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JP2013008788A - Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure device, and manufacturing method of device - Google Patents

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

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JP2013008788A
JP2013008788A JP2011139428A JP2011139428A JP2013008788A JP 2013008788 A JP2013008788 A JP 2013008788A JP 2011139428 A JP2011139428 A JP 2011139428A JP 2011139428 A JP2011139428 A JP 2011139428A JP 2013008788 A JP2013008788 A JP 2013008788A
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polarization conversion
light
illumination
optical
optical axis
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JP2011139428A
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Japanese (ja)
Inventor
Norio Miyake
範夫 三宅
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】 照明光学系の光路中に配置されて、光量損失を抑えつつ光軸に関して点対称性の良好な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を備えた偏光変換ユニット。偏光変換部材は、光軸と直交する平面状の第1面と、光軸を中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する第2面とを有する。偏光変換部材の第2面は、光軸と直交する平面に沿って光軸上の所定点から放射状に延びる複数の第1稜線と、光軸を中心として所定点を頂点とする円錐の側面に沿って所定点から放射状に延びる複数の第2稜線と、互いに隣り合う第1稜線と第2稜線との間に形成された複数の平面状の光学面とを有する。
【選択図】 図4
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization conversion unit which is arranged in an optical path of an illumination optical system and can realize a pupil intensity distribution in a circumferentially polarized state with good point symmetry with respect to an optical axis while suppressing a light amount loss.
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 planar first surface orthogonal to the optical axis, and a second surface having a sawtooth cross section along a circle centered on the optical axis. The second surface of the polarization conversion member has a plurality of first ridges extending radially from a predetermined point on the optical axis along a plane orthogonal to the optical axis, and a side surface of a cone having the predetermined point as a vertex with the optical axis as a center. And a plurality of second ridge lines extending radially from a predetermined point, and a plurality of planar optical surfaces formed between the first ridge line and the second ridge line adjacent to each other.
[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。   The present invention relates to a polarization conversion unit, an illumination optical system, an exposure apparatus, and a device manufacturing method.

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正確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)。   In order to realize an illumination condition suitable for accurately transferring a fine pattern in an arbitrary 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).

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良好に発揮するために、光量損失を抑えつつ、光軸に関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することが望まれている。   In order to satisfactorily exert the effect of circumferentially polarized light, it is desired to realize a pupil intensity distribution in a circumferentially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis while suppressing light loss.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明光学系の光路中に配置されて、光量損失を抑えつつ光軸に関して点対称性の良好な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、光軸に関して点対称性の良好な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, and is arranged in the optical path of the illumination optical system to obtain a pupil intensity distribution in a circumferentially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis while suppressing light loss. An object is to provide a polarization conversion unit that can be realized. Further, the present invention uses a polarization conversion unit that realizes a pupil intensity distribution in a circumferentially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis to illuminate an irradiated surface with light in a desired circumferentially polarized state. An object of the present invention is to provide an illumination optical system that can be used. 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.

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、光軸と直交する平面状の第1面と、前記光軸を中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する第2面とを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 the first embodiment, 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 unit has a planar first surface orthogonal to the optical axis and a second surface having a sawtooth cross section along a circle centered on the optical axis. I will provide a.

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, in the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with 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.

第3形態では、所定のパターンを照明するための第2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 third aspect, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical system according to the second aspect for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate.

第4形態では、第3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 fourth embodiment, using the exposure apparatus of the third 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.

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. 照明瞳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 an illumination pupil. 光軸に関して点対称性の良好な径方向偏光状態を説明する図である。It is a figure explaining the radial direction polarization | polarized-light state with favorable point symmetry regarding an optical axis. 実施形態の偏光変換ユニット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 polarization conversion unit of embodiment. 一対の偏光変換部材が互いに隣接して配置されている様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a mode that a pair of polarization conversion member is arrange | positioned adjacent to each other. 入射側に配置された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 arrange | positioned at the incident side. 射出側に配置された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 arrange | positioned at the output side. 入射側に配置された偏光変換部材の単位部分を規定するパラメータを示す図である。It is a figure which shows the parameter which prescribes | regulates the unit part of the polarization conversion member arrange | positioned at the incident side. 射出側に配置された偏光変換部材の単位部分を規定するパラメータを示す図である。It is a figure which shows the parameter which prescribes | regulates the unit part of the polarization conversion member arrange | positioned at the output side. 照明瞳に輪帯状で周方向偏光状態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 the light intensity distribution of an annular | circular shape and a circumferential direction polarization state is formed in an illumination pupil 照明瞳に輪帯状で径方向偏光状態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 the light intensity distribution of a ring shape and radial direction polarization state is formed in an illumination pupil. 照明瞳に4極状で径方向偏光状態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 the light intensity distribution of 4 pole shape and a radial direction polarization state is formed in an illumination pupil. 照明瞳に4極状で周方向偏光状態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 the light intensity distribution of 4 pole shape and the circumferential direction polarization state is formed in an illumination pupil. 変形例にかかる偏光変換ユニットの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the polarization conversion unit concerning a modification. 図14における旋光部材の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the optical rotation member in FIG. 旋光部材の直後における輪帯状の光束の偏光状態を示す図である。It is a figure which shows the polarization state of the ring-shaped light beam immediately after an optical rotation member. 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.

以下、実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1は、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。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to the embodiment. 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および円錐アキシコン系6の構成および作用については後述する。   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 and the conical axicon system 6 will 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、すなわち図2に示すように光軸AXを中心とした輪帯状の二次光源(多数の小光源からなる実質的な面光源:瞳強度分布)21’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 ring-shaped secondary light source centered on the optical axis AX as shown in FIG. 2 (substantial surface light source consisting of many small light sources: pupil intensity distribution) 21 ′ Is formed.

マイクロフライアイレンズ8の直後の照明瞳に形成された二次光源21’からの光束は、コンデンサー光学系9を介して、マスクブラインド10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10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。なお、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、すなわち後述する投影光学系PLの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に、二次光源に対応した形状の開口部(光透過部)を有する照明開口絞りを配置してもよい。   The light beam from the secondary light source 21 ′ formed on the illumination pupil immediately after the micro fly's eye lens 8 illuminates the mask blind 10 in a superimposed manner via the condenser optical system 9. Thus, a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of the micro lens of the micro fly's eye lens 8 is formed on the mask blind 10 as an illumination field stop. Note that an aperture (light) corresponding to the secondary light source is located at or near the rear focal plane of the micro fly's eye lens 8, that is, at a position optically conjugate with an entrance pupil plane of the projection optical system PL described later. An illumination aperture stop having a transmission part) may be arranged.

マスクブラインド10の矩形状の開口部(光透過部)を経た光は、前側レンズ群11aと後側レンズ群11bとからなる結像光学系11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11は、マスクブラインド10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 rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 10 passes through the imaging optical system 11 including the front lens group 11a and the rear lens group 11b, and the mask M on which a predetermined pattern is formed. Are illuminated in a superimposed manner. That is, the imaging optical system 11 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 10 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.

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。   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.

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(1〜11)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(1〜11)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 a light source, and the mask M arranged on the irradiated surface of the illumination optical system (1 to 11) 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 (1-11). 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(1〜11)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 to 11) 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.

周方向偏光の作用効果を良好に発揮するために、光軸に関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することが望まれている。同様の理由により、光軸に関して点対称性の良好な径方向偏光状態の瞳強度分布を実現することも望まれている。しかしながら、例えばワイヤグリッド偏光子を用いて周方向偏光状態または径方向偏光状態の瞳強度分布を形成すると、ワイヤグリッド偏光子における光量損失が著しいだけでなく、光軸に関して点対称性の良好な偏光状態を実現することができない。   In order to exhibit the effect of circumferentially polarized light satisfactorily, it is desired to realize a pupil intensity distribution in a circumferentially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis. For the same reason, it is also desired to realize a pupil intensity distribution in a radially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis. However, for example, when a pupil intensity distribution in a circumferential polarization state or a radial polarization state is formed using a wire grid polarizer, not only the light amount loss in the wire grid polarizer is significant, but also polarization with good point symmetry with respect to the optical axis. The state cannot be realized.

具体的に、図3に示すような4極状で径方向偏光状態の瞳強度分布31を形成する場合、ワイヤグリッド偏光子を用いると、図3の左側の図に示すように、偏光方向が各面光源31aの全体に亘って同一になり、ひいては各面光源31aにおける偏光状態は光軸AXに関して点対称にはならない。本実施形態では、図3の右側の図に示すように、光軸AXに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の瞳強度分布32、および図示を省略したが光軸AXに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現するために、偏光変換ユニット5を導入している。瞳強度分布32では、各面光源32aにおける偏光方向が光軸AXを中心として放射状になり、ひいては各面光源32aにおける偏光状態が光軸AXに関して点対称になっている。   Specifically, when forming a quadrupole and radially polarized pupil intensity distribution 31 as shown in FIG. 3, if a wire grid polarizer is used, the polarization direction is as shown in the left diagram of FIG. The surface light sources 31a are the same throughout, and the polarization state of each surface light source 31a is not point-symmetric with respect to the optical axis AX. In the present embodiment, as shown in the diagram on the right side of FIG. 3, the pupil intensity distribution 32 in a radially polarized state having a good point symmetry with respect to the optical axis AX, and the illustration are omitted, but the point symmetry with respect to the optical axis AX is omitted. In order to realize a favorable pupil intensity distribution in the circumferential polarization state, the polarization conversion unit 5 is introduced. In the pupil intensity distribution 32, the polarization direction in each surface light source 32a is radial about the optical axis AX, and the polarization state in each surface light source 32a is point-symmetric with respect to the optical axis AX.

偏光変換ユニット5は、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(1〜11)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。   The polarization conversion unit 5 is disposed at or near the pupil position of the afocal lens 4, that is, at the position of the illumination pupil of the illumination optical system (1 to 11) or in 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、非偏光状態の光が偏光変換ユニット5に入射する。偏光変換ユニット5は、図4に示すように、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第1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し且つ第1偏光変換部材51と同様の偏光変換作用を有する第2偏光変換部材52と、光路に対して挿脱自在に配置された1/2波長板53とを備えている。1/2波長板53に代えて、入射する直線偏光の偏光方向を90度回転させて射出するように構成された旋光子(旋光部材)を用いることもできる。   In the present embodiment, during the annular illumination, the non-polarized light enters the polarization conversion unit 5 due to the action of the polarization state switching unit 2. As shown in FIG. 4, 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. A second polarization conversion member 52 that compensates the deflection action and has a polarization conversion action similar to that of the first polarization conversion member 51, and a half-wave plate 53 that is detachably arranged with respect to the optical path are provided. . Instead of the half-wave plate 53, an optical rotator (optical rotatory member) configured to emit light by rotating the polarization direction of incident linearly polarized light by 90 degrees may be used.

偏光変換部材51は、図4および図5に示すように、光軸AXと直交する平面状の入射面51aと、光軸AXを中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する射出面51bとを有する。偏光変換部材52は、光軸AXを中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する入射面52aと、光軸AXと直交する平面状の射出面52bとを有する。偏光変換部材51の射出面51bと偏光変換部材52の入射面52aとは互いに補完的な面形状を有する。一例として、偏光変換部材51と52とは、射出面51bと入射面52aとが当接するように、互いに隣接して配置されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the polarization conversion member 51 includes a planar incident surface 51a orthogonal to the optical axis AX and an exit surface 51b having a sawtooth cross section along a circle centered on the optical axis AX. And have. The polarization conversion member 52 includes an incident surface 52a having a sawtooth cross section along a circle centered on the optical axis AX, and a planar exit surface 52b orthogonal to the optical axis AX. The exit surface 51b of the polarization conversion member 51 and the incident surface 52a of the polarization conversion member 52 have complementary surface shapes. As an example, the polarization conversion members 51 and 52 are disposed adjacent to each other so that the exit surface 51b and the entrance surface 52a come into contact with each other.

偏光変換部材51の射出面51bは、図6に示すように、光軸AXと直交する平面に沿って光軸AX上の点P1から放射状に延びる複数の第1稜線51baと、光軸AXを中心として点P1を頂点とする円錐の側面に沿って点P1から放射状に延びる複数の第2稜線51bbと、互いに隣り合う第1稜線51baと第2稜線51bbとの間に形成された複数の平面状の光学面51bcとを有する。すなわち、第1稜線51baは点P1からXY平面に平行に延びており、第2稜線51bbは点P1から+Z方向へ向かうようにXY平面に対して傾いた方向に延びている。   As shown in FIG. 6, the exit surface 51b of the polarization conversion member 51 includes a plurality of first ridge lines 51ba extending radially from the point P1 on the optical axis AX along a plane orthogonal to the optical axis AX, and the optical axis AX. A plurality of planes formed between a plurality of second ridge lines 51bb extending radially from the point P1 along the side surface of the cone having the point P1 as a vertex, and a first ridge line 51ba and a second ridge line 51bb adjacent to each other. Shaped optical surface 51bc. That is, the first ridge line 51ba extends in parallel to the XY plane from the point P1, and the second ridge line 51bb extends in a direction inclined with respect to the XY plane from the point P1 in the + Z direction.

複数の第1稜線51baは、光軸AXを中心とした円の周方向に沿って20度の角度間隔で配置されている。同様に、複数の第2稜線51bbも、光軸AXを中心とした円の周方向に沿って20度の角度間隔で配置されている。そして、複数の平面状の光学面51bcのうちの隣り合う一対の光学面51bcは、この一対の光学面に隣接する第1稜線51baまたは第2稜線51bbに関して対称である。したがって、偏光変換部材51の射出面51bは、18本の第1稜線51baと、18本の第2稜線51bbと、互いに合同な36個の平面状の光学面51bcとを有する。   The plurality of first ridge lines 51ba are arranged at an angular interval of 20 degrees along the circumferential direction of a circle centered on the optical axis AX. Similarly, the plurality of second ridge lines 51bb are also arranged at an angular interval of 20 degrees along the circumferential direction of a circle centered on the optical axis AX. A pair of adjacent optical surfaces 51bc among the plurality of planar optical surfaces 51bc is symmetrical with respect to the first ridge line 51ba or the second ridge line 51bb adjacent to the pair of optical surfaces. Therefore, the exit surface 51b of the polarization conversion member 51 has 18 first ridge lines 51ba, 18 second ridge lines 51bb, and 36 plane optical surfaces 51bc that are congruent with each other.

偏光変換部材52の入射面52aは、図7に示すように、光軸AXと直交する平面に沿って光軸AX上の点P2から放射状に延びる複数の第1稜線52aaと、光軸AXを中心として点P2を頂点とする円錐の側面に沿って点P2から放射状に延びる複数の第2稜線52abと、互いに隣り合う第1稜線52aaと第2稜線52abとの間に形成された複数の平面状の光学面52acとを有する。すなわち、第1稜線52aaは点P2からXY平面に平行に延びており、第2稜線52abは点P2から−Z方向へ向かうようにXY平面に対して傾いた方向に延びている。   As shown in FIG. 7, the incident surface 52a of the polarization conversion member 52 includes a plurality of first ridges 52aa extending radially from the point P2 on the optical axis AX along a plane orthogonal to the optical axis AX, and the optical axis AX. A plurality of second ridge lines 52ab extending radially from the point P2 along the side surface of the cone having the point P2 as a vertex as a center, and a plurality of planes formed between the first ridge line 52aa and the second ridge line 52ab adjacent to each other Optical surface 52ac. That is, the first ridge line 52aa extends in parallel to the XY plane from the point P2, and the second ridge line 52ab extends in a direction inclined with respect to the XY plane from the point P2 toward the -Z direction.

複数の第1稜線52aaは、光軸AXを中心とした円の周方向に沿って20度の角度間隔で配置されている。同様に、複数の第2稜線52abも、光軸AXを中心とした円の周方向に沿って20度の角度間隔で配置されている。そして、複数の平面状の光学面52acのうちの隣り合う一対の光学面52acは、この一対の光学面に隣接する第1稜線52aaまたは第2稜線52abに関して対称である。したがって、偏光変換部材52の入射面52aは、18本の第1稜線52aaと、18本の第2稜線52abと、互いに合同な36個の平面状の光学面52acとを有する。   The plurality of first ridge lines 52aa are arranged at an angular interval of 20 degrees along the circumferential direction of a circle centered on the optical axis AX. Similarly, the plurality of second ridge lines 52ab are also arranged at an angular interval of 20 degrees along the circumferential direction of a circle centered on the optical axis AX. A pair of adjacent optical surfaces 52ac among the plurality of planar optical surfaces 52ac is symmetric with respect to the first ridge line 52aa or the second ridge line 52ab adjacent to the pair of optical surfaces. Therefore, the incident surface 52a of the polarization conversion member 52 has 18 first ridgelines 52aa, 18 second ridgelines 52ab, and 36 plane optical surfaces 52ac that are congruent with each other.

偏光変換部材51,52は、石英、蛍石などの光学材料により形成された平行平面板に対して、エッチング、機械加工などを施すことにより製造される。あるいは、偏光変換部材51,52は、石英、蛍石などの光学材料により形成された1つまたは複数の光学面51bc,52acを含む単位部品を組み合わせることにより製造される。上述したように、偏光変換部材51の射出面51bと偏光変換部材52の入射面52aとは互いに補完的な面形状を有し、ひいては偏光変換部材51と偏光変換部材52とは同様の偏光変換作用を発揮する。以下、主として偏光変換部材51に着目して、偏光変換部材51,52に共通な偏光変換作用を説明する。   The polarization conversion members 51 and 52 are manufactured by performing etching, machining, or the like on a parallel flat plate formed of an optical material such as quartz or fluorite. Alternatively, the polarization conversion members 51 and 52 are manufactured by combining unit parts including one or a plurality of optical surfaces 51bc and 52ac formed of an optical material such as quartz or fluorite. As described above, the exit surface 51b of the polarization conversion member 51 and the incident surface 52a of the polarization conversion member 52 have complementary surface shapes, so that the polarization conversion member 51 and the polarization conversion member 52 have the same polarization conversion. Demonstrate the effect. Hereinafter, mainly focusing on the polarization conversion member 51, the polarization conversion action common to the polarization conversion members 51 and 52 will be described.

図8において、XY平面図は、1つの第2稜線51bbを挟んだ一対の平面状の光学面51bcからなる単位部分を、光軸AXの方向(Z方向)に沿って見た図である。A方向側面図はXY平面図に示すA方向に沿って単位部分を見た図であり、B方向側面図はXY平面図に示すB方向に沿って単位部分を見た図である。1つの第2稜線51bbを挟んだ一対の平面状の光学面51bcからなる単位部分は、3つの角度パラメータθ1,θ2,θ3と、2つの寸法パラメータα,βとにより規定される。   In FIG. 8, the XY plan view is a view of a unit portion composed of a pair of planar optical surfaces 51 bc sandwiching one second ridge line 51 bb along the direction of the optical axis AX (Z direction). A side view of the A direction is a view of the unit portion along the A direction shown in the XY plan view, and a side view of the B direction is a view of the unit portion along the B direction shown in the XY plan view. A unit portion composed of a pair of planar optical surfaces 51bc sandwiching one second ridge line 51bb is defined by three angle parameters θ1, θ2, θ3 and two dimension parameters α, β.

角度θ1は、A方向側面図において光学面51bcに対応する斜辺と第1稜線51baに対応する底辺とがなす角度である。角度θ2は、XY平面図において第1稜線51baと第2稜線51bbとがなす角度(本実施形態では10度)である。角度θ3は、B方向側面図において第2稜線51bbに対応する斜辺と第1稜線51baに対応する底辺とがなす角度である。寸法αは、A方向側面図において光学面51bcに対応する斜辺の長さである。寸法βは、B方向側面図において第1稜線51baに対応する底辺の長さである。   The angle θ1 is an angle formed by the hypotenuse corresponding to the optical surface 51bc and the base corresponding to the first ridge line 51ba in the side view in the A direction. The angle θ2 is an angle (10 degrees in this embodiment) formed by the first ridge line 51ba and the second ridge line 51bb in the XY plan view. The angle θ3 is an angle formed by the hypotenuse corresponding to the second ridge line 51bb and the base corresponding to the first ridge line 51ba in the B-direction side view. The dimension α is the length of the hypotenuse corresponding to the optical surface 51bc in the side view in the A direction. The dimension β is the length of the base corresponding to the first ridge line 51ba in the side view in the B direction.

XY平面図において一対の第1稜線51baを斜辺とする三角形の底辺の1/2の寸法L1、すなわちA方向側面図において光学面51bcに対応する一対の斜辺を有する三角形の底辺の1/2の寸法L1は、次の式(1a)により表される。A方向側面図において光学面51bcに対応する一対の斜辺を有する三角形の高さ寸法L2、すなわちB方向側面図において第2稜線51bbに対応する斜辺および第1稜線51baに対応する底辺を有する三角形の高さ寸法L2は、次の式(1b)により表される。
L1=α×cosθ1=β×tanθ2 (1a)
L2=α×sinθ1=β×tanθ3 (1b)
In the XY plan view, the dimension L1 is ½ of the base of the triangle having the pair of first ridges 51ba as the hypotenuse, that is, ½ of the base of the triangle having the pair of hypotenuses corresponding to the optical surface 51bc in the side view in the A direction. The dimension L1 is represented by the following formula (1a). The height L2 of the triangle having a pair of oblique sides corresponding to the optical surface 51bc in the side view in the A direction, that is, the triangular shape having the oblique sides corresponding to the second ridge line 51bb and the base corresponding to the first ridge line 51ba in the side view in the B direction. The height dimension L2 is represented by the following formula (1b).
L1 = α × cos θ1 = β × tan θ2 (1a)
L2 = α × sin θ1 = β × tan θ3 (1b)

非偏光状態の平行光束が光軸AXに沿って平面状の光学面51bcに入射すると、当該光学面51bcに対するp偏光の光はほぼ100%の透過率で透過し、当該光学面51bcに対するs偏光の光の透過率は光学面51bcの傾きに応じて下がる(反射率は上がる)。このとき、p偏光の透過率とs偏光の透過率との差、すなわちps透過率差に関連するのは、角度θ1である。   When an unpolarized parallel light beam enters the planar optical surface 51bc along the optical axis AX, p-polarized light with respect to the optical surface 51bc is transmitted with a transmittance of almost 100%, and s-polarized light with respect to the optical surface 51bc. The light transmittance decreases in accordance with the inclination of the optical surface 51bc (the reflectance increases). At this time, the angle θ1 is related to the difference between the transmittance of p-polarized light and the transmittance of s-polarized light, that is, the difference in ps transmittance.

本実施形態では、偏光変換部材51の鋸歯状の断面を有する射出面51bを構成する光学面51bcのps透過率差に関する角度θ1を、例えば光学面51bcに対するブリュースター角θBと関連付けて所要の角度に決定する。その結果、偏光変換部材51は、輪帯状で非偏光状態の平行光束が光軸AXに沿って入射した場合、光学面51bcのps透過率差を利用して、射出される輪帯状の平行光束の偏光状態を光軸AXに関して点対称性の良好な周方向偏光状態へ近づける。   In the present embodiment, the angle θ1 related to the ps transmittance difference of the optical surface 51bc constituting the exit surface 51b having the sawtooth cross section of the polarization conversion member 51 is related to, for example, the Brewster angle θB with respect to the optical surface 51bc, and the required angle To decide. As a result, the polarization conversion member 51 uses the difference in ps transmittance of the optical surface 51bc to emit an annular parallel light beam when an annular and non-polarized parallel light beam enters along the optical axis AX. Is brought close to a circumferential polarization state with good point symmetry with respect to the optical axis AX.

偏光変換部材51におけるp偏光の光量損失を1%以内に抑えるには、偏光変換部材51が石英で形成されている場合には次の式(2a)を満足するように、偏光変換部材51が蛍石で形成されている場合には次の式(2b)を満足するように、角度θ1(単位:度)を決定すれば良い。式(2a)において、θB(石英)は偏光変換部材51が石英で形成されている場合の光学面51bcに対するブリュースター角(単位:度)である。θB(蛍石)は偏光変換部材51が蛍石で形成されている場合の光学面51bcに対するブリュースター角(単位:度)である。
θB(石英)−11<θ1<θB(石英)+8 (2a)
θB(蛍石)−12<θ1<θB(蛍石)+8 (2b)
In order to suppress the light loss of the p-polarized light within the polarization conversion member 51 within 1%, when the polarization conversion member 51 is made of quartz, the polarization conversion member 51 satisfies the following formula (2a). When formed of fluorite, the angle θ1 (unit: degree) may be determined so as to satisfy the following expression (2b). In Formula (2a), θB (quartz) is a Brewster angle (unit: degree) with respect to the optical surface 51bc when the polarization conversion member 51 is formed of quartz. θB (fluorite) is a Brewster angle (unit: degree) with respect to the optical surface 51bc when the polarization conversion member 51 is formed of fluorite.
θB (quartz) -11 <θ1 <θB (quartz) +8 (2a)
θB (fluorite) -12 <θ1 <θB (fluorite) +8 (2b)

図9において、XY平面図は、1つの第1稜線52aaを挟んだ一対の平面状の光学面52acからなる単位部分を、光軸AXの方向(Z方向)に沿って見た図である。A方向側面図はXY平面図に示すA方向に沿って単位部分を見た図である。角度φ1は、A方向側面図において光学面52acおよび第2稜線52abに対応する斜辺とXY平面に対応する底辺とがなす角度である。   In FIG. 9, the XY plan view is a view of a unit portion composed of a pair of planar optical surfaces 52ac sandwiching one first ridgeline 52aa along the direction of the optical axis AX (Z direction). A direction side view is the figure which looked at the unit part along the A direction shown to XY top view. The angle φ1 is an angle formed by the hypotenuse corresponding to the optical surface 52ac and the second ridge line 52ab and the base corresponding to the XY plane in the side view in the A direction.

図9のA方向側面図において光学面52ac(第2稜線52ab)に対応する一対の斜辺を有する三角形の高さ寸法L2は、図8のA方向側面図において光学面51bcに対応する一対の斜辺を有する三角形の高さ寸法L2と同じであり、次の式(3a)により表される。図9のXY平面図において第2稜線52abに対応する斜辺および第1稜線52aaに対応する底辺を有する三角形の高さ寸法L3、すなわち図9のA方向側面図において光学面52ac(第2稜線52ab)に対応する一対の斜辺を有する三角形の底辺の1/2の寸法L3は、次の式(3b)により表される。
L2=α×sinθ1 (3a)
L3=β×sinθ2 (3b)
The height L2 of the triangle having a pair of oblique sides corresponding to the optical surface 52ac (second ridge line 52ab) in the side view in the A direction of FIG. 9 is a pair of oblique sides corresponding to the optical surface 51bc in the side view in the A direction of FIG. It is the same as the height dimension L2 of the triangle which has, and is represented by the following formula (3a). In the XY plan view of FIG. 9, the height L3 of the triangle having the hypotenuse corresponding to the second ridge line 52ab and the base corresponding to the first ridge line 52aa, that is, the optical surface 52ac (second ridge line 52ab in the side view in the direction A in FIG. ), A dimension L3 that is ½ of the base of a triangle having a pair of hypotenuses is represented by the following equation (3b).
L2 = α × sin θ1 (3a)
L3 = β × sin θ2 (3b)

したがって、式(1a)と式(3a)と式(3b)とから、偏光変換部材51の光学面51bcのps透過率差に関する角度θ1と、偏光変換部材52の光学面52acのps透過率差に関する角度φ1との間には、次の式(4)に示す関係が導かれる。
tanφ1=tanθ1/cosθ2 (4)
Therefore, from the equations (1a), (3a), and (3b), the angle θ1 related to the ps transmittance difference of the optical surface 51bc of the polarization conversion member 51 and the ps transmittance difference of the optical surface 52ac of the polarization conversion member 52 are obtained. The relationship shown in the following equation (4) is derived between the angle φ1 and the angle φ1.
tanφ1 = tanθ1 / cosθ2 (4)

式(4)を参照すると、稜線51ba,51bb,52aa,52abの角度間隔θ2を十分小さくすることにより、偏光変換部材51の光学面51bcのps透過率差に関する角度θ1を偏光変換部材52の光学面52acのps透過率差に関する角度φ1に近づけることができ、ひいては偏光変換部材51の偏光変換作用を偏光変換部材52の偏光変換作用に近づけることができることがわかる。角度間隔θ2を十分小さくすれば、一対の偏光変換部材51と52とは、互いにほぼ同じ偏光変換作用、すなわち入射する輪帯状の平行光束の偏光状態を光軸AXに関して点対称性の良好な周方向偏光状態へ近づけて射出する機能を有する。   Referring to Expression (4), the angle θ1 related to the ps transmittance difference of the optical surface 51bc of the polarization conversion member 51 is made optical by the polarization conversion member 52 by sufficiently reducing the angle interval θ2 of the ridge lines 51ba, 51bb, 52aa, 52ab. It can be seen that the angle φ1 relating to the ps transmittance difference of the surface 52ac can be brought close to, and as a result, the polarization conversion action of the polarization conversion member 51 can be brought close to the polarization conversion action of the polarization conversion member 52. If the angle interval θ2 is made sufficiently small, the pair of polarization conversion members 51 and 52 have substantially the same polarization conversion action, that is, the polarization state of the incident ring-shaped parallel light flux is a circumference with good point symmetry with respect to the optical axis AX. It has a function of emitting light close to the directional polarization state.

本実施形態では、偏光変換ユニット5において、互いにほぼ同じ偏光変換作用を有する一対の偏光変換部材51,52が光軸AX方向に直列的に配置されている。したがって、1/2波長板53が光路から退避している場合、輪帯状で非偏光状態の平行光束が光軸AXに沿って一対の偏光変換部材51,52に入射すると、光学面51bc,52acのps透過率差を利用した偏光変換作用により、偏光変換ユニット5の直後の照明瞳には、図10に示すように光軸AXに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の光強度分布22が形成される。   In the present embodiment, in the polarization conversion unit 5, a pair of polarization conversion members 51 and 52 having substantially the same polarization conversion action are arranged in series in the optical axis AX direction. Therefore, when the half-wave plate 53 is withdrawn from the optical path, when the parallel light beam in a ring-shaped and non-polarized state is incident on the pair of polarization conversion members 51 and 52 along the optical axis AX, the optical surfaces 51bc and 52ac As a result of the polarization conversion action utilizing the difference in ps transmittance, the illumination pupil immediately after the polarization conversion unit 5 has a light intensity distribution 22 in a circumferentially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis AX as shown in FIG. Is formed.

同様に、マイクロフライアイレンズ8の直後の照明瞳にも、光軸AXに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の光強度分布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11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’に対応する周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。   Similarly, a light intensity distribution 22 ′ in a circumferentially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis AX is also formed on 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 ′ becomes a linear polarization state having a polarization direction in the tangential direction of the 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 11 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 the 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).

一方、1/2波長板53が光路中に配置されている場合、輪帯状で非偏光状態の平行光束が光軸AXに沿って一対の偏光変換部材51,52に入射すると、偏光変換ユニット5の直後の照明瞳には、図11に示すように光軸AXに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の光強度分布23が形成される。同様に、マイクロフライアイレンズ8の直後の照明瞳にも、光軸AXに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の光強度分布23’が形成される。径方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布23’を通過する光束が、光軸AXを中心とした円の径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11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23’に対応する径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。   On the other hand, when the half-wave plate 53 is disposed in the optical path, when a parallel light beam in an annular shape and unpolarized enters the pair of polarization conversion members 51 and 52 along the optical axis AX, the polarization conversion unit 5 As shown in FIG. 11, a light intensity distribution 23 in a radially polarized state having a good point symmetry with respect to the optical axis AX is formed in the illumination pupil immediately after. Similarly, a light intensity distribution 23 ′ in a radially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis AX is also formed on the illumination pupil immediately after the micro fly's eye lens 8. In the radial polarization state, the light beam passing through the annular light intensity distribution 23 ′ becomes a linear polarization state having a polarization direction in the radial direction of a circle centered on the optical axis AX. 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 11 and the pupil position of the projection optical system PL (the aperture stop AS is disposed). ), An annular light intensity distribution is formed in a radially polarized state corresponding to the annular light intensity distribution 23 ′.

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.

輪帯状で径方向偏光状態の瞳強度分布23,23’を照明瞳に形成している状態で、輪帯照明用の回折光学素子3を4極照明用の回折光学素子に切り換えると、図12に示すように、4極状で径方向偏光状態の瞳強度分布24が照明瞳に形成される。図3および図12を参照すると、本実施形態では、偏光変換ユニット5の作用により、光軸AXに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の瞳強度分布が実現されることがわかる。   When the zonal illumination diffractive optical element 3 is switched to the quadrupole illumination diffractive optical element in a state where the pupil intensity distributions 23 and 23 ′ in the annular shape and the radially polarized state are formed in the illumination pupil, FIG. As shown in FIG. 4, a pupil intensity distribution 24 in a quadrupolar and radially polarized state is formed on the illumination pupil. Referring to FIGS. 3 and 12, it can be seen that in this embodiment, the action of the polarization conversion unit 5 realizes a pupil intensity distribution in a radially polarized state with good point symmetry with respect to the optical axis AX.

輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布22,22’を照明瞳に形成している状態で、輪帯照明用の回折光学素子3を4極照明用の回折光学素子に切り換えると、図13に示すように、4極状で周方向偏光状態の瞳強度分布25が照明瞳に形成される。この場合も、偏光変換ユニット5の作用により、光軸AXに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布が実現される。また、偏光変換ユニット5を構成する一対の偏光変換部材51,52は石英、蛍石などの光学材料により形成された光透過部材であり、ワイヤグリッド偏光子における光量損失に比して、一対の偏光変換部材51,52における光量損失の発生は小さい。   When the zonal illumination diffractive optical element 3 is switched to the quadrupole illumination diffractive optical element in a state where the pupil intensity distributions 22 and 22 ′ in the annular shape and in the circumferential polarization state are formed in the illumination pupil, FIG. As shown in FIG. 4, a pupil intensity distribution 25 in a quadrupolar and circumferentially polarized state is formed on the illumination pupil. Also in this case, the action of the polarization conversion unit 5 realizes a pupil intensity distribution in a circumferential polarization state with good point symmetry with respect to the optical axis AX. The pair of polarization conversion members 51 and 52 constituting the polarization conversion unit 5 is a light transmission member formed of an optical material such as quartz or fluorite, and the pair of polarization conversion members 51 and 52 are compared with the light amount loss in the wire grid polarizer. The occurrence of light loss in the polarization conversion members 51 and 52 is small.

以上のように、本実施形態の偏光変換ユニット5は、照明光学系(1〜11)の光路中に配置されて、光量損失を抑えつつ光軸AXに関して点対称性の良好な周方向偏光状態(または径方向偏光状態)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(1〜11)では、光軸AXに関して点対称性の良好な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(1〜11)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。   As described above, the polarization conversion unit 5 of the present embodiment is arranged in the optical path of the illumination optical system (1 to 11), and suppresses the light amount loss, and has a good circumferential symmetry with respect to the optical axis AX. (Or radial polarization state) pupil intensity distribution can be realized. In the illumination optical system (1 to 11) of the present embodiment, a desired circumferential polarization state is obtained by using the polarization conversion unit 5 that realizes the pupil intensity distribution of the circumferential polarization state with good point symmetry with respect to the optical axis AX. The pattern surface (irradiated surface) of the mask M can be illuminated with light. In the exposure apparatus (1 to WS) of this embodiment, the illumination optical system (1 to 11) 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、図4〜図7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、偏光変換部材の形状(角度パラメータθ1,θ2,θ3,φ1、寸法パラメータα,βなどにより規定される形状)、材質、数、配置位置などについては、様々な形態が可能である。   In the above-described embodiment, the present invention is described based on the polarization conversion unit 5 having the specific configuration shown in FIGS. However, the present invention is not limited to this, and various configurations are possible for the configuration of the polarization conversion unit. Specifically, regarding the arrangement position of the polarization conversion unit, the shape of the polarization conversion member (the shape defined by the angle parameters θ1, θ2, θ3, φ1, dimensional parameters α, β, etc.), material, number, arrangement position, etc. Various forms are possible.

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(1〜11)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11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。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。   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 the other illumination pupil of the illumination optical system (1 to 11) 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 11, or the vicinity thereof. . 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.

また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット5が一対の偏光変換部材51および52を備えている。しかしながら、偏光変換部材の数については様々な形態が可能である。例えば、一対の偏光変換部材からなる組立体を光軸方向に直列的に複数組配置することにより、瞳強度分布の偏光状態の光軸に関する点対称性をさらに向上させることができる。逆に、光軸に関する点対称性がある程度確保された偏光状態の光束が入射する場合には、一対の偏光変換部材(場合によっては1つの偏光変換部材)を用いて、瞳強度分布の偏光状態の光軸に関する点対称性を良好に設定することができる。   In the above-described embodiment, the polarization conversion unit 5 includes the pair of polarization conversion members 51 and 52. However, various forms of the number of polarization conversion members are possible. For example, by arranging a plurality of assemblies composed of a pair of polarization conversion members in series in the optical axis direction, the point symmetry with respect to the optical axis of the polarization state of the pupil intensity distribution can be further improved. On the other hand, when a light beam having a polarization state in which point symmetry with respect to the optical axis is secured to some extent is incident, a pair of polarization conversion members (in some cases, one polarization conversion member) is used, and the polarization state of the pupil intensity distribution The point symmetry with respect to the optical axis can be set satisfactorily.

図14に示す変形例にかかる偏光変換ユニット5Aでは、図4に示す実施形態における偏光変換ユニット5の偏光変換部材51の前側に、光路に対して挿脱可能な旋光部材54が付設されている。旋光部材54は、図15に示すように、光軸AXを中心とする円の周方向に沿って配列された8つの平行平面板状の旋光素子54a,54b,54c,54d,54e,54f,54g,54hを有する。旋光素子54a〜54hは、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されている。   In the polarization conversion unit 5A according to the modification shown in FIG. 14, an optical rotation member 54 that can be inserted into and removed from the optical path is attached to the front side of the polarization conversion member 51 of the polarization conversion unit 5 in the embodiment shown in FIG. . As shown in FIG. 15, the optical rotatory member 54 includes eight parallel plane plate-shaped optical rotators 54 a, 54 b, 54 c, 54 d, 54 e, 54 f, arranged along the circumferential direction of a circle centered on the optical axis AX. 54g, 54h. The optical rotators 54a to 54h are formed of a crystal material that is an optical material having optical activity, such as quartz.

旋光部材54が光路中に位置決めされている状態において、旋光素子54a〜54hの入射面(ひいては射出面)は光軸AXと直交し、その結晶光学軸は光軸AXの方向とほぼ一致(すなわち入射光の進行方向であるZ方向とほぼ一致)している。また、偏光状態切換部2および輪帯照明用の回折光学素子3の作用により、偏光変換ユニット5(ひいては旋光部材54)には、例えば光軸AXを中心とした輪帯状でY方向に偏光したY方向直線偏光の光束(図15中ハッチングを施した部分)20が入射する。   In a state where the optical rotatory member 54 is positioned in the optical path, the incident surfaces (and thus the exit surfaces) of the optical rotators 54a to 54h are orthogonal to the optical axis AX, and the crystal optical axis thereof is substantially coincident with the direction of the optical axis AX (ie, And substantially coincides with the Z direction which is the traveling direction of the incident light). Further, due to the action of the polarization state switching unit 2 and the diffractive optical element 3 for annular illumination, the polarization conversion unit 5 (and thus the optical rotation member 54) is polarized in the Y direction, for example, in an annular shape centered on the optical axis AX. A Y-direction linearly polarized light beam (hatched portion in FIG. 15) 20 enters.

旋光素子54a〜54hは、光軸AXを中心とする円環状の領域を周方向に沿って8等分して得られる8つの分割領域を占めている。換言すれば、旋光素子54a〜54hは、入射する輪帯状の光束20を周方向に沿って8等分して得られる8つの円弧状の光束がそれぞれ通過するように区分されている。旋光素子54a〜54hのうち、光軸AXを挟んで対向する一対の旋光素子は、互いに同じ厚さを有し、ひいては互いに同じ偏光変換特性を有する。あるいは、光軸AXを挟んで対向する一対の旋光素子は、互いに異なる厚さを有するが、互いに同じ偏光変換特性を有する。   The optical rotatory elements 54a to 54h occupy eight divided regions obtained by dividing an annular region around the optical axis AX into eight equal parts along the circumferential direction. In other words, the optical rotation elements 54a to 54h are divided so that eight arc-shaped light beams obtained by dividing the incident ring-shaped light beam 20 into eight equal parts along the circumferential direction pass therethrough. Of the optical rotators 54a to 54h, the pair of optical rotators facing each other with the optical axis AX in between have the same thickness and thus the same polarization conversion characteristics. Alternatively, the pair of optical rotatory elements facing each other with the optical axis AX interposed therebetween have different thicknesses but have the same polarization conversion characteristics.

具体的に、一対の旋光素子54aおよび54eは、Y方向直線偏光の光が入射した場合、その偏光方向を変化させることなく(すなわちその偏光方向を0度または180度回転させて)Y方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。一対の旋光素子54bおよび54fは、Y方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向を−45度(または+135度:すなわち図15中反時計廻りに45度)回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。   Specifically, the pair of optical rotators 54a and 54e, when Y-direction linearly polarized light is incident, do not change the polarization direction (that is, rotate the polarization direction by 0 or 180 degrees). The thickness is set so as to emit polarized light. The pair of optical rotators 54b and 54f, when Y-direction linearly polarized light is incident, change the polarization direction to a direction obtained by rotating the Y direction by −45 degrees (or +135 degrees, that is, 45 degrees counterclockwise in FIG. 15). The thickness is set so as to emit linearly polarized light.

一対の旋光素子54cおよび54gは、Y方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向を+90度(または−90度)回転させた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厚さが設定されている。一対の旋光素子54dおよび54hは、Y方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向を+45度(または−135度:すなわち図6中時計廻りに45度)回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。   The pair of optical rotators 54c and 54g emit X-direction linearly polarized light having a polarization direction in the X direction obtained by rotating the Y direction by +90 degrees (or -90 degrees) when Y-direction linearly polarized light is incident. The thickness is set as follows. The pair of optical rotators 54d and 54h have a polarization direction in a direction obtained by rotating the Y direction by +45 degrees (or -135 degrees, that is, 45 degrees clockwise in FIG. 6) when light in the Y direction linearly polarized light enters. The thickness is set so as to emit linearly polarized light.

その結果、図16に示すように、旋光部材54を経た光束(すなわち偏光変換部材51に入射する光束)26は、光軸AXを中心とした輪帯状の断面を有し、且つほぼ周方向偏光状態になる。具体的に、輪帯状の光束26のうち、旋光素子54a,54eを経た円弧状の光束26a,26eは、Y方向直線偏光になる。旋光素子54b,54fを経た円弧状の光束26b,26fは、Y方向を−45度回転させた斜め方向に偏光方向を有する−45度斜め方向直線偏光になる。   As a result, as shown in FIG. 16, the light beam 26 (that is, the light beam incident on the polarization conversion member 51) 26 that has passed through the optical rotation member 54 has a ring-shaped cross section centered on the optical axis AX and is substantially polarized in the circumferential direction. It becomes a state. Specifically, arc-shaped light beams 26a and 26e that have passed through optical rotatory elements 54a and 54e out of annular light beam 26 are linearly polarized in the Y direction. The arc-shaped light beams 26b and 26f having passed through the optical rotators 54b and 54f become −45 degrees oblique linearly polarized light having a polarization direction in an oblique direction obtained by rotating the Y direction by −45 degrees.

旋光素子54c,54gを経た円弧状の光束26c,26gは、Y方向を90度回転させたX方向に偏光方向を有するX方向直線偏光になる。旋光素子54d,54hを経た円弧状の光束26d,26hは、Y方向を+45度回転させた斜め方向に偏光方向を有する+45度斜め方向直線偏光になる。ただし、旋光素子54a〜54hの厚さについては製造誤差が発生し易く、ひいては円弧状の光束26a〜26hの偏光方向についても角度誤差が発生し易い。   The arc-shaped light beams 26c and 26g that have passed through the optical rotatory elements 54c and 54g become X-direction linearly polarized light having a polarization direction in the X direction obtained by rotating the Y direction by 90 degrees. The arc-shaped light beams 26d and 26h that have passed through the optical rotators 54d and 54h become +45 degrees obliquely linearly polarized light having a polarization direction in an oblique direction obtained by rotating the Y direction by +45 degrees. However, a manufacturing error is likely to occur with respect to the thickness of the optical rotators 54a to 54h, and an angular error is likely to occur with respect to the polarization direction of the arc-shaped light beams 26a to 26h.

図14の変形例では、旋光部材54の作用により、光軸AXに関する点対称性がある程度確保された周方向偏光状態の光束26が、一対の偏光変換部材51,52に入射する。したがって、一対の偏光変換部材51,52を経て形成される瞳強度分布は、一対の偏光変換部材51,52に非偏光状態に光束が入射する場合に比して、光軸AXに関する点対称性の良好な周方向偏光状態になる。   In the modified example of FIG. 14, the circumferentially polarized light flux 26 with a certain degree of point symmetry with respect to the optical axis AX is incident on the pair of polarization conversion members 51 and 52 by the action of the optical rotation member 54. Therefore, the pupil intensity distribution formed through the pair of polarization conversion members 51 and 52 is point-symmetric with respect to the optical axis AX as compared with the case where the light beam is incident on the pair of polarization conversion members 51 and 52 in a non-polarized state. In a good circumferential polarization state.

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10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11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 10. When a rod type integrator is used, a position optically conjugate with the position of the aperture stop of the projection optical system PL in the field stop imaging optical system 11 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17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17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. 17 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device. As shown in FIG. 17, 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18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18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. 18 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 18, in the liquid crystal device manufacturing process, a pattern formation process (step S50), a color filter formation process (step S52), a cell assembly process (step S54), and a module assembly 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 or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a 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。また、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第1420298号明細書、国際公開第2004/055803号、米国特許第6,952,253号明細書などに開示される手法も適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、特開平10−303114号公報、欧州特許出願公開第1420298号、国際公開第2004/055803号および米国特許第6,952,253号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. In addition, the method disclosed in, for example, European Patent Application No. 1420298, International Publication No. 2004/055803, US Patent No. 6,952,253, and the like can be applied. Here, the pamphlet of International Publication No. WO99 / 49504, JP-A-6-124873, JP-A-10-303114, European Patent Application Publication No. 1420298, International Publication No. 2004/055803 and US Pat. No. 6,952 No. 253, incorporated herein 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
51,52 偏光変換部材
53 1/2波長板
54 旋光部材
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)
9 コンデンサー光学系
10 マスクブラインド
11 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 units 51 and 52 Polarization conversion member 53 1/2 wavelength plate 54 Optical rotation member 6 Conical axicon system 7 Zoom lens 8 Micro fly's eye lens (optical integrator)
9 Condenser optical system 10 Mask blind 11 Imaging optical system LS Light source M Mask MS Mask stage PL Projection optical system W Wafer WS Wafer stage

Claims (14)

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、光軸と直交する平面状の第1面と、前記光軸を中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する第2面とを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 unit has a planar first surface orthogonal to the optical axis and a second surface having a sawtooth cross section along a circle centered on the optical axis. .
前記偏光変換部材の前記第2面は、前記光軸と直交する平面に沿って前記光軸上の所定点から放射状に延びる複数の第1稜線と、前記光軸を中心として前記所定点を頂点とする円錐の側面に沿って前記所定点から放射状に延びる複数の第2稜線と、互いに隣り合う前記第1稜線と前記第2稜線との間に形成された複数の平面状の光学面とを有す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。 The second surface of the polarization conversion member has a plurality of first ridgelines extending radially from a predetermined point on the optical axis along a plane orthogonal to the optical axis, and the predetermined point is centered on the optical axis. A plurality of second ridge lines extending radially from the predetermined point along the side surface of the cone, and a plurality of planar optical surfaces formed between the first ridge line and the second ridge line adjacent to each other. The polarization conversion unit according to claim 1, comprising: 前記複数の第1稜線は、前記光軸を中心とした円の周方向に沿って所定の角度間隔で配置され、
前記複数の平面状の光学面のうちの隣り合う一対の光学面は、該一対の光学面に隣接する第2稜線に関して対称であ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 plurality of first ridge lines are arranged at predetermined angular intervals along a circumferential direction of a circle around the optical axis,
3. The polarization conversion unit according to claim 2, wherein a pair of adjacent optical surfaces among the plurality of planar optical surfaces is symmetric with respect to a second ridge line adjacent to the pair of optical surfaces.
前記偏光変換部材の前記第2面と補完的な面形状を有する第3面と、前記光軸と直交する平面状の第4面とを有する補完用偏光変換部材をさらに備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 It further includes a complementary polarization conversion member having a third surface having a surface shape complementary to the second surface of the polarization conversion member, and a planar fourth surface orthogonal to the optical axis. The polarization conversion unit according to any one of claims 1 to 3. 前記偏光変換部材と前記補完用偏光変換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4に記載の偏光変換ユニット。 The polarization conversion unit according to claim 4, wherein the polarization conversion member and the complementary polarization conversion member are disposed adjacent to each other. 前記偏光変換部材と前記補完用偏光変換部材とを複数組備えていることを特徴とする請求項4または5に記載の偏光変換ユニット。 The polarization conversion unit according to claim 4 or 5, comprising a plurality of sets of the polarization conversion member and the complementary polarization conversion member. 最も射出側に配置された1/2波長板をさらに備えてい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, further comprising a half-wave plate arranged on the most exit side. 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7のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 8. 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. 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8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,
9. An illumination optical system comprising the polarization conversion unit according to claim 1 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9に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 9, 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10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. The illumination optical system according to 10. 所定のパターンを照明するための請求項9乃至11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 9 to 11 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12に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 12, further comprising a projection optical system that forms an image of the predetermined pattern on the photosensitive substrate. 請求項12または13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 12 or 13, 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:
JP2011139428A 2011-06-23 2011-06-23 Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure device, and manufacturing method of device Withdrawn JP2013008788A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150030935A (en) * 2013-09-13 2015-03-23 현대중공업 주식회사 Swing Control System for Construction Equipment

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