 광 강도 분포(22)에 대응하는 거의 연속적인 직경 방향 편광 상태로 고리띠 형상의 광 강도 분포가 형성된다.
일반적으로, 직경 방향 편광 상태의 고리띠 형상나 복수극 형상의 동공 강도 분포에 기초한 직경 방향 편광 조명에서는, 최종적인 피조사면으로서의 웨이퍼(W)에 조사되는 광이 p편광을 주성분으로 하는 편광 상태가 된다. 여기서, p편광이란, 상술한 바와 같이 정의되는 입사면에 대해 평행한 방향으로 편광 방향을 가진 직선 편광(입사면에 평행한 방향으로 전기 벡터가 진동하고 있는 편광)이다. 그 결과, 직경 방향 편광 조명에서는, 웨이퍼(W)에 도포된 레지스트에 있어서의 광의 반사율을 작게 억제해서, 웨이퍼(W) 상에 있어 양호한 마스크 패턴 이미지를 얻을 수 있다.
그러나 실제로는, 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 무시할 수 없는 경우가 많다. 이 경우, 위상 변조 부재(5B)가 개재되어 있지 않으면, 동공 강도 분포(22) 중의 경사 편광된 광속(22c)은, 리타데이션의 영향을 받아서, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포(62)에 있어서 타원 편광의 광속(62c)이 된다. 종편광 및 횡편광의 광속(22a, 22b)은, 리타데이션의 영향을 거의 받는 일없이, 동공 강도 분포(62)에 있어서 종편광 및 횡편광의 광속(61a, 61b)이 된다.
본 실시 형태에서는, 직경 방향 편광 조명의 경우에 있어서도, 편광 변환 부재(5A) 직후의 동공 강도 분포(22)에 있어서의 종편광 및 횡편광의 광속(22a, 22b)은, 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조 및 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 거의 받는 일없이, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 조명 동공에 형성되는 동공 강도 분포에 있어서 종편광 및 횡편광의 광속이 된다. 한편, 경사 편광된 광속(22c)은, 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조를 받아서 타원 편광이 된 후, 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 받아서 거의 소요의 경사 편광으로 돌아간다. 그 결과, 위상 변조 부재(5B)의 위상 변조 작용에 의해 리타데이션의 영향이 저감되어, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 조명 동공에는 거의 소망의 직경 방향 편광 상태의 동공 강도 분포가 생성된다.
또한, 상술한 설명에서는, 조명 동공에 고리띠 형상의 동공 강도 분포가 형성되는 변형 조명, 즉 고리띠 조명을 예로 들어서 본 실시 형태의 작용 효과를 설명했다. 그러나 고리띠 조명으로 한정되지 않고, 예컨대 복수극 형상의 동공 강도 분포가 형성되는 복수극 조명 등에 대해서도, 마찬가지로 본 실시 형태를 적용하여 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다는 점은 분명하다.
일례로서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 8극 조명용 회절 광학 소자를 이용해서 둘레 방향 편광 상태로 8극 형상의 광 강도 분포(23)가 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에 형성되는 경우에도, 위상 변조 부재(5B)의 위상 변조 작용에 의해, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 조명 동공에는 거의 소망의 둘레 방향 편광 상태로 8극 형상의 동공 강도 분포를 생성할 수 있다. 또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 직경 방향 편광 상태로 8극 형상의 광 강도 분포(24)가 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에 형성되는 경우에도, 위상 변조 부재(5B)의 위상 변조 작용에 의해, 투영 광학계(PL)의 광로 중의 조명 동공에는 거의 원하는 직경 방향 편광 상태로 8극 형상의 동공 강도 분포를 생성할 수 있다.
그런데, 고리띠 형상 또는 8극 형상의 동공 강도 분포(21~24)에서는, 종편광 및 횡편광의 광속(21a~24a; 21b~24b)와, 경사 편광된 광속(21c~24c)이 혼재되어 있다. 따라서, 종편광 및 횡편광의 광속(21a~24a; 21b~24b)는 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조를 거의 받는 일없이 종편광 및 횡편광 그대로여서, 경사 편광된 광속(21c~24c)은 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조를 받아서 타원 편광이 된다.
이에 반해서, 도 13에 나타낸 바와 같이, 4극 조명용 회절 광학 소자를 이용해서 둘레 방향 편광 상태로 X자형 4극 형상의 광 강도 분포(25)가 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에 형성되는 경우, 광 강도 분포(25)에 있어서 제 1 경사 편광된 광속(25a)과 제 2 경사 편광된 광속(25b)이 존재할 뿐, 종편광 및 횡편광의 광속은 존재하지 않는다. 따라서, 제 1 경사 편광된 광속(25a) 및 제 2 경사 편광된 광속(25b)은, 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조를 받아서 타원 편광이 된 후, 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 받아서 거의 소요의 제 1 경사 편광 및 제 2 경사 편광으로 돌아간다.
마찬가지로, 도 14에 나타낸 바와 같이, 직경 방향 편광 상태로 X자형 4극 형상의 광 강도 분포(26)가 편광 변환 부재(5A) 직후의 조명 동공에 형성되는 경우, 광 강도 분포(26)에 있어서 제 1 경사 편광된 광속(26a)과 제 2 경사 편광된 광속(26b)이 존재할 뿐, 종편광 및 횡편광의 광속은 존재하지 않는다. 따라서, 제 1 경사 편광된 광속(26a) 및 제 2 경사 편광된 광속(26b)은, 위상 변조 부재(5B)에 의한 위상 변조를 받아서 타원 편광이 된 후, 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 받아서 거의 소요의 제 1 경사 편광 및 제 2 경사 편광으로 돌아간다.
한편, 상술한 실시 형태에서는, 도 3에 나타내는 특정한 구성을 가진 편광 변환 부재(5A)에 따라 본 실시 형태를 설명했다. 그러나 이것으로 한정되지 않고, 편광 변환 부재의 구성에 관해서는, 다양한 형태가 가능하다. 구체적으로, 편광 변환 부재의 배치 위치, 재질, 구조(외형 형상, 분할수, 면 형상(두께 분포), 요철면이 형성되는 측)등에 대해서는, 다양한 형태가 가능하다.
예컨대, 상술한 실시 형태에서서는, 편광 변환 부재(5A)가 어포컬 렌즈(4)의 동공 위치 또는 그 근방에 배치되어 있다. 그러나 이것으로 한정되지 않고, 편광 변환 부재(5A)를, 조명 광학계(1~12)의 다른 조명 동공의 위치 또는 그 근방의 위치에 배치할 수 있다. 구체적으로, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 입사면의 근방, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)의 사출면의 근방, 결상 광학계(12)의 동공 위치 또는 그 근방 등에, 편광 변환 부재(5A)를 배치할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 편광 변환 부재(5A)가 전체적으로 원 형상의 외형 형상을 갖고, 8개의 원호 형상의 영역(51a~51h)으로 분할되어 있다. 그러나 이것으로 한정되지 않고, 편광 변환 부재의 전체적인 외형 형상, 분할수 등에 대해서는 다양한 형태가 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 편광 변환 부재(5A)가 수정에 의해 형성되어 있다. 그러나 수정으로 한정되지 않고, 선광성을 가진 다른 적당한 광학 재료를 이용해서 편광 변환 부재를 형성할 수도 있다. 또한, 선광성의 부재로 한정되지 않고, 입사광을 소정의 편광 상태의 광으로 변화시키는 복수의 파장판을 이용해서 편광 변환 부재를 구성하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 위상 변조 부재(5B)가, 균일한 두께를 가진 파장판으로 이루어지고, 편광 변환 부재(5A) 직후의 위치, 즉 조명 동공 또는 그 근방의 위치에 배치되어 있다. 그러나 이것으로 한정되지 않고, 위상 변조 부재의 구체적인 구성 및 그 배치 위치 등에 대해서는, 다양한 형태가 가능하다. 예컨대, 편광 변환 부재(5A)보다 후측(마스크(M) 측)의 광로 중의 적당한 위치, 즉 조명 동공보다 후측의 광로 중의 적당한 위치에, 위상 변조 부재(5B)를 배치할 수 있다. 단, 조명 동공 또는 그 근방의 위치에 위상 변조 부재(5B)를 배치함으로써, 조명 동공면에 대해 균일한 위상 변조를 작용시키는 것이 가능하게 된다.
일반적으로, 위상 변조 부재는, 편광 변환 부재를 거쳐서 조명 동공에 형성된 동공 강도 분포에 있어서의 경사 편광된 광을 소요의 타원 편광의 광으로 변환하고, 또한 상기 동공 강도 분포에 있어서의 종편광 또는 횡편광의 광을 그 편광 상태가 유지되도록 통과시키는 기능을 갖는다. 여기서, 위상 변조 부재에 의해 경사 편광으로부터 타원 편광으로 위상 변조되는 광의 편광도는, 그 타원 편광의 광이 편광 변환 부재의 후속 광학계에 의한 리타데이션의 영향을 받은 후에 소요의 경사 편광된 광에 가까워지도록 설정되는 것이 중요하다.
한편, 상술한 실시 형태에서는, 편광 변환 부재(5A) 직후에 위상 변조 부재(5B)를 배치하고 있다. 이 경우, 필요에 따라, 편광 변환 부재(5A)와 위상 변조 부재(5B)를 일체로 유지하고, 조명 광로에 대해 일체로 삽탈 가능하게 구성할 수 있다. 또한, 편광 변환 부재 및 위상 변조 부재를 조명 광로에 대해 각각 삽탈 가능하게 마련하고, 필요에 따라 조명 광로 내에 위치 결정하는 구성이어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 옵티컬 인테그레이터로서, 마이크로 플라이아이 렌즈(8)를 이용하고 있지만, 그 대신, 내면 반사형의 옵티컬 인테그레이터(전형적으로는 로드형 인테그레이터)를 이용해도 된다. 이 경우, 줌 렌즈(7)의 후측에 그 전측 초점 위치가 줌 렌즈(7)의 후측 초점 위치와 일치하도록 집광 렌즈를 배치하고, 이 집광 렌즈의 후측 초점 위치 또는 그 근방에 입사단(入射端)이 위치 결정되도록 로드형 인테그레이터를 배치한다. 이 때, 로드형 인테그레이터의 사출단이 조명 시야 조리개(11)의 위치가 된다. 로드형 인테그레이터를 이용하는 경우, 이 로드형 인테그레이터의 하류의 시야 조리개 결상 광학계(12) 내의, 투영 광학계(PL)의 개구 조리개의 위치와 광학적으로 공액인 위치를 조명 동공면이라고 부를 수 있다. 또한, 로드형 인테그레이터의 입사면의 위치에는, 조명 동공면의 2차 광원의 허상이 형성되게 되기 때문에, 이 위치 및 이 위치와 광학적으로 공액인 위치도 조명 동공면이라고 부를 수 있다.
상술한 실시 형태의 노광 장치는, 본원 특허 청구의 범위에서 든 각 구성 요소를 포함한 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록, 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서, 이 조립 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 공정 이전에, 각 서브시스템 개개의 조립 공정이 있다는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 행해져서, 노광 장치 전체의 각종 정밀도가 확보된다. 한편, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 행해져도 된다.
다음으로 상술한 실시 형태에 따른 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법에 대해서 설명한다. 도 15는, 반도체 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는, 반도체 디바이스의 기판이 되는 웨이퍼(W)에 금속막을 증착하고(스텝 S40), 이 증착한 금속막 상에 감광성 재료인 포토레지스트를 도포한다(스텝 S42). 이어서, 상술한 실시 형태의 노광 장치를 이용해서, 마스크(레티클)(M)에 형성된 패턴을 웨이퍼(W) 상의 각 샷 영역에 전사하고(스텝 S44:노광 공정), 이 전사가 종료된 웨이퍼(W)의 현상, 즉 패턴이 전사된 포토레지스트의 현상을 행한다(스텝 S46:현상 공정). 그 후, 스텝 S46에 의해 웨이퍼(W)의 표면에 생성된 레지스트 패턴을 마스크로 해서, 웨이퍼(W)의 표면에 대해 에칭 등의 가공을 행한다(스텝 S48:가공 공정).
여기서, 레지스트 패턴이란, 상술한 실시 형태의 노광 장치에 의해 전사된 패턴에 대응하는 형상의 요철이 생성된 포토레지스트 층으로, 그 오목부가 포토레지스트 층을 관통하고 있는 것이다. 스텝 S48에서는, 이 레지스트 패턴을 사이에 두고 웨이퍼(W)의 표면의 가공을 행한다. 스텝 S48에서 행해지는 가공에는, 예컨대 웨이퍼(W)의 표면의 에칭 또는 금속막 등의 성막 중 적어도 하나가 포함된다. 한편, 스텝 S44에서는, 상술한 실시 형태의 노광 장치는, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W)를, 감광성 기판즉 플레이트(P)로서 패턴의 전사를 행한다.
도 16은, 액정 표시 소자 등의 액정 디바이스의 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 액정 디바이스의 제조 공정에서는, 패턴 형성 공정(스텝 S50), 컬러 필터 형성 공정(스텝 S52), 셀 조립 공정(스텝 S54) 및 모듈 조립 공정(스텝 S56)을 순차적으로 행한다. 스텝 S50의 패턴 형성 공정에서는, 플레이트(P)로서 포토레지스트가 도포된 유리 기판 상에, 상술한 실시 형태의 노광 장치를 이용해서 회로 패턴 및 전극 패턴 등의 소정의 패턴을 형성한다. 이 패턴 형성 공정에는, 상술한 실시 형태의 노광 장치를 이용해서 포토레지스트 층에 패턴을 전사하는 노광 공정과, 패턴이 전사된 플레이트(P)의 현상, 즉 유리 기판 상의 포토레지스트 층의 현상을 행하여, 패턴에 대응하는 형상의 포토레지스트 층을 생성하는 현상 공정과, 이 현상된 포토레지스트 층을 사이에 두고 유리 기판의 표면을 가공하는 가공 공정이 포함되어 있다.
스텝 S52의 컬러 필터 형성 공정에서는, R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응하는 3개의 도트의 세트를 매트릭스 형상으로 다수 배열하거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터의 세트를 수평 주사 방향으로 복수 배열한 컬러 필터를 형성한다. 스텝 S54의 셀 조립 공정에서는, 스텝 S50에 의해서 소정 패턴이 형성된 유리 기판과, 스텝 S52에 의해서 형성된 컬러 필터를 이용해서 액정 패널(액정 셀)을 조립한다. 구체적으로는, 예컨대 유리 기판과 컬러 필터 사이에 액정을 주입함으로써 액정 패널을 형성한다. 스텝 S56의 모듈 조립 공정에서는, 스텝 S54에 의해 조립된 액정 패널에 대해, 이 액정 패널의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로 및 백 라이트 등의 각종 부품을 부착한다.
또한, 본 실시 형태는, 반도체 디바이스 제조용 노광 장치에의 적용으로 한정되지 않고, 예컨대, 각형의 유리 플레이트에 형성되는 액정 표시 소자, 또는 플라즈마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용 노광 장치나, 촬상 소자(CCD 등), 마이크로 머신, 박막 자기 헤드, 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태는, 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크(포토 마스크, 레티클 등)를 포토리소그래피 공정을 이용해서 제조할 때의, 노광 공정(노광 장치)에도 적용할 수 있다.
한편, 상술한 실시 형태에서는, 노광광으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장:193nm)이나 KrF 엑시머 레이저광(파장:248nm)을 이용했지만, 이것으로 한정되지 않고, 다른 적당한 레이저 광원, 예컨대 파장 157nm의 레이저광을 공급하는 F2 레이저 광원 등에 대해서 본 실시 형태를 적용할 수도 있다.
또한, 상술한 실시 형태의 투영 광학계는 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이어도 되고, 투영 광학계는 굴절계뿐만 아니라, 반사계 및 반사 굴절계 중 어느 것이어도 되며, 그 투영 이미지는 도립상 및 정립상 중 어느 것이어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로 중을 1.1보다 큰 굴절률을 가진 매체(전형적으로는 액체)로 채우는 수법, 소위 액침법을 적용해도 된다. 이 경우, 투영 광학계와 감광성 기판 사이의 광로 중에 액체를 채우는 수법으로서는, 상기 특허문헌 15에 개시되어 있는 것과 같은 국소적으로 액체를 채우는 수법이나, 상기 특허문헌 16에 개시되어 있는 것과 같은 노광 대상인 기판을 유지한 스테이지를 액조(液槽) 내에서 이동시키는 수법이나, 상기 특허문헌 17에 개시되어 있는 것과 같은 스테이지 상에 소정 깊이의 액체조(液體槽)를 형성하고, 그 속에 기판을 유지하는 수법 등을 채용할 수 있다. 여기서는, 상기 특허문헌 15, 상기 특허문헌 16, 및 상기 특허문헌 17의 교시를 참조로서 원용한다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서, 회절 광학 소자(3) 대신, 혹은 회절 광학 소자(3)에 더해서, 예컨대 어레이 형상으로 배열되고 또한 경사각 및 경사 방향이 개별적으로 구동 제어되는 다수의 미소한 요소 미러에 의해 구성되어 입사 광속을 반사면마다의 미소 단위로 분할하여 편향시킴으로써, 광속의 단면을 소망의 형상 또는 소망의 크기로 변환하는 공간광 변조 소자를 이용해도 된다. 이러한 공간광 변조 소자를 이용한 조명 광학계는, 예컨대 상기 특허문헌 18에 개시되어 있다.
이러한 공간광 변조기를 이용하는 경우에는, 입사광의 편광 상태를 변환하여 조명 광학계의 조명 동공에 소정의 편광 상태의 동공 강도 분포를 형성하는 편광 변환 부재를, 공간광 변조기의 광원측의 조명 광로에 배치 가능하게 해도 된다.
상술한 실시 형태에서는, 마스크 대신, 소정의 전자 데이터에 기초해서 소정 패턴을 형성하는 가변 패턴 형성 장치를 이용할 수 있다. 한편, 가변 패턴 형성 장치로서는, 예컨대 소정의 전자 데이터에 기초해서 구동되는 복수의 반사 소자를 포함하는 공간광 변조 소자를 이용할 수 있다. 공간광 변조 소자를 이용한 노광 장치는, 예컨대 상기 특허문헌 19, 상기 특허문헌 20에 개시되어 있다. 또한, 상술한 바와 같이 비발광형의 반사형 공간광 변조기 이외에, 투과형 공간광 변조기를 이용해도 되고, 자발광형의 화상 표시 소자를 이용해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는, 노광 장치에 있어서 마스크(또는 웨이퍼)를 조명하는 조명 광학계에 대해 본 실시 형태를 적용하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 마스크(또는 웨이퍼) 이외의 피조사면을 조명하는 일반적인 조명 광학계에 대해 본 실시 형태를 적용할 수도 있다.
2 : 편광 상태 전환부 3 : 회절 광학 소자
4 : 어포컬 렌즈 5A : 편광 변환 부재
5B : 위상 변조 부재 6 : 원추 액시콘계
7 : 줌 렌즈
8 : 마이크로 플라이아이 렌즈(옵티컬 인테그레이터)
10 : 콘덴서 광학계 11 : 마스크 블라인드
12 : 결상 광학계 LS : 광원
M : 마스크 MS : 마스크 스테이지
PL : 투영 광학계 W : 웨이퍼
WS : 웨이퍼 스테이지

Claims (15)

  1. 조명 광으로 조명 대상 면을 조명하는 조명 광학계로서,
    상기 조명 광의 광로 상에 배치되고 광학 회전력을 갖는 재료로 구성되는 광학 회전 부재로서, 상기 조명 광이 입사되는 표면 및 상기 표면과 평행하지 않은 방향을 따르는 결정 광학축을 갖는 상기 광학 회전 부재와,
    상기 조명 광의 상기 광로 상에서, 상기 광학 회전 부재와 상기 조명 대상 면의 사이에 배치되는 위상 부재로서, 상기 조명 광에서의 편광 성분 사이의 위상차를 주면서 상기 조명 광을 사출하도록 구성되고, 상기 조명 광에서의 상기 편광 성분의 편광 방향은 서로 직교하는 상기 위상 부재
    를 구비하는 조명 광학계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 회전 부재는 제 1 방향을 따라 편광 방향을 갖는 제 1 선형 편광을 수신하고,
    상기 광학 회전 부재는 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향을 따라 편광 방향을 갖는 제 2 선형 편광을 사출하는
    조명 광학계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 위상 부재는 상기 제 2 선형 편광에서의 편광 성분 사이의 위상차를 주면서 상기 광학 회전 부재로부터 상기 제 2 선형 편광을 사출하고, 상기 제 2 선형 편광에서의 상기 편광 성분의 편광 방향은 서로 직교하는 조명 광학계.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 회전 부재는 상기 제 2 방향과는 상이한 제 3 방향을 따르는 편광 방향을 갖는 제 3 선형 편광을 사출하는 조명 광학계.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 위상 부재는 상기 제 2 선형 편광에서의 편광 성분 사이의 위상차를 주면서 상기 제 2 선형 편광을 사출함과 아울러 상기 제 3 선형 편광을 사출하고,
    상기 제 2 선형 편광에서의 상기 편광 성분의 편광 방향은 서로 직교하는
    조명 광학계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 상기 조명 광의 상기 광로 상에 배치되어 상기 조명 광을 반사하는 반사면을 포함하고,
    상기 제 3 방향은 상기 반사면에 대한 s-편광 또는 p-편광으로서 작용하는 편광 방향인
    조명 광학계.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 상기 조명 광의 상기 광로 상에 배치되어 상기 조명 광학계의 동공면에 상기 조명 광을 분포시키는 분포 형성 부재를 포함하는 조명 광학계.
  8. 제 7 항에 있어서,
    서로 직교하는 상기 편광 성분을 포함하고 상기 위상 부재에 의해 상기 위상차가 주어지는 상기 위상 부재로부터의 광 및 상기 위상 부재로부터의 상기 제 3 선형 편광은 각각 상기 동공면에서의 상이한 위치를 통과하는 조명 광학계.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 조명 광학계는 상기 조명 광의 상기 광로 상에 배치되어 상기 조명 광을 반사하는 반사면을 포함하고,
    상기 제 2 방향은 상기 반사면에 대한 s-편광 또는 p-편광으로서 작용하는 편광 방향과는 상이한
    조명 광학계.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 회전 부재는 상기 조명 광학계의 광축을 따르는 방향으로 또는 상기 조명 광학계의 상기 광축에 평행한 방향으로 위치되는 광축을 갖는 결정 광학 부재를 포함하는 조명 광학계.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 위상 부재는 상기 조명 광학계의 상기 광축과 교차하는 방향으로 위치되는 광축을 갖는 결정 광학 부재를 포함하는 조명 광학계.
  12. 미리 결정된 패턴을 조명하는 청구항 1에 기재된 상기 조명 광학계를 포함하는 노광 장치로서,
    상기 노광 장치는 상기 미리 결정된 패턴으로부터의 광으로 감광성 기판의 노광을 행하는 노광 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 패턴을 통해 상기 감광성 기판 상에 광을 투영하는 투영 광학계를 더 포함하는 노광 장치.
  14. 청구항 12에 기재된 상기 노광 장치를 사용하여 상기 감광성 기판의 노광을 행하는 단계와,
    상기 미리 결정된 패턴이 전사되는 상기 감광성 기판을 현상하여 상기 미리 결정된 패턴에 대응하는 형상을 갖는 마스크 층을 형성하는 단계와,
    상기 마스크 층을 통해 상기 감광성 기판의 표면을 처리하는 단계
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  15. 조명 광으로 조명 대상 면을 조명하는 조명 광학계로서,
    상기 조명 광의 광로 상에 배치되고 광학 회전력을 갖는 재료로 구성되는 광학 회전 부재로서, 상기 광학 회전 부재는 상기 조명 광학계의 광축의 주위에 원주 방향으로 상이한 영역을 갖고, 상기 상이한 영역은 상기 광축을 따르는 방향으로 상이한 깊이를 갖는 2개의 원주 방향으로 인접하는 영역 및 상기 광축을 따르는 상기 방향으로 동일한 깊이를 갖는 2개의 원주 방향으로 대향하는 영역을 갖는 상기 광학 회전 부재와,
    상기 조명 광의 상기 광로 상에서, 상기 광학 회전 부재와 상기 조명 대상 면의 사이에 배치되는 위상 부재로서, 상기 조명 광에서의 편광 성분 사이의 위상차를 주면서 상기 조명 광을 사출하도록 구성되고, 상기 조명 광에서의 상기 편광 성분의 편광 방향은 서로 직교하는 상기 위상 부재
    를 구비하는 조명 광학계.
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