조명 광학 장치, 노광 장치 및 노광 방법 document_id A220623031058

이러한 종류의 전형적인 노광 장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 광속이 광학 인티그레이터(optical integrator)로서의 플라이아이 렌즈를 거쳐서, 다수의 광원으로 이루어지는 실질적인 면광원으로서의 2차 광원을 형성한다. 2차 광원(일반적으로는, 조명 광학 장치의 조명 동공 또는 그 근방에 형성되는 조명 동공 분포)으로부터의 광속은, 플라이아이 렌즈의 뒤쪽 초점면의 근방에 배치된 개구 조리개를 거쳐서 제한된 후, 콘덴서 렌즈에 입사한다. 콘덴서 렌즈에 의해 집광된 광속은, 소정의 패턴이 형성된 마스크를 중첩적으로 조명한다. 마스크의 패턴을 투과한 광은 투영 광학계를 거쳐서 웨이퍼 위에 결상한다. 이렇게 해서, 웨이퍼 위에는 마스크 패턴이 투영 노광(전사)된다. 또한, 마스크에 형성된 패턴은 고집적화되어 있어, 이 미세 패턴을 웨이퍼 위에 정확하게 전사하기 위해서는 웨이퍼 위에 있어서 균일한 조도 분포를 얻는 것이 불가결하다. 예를 들면, 본 출원인의 출원에 관한 일본 특허 제 3246615호 공보에는, 임의 방향의 미세 패턴을 충실하게 전사하는 데 적합한 조명 조건을 실현하기 위해서, 플라이아이 렌즈의 뒤쪽 초점면에 윤대(輪帶) 형상의 2차 광원을 형성하고, 이 윤대 형상의 2차 광원을 통과하는 광속이 그 원주 방향을 편광 방향으로 하는 직선 편광 상태(이하, 줄여서 「원주 방향 편광 상태」라고 함)로 되도록 설정하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1: 일본 특허 제 3246615호 공보 발명의 개시 발명이 해결하고자 하는 과제 그러나, 상술한 공보에 개시된 종래 기술에서는, 플라이아이 렌즈를 거쳐서 형성된 원 형상의 광속을 윤대 형상의 개구부를 갖는 개구 조리개를 거쳐서 제한함으로써 윤대 형상의 2차 광원을 형성하고 있다. 그 결과, 종래 기술에서는, 개구 조리개에 있어서 큰 광량 손실이 발생하고, 나아가서는 노광 장치의 스루풋이 저하한다고 하는 불리한 경우가 있었다. 본 발명은 광량 손실을 억제하면서, 대략 단일 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광 상태의 입사광을, 대략 원주 방향으로 편광 방향을 갖는 원주 방향 편광 상태의 광으로 변환하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 대략 단일 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광 상태의 입사광을 대략 원주 방향으로 편광 방향을 갖는 원주 방향 편광 상태의 광으로 변환할 수 있는 편광 변환 소자를 이용하여, 광량 손실을 양호하게 억제하면서 원주 방향 편광 상태의 윤대 형상의 조명 동공 분포를 형성하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 광량 손실을 양호하게 억제하면서 원주 방향 편광 상태의 윤대 형상의 조명 동공 분포를 형성할 수 있는 조명 광학 장치를 이용하여, 적절한 조명 조건에 근거하여 미세 패턴을 충실하게 또한 높은 스루풋으로 전사하는 것을 목적으로 한다. 과제를 해결하기 위한 수단 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예 1에서는, 입사광의 편광 상태를 소정의 편광 상태로 변환하는 편광 변환 소자에 있어서, 선광성을 갖는 광학 재료에 의해 형성되어 원주 방향으로 변화하는 두께 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 편광 변환 소자를 제공한다. 본 발명의 실시예 2에서는, 조명광을 공급하기 위한 광원과, 해당 광원과 피조사면 사이의 광로중에 배치된 실시예 1의 편광 변환 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예 3에서는, 광원으로부터 공급되는 조명광에 근거하여 피조사면을 조명하는 조명 광학 장치에 있어서, 상기 조명 광학 장치의 조명 동공면 또는 해당 조명 동공면과 공액의 면내에 형성되는 광강도 분포에 있어서의 소정의 유효 광원 영역에서의 제 1 방향 편광에 관한 평균 특정 편광율을 RSPh(Ave)로 하고, 제 2 방향 편광에 관한 평균 특정 편광율 RSPv(Ave)로 할 때, RSPh(Ave)003e#70%, RSPv(Ave)003e#70% 를 만족시키는 것을 특징으로 하는 조명 광학 장치를 제공한다. 단, RSPh(Ave)=Ix(Ave)/(Ix+Iy)Ave RSPv(Ave)=Iy(Ave)/(Ix+Iy)Ave 이다. 여기서, Ix(Ave)는 소정의 유효 광원 영역을 통과하여 상면(像面) 위의 한 점에 도달하는 광선속에 있어서의 제 1 방향 편광 성분의 강도의 평균, Iy(Ave)는 상기 소정의 유효 광원 영역을 통과하여 상면 위의 한 점에 도달하는 광선속에 있어서의 제 2 방향 편광 성분의 강도의 평균, (Ix+Iy)Ave는 상기 소정의 유효 광원 영역을 통과하는 전광속(全光束)의 강도의 평균이다. 또한, 상기 조명 광학 장치의 조명 동공면이란, 상기 피조사면에 대해서 광학적으로 퓨리에 변환의 관계로 되는 면으로 정의하는 것이나, 상기 조명 광학 장치가 투영 광학계와 조합되는 경우에는, 투영 광학계의 개구 조리개와 광학적으로 공액의 조명 광학 장치 내의 면으로 정의할 수 있다. 또한, 상기 조명 광학 장치의 조명 동공면과 공액의 면이란, 상기 조명 광학 장치 내에 있는 면에만 한정되지 않고, 예를 들면 상기 조명 광학 장치가 투영 광학계와 조합되는 경우에는, 투영 광학계 내의 면이더라도 무방하고, 또한 조명 광학 장치(혹은, 투영 노광 장치)의 편광 상태를 검출하기 위한 편광 측정기 내의 면이더라도 무방하다. 본 발명의 실시예 4에서는, 실시예 2 또는 실시예 3의 조명 광학 장치를 구비하고, 그 조명 광학 장치를 거쳐서 마스크의 패턴을 감광성 기판 위에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예 5에서는, 실시예 2 또는 실시예 3의 조명 광학 장치를 이용하여, 마스크의 패턴을 감광성 기판 위에 노광하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다. 본 발명의 실시예 6에서는, 입사광의 편광 상태를 소정의 편광 상태로 변환하는 편광 변환 소자의 제조 방법에 있어서, 선광성을 갖는 광학 재료를 준비하는 공정과, 상기 광학 재료에 원주 방향으로 변화하는 두께 분포를 부여하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 편광 변환 소자의 제조 방법을 제공한다. 발명의 효과 본 발명의 편광 변환 소자는, 예를 들면 수정과 같은 선광성을 갖는 광학 재료에 의해 형성되고, 원주 방향으로 변화하는 두께 분포를 갖는다. 여기서, 두께 분포는, 예를 들면, 대략 단일 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광 상태의 광을, 대략 원주 방향으로 편광 방향을 갖는 원주 방향 편광 상태의 광으로 변환하도록 설정되어 있다. 그 결과, 본 발명에서는, 광량 손실을 억제하면서, 대략 단일 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광 상태의 입사광을, 대략 원주 방향으로 편광 방향을 갖는 원주 방향 편광 상태의 광으로 변환할 수 있는 편광 변환 소자를 실현할 수 있다. 특히, 선광성을 갖는 광학 재료에 의해 편광 변환 소자를 형성하고 있기 때문에, 예를 들면 파장판과 비교해서 제조가 매우 용이하다고 하는 이점이 있다. 따라서, 본 발명의 조명 광학 장치에서는, 대략 단일 방향으로 편광 방향을 갖는 직선 편광 상태의 입사광을 대략 원주 방향으로 편광 방향을 갖는 원주 방향 편광 상태의 광으로 변환할 수 있는 편광 변환 소자를 이용하고 있으므로, 광량 손실을 양호하게 억제하면서 원주 방향 편광 상태의 윤대 형상의 조명 동공 분포를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에서는, 광량 손실을 양호하게 억제하면서 원주 방향 편광 상태의 윤대 형상의 조명 동공 분포를 형성할 수 있는 조명 광학 장치를 이용하고 있으므로, 적절한 조명 조건에 근거하여 미세 패턴을 충실하게 또한 높은 스루풋으로 전사할 수 있고, 나아가서는 높은 스루풋으로 양호한 디바이스를 제조할 수 있다.