[go: up one dir, main page]

JP2012059848A - Polarization conversion unit, illumination optical system, and method of manufacturing device - Google Patents

Polarization conversion unit, illumination optical system, and method of manufacturing device Download PDF

Info

Publication number
JP2012059848A
JP2012059848A JP2010200405A JP2010200405A JP2012059848A JP 2012059848 A JP2012059848 A JP 2012059848A JP 2010200405 A JP2010200405 A JP 2010200405A JP 2010200405 A JP2010200405 A JP 2010200405A JP 2012059848 A JP2012059848 A JP 2012059848A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polarization conversion
light
polarization
conversion unit
optical system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010200405A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Shigematsu
幸二 重松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2010200405A priority Critical patent/JP2012059848A/en
Publication of JP2012059848A publication Critical patent/JP2012059848A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Polarising Elements (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】製造が比較的容易な構成を有し、照明光学系の光路中に配置されて連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することのできる偏光変換ユニット。
【解決手段】入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換部材51を備えた偏光変換ユニットにおいて、偏光変換部材51は、旋光性の光学材料により形成され且つ光軸を横切る面に沿って並列的に配置された複数の偏光変換部511〜514を有し、複数の偏光変換部511〜514は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とをそれぞれ有する。
【選択図】図4
A polarization conversion unit that has a structure that is relatively easy to manufacture and is arranged in an optical path of an illumination optical system and can realize a pupil intensity distribution in a circumferential polarization state with high continuity.
In a polarization conversion unit including a polarization conversion member 51 that converts incident light into light having a predetermined polarization state and emits the light, the polarization conversion member 51 is formed of an optically rotatory optical material and crosses the optical axis. A plurality of polarization converters 511 to 514 arranged in parallel along the plane, and the plurality of polarization converters 511 to 514 are a planar entrance surface and a planar exit surface that is not parallel to the entrance surface. Respectively.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、偏光変換ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学系に関するものである。   The present invention relates to a polarization conversion unit, an illumination optical system, an exposure apparatus, and a device manufacturing method. More specifically, the present invention relates to an illumination optical system suitable for an exposure apparatus for manufacturing devices such as a semiconductor element, an image sensor, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process.

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源(一般には照明瞳における所定の光強度分布)を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面(露光装置の場合にはマスクまたはウェハ)との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。   In a typical exposure apparatus of this type, a secondary light source (generally an illumination pupil), which is a substantial surface light source composed of a number of light sources, passes through a fly-eye lens as an optical integrator. A predetermined light intensity distribution). Hereinafter, the light intensity distribution in the illumination pupil is referred to as “pupil intensity distribution”. The illumination pupil is a position where the illumination surface becomes the Fourier transform plane of the illumination pupil by the action of the optical system between the illumination pupil and the illumination surface (a mask or a wafer in the case of an exposure apparatus). Defined.

二次光源からの光は、コンデンサー光学系により集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光(転写)される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。   The light from the secondary light source is collected by the condenser optical system and then illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask forms an image on the wafer via the projection optical system, and the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is miniaturized, and it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer the fine pattern onto the wafer.

任意方向の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に輪帯状の二次光源を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態(以下、略して「周方向偏光状態」という)になるように設定する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1に記載された照明光学系では、4分割乃至8分割された扇形状の分割領域を有する旋光性の偏光変換素子を用いて、各分割領域を通過する光の偏光状態を周方向に設定することにより、いわゆる連続性の比較的低い周方向偏光状態を実現している。   In order to realize an illumination condition suitable for faithfully transferring a fine pattern in any direction, an annular secondary light source is formed on the rear focal plane of the fly-eye lens or in the vicinity of the illumination pupil. Has been proposed (see, for example, Patent Documents), in which a light beam passing through the secondary light source is set in a linear polarization state whose polarization direction is the circumferential direction (hereinafter referred to as “circumferential polarization state” for short). 1). In the illumination optical system described in Patent Document 1, the polarization state of light passing through each divided region is changed in the circumferential direction by using an optical rotatory polarization conversion element having fan-shaped divided regions divided into four to eight. By setting, a so-called circumferential polarization state with relatively low continuity is realized.

米国特許出願公開第2006/0170901号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0170901

周方向偏光の作用効果をさらに良好に発揮するために、例えば8分割よりも細かい分割に基づく連続性の高い周方向偏光状態の実現が望まれている。しかしながら、特許文献1に提案された偏光変換素子では、各分割領域に対応して所定の厚さを有する分割数と同数の部材を準備し、且つこれらの部材を面内方向に沿って正確に並べて保持する必要があるため、分割数の増大につれて製造(複数の部材を正確に並べて保持することも含む広い概念)の難易度が高くなり易く、ひいては製造コストが高くなり易い。   In order to achieve the effect of circumferential polarization more satisfactorily, for example, it is desired to realize a circumferential polarization state with high continuity based on a division finer than eight divisions. However, in the polarization conversion element proposed in Patent Document 1, as many members as the number of divisions having a predetermined thickness corresponding to each divided region are prepared, and these members are accurately aligned along the in-plane direction. Since they need to be held side by side, the difficulty of manufacturing (a broad concept that includes holding a plurality of members correctly aligned) tends to increase as the number of divisions increases, and the manufacturing cost tends to increase.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、製造が比較的容易な構成を有し、照明光学系の光路中に配置されて連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することのできる偏光変換ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニットを用いて、所望の周方向偏光状態の光で被照射面を照明することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の周方向偏光状態の光で所定のパターンを照明する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に転写することのできる露光装置およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, has a structure that is relatively easy to manufacture, and is arranged in the optical path of an illumination optical system to provide a highly continuous pupil intensity distribution in a circumferentially polarized state. An object is to provide a polarization conversion unit that can be realized. The present invention also provides an illumination optical system capable of illuminating an irradiated surface with light in a desired circumferential polarization state using a polarization conversion unit that realizes a highly continuous pupil intensity distribution in the circumferential polarization state. The purpose is to provide. In addition, the present invention can accurately transfer a fine pattern onto a photosensitive substrate under an appropriate illumination condition using an illumination optical system that illuminates a predetermined pattern with light having a desired circumferential polarization state. An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and a device manufacturing method.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換部材を備えた偏光変換ユニットにおいて、
前記偏光変換部材は、旋光性の光学材料により形成され且つ光軸を横切る面に沿って並列的に配置された複数の偏光変換部を有し、
前記複数の偏光変換部は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とをそれぞれ有することを特徴とする偏光変換ユニットを提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, in a polarization conversion unit including a polarization conversion member that converts incident light into light having a predetermined polarization state and emits the light,
The polarization conversion member has a plurality of polarization conversion units formed of an optical rotatory optical material and arranged in parallel along a plane crossing the optical axis,
The plurality of polarization conversion units each have a planar incident surface and a planar exit surface that is not parallel to the incident surface.

本発明の第2形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された第1形態の偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。
In the second embodiment of the present invention, in the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with the light from the light source,
Provided is an illumination optical system comprising a first type of polarization conversion unit disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface.

本発明の第3形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
第1形態の複数の偏光変換ユニットを備え、該複数の偏光変換ユニットは、前記光源と前記被照射面との間の照明光路中に選択的に配置されることを特徴とする照明光学系を提供する。
In the third embodiment of the present invention, in the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from the light source,
An illumination optical system comprising: a plurality of polarization conversion units of a first form, wherein the plurality of polarization conversion units are selectively disposed in an illumination optical path between the light source and the irradiated surface. provide.

本発明の第4形態では、所定のパターンを照明するための第2形態または第3形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical system according to the second or third aspect for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate. To do.

本発明の第5形態では、第4形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
In the fifth embodiment of the present invention, using the exposure apparatus of the fourth embodiment, exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate;
Developing the photosensitive substrate having the predetermined pattern transferred thereon, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer. A device manufacturing method is provided.

本発明の偏光変換ユニットは、製造が比較的容易な構成を有し、照明光学系の光路中に配置されて連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することができる。本発明の照明光学系では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニットを用いて、所望の周方向偏光状態の光で被照射面を照明することができる。本発明の露光装置では、所望の周方向偏光状態の光で被照射面としてのパターン面を照明する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に転写することができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。   The polarization conversion unit of the present invention has a configuration that is relatively easy to manufacture, and is arranged in the optical path of the illumination optical system to realize a highly continuous pupil intensity distribution in the circumferential polarization state. In the illumination optical system of the present invention, the irradiated surface can be illuminated with light in a desired circumferential polarization state using a polarization conversion unit that realizes a highly continuous pupil intensity distribution in the circumferential polarization state. In the exposure apparatus of the present invention, a fine pattern is accurately applied to a photosensitive substrate under appropriate illumination conditions using an illumination optical system that illuminates a pattern surface as an irradiated surface with light in a desired circumferentially polarized state. It can be transferred and thus a good device can be produced.

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus concerning embodiment of this invention. アフォーカルレンズの瞳面に輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that an annular | circular shaped light intensity distribution is formed in the pupil surface of an afocal lens. 本実施形態にかかる偏光変換部材を光軸に沿って入射側から見た図である。It is the figure which looked at the polarization conversion member concerning this embodiment from the entrance side along the optical axis. 本実施形態の偏光変換ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematically the structure of the polarization conversion unit of this embodiment. 水晶の旋光性について説明する図である。It is a figure explaining the optical rotatory power of quartz. マイクロフライアイレンズの直後の照明瞳に周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that an annular | circular shaped light intensity distribution is formed in the illumination direction pupil immediately after a micro fly's eye lens in the circumferential polarization state. 本実施形態における偏光変換部の厚さ分布を示す図である。It is a figure which shows thickness distribution of the polarization conversion part in this embodiment. 理想的な周方向偏光状態を実現するために偏光変換部に要求される厚さ分布を示す図である。It is a figure which shows thickness distribution requested | required of a polarization conversion part in order to implement | achieve an ideal circumferential polarization state. マイクロフライアイレンズの直後の照明瞳に径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that an annular | circular shaped light intensity distribution is formed in the radial polarization state in the illumination pupil immediately after a micro fly's eye lens. 変形例にかかる偏光変換部材の構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the structure of the polarization conversion member concerning a modification. 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a semiconductor device. 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of liquid crystal devices, such as a liquid crystal display element.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図1において、感光性基板であるウェハWの露光面(転写面)の法線方向に沿ってZ軸を、ウェハWの露光面内において図1の紙面に平行な方向にY軸を、ウェハWの露光面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction of the exposure surface (transfer surface) of the wafer W, which is a photosensitive substrate, and the Y axis in the direction parallel to the paper surface of FIG. In the W exposure plane, the X axis is set in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

図1を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源LSから露光光(照明光)が供給される。光源LSとして、たとえば193nmの波長の光を供給するArFエキシマレーザ光源や248nmの波長の光を供給するKrFエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源LSから射出された光束は、整形光学系1、偏光状態切換部2、および回折光学素子3を介して、アフォーカルレンズ4に入射する。整形光学系1は、光源LSからのほぼ平行な光束を所定の矩形状の断面を有する光束に変換して偏光状態切換部2へ導く機能を有する。   Referring to FIG. 1, in the exposure apparatus of the present embodiment, exposure light (illumination light) is supplied from a light source LS. As the light source LS, for example, an ArF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 193 nm, a KrF excimer laser light source that supplies light with a wavelength of 248 nm, or the like can be used. The light beam emitted from the light source LS enters the afocal lens 4 through the shaping optical system 1, the polarization state switching unit 2, and the diffractive optical element 3. The shaping optical system 1 has a function of converting a substantially parallel light beam from the light source LS into a light beam having a predetermined rectangular cross section and guiding it to the polarization state switching unit 2.

偏光状態切換部2は、光源側から順に、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する1/4波長板2aと、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する直線偏光の偏光方向を変化させる1/2波長板2bと、照明光路に対して挿脱自在なデポラライザ(非偏光化素子)2cとを備えている。偏光状態切換部2は、デポラライザ2cを照明光路から退避させた状態で、光源LSからの光を所望の偏光方向を有する直線偏光の光に変換して回折光学素子3へ入射させる機能を有し、デポラライザ2cを照明光路中に設定した状態で、光源LSからの光を実質的に非偏光の光に変換して回折光学素子3へ入射させる機能を有する。   The polarization state switching unit 2 includes, in order from the light source side, a quarter-wave plate 2a that converts the incident elliptically polarized light into linearly polarized light with the crystal optical axis being rotatable about the optical axis AX, A half-wave plate 2b that changes the polarization direction of the linearly polarized light that is configured so that the crystal optical axis is rotatable about the optical axis AX, and a depolarizer that can be inserted into and removed from the illumination optical path (depolarizing element) 2c. The polarization state switching unit 2 has a function of converting light from the light source LS into linearly polarized light having a desired polarization direction and entering the diffractive optical element 3 with the depolarizer 2c retracted from the illumination optical path. In the state where the depolarizer 2c is set in the illumination optical path, the light from the light source LS is converted into substantially non-polarized light and incident on the diffractive optical element 3.

アフォーカルレンズ4は、前側レンズ群4aと後側レンズ群4bとからなり、前側レンズ群4aの前側焦点位置と回折光学素子3の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群4bの後側焦点位置と図中破線で示す所定面IPの位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系(無焦点光学系)である。回折光学素子3は、基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。以下、説明を簡単にするために、回折光学素子3は、輪帯照明用の回折光学素子であるものとする。   The afocal lens 4 includes a front lens group 4a and a rear lens group 4b. The front focal position of the front lens group 4a substantially coincides with the position of the diffractive optical element 3, and the rear focal point of the rear lens group 4b. This is an afocal system (non-focal optical system) set so that the position and the position of the predetermined plane IP indicated by a broken line in the figure substantially coincide with each other. The diffractive optical element 3 is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on the substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. Hereinafter, in order to simplify the explanation, it is assumed that the diffractive optical element 3 is a diffractive optical element for annular illumination.

輪帯照明用の回折光学素子3は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子3に入射したほぼ平行光束は、図2に示すように、アフォーカルレンズ4の瞳位置に輪帯状の光強度分布21を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ4から射出される。アフォーカルレンズ4の瞳位置またはその近傍には、偏光変換ユニット5および円錐アキシコン系6が配置されている。偏光変換ユニット5の構成および作用については後述する。また、円錐アキシコン系6の構成および作用についても後述する。   The diffractive optical element 3 for annular illumination has a function of forming an annular light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Therefore, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 3 forms a ring-shaped light intensity distribution 21 at the pupil position of the afocal lens 4 as shown in FIG. 4 is injected. A polarization conversion unit 5 and a conical axicon system 6 are disposed at or near the pupil position of the afocal lens 4. The configuration and operation of the polarization conversion unit 5 will be described later. The configuration and operation of the conical axicon system 6 will also be described later.

アフォーカルレンズ4を介した光は、σ値(σ値=照明光学系のマスク側開口数/投影光学系のマスク側開口数)可変用のズームレンズ7を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ(またはフライアイレンズ)8に入射する。マイクロフライアイレンズ8は、例えば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であって、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。   The light passing through the afocal lens 4 passes through a zoom lens 7 for varying a σ value (σ value = mask-side numerical aperture of the illumination optical system / mask-side numerical aperture of the projection optical system), and is a micro fly as an optical integrator. The light enters the eye lens (or fly eye lens) 8. The micro fly's eye lens 8 is, for example, an optical element composed of a large number of micro lenses having positive refracting power arranged vertically and horizontally and densely, and by performing etching treatment on a parallel plane plate, a micro lens group is formed. It is configured.

マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ(微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロフライアイレンズ8として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第6913373号公報に開示されている。   Each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly eye lens. Further, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, a micro fly-eye lens is formed integrally with a large number of micro lenses (micro refractive surfaces) without being isolated from each other. However, the micro fly's eye lens is the same wavefront division type optical integrator as the fly eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally. As the micro fly's eye lens 8, for example, a cylindrical micro fly's eye lens can be used. The configuration and action of the cylindrical micro fly's eye lens are disclosed in, for example, US Pat. No. 6,913,373.

所定面IPの位置はズームレンズ7の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ8の入射面はズームレンズ7の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ7は、所定面IPとマイクロフライアイレンズ8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ4の瞳面とマイクロフライアイレンズ8の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。   The position of the predetermined plane IP is disposed at or near the front focal position of the zoom lens 7, and the incident surface of the micro fly's eye lens 8 is disposed at or near the rear focal position of the zoom lens 7. In other words, the zoom lens 7 arranges the predetermined plane IP and the incident surface of the micro fly's eye lens 8 substantially in a Fourier transform relationship, and consequently the pupil surface of the afocal lens 4 and the incident surface of the micro fly's eye lens 8. Are arranged almost conjugate optically.

したがって、マイクロフライアイレンズ8の入射面上には、アフォーカルレンズ4の瞳面と同様に、たとえば光軸AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ7の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ8に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置(照明瞳の位置)には、マイクロフライアイレンズ8の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸AXを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源(瞳強度分布)が形成される。   Accordingly, on the incident surface of the micro fly's eye lens 8, for example, a ring-shaped illumination field centered on the optical axis AX is formed in the same manner as the pupil surface of the afocal lens 4. The overall shape of the annular illumination field changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 7. The light beam incident on the micro fly's eye lens 8 is two-dimensionally divided, and an illumination field formed on the entrance surface of the micro fly's eye lens 8 is positioned at the rear focal plane or in the vicinity thereof (the position of the illumination pupil). A secondary light source having substantially the same light intensity distribution, that is, a secondary light source (pupil intensity distribution) composed of a ring-shaped substantial surface light source centered on the optical axis AX is formed.

マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面またはその近傍には、必要に応じて、輪帯状の二次光源に対応した輪帯状の開口部(光透過部)を有する照明開口絞り9が配置されている。照明開口絞り9は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞り9は、投影光学系PLの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。   On the rear focal plane of the micro fly's eye lens 8 or in the vicinity thereof, an illumination aperture stop 9 having an annular opening (light transmission part) corresponding to the annular secondary light source is disposed as necessary. Yes. The illumination aperture stop 9 is configured to be detachable with respect to the illumination optical path, and is configured to be switchable between a plurality of aperture stops having openings having different sizes and shapes. As an aperture stop switching method, for example, a well-known turret method or slide method can be used. The illumination aperture stop 9 is disposed at a position substantially optically conjugate with the entrance pupil plane of the projection optical system PL, and defines a range that contributes to illumination of the secondary light source.

マイクロフライアイレンズ8および照明開口絞り9を経た光は、コンデンサー光学系10を介して、マスクブラインド11を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド11には、マイクロフライアイレンズ8の微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド11の矩形状の開口部(光透過部)を経た光は、前側レンズ群12aと後側レンズ群12bとからなる結像光学系12を介して、所定のパターンが形成されたマスクMを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系12は、マスクブラインド11の矩形状開口部の像をマスクM上に形成することになる。   The light that has passed through the micro fly's eye lens 8 and the illumination aperture stop 9 illuminates the mask blind 11 in a superimposed manner via the condenser optical system 10. Thus, a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of the microlens of the micro fly's eye lens 8 is formed on the mask blind 11 as an illumination field stop. The light that has passed through the rectangular opening (light transmission portion) of the mask blind 11 passes through the imaging optical system 12 including the front lens group 12a and the rear lens group 12b, and the mask M on which a predetermined pattern is formed. Are illuminated in a superimposed manner. That is, the imaging optical system 12 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 11 on the mask M.

マスクステージMS上に保持されたマスクMには、転写すべきパターンが形成されている。マスクMのパターンを透過した光は、投影光学系PLを介して、ウェハステージWS上に保持されたウェハ(感光性基板)W上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウェハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハWの各露光領域にはマスクMのパターンが逐次露光される。   A pattern to be transferred is formed on the mask M held on the mask stage MS. The light transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer (photosensitive substrate) W held on the wafer stage WS via the projection optical system PL. Thus, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, each exposure region of the wafer W is masked. M patterns are sequentially exposed.

円錐アキシコン系6は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第1プリズム部材6aと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第2プリズム部材6bとから構成されている。そして、第1プリズム部材6aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材6bの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第1プリズム部材6aおよび第2プリズム部材6bのうち少なくとも一方の部材が光軸AXに沿って移動可能に構成され、第1プリズム部材6aと第2プリズム部材6bとの間隔が可変に構成されている。   The conical axicon system 6 includes, in order from the light source side, a first prism member 6a having a flat surface facing the light source side and a concave conical refractive surface facing the mask side, and a convex conical shape facing the plane toward the mask side and the light source side. And a second prism member 6b facing the refractive surface. The concave conical refracting surface of the first prism member 6a and the convex conical refracting surface of the second prism member 6b are complementarily formed so as to be in contact with each other. Further, at least one of the first prism member 6a and the second prism member 6b is configured to be movable along the optical axis AX, and the interval between the first prism member 6a and the second prism member 6b is configured to be variable. Has been.

ここで、第1プリズム部材6aと第2プリズム部材6bとが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系6は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第1プリズム部材6aと第2プリズム部材6bとを離間させると、輪帯状の二次光源の幅(輪帯状の二次光源の外径と内径との差の1/2)を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径(内径)が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源の輪帯比(内径/外径)および大きさ(外径)が変化する。   Here, in a state where the first prism member 6a and the second prism member 6b are in contact with each other, the conical axicon system 6 functions as a plane parallel plate and has no effect on the annular secondary light source formed. . However, if the first prism member 6a and the second prism member 6b are separated from each other, the width of the annular secondary light source (1/2 of the difference between the outer diameter and the inner diameter of the annular secondary light source) becomes constant. While maintaining, the outer diameter (inner diameter) of the annular secondary light source changes. That is, the annular ratio (inner diameter / outer diameter) and size (outer diameter) of the annular secondary light source change.

ズームレンズ7は、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ7の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ7の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ(外径)がともに変化する。このように、円錐アキシコン系6およびズームレンズ7の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ(外径)とを制御することができる。   The zoom lens 7 has a function of enlarging or reducing the entire shape of the annular secondary light source in a similar manner. For example, by enlarging the focal length of the zoom lens 7 from a minimum value to a predetermined value, the entire shape of the annular secondary light source is similarly enlarged. In other words, due to the action of the zoom lens 7, both the width and size (outer diameter) change without changing the annular ratio of the annular secondary light source. As described above, the annular ratio and size (outer diameter) of the annular secondary light source can be controlled by the action of the conical axicon system 6 and the zoom lens 7.

本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ8により形成される二次光源を光源として、照明光学系(1〜12)の被照射面に配置されるマスクMをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系PLの開口絞りASの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系(1〜12)の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面(マスクMが配置される面、または投影光学系PLを含めて照明光学系と考える場合にはウェハWが配置される面)が光学的なフーリエ変換面となる。   In the present embodiment, as described above, the secondary light source formed by the micro fly's eye lens 8 is used as the light source, and the mask M arranged on the irradiated surface of the illumination optical system (1-12) is Koehler illuminated. For this reason, the position where the secondary light source is formed is optically conjugate with the position of the aperture stop AS of the projection optical system PL, and the formation surface of the secondary light source is the illumination pupil plane of the illumination optical system (1-12). Can be called. Typically, the irradiated surface (the surface on which the mask M is disposed or the surface on which the wafer W is disposed when the illumination optical system including the projection optical system PL is considered) is optical with respect to the illumination pupil plane. A Fourier transform plane.

瞳強度分布とは、照明光学系(1〜12)の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布(輝度分布)である。マイクロフライアイレンズ8による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ8の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布(瞳強度分布)とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ8の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。すなわち、マイクロフライアイレンズ8の入射面と光学的に共役な面であるアフォーカルレンズ4の瞳面も照明瞳面と呼ぶことができる。   The pupil intensity distribution is a light intensity distribution (luminance distribution) on the illumination pupil plane of the illumination optical system (1-12) or a plane optically conjugate with the illumination pupil plane. When the number of wavefront divisions by the micro fly's eye lens 8 is relatively large, the overall light intensity distribution formed on the incident surface of the micro fly's eye lens 8 and the overall light intensity distribution of the entire secondary light source (pupil intensity distribution). ) And a high correlation. For this reason, the light intensity distribution on the incident surface of the micro fly's eye lens 8 and the surface optically conjugate with the incident surface can also be referred to as a pupil intensity distribution. That is, the pupil plane of the afocal lens 4 that is optically conjugate with the incident plane of the micro fly's eye lens 8 can also be called an illumination pupil plane.

輪帯照明用の回折光学素子3に代えて、複数極照明(2極照明、4極照明、8極照明など)用の回折光学素子(不図示)を照明光路中に設定することによって、複数極照明を行うことができる。複数極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに複数極状(2極状、4極状、8極状など)の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ8の入射面に、たとえば光軸AXを中心とした複数の所定形状(円弧状、円形状など)の照野からなる複数極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ複数極状の二次光源が形成される。   In place of the diffractive optical element 3 for annular illumination, a plurality of diffractive optical elements (not shown) for multipole illumination (two-pole illumination, four-pole illumination, octupole illumination, etc.) are set in the illumination optical path. Polar lighting can be performed. A diffractive optical element for multipole illumination forms a light intensity distribution of multiple poles (bipolar, quadrupole, octupole, etc.) in the far field when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Has the function of Accordingly, the light beam that has passed through the diffractive optical element for multipole illumination is incident on the incident surface of the micro fly's eye lens 8 from, for example, an illumination field having a plurality of predetermined shapes (arc shape, circular shape, etc.) centered on the optical axis AX. To form a multipolar illuminator. As a result, the same multipolar secondary light source as the illumination field formed on the incident surface is also formed on or near the rear focal plane of the micro fly's eye lens 8.

また、輪帯照明用の回折光学素子3に代えて、円形照明用の回折光学素子(不図示)を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ8の入射面に、たとえば光軸AXを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。また、輪帯照明用の回折光学素子3に代えて、適当な特性を有する回折光学素子(不図示)を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。回折光学素子3の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。   Moreover, instead of the diffractive optical element 3 for annular illumination, a normal circular illumination can be performed by setting a diffractive optical element (not shown) for circular illumination in the illumination optical path. The diffractive optical element for circular illumination has a function of forming a circular light intensity distribution in the far field when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Therefore, the light beam that has passed through the diffractive optical element for circular illumination forms, for example, a circular illumination field around the optical axis AX on the incident surface of the micro fly's eye lens 8. As a result, a secondary light source having the same circular shape as the illumination field formed on the incident surface is also formed on or near the rear focal plane of the micro fly's eye lens 8. Also, instead of the diffractive optical element 3 for annular illumination, various forms of modified illumination can be performed by setting a diffractive optical element (not shown) having appropriate characteristics in the illumination optical path. As a switching method of the diffractive optical element 3, for example, a known turret method or slide method can be used.

偏光変換ユニット5は、上述したように、アフォーカルレンズ4の瞳位置またはその近傍、すなわち照明光学系(1〜12)の照明瞳の位置またはその近傍に配置されている。以下、説明の理解を容易にするために、偏光変換ユニット5は、アフォーカルレンズ4の光路中における照明瞳の直前の位置に、固定的にあるいは光路に対して挿脱自在に配置されているものとする。輪帯照明用の回折光学素子3が照明光路中に配置されている場合、偏光変換ユニット5には輪帯状の断面を有する光束が入射する。   As described above, the polarization conversion unit 5 is disposed at or near the pupil position of the afocal lens 4, that is, the position of the illumination pupil of the illumination optical system (1 to 12) or the vicinity thereof. Hereinafter, in order to facilitate understanding of the description, the polarization conversion unit 5 is disposed at a position immediately before the illumination pupil in the optical path of the afocal lens 4 so as to be fixed or detachable with respect to the optical path. Shall. When the diffractive optical element 3 for annular illumination is disposed in the illumination optical path, a light beam having an annular cross section enters the polarization conversion unit 5.

本実施形態では、輪帯照明に際して、偏光状態切換部2の作用により、Y方向に偏光した直線偏光の光が偏光変換ユニット5に入射する。図1を参照すると、偏光変換ユニット5は、光の入射側から順に、入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換部材51と、偏光変換部材51による光の偏向作用を補償する補正部材52とを備えている。偏光変換部材51は、図3に示すように、光軸AXと直交するXY平面(一般には光軸AXを横切る面)に沿って並列的に配置された4つの偏光変換部511,512,513,514を有する。   In the present embodiment, linearly polarized light polarized in the Y direction is incident on the polarization conversion unit 5 by the action of the polarization state switching unit 2 during annular illumination. Referring to FIG. 1, the polarization conversion unit 5 sequentially converts the incident light into light having a predetermined polarization state and emits the light by the polarization conversion member 51 in order from the light incident side. And a correction member 52 for compensation. As shown in FIG. 3, the polarization conversion member 51 includes four polarization conversion units 511, 512, and 513 arranged in parallel along an XY plane (generally, a plane that crosses the optical axis AX) orthogonal to the optical axis AX. 514.

偏光変換部511〜514は、互いに同じ正方形状の外形を有し、光軸AXを中心とする円を4つに等分割して得られる四半円状の領域に対応するように配置されている。偏光変換部511〜514は、正方形の対角線511a,512a,513a,514aが光軸AXからX方向またはY方向に延びるように配置されている。その結果、偏光変換部材51の外形は正方形であり、その正方形の一対の対角線はX方向およびY方向に延びている。図3において、破線で示す2つの円21aおよび21bは輪帯状の光強度分布21の内側の輪郭および外側の輪郭を示し、一点鎖線で示す円は輪帯状の光強度分布21の中心線(外径と内径との中間の径を有する円に対応)21cを示している。   The polarization converters 511 to 514 have the same square outer shape, and are arranged so as to correspond to a quadrangular region obtained by equally dividing a circle centered on the optical axis AX into four. . The polarization conversion units 511 to 514 are arranged such that square diagonal lines 511a, 512a, 513a, and 514a extend from the optical axis AX in the X direction or the Y direction. As a result, the outer shape of the polarization conversion member 51 is a square, and a pair of diagonal lines of the square extend in the X direction and the Y direction. In FIG. 3, two circles 21 a and 21 b indicated by broken lines indicate the inner and outer contours of the annular light intensity distribution 21, and the circle indicated by an alternate long and short dash line indicates the center line (outside of the annular light intensity distribution 21. (Corresponding to a circle having an intermediate diameter between the diameter and the inner diameter) 21c.

図4に明瞭に示すように、偏光変換部511〜514は、平面状の入射面と、該入射面と非平行な平面状の射出面とを有する。偏光変換部511〜514の入射面は光軸AXと直交しており、その射出面は光軸AXと直交する平面に対して傾斜している。4つの偏光変換部511〜514は、その入射面が光軸AXと直交する1つの平面と一致するように配置されている。その結果、偏光変換部材51の入射面は平面状であり、その射出面は凹凸面状である。あるいは、偏光変換部511〜514の射出面が光軸AXと直交し、その入射面が光軸AXと直交する平面に対して傾斜していても良い。その場合、偏光変換部材51の射出面が平面状になり、その入射面が凹凸面状になる。   As clearly shown in FIG. 4, the polarization converters 511 to 514 each have a planar incident surface and a planar exit surface that is not parallel to the incident surface. The incident surfaces of the polarization conversion units 511 to 514 are orthogonal to the optical axis AX, and the exit surfaces thereof are inclined with respect to a plane orthogonal to the optical axis AX. The four polarization conversion units 511 to 514 are arranged such that their incident surfaces coincide with one plane orthogonal to the optical axis AX. As a result, the incident surface of the polarization conversion member 51 is planar, and its exit surface is uneven. Alternatively, the exit surfaces of the polarization conversion units 511 to 514 may be orthogonal to the optical axis AX, and the incident surfaces may be inclined with respect to a plane orthogonal to the optical axis AX. In that case, the exit surface of the polarization conversion member 51 is planar, and the incident surface is uneven.

4つの偏光変換部511〜514のうち、光軸AXを挟んで対向する一対の偏光変換部は互いに同じ構成を有する。すなわち、偏光変換部511と513とは互いに同じ構成を有し、偏光変換部512と514とは互いに同じ構成を有する。偏光変換部511〜514は、対角線511a〜514a(すなわち光軸AXを中心とする円の径方向に延びる直線)に沿って同じ厚さを有するように配置されている。換言すると、偏光変換部511〜514の射出面は、対角線511a〜514aと直交する方向に傾斜している。   Of the four polarization conversion units 511 to 514, a pair of polarization conversion units facing each other across the optical axis AX have the same configuration. That is, the polarization conversion units 511 and 513 have the same configuration, and the polarization conversion units 512 and 514 have the same configuration. The polarization conversion units 511 to 514 are arranged so as to have the same thickness along the diagonal lines 511a to 514a (that is, straight lines extending in the radial direction of a circle centered on the optical axis AX). In other words, the exit surfaces of the polarization converters 511 to 514 are inclined in a direction orthogonal to the diagonal lines 511a to 514a.

偏光変換部511〜514は、旋光性の光学材料である水晶により形成され、その結晶光学軸がZ方向に延びるように(光軸AXと平行に延びるように)、すなわち入射光の進行方向とほぼ一致するように設定されている。補正部材52は、偏光変換部材51の射出側に隣接して配置されて、旋光性を有しない光学材料である蛍石または石英により形成されている。補正部材52は、偏光変換部材51による光の偏向作用(光の進行方向の変化)を補償するコンペンセータとして機能するための所要の形状を有する。   The polarization conversion units 511 to 514 are formed of quartz which is an optically rotatory optical material, and the crystal optical axis thereof extends in the Z direction (so as to extend parallel to the optical axis AX), that is, the traveling direction of incident light. It is set to almost match. The correction member 52 is disposed adjacent to the exit side of the polarization conversion member 51 and is made of fluorite or quartz, which is an optical material having no optical rotation. The correction member 52 has a required shape for functioning as a compensator that compensates for the light deflection action (change in the traveling direction of light) by the polarization conversion member 51.

すなわち、補正部材52は、偏光変換部511と相補的な形状を有する補正部521、偏光変換部512とほぼ相補的な形状を有する補正部522、偏光変換部513とほぼ相補的な形状を有する補正部523、および偏光変換部514とほぼ相補的な形状を有する補正部524を備えている。補正部521〜524は、偏光変換部511〜514と対向するように配置されている。補正部材52の外形は正方形であり、その入射面は凹凸面状で、その射出面は平面状である。   In other words, the correction member 52 has a correction unit 521 having a shape complementary to the polarization conversion unit 511, a correction unit 522 having a shape substantially complementary to the polarization conversion unit 512, and a shape substantially complementary to the polarization conversion unit 513. A correction unit 523 and a correction unit 524 having a shape substantially complementary to the polarization conversion unit 514 are provided. The correction units 521 to 524 are arranged so as to face the polarization conversion units 511 to 514. The outer shape of the correction member 52 is a square, its incident surface is an uneven surface, and its emission surface is a flat surface.

偏光変換部材51は、水晶からなる平行平面板の一方の面を所要の平面形状に加工して得られた偏光変換部511〜514を組み合わせることにより製造される。あるいは、水晶からなる平行平面板の一方の面を所要の凹凸面形状に加工することにより、単一光学部材としての偏光変換部材51を製造することもできる。同様に、補正部材52は、蛍石または石英からなる平行平面板の一方の面を所要の平面形状に加工して得られた補正部521〜524を組み合わせることにより製造される。あるいは、蛍石または石英からなる平行平面板の一方の面を所要の凹凸面形状に加工することにより、単一光学部材としての補正部材52を製造することもできる。   The polarization conversion member 51 is manufactured by combining polarization conversion portions 511 to 514 obtained by processing one surface of a plane parallel plate made of quartz into a required planar shape. Alternatively, the polarization conversion member 51 as a single optical member can be manufactured by processing one surface of a plane-parallel plate made of quartz into a required uneven surface shape. Similarly, the correction member 52 is manufactured by combining correction parts 521 to 524 obtained by processing one surface of a parallel flat plate made of fluorite or quartz into a required plane shape. Alternatively, the correction member 52 as a single optical member can be manufactured by processing one surface of a plane parallel plate made of fluorite or quartz into a required uneven surface shape.

以下、図5を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図5を参照すると、厚さdの水晶からなる平行平面板状の光学部材100が、その結晶光学軸と光軸AXとが一致するように配置されている。この場合、光学部材100の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸AX廻りにθだけ回転した状態で射出される。このとき、光学部材100の旋光性による偏光方向の回転角(旋光角度)θは、光学部材100の厚さdと水晶の旋光能ρとにより、次の式(a)で表わされる。
θ=d・ρ (a)
Hereinafter, with reference to FIG. 5, the optical rotation of the crystal will be briefly described. Referring to FIG. 5, a parallel flat plate-like optical member 100 made of quartz having a thickness d is arranged so that the crystal optical axis thereof coincides with the optical axis AX. In this case, due to the optical rotation of the optical member 100, the incident linearly polarized light is emitted in a state where the polarization direction is rotated by θ around the optical axis AX. At this time, the rotation angle (optical rotation angle) θ in the polarization direction due to the optical rotation of the optical member 100 is expressed by the following formula (a) by the thickness d of the optical member 100 and the optical rotation ρ of the crystal.
θ = d · ρ (a)

一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性(使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質:旋光分散)があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第167頁の記述によれば、250.3nmの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、153.9度/mmである。   In general, the optical rotation ρ of quartz has a wavelength dependency (a property in which the value of optical rotation varies depending on the wavelength of the light used: optical rotation dispersion), and specifically, it tends to increase as the wavelength of the light used decreases. is there. According to the description on page 167 of “Applied Optics II”, the optical rotation power ρ of quartz with respect to light having a wavelength of 250.3 nm is 153.9 degrees / mm.

本実施形態において、偏光変換部511では、対角線511aと中心線21cとの交差領域r1cにY方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに+180度(図3中時計廻りに180度)回転させた方向F1cすなわちY方向に偏光方向を有するY方向直線偏光の光を射出するように、交差領域r1cを通ってX方向に延びる直線である対角線511aに沿った厚さt1cが設定されている。また、偏光変換部511では、偏光変換部512側の境界線と中心線21cとの交差領域r1aにY方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに+45度回転させた方向F1aに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域r1aを通ってX方向に延びる直線に沿った厚さt1aが設定されている。   In the present embodiment, in the polarization conversion unit 511, when linearly polarized light having a polarization direction in the Y direction is incident on the intersection region r1c between the diagonal line 511a and the center line 21c, the Y direction is +180 degrees around the Z axis (see FIG. 3 along a diagonal line 511a which is a straight line extending in the X direction through the intersecting region r1c so as to emit light in the Y direction linearly polarized light having a polarization direction in the Y direction, that is, a direction F1c rotated clockwise by 180 degrees. The thickness t1c is set. Further, in the polarization conversion unit 511, when light of Y-direction linearly polarized light is incident on the intersection region r1a between the boundary line on the polarization conversion unit 512 side and the center line 21c, the Y direction is rotated by +45 degrees around the Z axis. A thickness t1a along a straight line extending in the X direction through the intersecting region r1a is set so that linearly polarized light having a polarization direction is emitted to F1a.

また、偏光変換部511では、偏光変換部514側の境界線と中心線21cとの交差領域r1bにY方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに+315度回転させた方向F1bに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域r1bを通ってX方向に延びる直線に沿った厚さt1bが設定されている。すなわち、偏光変換部511では、X方向に沿って延びる無数の直線状の等厚線(光軸AX方向に沿った寸法である厚さtが等しい点領域を結んだ線)が存在し、交差領域r1cを通る等厚線である対角線511aに沿った厚さがt1cであり且つ交差領域r1a,r1bを通る等厚線に沿った厚さがt1a,t1bであるように設定されている。   In addition, in the polarization conversion unit 511, when Y-direction linearly polarized light is incident on the intersection region r1b between the boundary line on the polarization conversion unit 514 side and the center line 21c, the Y direction is rotated by +315 degrees around the Z axis. A thickness t1b along a straight line extending in the X direction through the intersecting region r1b is set so that linearly polarized light having a polarization direction is emitted to F1b. In other words, in the polarization conversion unit 511, there are innumerable linear contour lines extending along the X direction (lines connecting point regions having the same thickness t as the dimension along the optical axis AX direction). The thickness along the diagonal line 511a which is a contour line passing through the region r1c is set to t1c, and the thickness along the contour line passing through the intersecting regions r1a and r1b is set to t1a and t1b.

偏光変換部512では、対角線512aと中心線21cとの交差領域r2cにY方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに+90度回転させた方向F2cすなわちX方向に偏光方向を有するX方向直線偏光の光を射出するように、交差領域r2cを通ってY方向に延びる直線である対角線512aに沿った厚さt2cが設定されている。また、偏光変換部512では、偏光変換部513側の境界線と中心線21cとの交差領域r2aにY方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに−45度(図3中反時計廻りに45度)回転させた方向F2aに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域r2aを通ってY方向に延びる直線に沿った厚さt2aが設定されている。   In the polarization conversion unit 512, when Y-direction linearly polarized light is incident on the intersection region r2c between the diagonal line 512a and the center line 21c, the polarization direction is changed in the direction F2c obtained by rotating the Y direction by +90 degrees around the Z axis, that is, in the X direction. The thickness t2c along the diagonal 512a that is a straight line extending in the Y direction through the intersecting region r2c is set so as to emit the X-direction linearly polarized light. Further, in the polarization conversion unit 512, when Y-direction linearly polarized light is incident on an intersection region r2a between the boundary line on the polarization conversion unit 513 side and the center line 21c, the Y direction is −45 degrees around the Z axis (FIG. 3). A thickness t2a is set along a straight line extending in the Y direction through the intersecting region r2a so that linearly polarized light having a polarization direction in the direction F2a rotated 45 degrees counterclockwise) is emitted. .

また、偏光変換部512では、偏光変換部511側の境界線と中心線21cとの交差領域r2bにY方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに+225度回転させた方向F2bに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域r2bを通ってY方向に延びる直線に沿った厚さt2bが設定されている。すなわち、偏光変換部512では、Y方向に沿って延びる無数の直線状の等厚線が存在し、交差領域r2cを通る等厚線である対角線512aに沿った厚さがt2cであり且つ交差領域r2a,r2bを通る等厚線に沿った厚さがt2a,t2bであるように設定されている。   Further, in the polarization conversion unit 512, when Y-direction linearly polarized light is incident on the intersection region r2b between the boundary line on the polarization conversion unit 511 side and the center line 21c, the Y direction is rotated by +225 degrees around the Z axis. A thickness t2b along a straight line extending in the Y direction through the intersecting region r2b is set so that linearly polarized light having a polarization direction is emitted to F2b. That is, in the polarization conversion unit 512, there are an infinite number of straight contour lines extending along the Y direction, the thickness along the diagonal 512a that is a contour line passing through the intersection region r2c is t2c, and the intersection region The thicknesses along the contour lines passing through r2a and r2b are set to be t2a and t2b.

偏光変換部513は、光軸AXを挟んで対向する偏光変換部511と同じ構成(同じ形状および大きさ)を有し、光軸AX廻りに偏光変換部511を+180度回転させて得られる姿勢で配置されている。偏光変換部514は、光軸AXを挟んで対向する偏光変換部512と同じ構成を有し、光軸AX廻りに偏光変換部512を+180度回転させて得られる姿勢で配置されている。したがって、偏光変換部513では、対角線513aに沿った厚さt3cが偏光変換部511の対角線511aに沿った厚さt1cと等しく、対角線513aと中心線21cとの交差領域r3cにY方向直線偏光の光が入射した場合、方向F1cと同じ方向F3cすなわちY方向に偏光方向を有するY方向直線偏光の光を射出する。   The polarization conversion unit 513 has the same configuration (the same shape and size) as the polarization conversion unit 511 facing each other across the optical axis AX, and is obtained by rotating the polarization conversion unit 511 by +180 degrees around the optical axis AX. Is arranged in. The polarization conversion unit 514 has the same configuration as the polarization conversion unit 512 facing each other across the optical axis AX, and is arranged in a posture obtained by rotating the polarization conversion unit 512 by +180 degrees around the optical axis AX. Therefore, in the polarization conversion unit 513, the thickness t3c along the diagonal line 513a is equal to the thickness t1c along the diagonal line 511a of the polarization conversion unit 511, and the Y direction linearly polarized light is crossed in the intersecting region r3c between the diagonal line 513a and the center line 21c. When light is incident, Y direction linearly polarized light having a polarization direction in the same direction F3c as the direction F1c, that is, the Y direction is emitted.

偏光変換部514では、対角線514aに沿った厚さt4cが偏光変換部512の対角線512aに沿った厚さt2cと等しく、対角線514aと中心線21cとの交差領域r4cにY方向直線偏光の光が入射した場合、方向F2cと同じ方向F4cすなわちX方向に偏光方向を有するX方向直線偏光の光を射出する。したがって、偏光変換部511〜514は、少なくとも上述の各交差領域に入射したY方向直線偏光の光を、光軸AXを中心とする円の接線方向に偏光方向を有する周方向偏光の光に変換して射出する。   In the polarization conversion unit 514, the thickness t4c along the diagonal line 514a is equal to the thickness t2c along the diagonal line 512a of the polarization conversion unit 512, and the Y-direction linearly polarized light is incident on the intersection region r4c between the diagonal line 514a and the center line 21c. When the light enters, X-direction linearly polarized light having a polarization direction in the same direction F4c as the direction F2c, that is, the X direction is emitted. Therefore, the polarization conversion units 511 to 514 convert at least the Y-direction linearly polarized light incident on each of the above-described intersection regions into circumferentially-polarized light having a polarization direction in a tangential direction of a circle centered on the optical axis AX. And inject.

こうして、本実施形態において回折光学素子3および偏光変換ユニット5の作用を受けた光は、マイクロフライアイレンズ8の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図6に示すように周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布22を形成する。以下、偏光変換部材51を構成する4つの偏光変換部511〜514のうち、X方向に延びる対角線511aを有する偏光変換部511の旋光作用に着目して、輪帯状の瞳強度分布22における周方向偏光状態の連続性について検証する。   Thus, in this embodiment, the light subjected to the actions of the diffractive optical element 3 and the polarization conversion unit 5 is circumferentially polarized as shown in FIG. 6 on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 8 or the illumination pupil in the vicinity thereof. An annular pupil intensity distribution 22 set in a state is formed. Hereinafter, of the four polarization conversion units 511 to 514 constituting the polarization conversion member 51, focusing on the optical rotation of the polarization conversion unit 511 having a diagonal line 511a extending in the X direction, the circumferential direction in the annular pupil intensity distribution 22 Verify the continuity of the polarization state.

上述の説明では、偏光変換部511への光の入射領域(図3において破線で示す一対の円21aと21bとにより規定される四半円環状の領域)のうち、対角線511aと中心線21cとの交差領域r1c、偏光変換部512側の境界線と中心線21cとの交差領域r1a、および偏光変換部514側の境界線と中心線21cとの交差領域r1bに入射する光に対する旋光作用についてのみ言及している。輪帯状の瞳強度分布22における周方向偏光状態の連続性を検証するには、偏光変換部511への光の入射領域の全体に亘って入射光に対する旋光作用を理解する必要がある。   In the above description, of the incident region of light to the polarization conversion unit 511 (a quadrangular annular region defined by a pair of circles 21a and 21b indicated by broken lines in FIG. 3), the diagonal line 511a and the center line 21c Reference is made only to the optical rotation effect on the light incident on the intersection region r1c, the intersection region r1a between the boundary line on the polarization conversion unit 512 side and the center line 21c, and the intersection region r1b between the boundary line on the polarization conversion unit 514 side and the center line 21c. is doing. In order to verify the continuity of the circumferential polarization state in the annular pupil intensity distribution 22, it is necessary to understand the optical rotation effect on the incident light over the entire incident region of the light to the polarization converter 511.

偏光変換部511では、図7に示すように、交差領域r1cを通ってX方向に延びる直線状の等厚線である対角線511aが存在し、対角線511aと直交する方向すなわちY方向に沿って厚さtが線形的に変化している。さらに詳細には、偏光変換部511の厚さtは、+Y方向に向かって線形的に減少している。したがって、偏光変換部511では、X方向に沿って直線状に延びる等厚線が無数に存在し、且つ一定の厚さ変化毎に規定される複数の等厚線がY方向に沿って等間隔に存在している。   In the polarization conversion unit 511, as shown in FIG. 7, there is a diagonal line 511a that is a straight contour line extending in the X direction through the intersection region r1c, and is thick along the direction orthogonal to the diagonal line 511a, that is, along the Y direction. The length t changes linearly. More specifically, the thickness t of the polarization converter 511 decreases linearly in the + Y direction. Therefore, in the polarization conversion unit 511, there are an infinite number of equal-thickness lines extending linearly along the X direction, and a plurality of equal-thickness lines defined for each constant thickness change are equally spaced along the Y direction. Exists.

図7では、光軸AXを原点とする直交座標(x,y)および極座標(r,φ)が表示されている。直交座標(x,y)のx座標は、直交座標(X,Y,Z)のX座標と平行に設定されている。この場合、直交座標(x,y)を用いた偏光変換部511の厚さ分布t(x,y)および極座標(r,φ)を用いた偏光変換部511の厚さ分布t(r,φ)は、次の式(1A)および(1B)によりそれぞれ表される。
t(x,y)=C1・y+C2 (1A)
t(r,φ)=C1・rsinφ+C2 (1B)
In FIG. 7, orthogonal coordinates (x, y) and polar coordinates (r, φ) with the optical axis AX as the origin are displayed. The x coordinate of the orthogonal coordinates (x, y) is set in parallel with the X coordinate of the orthogonal coordinates (X, Y, Z). In this case, the thickness distribution t (x, y) of the polarization converter 511 using orthogonal coordinates (x, y) and the thickness distribution t (r, φ) of the polarization converter 511 using polar coordinates (r, φ). ) Is represented by the following equations (1A) and (1B), respectively.
t (x, y) = C1 · y + C2 (1A)
t (r, φ) = C1 · rsinφ + C2 (1B)

式(1A)および(1B)における係数C1,C2は、偏光変換部511にY方向直線偏光の光が入射した場合に、交差領域r1cを経た光が方向F1cすなわちY方向に偏光方向を有するY方向直線偏光の光になり、且つ交差領域r1a,r1bを経た光が方向F1a,F1bに偏光方向を有する直線偏光の光になるように設定される。   The coefficients C1 and C2 in the equations (1A) and (1B) indicate that the Y direction linearly polarized light is incident on the polarization conversion unit 511, and the light passing through the intersection region r1c has a polarization direction in the direction F1c, that is, the Y direction. It is set such that light that is linearly polarized light and that has passed through the intersecting regions r1a and r1b becomes linearly polarized light having a polarization direction in the directions F1a and F1b.

一方、偏光変換部511が理想的な周方向偏光状態を実現するためには、図8に示すように、光軸AXを中心とする円の径方向(r方向)に沿って直線状に延びる等厚線が無数に存在し、且つ一定の厚さ変化毎に規定される複数の等厚線が光軸AXを中心とする円の周方向(φ方向)に沿って等間隔に存在する必要がある。すなわち、理想的な周方向偏光状態を実現するために必要な偏光変換部511の厚さ分布t(r,φ)は、次の式(2)により表される。
t(r,φ)=C3・φ+C4 (2)
On the other hand, in order for the polarization converter 511 to realize an ideal circumferential polarization state, as shown in FIG. 8, it extends linearly along the radial direction (r direction) of a circle centered on the optical axis AX. There must be an infinite number of equal thickness lines, and there must be a plurality of equal thickness lines defined for each constant thickness change at equal intervals along the circumferential direction (φ direction) of the circle centered on the optical axis AX. There is. That is, the thickness distribution t (r, φ) of the polarization converter 511 necessary for realizing an ideal circumferential polarization state is expressed by the following equation (2).
t (r, φ) = C3 · φ + C4 (2)

式(2)における係数C3,C4は、偏光変換部511にY方向直線偏光の光が入射した場合に、交差領域r1cを経た光が方向F1cすなわちY方向に偏光方向を有するY方向直線偏光の光になり、且つ交差領域r1a,r1bを経た光が方向F1a,F1bに偏光方向を有する直線偏光の光になるように設定される。   The coefficients C3 and C4 in Equation (2) indicate that when the Y-direction linearly polarized light is incident on the polarization conversion unit 511, the light that has passed through the intersection region r1c has the polarization direction in the direction F1c, that is, the Y-direction. The light is set so that the light passing through the intersecting regions r1a and r1b becomes linearly polarized light having a polarization direction in the directions F1a and F1b.

図8の等厚線の分布を参照すると、偏光変換部511の入射面の全体に亘って、光軸AXを中心とする円の周方向に沿って厚さtが線形的に変化し、且つ円の径方向に沿って厚さtが一定である。これに対し、図7の等厚線の分布を参照すると、偏光変換部511の入射面の全体において、光軸AXを中心とする円の周方向に沿って厚さtが線形的に変化していないし、且つ対角線511aを除き円の径方向に沿って厚さtが一定ではない。ただし、偏光変換部511への光の入射領域では、周方向に沿った厚さtの変化はほぼ線形的であり、且つ径方向に沿って厚さtはほぼ一定である。別の表現をすれば、偏光変換部511において光軸AXに比較的近い領域では、周方向に沿った厚さtの変化の線形性が比較的大きく崩れ、径方向に沿った厚さtの変化が比較的大きくなる。   Referring to the distribution of the isosceles line in FIG. 8, the thickness t varies linearly along the circumferential direction of the circle centered on the optical axis AX over the entire incident surface of the polarization converter 511, and The thickness t is constant along the radial direction of the circle. On the other hand, referring to the distribution of the iso-thick lines in FIG. 7, the thickness t linearly changes along the circumferential direction of the circle centered on the optical axis AX on the entire incident surface of the polarization converter 511. In addition, the thickness t is not constant along the radial direction of the circle except for the diagonal line 511a. However, in the light incident area to the polarization converter 511, the change in the thickness t along the circumferential direction is almost linear, and the thickness t is almost constant along the radial direction. In other words, in the region relatively close to the optical axis AX in the polarization conversion unit 511, the linearity of the change in the thickness t along the circumferential direction is relatively largely lost, and the thickness t along the radial direction is reduced. Change is relatively large.

したがって、本実施形態にかかる偏光変換部511では、交差領域r1cを通ってX方向に延びる対角線511aおよび交差領域r1a,r1bへの入射光に対して、理想的な周方向偏光状態を実現するために必要な旋光作用を及ぼすことができる。また、偏光変換部511への光の入射領域のうち、対角線511aおよび交差領域r1a,r1bを除く領域への入射光に対しても、理想的な旋光作用に非常に近い作用を及ぼすことができる。ちなみに、特許文献1に記載された偏光変換素子の分割領域では、入射面の全体に亘って厚さが一定であり、図8に示すような理想的な等厚線の分布とは全く異なる。   Therefore, in the polarization conversion unit 511 according to the present embodiment, an ideal circumferential polarization state is realized with respect to the incident light to the diagonal line 511a extending in the X direction through the intersecting region r1c and the intersecting regions r1a and r1b. It is possible to exert the optical rotation required for In addition, among the light incident areas to the polarization converter 511, the incident light to areas other than the diagonal line 511a and the intersecting areas r1a and r1b can have an effect very close to the ideal optical rotation. . Incidentally, in the split region of the polarization conversion element described in Patent Document 1, the thickness is constant over the entire incident surface, which is completely different from the ideal isoline distribution as shown in FIG.

こうして、偏光変換ユニット5の直後の照明瞳には、連続性の高い周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。その結果、マイクロフライアイレンズ8の直後の照明瞳にも、連続性の高い周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布22が形成される。周方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布22を通過する光束が、光軸AXを中心とした円の接線方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。さらに、マイクロフライアイレンズ8の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系12の瞳位置および投影光学系PLの瞳位置(開口絞りASが配置されている位置)にも、輪帯状の光強度分布22に対応するほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。   Thus, an annular light intensity distribution is formed in the illumination pupil immediately after the polarization conversion unit 5 in the circumferential polarization state with high continuity. As a result, an annular light intensity distribution 22 is formed in the circumferential polarization state with high continuity also in the illumination pupil immediately after the micro fly's eye lens 8. In the circumferential polarization state, the light beam passing through the annular light intensity distribution 22 is in a linear polarization state having a polarization direction in a tangential direction of a circle with the optical axis AX as the center. Furthermore, the position of another illumination pupil optically conjugate with the illumination pupil immediately after the micro fly's eye lens 8, that is, the pupil position of the imaging optical system 12 and the pupil position of the projection optical system PL (the aperture stop AS is disposed). The annular light intensity distribution is also formed in a substantially continuous circumferential polarization state corresponding to the annular light intensity distribution 22.

一般に、周方向偏光状態の輪帯状や複数極状(2極状、4極状、8極状など)の瞳強度分布に基づく周方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハWに照射される光がs偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、s偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光(入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光)のことである。入射面とは、光が媒質の境界面(被照射面:ウェハWの表面)に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。その結果、周方向偏光照明では、投影光学系の光学性能(焦点深度など)の向上を図ることができ、ウェハ(感光性基板)上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。   In general, in the circumferential polarization illumination based on the annular intensity distribution in the circumferential polarization state or a multipolar (bipolar, quadrupole, octupole, etc.) pupil intensity distribution, the wafer W as the final irradiated surface is formed. The irradiated light becomes a polarization state mainly composed of s-polarized light. Here, the s-polarized light is linearly polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the incident surface (polarized light having an electric vector oscillating in a direction perpendicular to the incident surface). The incident surface is defined as a surface including the normal of the boundary surface at that point and the incident direction of light when the light reaches the boundary surface of the medium (irradiated surface: the surface of the wafer W). As a result, in the circumferential polarization illumination, the optical performance (such as depth of focus) of the projection optical system can be improved, and a mask pattern image with high contrast can be obtained on the wafer (photosensitive substrate).

以上のように、偏光変換部材51を構成する4つの偏光変換部511〜514は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とを有し、ひいては簡素な面形状を有する光学部材である。しかも、光軸AXを挟んで対向する一対の偏光変換部511と513および512と514とは、互いに同じ構成を有する。そして、偏光変換ユニット5は、並列的に配置された4つの偏光変換部511〜514の協働的な旋光作用により、マイクロフライアイレンズ8の直後の照明瞳に、偏光変換部の数に対応する4分割タイプよりもはるかに連続性の高い周方向偏光状態の光強度分布22を形成する。   As described above, the four polarization conversion units 511 to 514 constituting the polarization conversion member 51 have a planar incident surface and a planar exit surface that is not parallel to the incident surface, and thus have a simple surface shape. Is an optical member. Moreover, the pair of polarization conversion units 511 and 513 and 512 and 514 facing each other with the optical axis AX interposed therebetween have the same configuration. The polarization conversion unit 5 corresponds to the number of polarization conversion units on the illumination pupil immediately after the micro fly's eye lens 8 by the cooperative optical rotation of the four polarization conversion units 511 to 514 arranged in parallel. The light intensity distribution 22 in the circumferentially polarized state is much more continuous than the quadrant type.

すなわち、本実施形態の偏光変換ユニット5は、製造が比較的容易な構成を有し、照明光学系(1〜12)の光路中に配置されて連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することができる。本実施形態の照明光学系(1〜12)では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニット5を用いて、所望の周方向偏光状態の光でマスクMのパターン面(被照射面)を照明することができる。本実施形態の露光装置(1〜WS)では、所望の周方向偏光状態の光でマスクMのパターン面を照明する照明光学系(1〜12)を用いて、転写すべきマスクMのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで周方向偏光の作用効果を良好に発揮して、微細パターンをウェハWに正確に転写することができる。   That is, the polarization conversion unit 5 of the present embodiment has a configuration that is relatively easy to manufacture, and is arranged in the optical path of the illumination optical system (1-12) and has high continuity in the circumferential polarization state pupil intensity distribution. Can be realized. In the illumination optical system (1 to 12) of the present embodiment, the pattern of the mask M with light of a desired circumferential polarization state using the polarization conversion unit 5 that realizes a highly continuous pupil intensity distribution of the circumferential polarization state. The surface (irradiated surface) can be illuminated. In the exposure apparatus (1 to WS) of this embodiment, the illumination optical system (1 to 12) that illuminates the pattern surface of the mask M with light in a desired circumferentially polarized state is used to change the pattern of the mask M to be transferred. The fine pattern can be accurately transferred to the wafer W by exerting the effect of circumferentially polarized light satisfactorily under appropriate illumination conditions realized according to the characteristics.

なお、上述の実施形態では、偏光変換ユニット5にY方向直線偏光の光を入射させているが、X方向に偏光方向を有するX方向直線偏光の光を偏光変換ユニット5に入射させると、偏光変換ユニット5の直後の照明瞳、ひいてはマイクロフライアイレンズ8の直後の照明瞳には、図9に示すように、連続性の高い径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布23が形成される。その結果、結像光学系12の瞳位置、および投影光学系PLの瞳位置にも、輪帯状の光強度分布23に対応するほぼ連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。この場合、偏光変換部511〜514は、X方向直線偏光の入射光を、光軸AXを中心とする円の径方向に偏光方向を有する径方向偏光の光に変換して射出する。   In the above-described embodiment, Y-direction linearly polarized light is incident on the polarization conversion unit 5. However, if X-direction linearly polarized light having a polarization direction in the X direction is incident on the polarization conversion unit 5, As shown in FIG. 9, an annular light intensity distribution 23 is formed on the illumination pupil immediately after the conversion unit 5 and thus the illumination pupil immediately after the micro fly's eye lens 8 in a radially continuous polarization state. . As a result, an annular light intensity distribution is formed in a substantially continuous radial polarization state corresponding to the annular light intensity distribution 23 at the pupil position of the imaging optical system 12 and the pupil position of the projection optical system PL. Is done. In this case, the polarization converters 511 to 514 convert the X-direction linearly polarized light into radial-polarized light having a polarization direction in the radial direction of a circle centered on the optical axis AX, and emit the light.

一般に、径方向偏光状態の輪帯状や複数極状の瞳強度分布に基づく径方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハWに照射される光がp偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、p偏光とは、上述のように定義される入射面に対して平行な方向に偏光方向を有する直線偏光(入射面に平行な方向に電気ベクトルが振動している偏光)のことである。その結果、径方向偏光照明では、ウェハWに塗布されたレジストにおける光の反射率を小さく抑えて、ウェハ(感光性基板)上において良好なマスクパターン像を得ることができる。   In general, in radial polarization illumination based on an annular or multipolar pupil intensity distribution in the radial polarization state, the light irradiated on the wafer W as the final irradiated surface is a polarization state whose main component is p-polarization. become. Here, p-polarized light is linearly polarized light having a polarization direction in a direction parallel to the incident surface defined as described above (polarized light whose electric vector is oscillating in a direction parallel to the incident surface). is there. As a result, in the radial polarization illumination, a good mask pattern image can be obtained on the wafer (photosensitive substrate) while suppressing the reflectance of light in the resist applied to the wafer W to be small.

また、上述の実施形態では、図3および図4に示す特定の構成を有する偏光変換ユニット5に基づいて本発明を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換ユニットの構成については、様々な形態が可能である。具体的に、偏光変換ユニットの配置位置、偏光変換部材の配置位置、補正部材の配置位置、偏光変換部材と補正部材との位置関係、補正部材の有無、偏光変換部の数、偏光変換部の配置、偏光変換部の材質、偏光変換部の構成(外形形状、面形状(厚さ分布)などの相違)などについては、様々な形態が可能である。   Moreover, in the above-mentioned embodiment, this invention is demonstrated based on the polarization conversion unit 5 which has a specific structure shown to FIG. 3 and FIG. However, the present invention is not limited to this, and various configurations are possible for the configuration of the polarization conversion unit. Specifically, the arrangement position of the polarization conversion unit, the arrangement position of the polarization conversion member, the arrangement position of the correction member, the positional relationship between the polarization conversion member and the correction member, the presence or absence of the correction member, the number of polarization conversion units, the number of polarization conversion units Various forms are possible for the arrangement, the material of the polarization conversion unit, the configuration of the polarization conversion unit (difference in outer shape, surface shape (thickness distribution, etc.), and the like.

例えば、上述の実施形態では、偏光変換ユニット5がアフォーカルレンズ4の瞳位置またはその近傍に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換ユニット5を、照明光学系(1〜12)の他の照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置することができる。具体的に、マイクロフライアイレンズ8の入射面の近傍、マイクロフライアイレンズ8の射出面の近傍、結像光学系12の瞳位置またはその近傍などに、偏光変換ユニット5を配置することもできる。   For example, in the above-described embodiment, the polarization conversion unit 5 is disposed at or near the pupil position of the afocal lens 4. However, the present invention is not limited to this, and the polarization conversion unit 5 can be arranged at the position of another illumination pupil of the illumination optical system (1 to 12) or a position in the vicinity thereof. Specifically, the polarization conversion unit 5 can be arranged near the entrance surface of the micro fly's eye lens 8, near the exit surface of the micro fly's eye lens 8, the pupil position of the imaging optical system 12, or the vicinity thereof. .

また、上述の実施形態では、偏光変換部材51の射出側に隣接して補正部材52が配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換部材の入射側に隣接して補正部材を配置しても良い。また、偏光変換部材の射出側または入射側に他の光学部材を介して補正部材を配置しても良いし、補正部材の配置を省略しても良い。   In the above-described embodiment, the correction member 52 is disposed adjacent to the exit side of the polarization conversion member 51. However, the present invention is not limited to this, and a correction member may be disposed adjacent to the incident side of the polarization conversion member. Further, the correction member may be disposed on the exit side or the incident side of the polarization conversion member via another optical member, or the disposition of the correction member may be omitted.

また、上述の実施形態では、4つの偏光変換部511〜514が、互いに同じ正方形状の外形を有し、光軸AXを中心とする円を4つに等分割して得られる四半円状の領域に対応するように配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、図10の変形例に示すように、互いに同じ四半円状の外形を有する4つの偏光変換部531,532,533,534を用いて、円形状の外形を有する偏光変換部材53を構成することもできる。   In the above-described embodiment, the four polarization conversion units 511 to 514 have the same square outer shape, and are formed in a quadrant shape obtained by equally dividing a circle centered on the optical axis AX into four. Arranged to correspond to the area. However, the present invention is not limited to this, and as shown in the modified example of FIG. 10, a circular outer shape is obtained by using four polarization conversion units 531, 532, 533, and 534 having the same quadrant outer shape. The polarization conversion member 53 can also be configured.

偏光変換部531〜534は、偏光変換部511〜514の外形形状を正方形から四半円に変化させることにより得られる。偏光変換部531〜534は、光軸AXを中心とする円の径方向に延びる直線531a,532a,533a,534aに沿って同じ厚さを有するように配置されている。図10を参照すると、例えば光軸AXを中心とする円を任意の複数個に分割して得られる領域に対応するように配置された複数の偏光変換部により偏光変換部材を構成できることがわかる。   The polarization conversion units 531 to 534 are obtained by changing the outer shape of the polarization conversion units 511 to 514 from a square to a quarter circle. The polarization conversion units 531 to 534 are arranged so as to have the same thickness along straight lines 531a, 532a, 533a, and 534a extending in the radial direction of a circle centered on the optical axis AX. Referring to FIG. 10, for example, it can be seen that the polarization conversion member can be configured by a plurality of polarization conversion units arranged so as to correspond to a region obtained by dividing a circle centered on the optical axis AX into an arbitrary number.

また、上述の実施形態では、偏光変換部511〜514が水晶により形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて偏光変換部を形成することもできる。   In the above-described embodiment, the polarization conversion units 511 to 514 are formed of quartz. However, the present invention is not limited to this, and the polarization conversion section can be formed using another suitable optical material having optical rotation.

なお、上述の説明では、照明瞳に輪帯状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち輪帯照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、輪帯照明に限定されることなく、例えば複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。   In the above description, the operational effects of the present invention are described by taking, as an example, modified illumination in which an annular pupil intensity distribution is formed on the illumination pupil, that is, annular illumination. However, the present invention is similarly applied to, for example, multipolar illumination in which a multipolar pupil intensity distribution is formed without being limited to annular illumination, and the same operational effects can be obtained. Is clear.

そして、瞳強度分布の形状の変化(ひいては照明条件の変化)に応じて、偏光変換ユニット5を照明光路から退避させても良い。また、瞳強度分布の形状または大きさの変化に応じて、偏光変換ユニット5を、特性の異なる他の偏光変換ユニットと交換することもできる。すなわち、複数の偏光変換ユニットを備え、輪帯状または複数極状の瞳強度分布の輪帯比、外径、内径などに応じて式(1A),(1B)における係数C1,C2が決定された偏光変換部材を含む偏光変換ユニットを照明光路中に選択的に配置しても良い。   Then, the polarization conversion unit 5 may be retracted from the illumination optical path in accordance with a change in the shape of the pupil intensity distribution (and thus a change in illumination conditions). Further, the polarization conversion unit 5 can be replaced with another polarization conversion unit having different characteristics in accordance with a change in the shape or size of the pupil intensity distribution. That is, a plurality of polarization conversion units are provided, and the coefficients C1 and C2 in the equations (1A) and (1B) are determined according to the annular ratio, outer diameter, inner diameter, etc. of the annular or multipolar pupil intensity distribution. A polarization conversion unit including a polarization conversion member may be selectively disposed in the illumination optical path.

また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ8を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ(典型的にはロッド型インテグレータ)を用いても良い。この場合、ズームレンズ7の後側にその前側焦点位置がズームレンズ7の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が照明視野絞り11の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系12内の、投影光学系PLの開口絞りの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。   In the above-described embodiment, the micro fly's eye lens 8 is used as the optical integrator, but instead, an internal reflection type optical integrator (typically a rod type integrator) may be used. In this case, the condensing lens is arranged on the rear side of the zoom lens 7 so that the front focal position thereof coincides with the rear focal position of the zoom lens 7, and the incident end is located at or near the rear focal position of the condensing lens. Position the rod-type integrator so that is positioned. At this time, the exit end of the rod integrator is the position of the illumination field stop 11. When using a rod type integrator, a position optically conjugate with the position of the aperture stop of the projection optical system PL in the field stop imaging optical system 12 downstream of the rod type integrator can be called an illumination pupil plane. In addition, since a virtual image of the secondary light source of the illumination pupil plane is formed at the position of the entrance surface of the rod integrator, this position and a position optically conjugate with this position are also called the illumination pupil plane. Can do.

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば特開2004−304135号公報、国際特許公開第2006/080285号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第2007/0296936号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。   In the above-described embodiment, a variable pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data can be used instead of a mask. As the variable pattern forming apparatus, for example, a spatial light modulation element including a plurality of reflection elements driven based on predetermined electronic data can be used. An exposure apparatus using a spatial light modulator is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-304135, International Patent Publication No. 2006/080285, and US Patent Publication No. 2007/0296936 corresponding thereto. In addition to the non-light-emitting reflective spatial light modulator as described above, a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used.

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。   The exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Is done. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus may be manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図11は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図11に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハWに金属膜を蒸着し(ステップS40)、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する(ステップS42)。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク(レチクル)Mに形成されたパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハWの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う(ステップS46:現像工程)。その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハWの表面に対してエッチング等の加工を行う(ステップS48:加工工程)。   Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus according to the above-described embodiment will be described. FIG. 11 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device. As shown in FIG. 11, in the semiconductor device manufacturing process, a metal film is vapor-deposited on a wafer W to be a semiconductor device substrate (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film. (Step S42). Subsequently, using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the pattern formed on the mask (reticle) M is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and the transfer of the wafer W after the transfer is completed. Development, that is, development of the photoresist to which the pattern has been transferred is performed (step S46: development process). Thereafter, using the resist pattern generated on the surface of the wafer W in step S46 as a mask, processing such as etching is performed on the surface of the wafer W (step S48: processing step).

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップS48では、このレジストパターンを介してウェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップS44では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを、感光性基板としてパターンの転写を行う。   Here, the resist pattern is a photoresist layer in which unevenness having a shape corresponding to the pattern transferred by the exposure apparatus of the above-described embodiment is generated, and the recess penetrates the photoresist layer. is there. In step S48, the surface of the wafer W is processed through this resist pattern. The processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W or film formation of a metal film or the like. In step S44, the exposure apparatus of the above-described embodiment performs pattern transfer using the wafer W coated with the photoresist as a photosensitive substrate.

図12は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図12に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップS50)、カラーフィルター形成工程(ステップS52)、セル組立工程(ステップS54)およびモジュール組立工程(ステップS56)を順次行う。ステップS50のパターン形成工程では、プレートPとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートPの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。   FIG. 12 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 12, in the liquid crystal device manufacturing process, a pattern forming process (step S50), a color filter forming process (step S52), a cell assembling process (step S54), and a module assembling process (step S56) are sequentially performed. In the pattern forming process of step S50, a predetermined pattern such as a circuit pattern and an electrode pattern is formed on the glass substrate coated with a photoresist as the plate P using the exposure apparatus of the above-described embodiment. In this pattern formation process, an exposure process for transferring the pattern to the photoresist layer using the exposure apparatus of the above-described embodiment and development of the plate P to which the pattern is transferred, that is, development of the photoresist layer on the glass substrate are performed. And a developing step for generating a photoresist layer having a shape corresponding to the pattern, and a processing step for processing the surface of the glass substrate through the developed photoresist layer.

ステップS52のカラーフィルター形成工程では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応する3つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。ステップS54のセル組立工程では、ステップS50によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップS52によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップS56のモジュール組立工程では、ステップS54によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。   In the color filter forming step of step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning direction. In the cell assembly process in step S54, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step S50 and the color filter formed in step S52. Specifically, for example, a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter. In the module assembling process in step S56, various components such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step S54.

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。   In addition, the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD, etc.), micromachine, thin film magnetic head, and DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.

なお、上述の実施形態では、露光光としてArFエキシマレーザ光(波長:193nm)やKrFエキシマレーザ光(波長:248nm)を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長157nmのレーザ光を供給するF2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。 In the above-described embodiment, ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) or KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) is used as the exposure light. However, the present invention is not limited to this, and other appropriate laser light sources are used. For example, the present invention can also be applied to an F 2 laser light source that supplies laser light having a wavelength of 157 nm.

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を1.1よりも大きな屈折率を有する媒体(典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第WO99/49504号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平6−124873号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平10−303114号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第WO99/49504号パンフレット、特開平6−124873号公報および特開平10−303114号公報の教示を参照として援用する。   In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a method for filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a method for locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO 99/49504, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined depth on a stage as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-303114. A technique of forming a liquid tank and holding the substrate in the liquid tank can be employed. Here, the teachings of International Publication No. WO99 / 49504, JP-A-6-124873 and JP-A-10-303114 are incorporated by reference.

また、上述の実施形態において、回折光学素子3に代えて、或いは回折光学素子3に加えて、たとえばアレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小な要素ミラーにより構成されて入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換する空間光変調素子を用いても良い。このような空間光変調素子を用いた照明光学系は、例えば特開2002−353105号公報に開示されている。   Further, in the above-described embodiment, in place of or in addition to the diffractive optical element 3, for example, a large number of minute element mirrors arranged in an array and whose tilt angle and tilt direction are individually driven and controlled. A spatial light modulator that converts the cross section of the light beam into a desired shape or a desired size by dividing the incident light beam into minute units for each reflecting surface and deflecting the incident light beam may be used. An illumination optical system using such a spatial light modulator is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-353105.

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク(またはウェハ)を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク(またはウェハ)以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to the illumination optical system that illuminates the mask (or wafer) in the exposure apparatus. However, the present invention is not limited to this, and an object other than the mask (or wafer) is used. The present invention can also be applied to a general illumination optical system that illuminates the irradiation surface.

2 偏光状態切換部
3 回折光学素子
4 アフォーカルレンズ
5 偏光変換ユニット
51 偏光変換部材
52 補正部材
6 円錐アキシコン系
7 ズームレンズ
8 マイクロフライアイレンズ(オプティカルインテグレータ)
10 コンデンサー光学系
11 マスクブラインド
12 結像光学系
LS 光源
M マスク
MS マスクステージ
PL 投影光学系
W ウェハ
WS ウェハステージ
2 Polarization state switching unit 3 Diffractive optical element 4 Afocal lens 5 Polarization conversion unit 51 Polarization conversion member 52 Correction member 6 Conical axicon system 7 Zoom lens 8 Micro fly's eye lens (optical integrator)
10 Condenser optical system 11 Mask blind 12 Imaging optical system LS Light source M Mask MS Mask stage PL Projection optical system W Wafer WS Wafer stage

Claims (19)

入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換部材を備えた偏光変換ユニットにおいて、
前記偏光変換部材は、旋光性の光学材料により形成され且つ光軸を横切る面に沿って並列的に配置された複数の偏光変換部を有し、
前記複数の偏光変換部は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とをそれぞれ有することを特徴とする偏光変換ユニット。
In a polarization conversion unit including a polarization conversion member that converts incident light into light having a predetermined polarization state and emits the light,
The polarization conversion member has a plurality of polarization conversion units formed of an optical rotatory optical material and arranged in parallel along a plane crossing the optical axis,
The plurality of polarization conversion units each have a planar incident surface and a planar exit surface that is not parallel to the incident surface.
前記複数の偏光変換部は、前記光軸を中心とする円の径方向に延びる直線に沿って同じ厚さを有するようにそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項1に記載の偏光変換ユニット。 2. The polarization conversion according to claim 1, wherein the plurality of polarization conversion units are arranged so as to have the same thickness along a straight line extending in a radial direction of a circle centered on the optical axis. unit. 前記偏光変換部材は、前記円を4つ以上の偶数個に分割して得られる領域に対応するように配置された前記偶数個の偏光変換部を有することを特徴とする請求項2に記載の偏光変換ユニット。 The said polarization conversion member has the said even number of polarization conversion parts arrange | positioned so as to correspond to the area | region obtained by dividing | segmenting the said circle | round | yen into four or more even number. Polarization conversion unit. 前記偶数個の偏光変換部のうちの前記光軸を挟んで対向する一対の偏光変換部は、互いに同じ構成を有することを特徴とする請求項3に記載の偏光変換ユニット。 4. The polarization conversion unit according to claim 3, wherein, of the even number of polarization conversion units, a pair of polarization conversion units facing each other across the optical axis have the same configuration. 前記偶数個の偏光変換部の入射面または射出面のうちの一方の面は、前記光軸と直交していることを特徴とする請求項3または4に記載の偏光変換ユニット。 5. The polarization conversion unit according to claim 3, wherein one of an incident surface and an exit surface of the even number of polarization conversion units is orthogonal to the optical axis. 前記偶数個の偏光変換部は、前記一方の面が前記光軸と直交する1つの平面と一致するように配置されていることを特徴とする請求項5に記載の偏光変換ユニット。 6. The polarization conversion unit according to claim 5, wherein the even number of polarization conversion units are arranged so that the one surface coincides with one plane orthogonal to the optical axis. 前記偏光変換部材は、水晶により形成され、該水晶の結晶光学軸は前記光軸と平行であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 The polarization conversion unit according to any one of claims 1 to 6, wherein the polarization conversion member is made of quartz, and a crystal optical axis of the quartz is parallel to the optical axis. 前記偏光変換部材の入射側または射出側に配置されて、前記偏光変換部材による光の偏向作用を補償する補正部材を備えていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 8. The correction member according to claim 1, further comprising a correction member that is disposed on an incident side or an emission side of the polarization conversion member and compensates for a light deflection action of the polarization conversion member. Polarization conversion unit. 前記偏光変換部材と前記補正部材とは互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項8に記載の偏光変換ユニット。 The polarization conversion unit according to claim 8, wherein the polarization conversion member and the correction member are disposed adjacent to each other. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の光路中において、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 10. The optical path of an illumination optical system that illuminates a surface to be irradiated with light from a light source, wherein the illumination optical system is disposed at or near an illumination pupil of the illumination optical system. The polarization conversion unit described. 前記複数の偏光変換部は、所定の方向に偏光方向を有する直線偏光の入射光を、前記光軸を中心とする円の接線方向に偏光方向を有する周方向偏光または前記円の半径方向に偏光方向を有する径方向偏光の光に変換して射出することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 The plurality of polarization conversion units are configured to polarize linearly polarized incident light having a polarization direction in a predetermined direction in a circumferential direction polarization having a polarization direction in a tangential direction of a circle around the optical axis or in a radial direction of the circle. 11. The polarization conversion unit according to claim 1, wherein the polarization conversion unit emits light after being converted into radially polarized light having a direction. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された請求項1乃至11のいずれか1項に記載の偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系。
In the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from the light source,
An illumination optical system comprising the polarization conversion unit according to any one of claims 1 to 11 disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface.
前記偏光変換ユニットは、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項12に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 12, wherein the polarization conversion unit is disposed at or near an illumination pupil of the illumination optical system. 前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項13に記載の照明光学系。 The projection pupil is used in combination with a projection optical system that forms a surface optically conjugate with the irradiated surface, and the illumination pupil is at a position optically conjugate with an aperture stop of the projection optical system. 14. The illumination optical system according to 13. 前記偏光変換ユニットは、照明光路に対して挿脱可能であることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項に記載の照明光学系。 15. The illumination optical system according to any one of claims 12 to 14, wherein the polarization conversion unit is detachable with respect to the illumination optical path. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の複数の偏光変換ユニットを備え、該複数の偏光変換ユニットは、前記光源と前記被照射面との間の照明光路中に選択的に配置されることを特徴とする照明光学系。
In the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from the light source,
A plurality of polarization conversion units according to any one of claims 1 to 11, wherein the plurality of polarization conversion units are selectively disposed in an illumination optical path between the light source and the irradiated surface. An illumination optical system characterized by that.
所定のパターンを照明するための請求項12乃至16のいずれか1項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus comprising the illumination optical system according to any one of claims 12 to 16 for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項17に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 17, further comprising a projection optical system that forms an image of the predetermined pattern on the photosensitive substrate. 請求項17または18に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
Using the exposure apparatus according to claim 17 or 18, exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate;
Developing the photosensitive substrate having the predetermined pattern transferred thereon, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
Processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer. A device manufacturing method comprising:
JP2010200405A 2010-09-08 2010-09-08 Polarization conversion unit, illumination optical system, and method of manufacturing device Pending JP2012059848A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010200405A JP2012059848A (en) 2010-09-08 2010-09-08 Polarization conversion unit, illumination optical system, and method of manufacturing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010200405A JP2012059848A (en) 2010-09-08 2010-09-08 Polarization conversion unit, illumination optical system, and method of manufacturing device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012059848A true JP2012059848A (en) 2012-03-22

Family

ID=46056613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010200405A Pending JP2012059848A (en) 2010-09-08 2010-09-08 Polarization conversion unit, illumination optical system, and method of manufacturing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012059848A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116449638A (en) * 2023-03-23 2023-07-18 深圳市当智科技有限公司 Laser projection device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116449638A (en) * 2023-03-23 2023-07-18 深圳市当智科技有限公司 Laser projection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6493325B2 (en) Flux conversion element, illumination optical device, exposure apparatus, and exposure method
JP5630455B2 (en) Optical unit, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2011176282A (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, aligner, and device manufacturing method
JP5365982B2 (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2006196715A (en) Luminous-flux converting element, illuminating optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
KR102045133B1 (en) Illuminating optical system
JP5688672B2 (en) Optical transmission apparatus, illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP5035747B2 (en) Optical integrator, illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP4976094B2 (en) Illumination optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and microdevice manufacturing method
JP5182588B2 (en) Optical integrator, illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP5531518B2 (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP5839076B2 (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2012059848A (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, and method of manufacturing device
JP2010141091A (en) Polarization control unit, lighting optical system, exposure device, and device manufacturing method
JP5534276B2 (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2013008788A (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure device, and manufacturing method of device
JP2011171563A (en) Adjustment unit, illumination optical system, exposure apparatus, and method of manufacturing device
JP2010283101A (en) Polarizer unit, illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2012074694A (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure device, polarization conversion method, exposure method, and manufacturing method of device
JP2010283100A (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2008021767A (en) Illumination optical apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method
JP2010177657A (en) Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure device, exposure method, and method for manufacturing device