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JP2010283100A - Polarization conversion unit, illumination optical system, exposure device, and device manufacturing method - Google Patents

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

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JP2010283100A
JP2010283100A JP2009134648A JP2009134648A JP2010283100A JP 2010283100 A JP2010283100 A JP 2010283100A JP 2009134648 A JP2009134648 A JP 2009134648A JP 2009134648 A JP2009134648 A JP 2009134648A JP 2010283100 A JP2010283100 A JP 2010283100A
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light
optical system
polarization conversion
illumination
polarization
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JP2009134648A
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Japanese (ja)
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Osamu Tanitsu
修 谷津
Yasushi Mizuno
恭志 水野
Koji Shigematsu
幸二 重松
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polarization conversion unit that can convert incident light into a desired polarized light and project it even when the light is incident in a polarization state changed from a necessary polarization state under an influence of an optical element arranged, for example, on the front side. <P>SOLUTION: The polarization conversion unit (13) which changes the polarization state of the incident luminous flux to the prescribed polarization state includes: a polarization conversion element (13b) which is formed of a birefringent crystal material and changes the polarization state of the incident light; and a polarizer (13a) which is disposed on the incident side or the polarization side of the polarization conversion element, selects light in the predetermined polarization state from the incident light, and projects it. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

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

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源(一般には、照明光学系の照明瞳またはその近傍に形成される光強度分布、すなわち瞳強度分布)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(感光性基板)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高集積化されており、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。   In a typical exposure apparatus of this type, light emitted from a light source forms a secondary light source as a substantial surface light source including a large number of light sources via a fly-eye lens as an optical integrator. The light from the secondary light source (generally, the light intensity distribution formed in or near the illumination pupil of the illumination optical system, that is, the pupil intensity distribution) is condensed by the condenser optical system, and then a predetermined pattern is formed. Illuminate the mask in a superimposed manner. The light transmitted through the mask forms an image on a wafer (photosensitive substrate) via a projection optical system, and a mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is indispensable to obtain a uniform illumination distribution on the wafer in order to accurately transfer the fine pattern onto the wafer.

近年、任意方向の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、例えば輪帯状や複数極状(2極状、4極状など)の二次光源(輪帯状や複数極状の瞳強度分布)を形成し、こ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)。この技術では、波長板を用いて直線偏光状態を生成した後に、複数の旋光部材を含む偏光変換素子を用いて周方向偏光状態を生成している。   In recent years, in order to realize an illumination condition suitable for faithfully transferring a fine pattern in an arbitrary direction, for example, an annular or multipolar (bipolar) is formed on the rear focal plane of a fly-eye lens or an illumination pupil in the vicinity thereof. A quadrupolar secondary light source (annular or multipolar pupil intensity distribution), and a light beam passing through the secondary light source has a linear polarization state (hereinafter, referred to as a polarization direction). There has been proposed a technique for setting so as to be referred to as “circumferential polarization state” (see, for example, Patent Document 1). In this technique, after a linear polarization state is generated using a wave plate, a circumferential polarization state is generated using a polarization conversion element including a plurality of optical rotation members.

国際公開第2005/076045号パンフレットInternational Publication No. 2005/076045 Pamphlet

特許文献1に記載された従来技術では、照明光学系の比較的上流側に配置された波長板と偏光変換素子との協働作用により、偏光変換素子の直後において所望の周方向偏光状態が生成される。しかしながら、偏光変換素子よりも下流側の光路中に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子の影響により、感光性基板上では所望の周方向偏光状態で光が結像しなくなり、ひいてはマスクのパターン像を所要のコントラストで感光性基板上に形成することが困難である。   In the prior art described in Patent Document 1, a desired circumferential polarization state is generated immediately after the polarization conversion element by the cooperative action of the wavelength conversion plate and the polarization conversion element disposed relatively upstream of the illumination optical system. Is done. However, due to the influence of an optical element that is arranged in the optical path downstream of the polarization conversion element and changes the polarization state of light, light does not form an image in a desired circumferential polarization state on the photosensitive substrate, and as a result, a mask It is difficult to form the pattern image on the photosensitive substrate with a required contrast.

この場合、偏光変換素子を照明光学系のできるだけ下流側に配置し、偏光変換素子の直後に生成された所望の偏光状態に近い偏光状態でマスク(ひいてはウェハ)を照明する構成も考えられる。しかしながら、この構成では、波長板を用いて生成された直線偏光の光が波長板と偏光変換素子との間の光路中に配置された光学素子の影響を受けて、所要の直線偏光状態から変化した偏光状態で偏光変換素子に入射するため、偏光変換素子の直後において所望の周方向偏光状態を生成することが困難である。   In this case, a configuration is also possible in which the polarization conversion element is arranged as downstream as possible from the illumination optical system, and the mask (and thus the wafer) is illuminated in a polarization state close to a desired polarization state generated immediately after the polarization conversion element. However, in this configuration, the linearly polarized light generated using the wave plate changes from the desired linear polarization state due to the influence of the optical element disposed in the optical path between the wave plate and the polarization conversion element. Therefore, it is difficult to generate a desired circumferential polarization state immediately after the polarization conversion element.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば前側に配置された光学素子の影響により所要の偏光状態から変化した偏光状態の光が入射しても、入射光を所望の偏光状態に変換して射出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、所要の偏光状態から変化した偏光状態の光が入射しても入射光を所望の偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニットを用いて、所望の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、所望の偏光状態の光で被照射面のパターンを照明する照明光学系を用いて、所望の偏光状態でパターンを感光性基板上に結像させることのできる露光装置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. For example, even when light having a polarization state changed from a required polarization state by the influence of an optical element arranged on the front side is incident, the incident light is converted into a desired polarization state. An object of the present invention is to provide a polarization conversion unit that can be converted into a state and emitted. In addition, the present invention uses a polarization conversion unit that converts incident light into a desired polarization state and emits it even when light having a polarization state changed from a required polarization state is incident. An object of the present invention is to provide an illumination optical system capable of illuminating an irradiation surface. The present invention also provides an exposure apparatus that can form an image of a pattern on a photosensitive substrate in a desired polarization state using an illumination optical system that illuminates the pattern on the irradiated surface with light in the desired polarization state. The purpose is to do.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、入射光束の偏光状態を所定の偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
複屈折性の結晶材料で形成されて、入射光の偏光状態を変化させる偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置されて、入射光から特定の偏光状態の光を選択して射出する偏光子とを備えていることを特徴とする偏光変換ユニットを提供する。
In order to solve the above-mentioned problem, in the first embodiment of the present invention, in the polarization conversion unit that converts the polarization state of the incident light beam into a predetermined polarization state and emits it,
A polarization conversion element that is formed of a birefringent crystal material and changes a polarization state of incident light;
There is provided a polarization conversion unit comprising: a polarizer that is disposed on an incident side or an emission side of the polarization conversion element, and that selects and emits light having a specific polarization state from incident light.

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

本発明の第3形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、前記光源からの光の進行方向を偏向させる少なくとも1つの光路折り曲げミラーと、前記少なくとも1つの光路折り曲げミラーのうち最も前記被照射面側に配置される光路折り曲げミラーと、前記被照射面との間の光路中に配置される偏光子とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。本発明の第4形態では、所定のパターンを照明するための第2形態または第3形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。   According to a third aspect of the present invention, in an illumination optical system that illuminates a surface to be irradiated with light from a light source, at least one optical path bending mirror that deflects the traveling direction of light from the light source, and the at least one optical path bending mirror. An illumination optical system comprising: an optical path bending mirror disposed closest to the irradiated surface; and a polarizer disposed in an optical path between the irradiated surface. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical system according to the second or third aspect for illuminating a predetermined pattern, and exposing the predetermined pattern onto a photosensitive substrate. To do.

本発明の第5形態では、第4形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
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現像工程と、
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加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
In the fifth embodiment of the present invention, using the exposure apparatus of the fourth embodiment, an exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate;
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.

本発明の一態様にしたがう偏光変換ユニットでは、偏光変換素子の入射側に隣接して偏光子が配置されている。したがって、例えば前側に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子の影響により所要の偏光状態から変化した偏光状態の光が偏光変換ユニットに入射しても、偏光子は入射光の偏光状態を所要の偏光状態に戻して(厳密には所要の偏光状態に近づけて)偏光変換素子へ入射させる。偏光変換素子は、所要の偏光状態で入射した光の偏光状態を所望の偏光状態に変化させて射出する。   In the polarization conversion unit according to one aspect of the present invention, a polarizer is disposed adjacent to the incident side of the polarization conversion element. Therefore, for example, even when light having a polarization state changed from a required polarization state is incident on the polarization conversion unit due to the influence of an optical element arranged on the front side and changing the polarization state of light, the polarizer changes the polarization state of the incident light. The light is returned to the required polarization state (strictly close to the required polarization state) and is incident on the polarization conversion element. The polarization conversion element changes the polarization state of the incident light in a required polarization state and emits it after changing it to a desired polarization state.

このように、上述の態様にしたがう偏光変換ユニットでは、例えば前側に配置された光学素子の影響により所要の偏光状態から変化した偏光状態の光が入射しても、入射光を所望の偏光状態に変換して射出することができる。また、本発明の照明光学系では、所要の偏光状態から変化した偏光状態の光が入射しても入射光を所望の偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニットを用いて、所望の偏光状態の光で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置では、所望の偏光状態の光で被照射面のパターンを照明する照明光学系を用いて、所望の偏光状態でパターンを感光性基板上に結像させることができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。   As described above, in the polarization conversion unit according to the above-described aspect, even when light having a polarization state changed from a required polarization state due to the influence of the optical element disposed on the front side is incident, the incident light is changed to a desired polarization state. Can be converted and injected. The illumination optical system of the present invention uses a polarization conversion unit that converts the incident light into a desired polarization state and emits it even when light having a polarization state changed from the required polarization state is incident, and the desired polarization state. The illuminated surface can be illuminated with the light of. Further, in the exposure apparatus of the present invention, the illumination optical system that illuminates the pattern of the irradiated surface with light having a desired polarization state can image the pattern on the photosensitive substrate in a desired polarization state, As a result, a favorable device can be manufactured.

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus concerning embodiment of this invention. 図1の偏光変換素子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 element of FIG. 周方向偏光状態に設定された十字型4極状の二次光源を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the cross-shaped quadrupole secondary light source set to the circumferential polarization state. 水晶の旋光性について説明する図である。It is a figure explaining the optical rotatory power of quartz. 径方向偏光状態に設定された十字型4極状の二次光源を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the cross-shaped quadrupole secondary light source set to the radial direction polarization | polarized-light state. 周方向偏光状態に設定されたX字型4極状の二次光源を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the X-shaped quadrupole secondary light source set to the circumferential polarization state. 径方向偏光状態に設定されたX字型4極状の二次光源を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the X-shaped quadrupole secondary light source set to the radial polarization state. 変形例にかかる偏光変換素子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 element concerning a modification. ブリュースター角を利用した偏光子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 polarizer using a Brewster angle. 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. 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a semiconductor device. 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of liquid crystal devices, such as a liquid crystal display element.

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

光源1として、例えば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1から射出された光束は、整形光学系2、光路折り曲げミラーPM1、偏光状態切換系3、および回折光学素子4を介して、アフォーカルレンズ5に入射する。整形光学系2は、光源1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系3へ導く機能を有する。   As the light source 1, 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 1 enters the afocal lens 5 via the shaping optical system 2, the optical path bending mirror PM 1, the polarization state switching system 3, and the diffractive optical element 4. The shaping optical system 2 has a function of converting a substantially parallel light beam from the light source 1 into a light beam having a predetermined rectangular cross section and guiding it to the polarization state switching system 3.

偏光状態切換系3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3a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3b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)3cとを備えている。偏光状態切換系3は、デポラライザ3cを照明光路から退避させた状態で、光源1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4へ入射させる機能を有する。   The polarization state switching system 3 includes, in order from the light source side, a quarter-wave plate 3a that converts incident elliptically polarized light into linearly polarized light, with the crystal optical axis being rotatable about the optical axis AX, A half-wave plate 3b that changes the polarization direction of linearly polarized light that is incident on the optical axis AX so that the crystal optical axis is rotatable, and a depolarizer that can be inserted into and removed from the illumination optical path (depolarizing element). 3c. The polarization state switching system 3 has a function of converting the light from the light source 1 into linearly polarized light having a desired polarization direction and making it incident on the diffractive optical element 4 with the depolarizer 3c retracted from the illumination optical path.

また、偏光状態切換系3は、デポラライザ3cを照明光路中に設定した状態で、光源1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4へ入射させる機能を有する。アフォーカルレンズ5は前側レンズ群5aと後側レンズ群5bとからなり、前側レンズ群5aの前側焦点位置と回折光学素子4の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群5bの後側焦点位置と図中破線で示す所定面6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。   The polarization state switching system 3 has a function of converting the light from the light source 1 into substantially non-polarized light and making it incident on the diffractive optical element 4 in a state where the depolarizer 3c is set in the illumination optical path. The afocal lens 5 includes a front lens group 5a and a rear lens group 5b. The front focal position of the front lens group 5a and the position of the diffractive optical element 4 substantially coincide with each other, and the rear focal position of the rear lens group 5b. And an afocal system (non-focal optical system) set so that the position of the predetermined surface 6 indicated by a broken line in FIG.

一般に、回折光学素子は、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。回折光学素子4は、照明光路に対して挿脱自在であり、特性の異なる他の回折光学素子と切り換え可能に構成されている。以下、説明の理解を容易にするために、照明光路中には4極照明用の回折光学素子が配置されているものとする。   In general, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. The diffractive optical element 4 is detachable with respect to the illumination optical path, and is configured to be switchable with other diffractive optical elements having different characteristics. Hereinafter, in order to facilitate understanding of the description, it is assumed that a diffractive optical element for quadrupole illumination is arranged in the illumination optical path.

4極照明用の回折光学素子4は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に4極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4に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ5の瞳面に4極状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ5から射出される。アフォーカルレンズ5の瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系7が配置されている。円錐アキシコン系7の構成および作用については後述する。   The diffractive optical element 4 for quadrupole illumination has a function of forming a quadrupole light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Accordingly, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 4 forms a quadrupole light intensity distribution on the pupil plane of the afocal lens 5 and then exits from the afocal lens 5 as a substantially parallel light beam. A conical axicon system 7 is disposed on or near the pupil plane of the afocal lens 5. The configuration and operation of the conical axicon system 7 will be described later.

アフォーカルレンズ5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8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)9に入射する。マイクロフライアイレンズ9は、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る。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば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る。ここで、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。   The light passing through the afocal lens 5 passes through a zoom lens 8 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) 9. The micro fly's eye lens 9 is an optical element composed of a large number of microlenses having positive refractive power arranged vertically and horizontally and densely. In general, a micro fly's eye lens is configured by, for example, performing etching treatment on a plane-parallel plate to form a micro lens group. Here, each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly eye lens.

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9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。   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. For example, a cylindrical micro fly's eye lens can be used as the micro fly's eye lens 9. 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6の位置はズームレンズ8の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ9の入射面はズームレンズ8の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ8は、所定面6とマイクロフライアイレンズ9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5の瞳面とマイクロフライアイレンズ9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 surface 6 is disposed in the vicinity of the front focal position of the zoom lens 8, and the incident surface of the micro fly's eye lens 9 is disposed in the vicinity of the rear focal position of the zoom lens 8. In other words, the zoom lens 8 arranges the predetermined surface 6 and the incident surface of the micro fly's eye lens 9 substantially in a Fourier transform relationship, and consequently the pupil surface of the afocal lens 5 and the incident surface of the micro fly's eye lens 9. Are arranged almost conjugate optically.

したがって、マイクロフライアイレンズ9の入射面上には、アフォーカルレンズ5の瞳面と同様に、たとえば光軸AXを中心とした4極状の照野が形成される。この4極状の照野の全体形状は、ズームレンズ8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9に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、入射光束によって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、例えば光軸AXを中心とした4つの円形状の実質的な面光源からなる4極状の二次光源(瞳強度分布)が形成される。   Therefore, a quadrupole illumination field centered on the optical axis AX, for example, is formed on the incident surface of the micro fly's eye lens 9 as in the pupil surface of the afocal lens 5. The overall shape of this quadrupole illumination field changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 8. The light beam incident on the micro fly's eye lens 9 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and the illumination pupil formed by the incident light beam has substantially the same light intensity distribution on the rear focal plane or in the vicinity of the illumination pupil. A quadrupolar secondary light source (pupil intensity distribution) composed of secondary light sources having, for example, four circular substantially surface light sources centered on the optical axis AX is formed.

マイクロフライアイレンズ9の後側焦点面またはその近傍には、必要に応じて、4極状の二次光源に対応した4極状の開口部(光透過部)を有する照明開口絞りが配置されている。照明開口絞りは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞りは、投影光学系PLの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。   On the rear focal plane of the micro fly's eye lens 9 or in the vicinity thereof, an illumination aperture stop having a quadrupole opening (light transmission portion) corresponding to a quadrupole secondary light source is disposed as necessary. ing. The illumination aperture stop is configured to be detachable with respect to the illumination optical path, and is configured to be switchable with a plurality of aperture stops having apertures having different sizes and shapes. As an aperture stop switching method, for example, a well-known turret method or slide method can be used. The illumination aperture stop is disposed at a position substantially optically conjugate with the entrance pupil plane of the projection optical system PL, and defines a range that contributes to illumination of the secondary light source.

マイクロフライアイレンズ9を経た光は、コンデンサー光学系10を介して、マスクブラインド11を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド11には、マイクロフライアイレンズ8の微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド11の矩形状の開口部(光透過部)を経た光は、前側レンズ群12aと後側レンズ群12bとからなる結像光学系12により集光され、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。   The light that has passed through the micro fly's eye lens 9 illuminates the mask blind 11 in a superimposed manner via the condenser optical system 10. In this manner, a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of the micro fly's eye lens 8 is formed on the mask blind 11 as an illumination field stop. The light that has passed through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 11 is condensed by the imaging optical system 12 including the front lens group 12a and the rear lens group 12b, and a mask in which a predetermined pattern is formed. Illuminate M in a superimposed manner.

すなわち、結像光学系12は、マスクブラインド11の矩形状開口部の像をマスクM上に形成することになる。結像光学系12の瞳面またはその近傍には偏光変換ユニット13が配置され、結像光学系12の前側レンズ群12aと偏光変換ユニット13との間の光路中には光路折り曲げミラーPM2が配置されている。結像光学系12の瞳面はマイクロフライアイレンズ9の後側焦点面またはその近傍の照明瞳面と光学的に共役な位置にある別の照明瞳面であり、結像光学系12の瞳面またはその近傍の照明瞳面にも4極状の瞳強度分布が形成される。偏光変換ユニット13の構成および作用については後述する。   That is, the imaging optical system 12 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 11 on the mask M. A polarization conversion unit 13 is disposed on or near the pupil plane of the imaging optical system 12, and an optical path bending mirror PM2 is disposed in the optical path between the front lens group 12a of the imaging optical system 12 and the polarization conversion unit 13. Has been. The pupil plane of the imaging optical system 12 is another illumination pupil plane that is optically conjugate with the rear focal plane of the micro fly's eye lens 9 or the illumination pupil plane in the vicinity thereof, and the pupil of the imaging optical system 12. A quadrupole pupil intensity distribution is also formed on the illumination pupil plane in the vicinity of the plane. The configuration and operation of the polarization conversion unit 13 will be described later.

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7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7a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7bとから構成されている。そして、第1プリズム部材7aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材7b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7aおよび第2プリズム部材7b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7aと第2プリズム部材7bとの間隔が可変に構成されている。以下、理解を容易にするために、輪帯状または4極状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系7の作用およびズームレンズ8の作用を説明する。   The conical axicon system 7 includes, in order from the light source side, a first prism member 7a 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 7b facing the refractive surface. The concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the convex conical refracting surface of the second prism member 7b are complementarily formed so as to be in contact with each other. Further, at least one of the first prism member 7a and the second prism member 7b is configured to be movable along the optical axis AX, and the interval between the first prism member 7a and the second prism member 7b is configured to be variable. Has been. Hereinafter, in order to facilitate understanding, the operation of the conical axicon system 7 and the operation of the zoom lens 8 will be described by focusing on the annular or quadrupolar secondary light source.

ここで、第1プリズム部材7aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材7bの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系7は平行平面板として機能し、形成される輪帯状または4極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7aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材7bの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状または4極状の二次光源の幅(輪帯状の二次光源の外径と内径との差の1/2;4極状の二次光源に外接する円の直径(外径)と内接する円の直径(内径)との差の1/2)を一定に保ちつつ、輪帯状または4極状の二次光源の外径(内径)が変化する。すなわち、輪帯状または4極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 concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the convex conical refracting surface of the second prism member 7b are in contact with each other, the conical axicon system 7 functions and is formed as a parallel plane plate. There is no effect on the secondary or quadrupolar secondary light source. However, if the concave conical refracting surface of the first prism member 7a and the convex conical refracting surface of the second prism member 7b are separated from each other, the width of the annular or quadrupolar secondary light source (the annular secondary light source) 1/2 of the difference between the outer diameter and the inner diameter of the light source; 1/2 of the difference between the diameter (outer diameter) of the circle circumscribing the quadrupole secondary light source and the diameter (inner diameter) of the inscribed circle While maintaining, the outer diameter (inner diameter) of the annular or quadrupolar secondary light source changes. That is, the annular ratio (inner diameter / outer diameter) and size (outer diameter) of the annular or quadrupolar secondary light source change.

ズームレンズ8は、輪帯状または4極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8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、輪帯状または4極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8の作用により、輪帯状または4極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7およびズームレンズ8の作用により、輪帯状または4極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 8 has a function of similarly enlarging or reducing the entire shape of the annular or quadrupolar secondary light source. For example, by enlarging the focal length of the zoom lens 8 from a minimum value to a predetermined value, the entire shape of the annular or quadrupolar secondary light source is similarly enlarged. In other words, due to the action of the zoom lens 8, both the width and size (outer diameter) change without changing the annular ratio of the annular or quadrupolar secondary light source. In this way, the annular ratio and size (outer diameter) of the annular or quadrupolar secondary light source can be controlled by the action of the conical axicon system 7 and the zoom lens 8.

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9により形成される二次光源を光源として、照明光学系(2〜13)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(2〜13)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 9 is used as a light source, and the mask M arranged on the irradiated surface of the illumination optical system (2-13) 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 (2-13). 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.

なお、瞳強度分布とは、照明光学系(2〜13)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9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9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9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。   The pupil intensity distribution is a light intensity distribution (luminance distribution) on the illumination pupil plane of the illumination optical system (2-13) or a plane optically conjugate with the illumination pupil plane. When the number of wavefront divisions by the micro fly's eye lens 9 is relatively large, the overall light intensity distribution formed on the incident surface of the micro fly's eye lens 9 and the overall light intensity distribution (pupil intensity distribution) of the entire secondary light source. ) And a high correlation. For this reason, the light intensity distribution on the incident surface of the micro fly's eye lens 9 and a surface optically conjugate with the incident surface can also be referred to as a pupil intensity distribution.

4極照明用の回折光学素子に代えて、他の複数極照明(2極照明、8極照明など)用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、4極照明以外の複数極照明を行うことができる。一般に、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9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9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 for quadrupole illumination, a diffractive optical element for other multipole illumination (bipolar illumination, octupole illumination, etc.) is set in the illumination optical path, so that multipole illumination other than quadrupole illumination It can be performed. In general, a diffractive optical element for multipole illumination has 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. It has the function to form. 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 9 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, a secondary light source having the same multipolar 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 9.

また、4極照明用の回折光学素子に代えて、輪帯照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、輪帯照明を行うことができる。輪帯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、輪帯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9の入射面に、たとえば光軸AXを中心とした輪帯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9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輪帯状の二次光源が形成される。   Further, instead of the diffractive optical element for quadrupole illumination, annular illumination can be performed by setting a diffractive optical element for annular illumination in the illumination optical path. The diffractive optical element for annular illumination has a function of forming an annular light intensity distribution in the far field when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Accordingly, the light flux that has passed through the diffractive optical element for annular illumination forms an annular illumination field centered on the optical axis AX, for example, on the incident surface of the micro fly's eye lens 9. As a result, a secondary light source having the same annular zone 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 9.

また、4極照明用の回折光学素子に代えて、円形照明用の回折光学素子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9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9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、4極照明用の回折光学素子に代えて、適当な特性を有する回折光学素子を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。回折光学素子の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。   Moreover, instead of the diffractive optical element for quadrupole illumination, a normal circular illumination can be performed by setting a diffractive optical element 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 9. 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 9. In addition to the diffractive optical element for quadrupole illumination, various forms of modified illumination can be performed by setting a diffractive optical element having appropriate characteristics in the illumination optical path. As a switching method of the diffractive optical element, for example, a known turret method or slide method can be used.

偏光変換ユニット13は、光路折り曲げミラーPM2と結像光学系12の後側レンズ群12bとの間の光路中に配置された偏光子13aと、その後側に隣接して配置された偏光変換素子13bとを備えている。偏光子13aとして、例えばワイヤ・グリッド型の偏光子を用いることができる。ワイヤ・グリッド型の偏光子は、細い金属線を平行に並べたものであり、金属線に垂直に振動する電気ベクトルを持つ偏光を透過し、金属に平行に振動する電気ベクトルを持つ偏光を反射することにより、直線偏光を得るものである。このようなワイヤ・グリッド型の偏光子としては、たとえば米国特許第6,785,050号明細書、米国特許第7,268,946号明細書、特開2004−144884号公報、米国特許公開第2004/0174596号公報などに開示されている。   The polarization conversion unit 13 includes a polarizer 13a disposed in the optical path between the optical path bending mirror PM2 and the rear lens group 12b of the imaging optical system 12, and a polarization conversion element 13b disposed adjacent to the rear side. And. As the polarizer 13a, for example, a wire grid type polarizer can be used. Wire grid polarizers are thin metal wires arranged in parallel, transmitting polarized light with an electric vector that oscillates perpendicular to the metal wire and reflecting polarized light with an electric vector that oscillates parallel to the metal. By doing so, linearly polarized light is obtained. As such a wire grid type polarizer, for example, US Pat. No. 6,785,050, US Pat. No. 7,268,946, JP-A-2004-144484, US Pat. It is disclosed in, for example, 2004/0174596.

図2は、図1の偏光変換素子の構成を概略的に示す図である。上述したように、偏光変換素子13bは、結像光学系12の瞳面またはその近傍に配置されている。したがって、4極照明用の回折光学素子4が照明光路中に配置されている場合、偏光変換素子13bには4極状の断面を有する光束が入射する。以下、結像光学系12の瞳面またはその近傍の照明瞳には、図3に示すように、光軸AXを中心とした4つの円形状の実質的な面光源31A,31Bからなる4極状の二次光源31が形成されるものとする。また、説明の理解を容易にするために、4極状の二次光源31は偏光変換素子13bの直後に生成されるものとする。   FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the polarization conversion element of FIG. As described above, the polarization conversion element 13b is disposed on or near the pupil plane of the imaging optical system 12. Therefore, when the diffractive optical element 4 for quadrupole illumination is disposed in the illumination optical path, a light beam having a quadrupole cross section enters the polarization conversion element 13b. Hereinafter, as shown in FIG. 3, the pupil plane of the imaging optical system 12 or the illumination pupil in the vicinity thereof has four poles composed of substantially circular surface light sources 31A and 31B with the optical axis AX as the center. A secondary light source 31 is formed. Further, in order to facilitate understanding of the explanation, it is assumed that the quadrupolar secondary light source 31 is generated immediately after the polarization conversion element 13b.

4極状の二次光源31において、一対の面光源31Aは光軸AXを挟んでY方向(マイクロフライアイレンズ9の後側焦点面またはその近傍の照明瞳におけるZ方向に対応)に対向しており、一対の面光源31Bは光軸AXを挟んでX方向(マイクロフライアイレンズ9の後側焦点面またはその近傍の照明瞳におけるX方向に対応)に対向している。すなわち、図3には、いわゆる十字型4極状の二次光源31が示されている。   In the quadrupole secondary light source 31, the pair of surface light sources 31A face the Y direction (corresponding to the Z direction on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 9 or the illumination pupil near it) across the optical axis AX. The pair of surface light sources 31B are opposed to the X direction (corresponding to the X direction on the rear focal plane of the micro fly's eye lens 9 or the illumination pupil in the vicinity thereof) across the optical axis AX. That is, FIG. 3 shows a so-called cruciform quadrupolar secondary light source 31.

図2を参照すると、偏光変換素子13bは、十字型4極状の入射光束に対応するように、光軸AXを中心とした円の周方向に等分割された4つの扇形形状の旋光部材を備えている。各旋光部材は光軸AXと直交する平面(XY平面)に沿って延びる平行平面板の形態を有し、光軸AXを挟んで対向する一対の旋光部材は互いに同じ特性を有する。すなわち、4つの旋光部材は、光の透過方向(Z方向)に沿った厚さ(光軸方向の長さ)が互いに異なる2種類の旋光部材21Aおよび21Bを2個づつ含んでいる。   Referring to FIG. 2, the polarization conversion element 13b includes four fan-shaped optical rotation members that are equally divided in the circumferential direction of a circle around the optical axis AX so as to correspond to a cross-shaped quadrupole incident light beam. I have. Each optical rotation member has a form of a plane parallel plate extending along a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX, and a pair of optical rotation members facing each other across the optical axis AX have the same characteristics. That is, the four optical rotation members include two types of optical rotation members 21A and 21B each having a different thickness (length in the optical axis direction) along the light transmission direction (Z direction).

一例として、光軸AXを挟んでX方向に対向する一対の旋光部材21Bの厚さDBが、光軸AXを挟んでY方向に対向する一対の旋光部材21Aの厚さDAよりも大きく設定されている。その結果、偏光変換素子13bの一方の面(たとえば入射面)は平面状であるが、他方の面(たとえば射出面)は各旋光部材の厚さの違いにより凹凸状になっている。なお、偏光変換素子13bの双方の面(入射面および射出面)をともに凹凸状に形成することもできる。   As an example, the thickness DB of the pair of optical rotation members 21B facing in the X direction across the optical axis AX is set larger than the thickness DA of the pair of optical rotation members 21A facing in the Y direction across the optical axis AX. ing. As a result, one surface (for example, the incident surface) of the polarization conversion element 13b is planar, but the other surface (for example, the exit surface) is uneven due to the difference in thickness of each optical rotation member. In addition, both surfaces (incident surface and exit surface) of the polarization conversion element 13b can be formed in an uneven shape.

旋光部材21A,21Bは、旋光性を有する光学材料である結晶材料としての水晶により構成され、その結晶光学軸が光軸AXとほぼ一致(すなわち入射光の進行方向とほぼ一致)するように設定されている。以下、図4を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図4を参照すると、厚さdの水晶からなる平行平面板状の光学部材100が、その結晶光学軸と光軸AXとが一致するように配置されている。この場合、光学部材100の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸AX廻りにθだけ回転した状態で射出される。   The optical rotatory members 21A and 21B are made of crystal as a crystal material that is an optical material having optical activity, and are set so that the crystal optical axis thereof substantially coincides with the optical axis AX (that is, substantially coincides with the traveling direction of incident light). Has been. Hereinafter, with reference to FIG. 4, the optical rotation of the crystal will be briefly described. Referring to FIG. 4, a parallel flat plate-like optical member 100 made of quartz having a thickness d is arranged so that the crystal optical axis thereof coincides with the optical axis AX. In this case, due to the optical rotation of the optical member 100, the incident linearly polarized light is emitted in a state where the polarization direction is rotated by θ around the optical axis AX.

このとき、光学部材100の旋光性による偏光方向の回転角(旋光角度)θは、光学部材100の厚さdと水晶の旋光能ρとにより、次の式(a)で表わされる。一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性(使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質:旋光分散)があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第167頁の記述によれば、250.3nmの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、153.9度/mmである。
θ=d・ρ (a)
At this time, the rotation angle (optical rotation angle) θ in the polarization direction due to the optical rotation of the optical member 100 is expressed by the following formula (a) by the thickness d of the optical member 100 and the optical rotation ρ of the crystal. In general, the optical rotation ρ of quartz has a wavelength dependency (a property in which the value of optical rotation varies depending on the wavelength of the light used: optical rotation dispersion), and specifically, it tends to increase as the wavelength of the light used decreases. is there. According to the description on page 167 of “Applied Optics II”, the optical rotation power ρ of quartz with respect to light having a wavelength of 250.3 nm is 153.9 degrees / mm.
θ = d · ρ (a)

旋光部材21Aは、Y方向に偏光方向を有するY方向直線偏光(偏光状態切換系3の直後におけるZ方向直線偏光に対応)の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに90度回転させた方向すなわちX方向に偏光方向を有するX方向直線偏光の光を射出するように厚さDAが設定されている。したがって、偏光変換素子13bにY方向直線偏光の光が入射する場合、図3に示すように、4極状の二次光源31のうち、一対の旋光部材21Aの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円形状領域31Aを通過する光束の偏光方向はX方向になる。   The optical rotatory member 21A rotates the Y direction by 90 degrees around the Z axis when light of Y direction linearly polarized light having a polarization direction in the Y direction (corresponding to Z direction linearly polarized light immediately after the polarization state switching system 3) is incident. The thickness DA is set so as to emit X-direction linearly polarized light having a polarization direction in the X direction. Therefore, when light of Y-direction linearly polarized light is incident on the polarization conversion element 13b, a light beam subjected to the optical rotation action of the pair of optical rotation members 21A is formed in the quadrupolar secondary light source 31, as shown in FIG. The polarization direction of the light beam passing through the pair of circular regions 31A is the X direction.

一方、旋光部材21Bは、Y方向直線偏光の光が入射した場合、Y方向をZ軸廻りに180度回転させた方向すなわちY方向に偏光方向を有するY方向直線偏光の光を射出するように厚さDBが設定されている。したがって、偏光変換素子13bにY方向直線偏光の光が入射する場合、図3に示すように、一対の旋光部材21Bの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円形状領域31Bを通過する光束の偏光方向はY方向になる。   On the other hand, the optical rotation member 21B emits Y-direction linearly polarized light having the polarization direction in the Y direction, that is, the Y direction rotated by 180 degrees around the Z axis when Y-direction linearly polarized light is incident. A thickness DB is set. Therefore, when light of Y-direction linearly polarized light enters the polarization conversion element 13b, as shown in FIG. 3, the light beam that passes through the pair of circular regions 31B formed by the light beam subjected to the optical rotation action of the pair of optical rotation members 21B. The polarization direction is Y direction.

図1の構成では、図3に示すような周方向偏光4極照明(4極状の二次光源を通過する光束が周方向偏光状態に設定された変形照明)に際して、十字型4極照明用の回折光学素子4を照明光路中に設置し、Z方向直線偏光の光を射出するように(偏光変換素子13bにY方向直線偏光の光が入射するように)偏光状態切換系3中の波長板3a,3bを所要の姿勢に設定する。その結果、結像光学系12の瞳面またはその近傍の照明瞳には、十字型4極状の二次光源(瞳強度分布)31が形成され、4極状の二次光源31を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光状態では、4極状の二次光源31を構成する円形状領域31A,31Bをそれぞれ通過する光束は、光軸AXを中心として各円形状領域31A,31Bの中心点を通る円の当該中心点における接線方向とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。   In the configuration of FIG. 1, in the case of circumferentially polarized quadrupole illumination as shown in FIG. 3 (modified illumination in which a light beam passing through a quadrupole secondary light source is set in a circumferentially polarized state), The wavelength in the polarization state switching system 3 is set so that the diffractive optical element 4 is placed in the illumination optical path and the Z-direction linearly polarized light is emitted (so that the Y-direction linearly polarized light is incident on the polarization conversion element 13b). The plates 3a and 3b are set to a required posture. As a result, a cruciform quadrupolar secondary light source (pupil intensity distribution) 31 is formed on the pupil plane of the imaging optical system 12 or in the vicinity of the illumination pupil, and passes through the quadrupolar secondary light source 31. The light beam is set to the circumferential polarization state. In the circumferential polarization state, the light beams passing through the circular regions 31A and 31B constituting the quadrupolar secondary light source 31 are circles passing through the center points of the circular regions 31A and 31B with the optical axis AX as the center. A linear polarization state having a polarization direction substantially coincident with the tangential direction at the center point is obtained.

一般に、周方向偏光状態の複数極状や輪帯状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。ただし、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 circumferential polarization illumination based on a multipolar or annular pupil intensity distribution in the circumferential polarization state, the light irradiated on the wafer W as the final irradiated surface is a polarization state whose main component is S polarization. become. 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). However, 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 (surface to be irradiated: the surface of the wafer W). The 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).

図1の構成において偏光状態切換系3と偏光変換素子13bとの間の光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が存在しない場合、照明光学系の比較的上流側に配置された偏光状態切換系3中の波長板3a,3bと、照明光学系の最も下流側の照明瞳またはその近傍に配置された偏光変換素子13bとの協働作用により、偏光変換素子13bの直後において所望の周方向偏光状態が生成される。しかしながら、実際には、偏光状態切換系3と偏光変換素子13bとの間の光路中に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子の影響により、偏光変換素子13bの直後において所望の周方向偏光状態が生成されなくなる。その結果、ウェハW上では所望の周方向偏光状態で光が結像しなくなり、ひいてはマスクMのパターン像を所要のコントラストでウェハW上に形成することが困難である。   In the configuration of FIG. 1, when there is no optical element that changes the polarization state of light in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion element 13b, the polarization state disposed on the relatively upstream side of the illumination optical system. Due to the cooperative action of the wave plates 3a and 3b in the switching system 3 and the polarization conversion element 13b disposed at or near the illumination pupil on the most downstream side of the illumination optical system, a desired circumference immediately after the polarization conversion element 13b. A directional polarization state is generated. However, in practice, a desired circumferential direction immediately after the polarization conversion element 13b due to the influence of an optical element arranged in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion element 13b to change the polarization state of the light. No polarization state is generated. As a result, light no longer forms an image in a desired circumferential polarization state on the wafer W, and as a result, it is difficult to form a pattern image of the mask M on the wafer W with a required contrast.

特に、偏光状態切換系3と偏光変換素子13bとの間の光路中に配置された平面反射鏡(例えば、光路折り曲げミラーPM2)では、入射光の角度範囲が広く、反射面に対するS偏光とP偏光とで反射率が比較的大きく異なり且つ反射率の差が変動し易い。このため、偏光子13aが付設されていない構成では、偏光状態切換系3を用いて所要の直線偏光状態(上述の例ではZ方向直線偏光状態)の光を生成しても、光路折り曲げミラーPM2などの光学素子を介して偏光変換素子13bに入射する光は、所要の直線偏光状態から変化した偏光状態(例えば所要の直線偏光成分以外の直線偏光成分が混在した偏光状態)になってしまう。所要の直線偏光状態から変化した偏光状態の光が偏光変換素子13bに入射すると、偏光変換素子13bの直後には所望の周方向偏光状態が生成されなくなる。   In particular, in a plane reflecting mirror (for example, the optical path bending mirror PM2) disposed in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion element 13b, the angle range of incident light is wide, and S-polarized light and P with respect to the reflecting surface are obtained. The reflectivity is relatively different from that of polarized light, and the difference in reflectivity is likely to vary. For this reason, in the configuration in which the polarizer 13a is not provided, even if the polarization state switching system 3 is used to generate light in a required linear polarization state (Z-direction linear polarization state in the above example), the optical path bending mirror PM2 The light incident on the polarization conversion element 13b via the optical element such as the above becomes a polarization state changed from a required linear polarization state (for example, a polarization state in which linear polarization components other than the required linear polarization component are mixed). When light in a polarization state changed from a required linear polarization state enters the polarization conversion element 13b, a desired circumferential polarization state is not generated immediately after the polarization conversion element 13b.

本実施形態では、入射光から特定の直線偏光状態の光を選択して射出する偏光子13aを偏光変換素子13bの入射側に付設し、偏光子13aと偏光変換素子13bとにより偏光変換ユニット13を構成している。上述の例では、偏光子13aは、入射光からY方向直線偏光状態の光を選択して射出するような姿勢で光路中に設定されている。したがって、偏光状態切換系3と偏光変換ユニット13との間の光路中に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子の影響により、所要のY方向直線偏光状態から変化した偏光状態の光が偏光変換ユニット13に入射しても、偏光子13aは入射光の偏光状態を所要のY方向直線偏光状態に戻して(厳密には所要のY方向直線偏光状態に近づけて)偏光変換素子13bへ入射させる。   In the present embodiment, a polarizer 13a that selects and emits light in a specific linear polarization state from incident light is attached to the incident side of the polarization conversion element 13b, and the polarization conversion unit 13 includes the polarizer 13a and the polarization conversion element 13b. Is configured. In the above example, the polarizer 13a is set in the optical path so as to select and emit light in the Y-direction linearly polarized state from the incident light. Accordingly, the light in the polarization state changed from the required linearly polarized state in the Y direction is affected by the optical element that is arranged in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion unit 13 and changes the polarization state of the light. Even when the light is incident on the polarization conversion unit 13, the polarizer 13a returns the polarization state of the incident light to the required Y-direction linear polarization state (strictly close to the required Y-direction linear polarization state), and enters the polarization conversion element 13b. Make it incident.

偏光変換素子13bは、所要のY方向直線偏光状態で入射した光の偏光状態を所望の周方向偏光状態に変化させて射出する。このように、偏光変換ユニット13は、偏光状態切換系3との間の光路中に配置された光学素子の影響により、所要のY方向直線偏光状態から変化した偏光状態の光が入射しても、入射光を所望の周方向偏光状態に変換して射出することができる。その結果、偏光変換ユニット13の直後、すなわち照明光学系(2〜13)の光路中の最も下流側の照明瞳またはその近傍に、所望の周方向偏光状態を有する光強度分布が生成される。   The polarization conversion element 13b changes the polarization state of the incident light in the required Y-direction linear polarization state to the desired circumferential polarization state and emits it. As described above, the polarization conversion unit 13 is not affected by the light in the polarization state changed from the required Y-direction linear polarization state due to the influence of the optical element arranged in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization state switching system 3. The incident light can be converted into a desired circumferential polarization state and emitted. As a result, a light intensity distribution having a desired circumferential polarization state is generated immediately after the polarization conversion unit 13, that is, at the illumination pupil on the most downstream side in the optical path of the illumination optical system (2-13) or in the vicinity thereof.

本実施形態の照明光学系(2〜13)では、所要のY方向直線偏光状態から変化した偏光状態の光が入射しても、入射光を所望の周方向偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニット13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。また、本実施形態の露光装置(2〜WS)では、所望の周方向偏光状態の光でマスクMのパターンを照明する照明光学系(2〜13)を用いて、所望の周方向偏光状態でパターンをウェハW上に結像させることができ、ひいてはマスクMのパターン像を所要のコントラストでウェハW上に形成することができる。   In the illumination optical system (2 to 13) of the present embodiment, even when light in a polarization state changed from a required Y-direction linear polarization state is incident, the incident light is converted into a desired circumferential polarization state and emitted. The conversion unit 13 can be used to illuminate the pattern surface (irradiated surface) of the mask M with light in a desired circumferential polarization state. In the exposure apparatus (2 to WS) of the present embodiment, the illumination optical system (2 to 13) that illuminates the pattern of the mask M with the light in the desired circumferential polarization state is used in the desired circumferential polarization state. The pattern can be imaged on the wafer W, and thus the pattern image of the mask M can be formed on the wafer W with a required contrast.

なお、上述の実施形態において、X方向直線偏光の光を射出するように(偏光変換素子13bにX方向直線偏光の光が入射するように)偏光状態切換系3中の波長板3a,3bの姿勢を変化させるとともに、偏光子13aの姿勢をY方向直線偏光の光を選択して射出する第1姿勢からX方向直線偏光の光を選択して射出する第2姿勢へ切り換えることにより、図5に示すように十字型4極状の二次光源32を通過する光束が径方向偏光状態に設定された変形照明、すなわち径方向偏光4極照明を実現することができる。偏光子13aの第2姿勢は、第1姿勢から偏光子13aを光軸AX廻りに90度だけ回転させることにより得られる。   In the above-described embodiment, the wave plates 3a and 3b in the polarization state switching system 3 are configured to emit X-direction linearly polarized light (so that X-direction linearly polarized light is incident on the polarization conversion element 13b). By changing the posture and switching the posture of the polarizer 13a from the first posture for selecting and emitting the Y-direction linearly polarized light to the second posture for selecting and emitting the X-direction linearly polarized light, FIG. As shown in FIG. 4, it is possible to realize modified illumination in which the light beam passing through the cross-shaped quadrupole secondary light source 32 is set in the radially polarized state, that is, radially polarized quadrupole illumination. The second posture of the polarizer 13a is obtained by rotating the polarizer 13a from the first posture by 90 degrees around the optical axis AX.

径方向偏光状態では、4極状の二次光源32を構成する円形状領域32A,32Bをそれぞれ通過する光束は、光軸AXを中心として各円形状領域32A,32Bの中心点を通る円の当該中心点における接線方向とほぼ直交する径方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。具体的に、径方向偏光状態に設定された十字型4極状の二次光源32では、光軸AXを挟んでY方向に対向する一対の円形状領域32Aを通過する光束の偏光方向はY方向になり、光軸AXを挟んでX方向に対向する一対の円形状領域32Bを通過する光束の偏光方向はX方向になる。   In the radial polarization state, the light beams passing through the circular regions 32A and 32B constituting the quadrupolar secondary light source 32 are circles passing through the center points of the circular regions 32A and 32B with the optical axis AX as the center. A linear polarization state having a polarization direction in a radial direction substantially orthogonal to the tangential direction at the center point is obtained. Specifically, in the cross-shaped quadrupolar secondary light source 32 set in the radial polarization state, the polarization direction of the light beam passing through the pair of circular regions 32A facing the Y direction across the optical axis AX is Y The polarization direction of the light beam passing through the pair of circular regions 32B facing each other in the X direction across the optical axis AX is the X direction.

この場合、偏光状態切換系3と偏光変換ユニット13との間の光路中に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子の影響により、所要のX方向直線偏光状態から変化した偏光状態の光が偏光変換ユニット13に入射しても、偏光子13aは入射光の偏光状態を所要のX方向直線偏光状態に戻して偏光変換素子13bへ入射させる。偏光変換素子13bは、所要のX方向直線偏光状態で入射した光の偏光状態を所望の径方向偏光状態に変化させて射出する。   In this case, the light in the polarization state changed from the required X-direction linear polarization state due to the influence of the optical element that is arranged in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion unit 13 and changes the polarization state of the light. Is incident on the polarization conversion unit 13, the polarizer 13a returns the polarization state of the incident light to the required X-direction linear polarization state and makes it incident on the polarization conversion element 13b. The polarization conversion element 13b changes the polarization state of the incident light in the required X-direction linear polarization state to the desired radial polarization state and emits it.

あるいは、偏光状態切換系3がZ方向直線偏光の光を射出する状態を維持しつつ、偏光変換素子13bを図2の第1姿勢から光軸AX廻りに90度だけ回転させた第2姿勢に設定することにより、図5に示す径方向偏光4極照明を実現することができる。このとき、偏光子13aの姿勢は、入射光からY方向直線偏光の光を選択して射出する第1姿勢のまま維持される。この場合、所要のY方向直線偏光状態から変化した偏光状態の光が偏光変換ユニット13に入射しても、偏光子13aは入射光の偏光状態を所要のY方向直線偏光状態に戻して偏光変換素子13bへ入射させる。第2姿勢に設定された偏光変換素子13bは、所要のY方向直線偏光状態で入射した光の偏光状態を所望の径方向偏光状態に変化させて射出する。   Alternatively, while maintaining the state in which the polarization state switching system 3 emits light in the Z-direction linearly polarized light, the polarization conversion element 13b is rotated from the first posture of FIG. 2 by 90 degrees around the optical axis AX. By setting, it is possible to realize the radially polarized quadrupole illumination shown in FIG. At this time, the posture of the polarizer 13a is maintained in the first posture in which Y-direction linearly polarized light is selected from the incident light and emitted. In this case, even if light in the polarization state changed from the required Y-direction linear polarization state enters the polarization conversion unit 13, the polarizer 13a returns the polarization state of the incident light to the required Y-direction linear polarization state and converts the polarization. Incident light is incident on the element 13b. The polarization conversion element 13b set in the second posture changes the polarization state of the incident light in the required Y-direction linear polarization state to the desired radial polarization state and emits it.

一般に、径方向偏光状態の複数極状や輪帯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 the radial polarization illumination based on the multipolar or ring-shaped pupil intensity distribution in the radial polarization state, the light irradiated on the wafer W as the final irradiated surface is a polarization state mainly composed of P-polarized light. become. Here, the P-polarized light is linearly polarized light having a polarization direction in a direction parallel to the incident surface defined as described above (polarized light whose electric vector is oscillating in a direction parallel to the incident surface). is there. As a result, in the radial polarization illumination, a good mask pattern image can be obtained on the wafer (photosensitive substrate) while suppressing the reflectance of light in the resist applied to the wafer W to be small.

また、上述の実施形態において、十字型4極照明用の回折光学素子からX字型4極照明用の回折光学素子へ切り換えることにより、図6に示すようなX字型4極状の二次光源33(33A,33B)を形成することができる。そして、偏光変換素子13bを図2の第1姿勢から光軸AXを中心として図2中時計廻りに45度だけ回転させた第3姿勢に設定し、且つZ方向およびX方向と45度をなす斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光を射出するように偏光状態切換系3中の波長板3a,3bの姿勢を変化させることにより、図6に示す周方向偏光4極照明を実現することができる。   Further, in the above-described embodiment, by switching from the diffractive optical element for cross-type quadrupole illumination to the diffractive optical element for X-type quadrupole illumination, an X-shaped quadrupole secondary as shown in FIG. The light source 33 (33A, 33B) can be formed. Then, the polarization conversion element 13b is set to the third posture rotated from the first posture in FIG. 2 by 45 degrees clockwise around the optical axis AX, and makes 45 degrees with the Z direction and the X direction. 6 is realized by changing the posture of the wave plates 3a and 3b in the polarization state switching system 3 so as to emit oblique linearly polarized light having a polarization direction in an oblique direction. Can do.

このとき、偏光子13aの姿勢は、Y方向直線偏光の光を選択して射出する第1姿勢から、Y方向およびX方向と45度をなす斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光の光を選択して射出する第3姿勢へ切り換えられる。偏光子13aの第3姿勢は、第1姿勢から偏光子13aを光軸AX廻りに45度だけ回転させることにより得られる。周方向偏光状態に設定されたX字型4極状の二次光源33では、光軸AXを挟んで+X方向および+Y方向と45度をなす斜め方向に対向する一対の円形状領域33Aを通過する光束の偏光方向は、+X方向および−Y方向と45度をなす斜め方向になる。光軸AXを挟んで+X方向および−Y方向と45度をなす斜め方向に対向する一対の円形状領域33Bを通過する光束の偏光方向は、+X方向および+Y方向と45度をなす斜め方向になる。   At this time, the posture of the polarizer 13a is obliquely linearly polarized light having a polarization direction in an oblique direction of 45 degrees with respect to the Y direction and the X direction from the first posture in which Y direction linearly polarized light is selected and emitted. Is switched to the third posture for injection. The third posture of the polarizer 13a is obtained by rotating the polarizer 13a from the first posture by 45 degrees around the optical axis AX. The X-shaped quadrupole secondary light source 33 set in the circumferential polarization state passes through a pair of circular regions 33A facing each other in an oblique direction of 45 degrees with the + X direction and the + Y direction across the optical axis AX. The polarization direction of the light beam to be emitted is an oblique direction that forms 45 degrees with the + X direction and the -Y direction. The polarization direction of the light beam passing through the pair of circular regions 33B opposed to each other in an oblique direction that forms 45 degrees with the + X direction and the −Y direction across the optical axis AX is an oblique direction that forms 45 degrees with the + X direction and the + Y direction. Become.

この場合、偏光状態切換系3と偏光変換ユニット13との間の光路中に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子の影響により、所要の斜め方向直線偏光状態から変化した偏光状態の光が偏光変換ユニット13に入射しても、偏光子13aは入射光の偏光状態を所要の斜め方向直線偏光状態に戻して偏光変換素子13bへ入射させる。偏光変換素子13bは、所要の斜め方向直線偏光状態で入射した光の偏光状態を所望の周方向偏光状態に変化させて射出する。   In this case, the light in the polarization state changed from the required oblique linear polarization state due to the influence of the optical element that is arranged in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion unit 13 and changes the polarization state of the light. Is incident on the polarization conversion unit 13, the polarizer 13a returns the polarization state of the incident light to the required oblique linear polarization state and makes it incident on the polarization conversion element 13b. The polarization conversion element 13b changes the polarization state of the incident light in the required oblique linear polarization state to the desired circumferential polarization state and emits it.

また、上述の実施形態において、十字型4極照明用の回折光学素子からX字型4極照明用の回折光学素子へ切り換えるとともに、偏光変換素子13bを図2の第1姿勢から光軸AXを中心として図2中反時計廻りに45度だけ回転させた第4姿勢に設定し、且つZ方向およびX方向と45度をなす斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光を射出するように偏光状態切換系3中の波長板3a,3bの姿勢を変化させることにより、図7に示すようなX字型4極状の二次光源34(34A,34B)に基づく径方向偏光4極照明を実現することができる。   In the above-described embodiment, the cross-shaped quadrupole illumination diffractive optical element is switched to the X-shaped quadrupole illumination diffractive optical element, and the polarization conversion element 13b is moved from the first posture of FIG. 2 to the optical axis AX. Polarized so as to emit obliquely linearly polarized light having a polarization direction in the oblique direction forming 45 degrees with the Z direction and the X direction, set to a fourth posture rotated 45 degrees counterclockwise in FIG. By changing the postures of the wave plates 3a and 3b in the state switching system 3, the radially polarized quadrupole illumination based on the X-shaped quadrupole secondary light source 34 (34A and 34B) as shown in FIG. Can be realized.

このとき、偏光子13aの姿勢は、Y方向直線偏光の光を選択して射出する第1姿勢から、Y方向およびX方向と45度をなす斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光の光を選択して射出する第3姿勢へ切り換えられる。径方向偏光状態に設定されたX字型4極状の二次光源34では、光軸AXを挟んで+X方向および+Y方向と45度をなす斜め方向に対向する一対の円形状領域34Aを通過する光束の偏光方向は、+X方向および+Y方向と45度をなす斜め方向になる。光軸AXを挟んで+X方向および−Y方向と45度をなす斜め方向に対向する一対の円形状領域34Bを通過する光束の偏光方向は、+X方向および−Y方向と45度をなす斜め方向になる。   At this time, the posture of the polarizer 13a is obliquely linearly polarized light having a polarization direction in an oblique direction of 45 degrees with respect to the Y direction and the X direction from the first posture in which Y direction linearly polarized light is selected and emitted. Is switched to the third posture for injection. The X-shaped quadrupole secondary light source 34 set in the radial polarization state passes through a pair of circular regions 34A opposed to each other in an oblique direction of 45 degrees with the + X direction and the + Y direction with the optical axis AX interposed therebetween. The polarization direction of the luminous flux is an oblique direction that forms 45 degrees with the + X direction and the + Y direction. The polarization direction of the light beam passing through a pair of circular regions 34B facing each other in an oblique direction that forms 45 degrees with the + X direction and the −Y direction across the optical axis AX is an oblique direction that forms 45 degrees with the + X direction and the −Y direction. become.

この場合、偏光状態切換系3と偏光変換ユニット13との間の光路中に配置されて光の偏光状態を変化させる光学素子の影響により、所要の斜め方向直線偏光状態から変化した偏光状態の光が偏光変換ユニット13に入射しても、偏光子13aは入射光の偏光状態を所要の斜め方向直線偏光状態に戻して偏光変換素子13bへ入射させる。偏光変換素子13bは、所要の斜め方向直線偏光状態で入射した光の偏光状態を所望の径方向偏光状態に変化させて射出する。図6のX字型4極状で周方向偏光状態の瞳強度分布33および図7のX字型4極状で径方向偏光状態の瞳強度分布は、円形状領域33A,33B,34A,34Bを通過する光束の偏光方向がX方向およびY方向と45度をなす斜め方向になるため、偏光状態切換系3と偏光変換ユニット13との間の光路中に配置された光学素子(とりわけ平面反射鏡)の影響を受け易く、従来技術では正確に生成することが困難であった。   In this case, the light in the polarization state changed from the required oblique linear polarization state due to the influence of the optical element that is arranged in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion unit 13 and changes the polarization state of the light. Is incident on the polarization conversion unit 13, the polarizer 13a returns the polarization state of the incident light to the required oblique linear polarization state and makes it incident on the polarization conversion element 13b. The polarization conversion element 13b changes the polarization state of the incident light in the required oblique linear polarization state to the desired radial polarization state and emits it. The pupil intensity distribution 33 in the X-shaped quadrupole and circumferentially polarized state in FIG. 6 and the pupil intensity distribution in the X-shaped quadrupole and radially polarized state in FIG. 7 are circular regions 33A, 33B, 34A, and 34B. The polarization direction of the light beam passing through the optical element is an oblique direction that forms 45 degrees with the X direction and the Y direction, so that an optical element (especially planar reflection) disposed in the optical path between the polarization state switching system 3 and the polarization conversion unit 13 is used. It is easily affected by the mirror, and it has been difficult to generate accurately by the prior art.

なお、上述の実施形態では、4極照明、周方向偏光照明、径方向偏光照明などを例にとっ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、4極照明以外の複数極照明や輪帯照明などに対しても、周方向偏光照明や径方向偏光照明以外の偏光照明に対しても同様に本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the present invention is described by taking quadrupole illumination, circumferential polarization illumination, radial polarization illumination, and the like as examples. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is similarly applied to multipolar illumination other than quadrupole illumination, annular illumination, and the like, as well as polarized illumination other than circumferential polarization illumination and radial polarization illumination. Can be applied.

また、上述の実施形態では、図1および図2などに示す特定の構成を有する偏光変換ユニット13を例にとっ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および配置については、様々な形態が可能である。すなわち、偏光変換ユニットの配置、偏光変換ユニット中の偏光子の構成および配置、偏光変換素子の構成および配置、偏光子と偏光変換素子との位置関係などについて、様々な形態が可能である。   In the above-described embodiment, the present invention is described by taking the polarization conversion unit 13 having the specific configuration shown in FIGS. 1 and 2 as an example. However, the present invention is not limited to this, and various configurations are possible for the configuration and arrangement of the polarization conversion unit. That is, various forms are possible for the arrangement of the polarization conversion unit, the configuration and arrangement of the polarizer in the polarization conversion unit, the configuration and arrangement of the polarization conversion element, the positional relationship between the polarizer and the polarization conversion element, and the like.

例えば、上述の実施形態では、一対の旋光部材21Aと一対の旋光部材21Bとにより偏光変換素子13bを構成しているが、これに限定されることなく、図8に示すように一対の1/2波長板22Aと一対の1/2波長板22Bとにより偏光変換素子13bを構成することもできる。ここで、1/2波長板22Aは入射する直線偏光の光をX方向直線偏光の光に変化させ、1/2波長板22Bは入射する直線偏光の光をY方向直線偏光の光に変化させる。一般に、偏光変換素子は、複屈折性の結晶材料で形成されて入射光の偏光状態を変化させる機能を有し、その具体的な構成については様々な変形例(特開2006−13477号公報に記載される構成例など)が可能である。   For example, in the above-described embodiment, the polarization conversion element 13b is configured by the pair of optical rotation members 21A and the pair of optical rotation members 21B. However, the present invention is not limited to this, and a pair of 1/1 / as shown in FIG. The polarization conversion element 13b can also be configured by the two-wave plate 22A and the pair of half-wave plates 22B. Here, the half-wave plate 22A changes incident linearly polarized light into X-direction linearly polarized light, and the half-wave plate 22B changes incident linearly polarized light into Y-direction linearly polarized light. . In general, a polarization conversion element is formed of a birefringent crystal material and has a function of changing the polarization state of incident light. Examples of configurations described) are possible.

また、上述の実施形態では、偏光子13aとしてワイヤ・グリッド型の偏光子を用いているが、これに限定されることなく、入射光束の進行方向に対してほぼブリュースター角となる角度で配置される屈折面を備える偏光子を用いることができる。ブリュースター角を利用した偏光子は、図9に示すように、例えば互いに同じ形態を有する一対のプリズムアレイ部材41と42とにより構成されている。プリズムアレイ部材41,42は、MEMS技術を用いて平行平面板の両面にプリズムアレイを形成することにより製造される。   In the above-described embodiment, a wire grid type polarizer is used as the polarizer 13a. However, the polarizer 13a is not limited to this, and the polarizer 13a is disposed at an angle that is substantially a Brewster angle with respect to the traveling direction of the incident light beam. A polarizer having a refracting surface can be used. As shown in FIG. 9, the polarizer using the Brewster angle is composed of a pair of prism array members 41 and 42 having the same form, for example. The prism array members 41 and 42 are manufactured by forming prism arrays on both surfaces of a plane parallel plate using MEMS technology.

ブリュースター角を利用した偏光子13cでは、光軸AXと平行な方向に沿って第1プリズムアレイ部材41の入射側屈折面41aにブリュースター角(約56度)にほぼ等しい入射角で入射した光が、入射側屈折面41aにより屈折され、第1プリズムアレイ部材41の内部を伝播し、入射側屈折面41aと平行な射出側屈折面41bにより屈折された後、光軸AXと平行な方向に沿って第1プリズムアレイ部材41から射出される。光軸AXと平行な方向に沿って第2プリズムアレイ部材42の入射側屈折面42aにブリュースター角にほぼ等しい入射角で入射した光は、入射側屈折面42aにより屈折され、第2プリズムアレイ部材42の内部を伝播し、入射側屈折面42aと平行な射出側屈折面42bにより屈折された後、光軸AXと平行な方向であって第1プリズムアレイ部材41への入射光の進行方向と一致する方向に沿って第2プリズムアレイ部材42から射出される。   In the polarizer 13c using the Brewster angle, it is incident on the incident-side refractive surface 41a of the first prism array member 41 at an incident angle substantially equal to the Brewster angle (about 56 degrees) along a direction parallel to the optical axis AX. The light is refracted by the incident-side refracting surface 41a, propagates inside the first prism array member 41, is refracted by the exit-side refracting surface 41b parallel to the incident-side refracting surface 41a, and then is parallel to the optical axis AX. Are emitted from the first prism array member 41. Light incident on the incident-side refractive surface 42a of the second prism array member 42 along the direction parallel to the optical axis AX at an incident angle substantially equal to the Brewster angle is refracted by the incident-side refractive surface 42a, and the second prism array. After traveling through the member 42 and being refracted by the exit-side refracting surface 42b parallel to the incident-side refracting surface 42a, the traveling direction of incident light to the first prism array member 41 is parallel to the optical axis AX. Is emitted from the second prism array member 42 along a direction that coincides with the first prism array member 42.

ブリュースター角を利用した偏光子13cでは、パイルオブプレーツの原理にしたがって、1つの屈折面の通過に際して、図9の紙面において鉛直方向に偏光するP偏光(Y方向直線偏光)の透過率が約100%であり、図9の紙面に垂直な方向に偏光するS偏光(X方向直線偏光)の透過率が約85%である。ブリュースター角を利用した偏光子は、米国特許第5,934,780号明細書、米国特許第6,190,016号明細書、米国特許第6,292,296号明細書、米国特許第6,307,609号明細書などに開示されている。   In the polarizer 13c using the Brewster angle, in accordance with the principle of pile of plates, the transmittance of P-polarized light (Y-direction linearly polarized light) polarized in the vertical direction on the paper surface of FIG. The transmittance of S-polarized light (X-direction linearly polarized light) polarized in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 9 is about 85%. Polarizers utilizing the Brewster angle are disclosed in US Pat. No. 5,934,780, US Pat. No. 6,190,016, US Pat. No. 6,292,296, US Pat. , 307,609 and the like.

また、上述の実施形態では、偏光変換素子13bの入射側に隣接して単一の偏光子13aを配置しているが、これに限定されることなく、偏光変換素子の射出側に隣接して複数の偏光子を配置する構成も可能である。ただし、この場合、図10に示すように、偏光変換素子13b中の一対の旋光部材21Aの後側に一対の偏光子23aを配置し、一対の旋光部材21Bの後側に一対の偏光子23bを配置することになる。ここで、一対の偏光子23aは入射光からX方向直線偏光状態の光を選択して射出し、一対の偏光子23bは入射光からY方向直線偏光状態の光を選択して射出する。   Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the single polarizer 13a is arrange | positioned adjacent to the incident side of the polarization conversion element 13b, it is not limited to this, Adjacent to the exit side of the polarization conversion element A configuration in which a plurality of polarizers are arranged is also possible. However, in this case, as shown in FIG. 10, a pair of polarizers 23a is arranged behind the pair of optical rotation members 21A in the polarization conversion element 13b, and a pair of polarizers 23b is arranged behind the pair of optical rotation members 21B. Will be placed. Here, the pair of polarizers 23a selects and emits light in the X direction linear polarization state from the incident light, and the pair of polarizers 23b selects and emits light in the Y direction linear polarization state from the incident light.

また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット13が結像光学系12の瞳面またはその近傍の位置に配置されているが、これに限定されることなく、例えばマイクロフライアイレンズ9の入射面の近傍の位置、アフォーカルレンズ5の瞳面またはその近傍の位置などに偏光変換ユニットを配置することもできる。また、上述の実施形態では、偏光変換素子13bに隣接して偏光子13aを配置しているが、これに限定されることなく、偏光変換素子と偏光子との間に他の光学素子を介在させる構成も可能である。   Further, in the above-described embodiment, the polarization conversion unit 13 is disposed at the pupil plane of the imaging optical system 12 or a position near the pupil plane. However, the present invention is not limited to this, and for example, the incident plane of the micro fly's eye lens 9 It is also possible to arrange the polarization conversion unit at a position in the vicinity of, a pupil plane of the afocal lens 5, or a position in the vicinity thereof. In the above-described embodiment, the polarizer 13a is disposed adjacent to the polarization conversion element 13b. However, the present invention is not limited to this, and another optical element is interposed between the polarization conversion element and the polarizer. It is also possible to adopt a configuration.

また、上述の実施形態では、入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子として回折光学素子4を用いている。しかしながら、回折光学素子4に代えて、或いは回折光学素子4に加えて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器を用いることもできる。この種の空間光変調器は、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。このような空間光変調器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。   In the above-described embodiment, the diffractive optical element 4 is used as a spatial light modulation element that spatially modulates and emits incident light. However, instead of the diffractive optical element 4 or in addition to the diffractive optical element 4, a spatial light modulator having a plurality of optical elements that are two-dimensionally arranged and individually controlled can be used. This type of spatial light modulator is composed of a large number of minute element mirrors that are arranged in an array and whose tilt angle and tilt direction are individually driven and controlled, and divide the incident light beam into minute units for each reflecting surface. By deflecting the light beam, the cross section of the light beam is converted into a desired shape or a desired size. 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、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。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。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DMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いることができる。DMDを用いた露光装置は、例えば特開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、DMD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。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。ここでは、米国特許公開第2007/0296936号公報の教示を参照として援用する。   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. By using such a variable pattern forming apparatus, the influence on the synchronization accuracy can be minimized even if the pattern surface is placed vertically. As the variable pattern forming apparatus, for example, a DMD (digital micromirror device) including a plurality of reflecting elements driven based on predetermined electronic data can be used. An exposure apparatus using DMD is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-304135, International Patent Publication No. 2006/080285 pamphlet and US Patent Publication No. 2007/0296936 corresponding thereto. In addition to a non-light-emitting reflective spatial light modulator such as DMD, a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used. Note that a variable pattern forming apparatus may be used even when the pattern surface is placed horizontally. Here, the teachings of US Patent Publication No. 2007/0296936 are incorporated by reference.

また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ9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8の後側にその前側焦点位置がズームレンズ8の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が照明視野絞り11の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系12内の、投影光学系PLの開口絞りの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。   In the above-described embodiment, the micro fly's eye lens 9 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 8 so that the front focal position thereof coincides with the rear focal position of the zoom lens 8, and the incident end is located at or near the rear focal position of the condensing lens. Position the rod-type integrator so that is positioned. At this time, the exit end of the rod integrator is the position of the illumination field stop 11. When using a rod type integrator, a position optically conjugate with the position of the aperture stop of the projection optical system PL in the field stop imaging optical system 12 downstream of the rod type integrator can be called an illumination pupil plane. In addition, since a virtual image of the secondary light source of the illumination pupil plane is formed at the position of the entrance surface of the rod integrator, this position and a position optically conjugate with this position are also called the illumination pupil plane. Can do.

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

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

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップS48では、このレジストパターンを介してウェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップS44では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを、感光性基板つまりプレートP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 the photosensitive substrate, that is, the plate P.

図12は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図12に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップS50)、カラーフィルター形成工程(ステップS52)、セル組立工程(ステップS54)およびモジュール組立工程(ステップS56)を順次行う。   FIG. 12 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 12, in the liquid crystal device manufacturing process, a pattern forming process (step S50), a color filter forming process (step S52), a cell assembling process (step S54), and a module assembling process (step S56) are sequentially performed.

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。   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。   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.

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 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。ここでは、国際公開第WO99/49504号パンフレット、特開平6−124873号公報および特開平10−303114号公報の教示を参照として援用する。   In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a technique for filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a technique 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 Laid-Open No. 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined depth on a stage as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114. A method of forming a liquid tank and holding the substrate in the liquid tank can be employed. Here, the teachings of International Publication No. WO99 / 49504, JP-A-6-124873 and JP-A-10-303114 are incorporated by reference.

また、上述の実施形態では、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.

1 光源
3 偏光状態切換系
4 回折光学素子
5 アフォーカルレンズ
7 円錐アキシコン系
8 ズームレンズ
9 マイクロフライアイレンズ
10 コンデンサー光学系
11 マスクブラインド
12 結像光学系
13 偏光変換ユニット
13a 偏光子
13b 偏光変換素子
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 3 Polarization state switching system 4 Diffractive optical element 5 Afocal lens 7 Conical axicon system 8 Zoom lens 9 Micro fly eye lens 10 Condenser optical system 11 Mask blind 12 Imaging optical system 13 Polarization conversion unit 13a Polarizer 13b Polarization conversion element M Mask PL Projection optical system W Wafer

Claims (21)

入射光束の偏光状態を所定の偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
複屈折性の結晶材料で形成されて、入射光の偏光状態を変化させる偏光変換素子と、
前記偏光変換素子の入射側または射出側に配置されて、入射光から特定の偏光状態の光を選択して射出する偏光子とを備えていることを特徴とする偏光変換ユニット。
In the polarization conversion unit that converts the polarization state of the incident light beam into a predetermined polarization state and emits it,
A polarization conversion element that is formed of a birefringent crystal material and changes a polarization state of incident light;
A polarization conversion unit comprising: a polarizer that is disposed on an incident side or an emission side of the polarization conversion element and that selects and emits light having a specific polarization state from incident light.
前記入射光束は直線偏光であり、
前記偏光変換素子は、旋光性を有する光学材料により形成されて第1の厚さを有する平行平面板状の第1旋光部材と、旋光性を有する光学材料により形成されて前記第1の厚さとは異なる第2の厚さを有する平行平面板状の第2旋光部材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 incident light beam is linearly polarized light;
The polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation and having a first thickness in a plane-parallel plate shape having a first thickness, and an optical material having optical activity and having the first thickness. The polarization conversion unit according to claim 1, further comprising: a second optical rotation member having a parallel plane plate shape and a different second thickness.
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系と組み合わせて用いられ、
前記偏光変換素子は、前記照明光学系の光軸を挟んで第1方向に対向して配置された一対の前記第1旋光部材と、前記光軸を挟んで前記第1方向と交差する第2方向に対向して配置された一対の前記第2旋光部材とを有することを特徴とする請求項2に記載の偏光変換ユニット。
Used in combination with an illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from a light source,
The polarization conversion element includes a pair of the first optical rotation members arranged to face each other in the first direction across the optical axis of the illumination optical system, and a second that intersects the first direction across the optical axis. The polarization conversion unit according to claim 2, further comprising a pair of the second optical rotation members arranged to face each other.
前記入射光束は直線偏光であり、
前記偏光変換素子は、入射光を第1の直線偏光状態の光に変化させる第1波長板と、入射光を前記第1の直線偏光状態とは異なる第2の直線偏光状態の光に変化させる第2波長板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 incident light beam is linearly polarized light;
The polarization conversion element changes a first wavelength plate that changes incident light into light in a first linear polarization state, and changes incident light into light in a second linear polarization state that is different from the first linear polarization state. The polarization conversion unit according to claim 1, further comprising a second wave plate.
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系と組み合わせて用いられ、
前記偏光変換素子は、前記照明光学系の光軸を挟んで第1方向に対向して配置された一対の前記第1波長板と、前記光軸を挟んで前記第1方向と交差する第2方向に対向して配置された一対の前記第2波長板とを有す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。
Used in combination with an illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from a light source,
The polarization conversion element includes a pair of the first wave plates disposed opposite to each other in the first direction across the optical axis of the illumination optical system, and a second that intersects the first direction across the optical axis. The polarization conversion unit according to claim 4, further comprising a pair of the second wave plates disposed so as to face each other in the direction.
前記偏光子は、ワイヤ・グリッド型の偏光子を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 6. The polarization conversion unit according to claim 1, wherein the polarizer includes a wire grid type polarizer. 前記偏光子は、前記入射光束の進行方向に対してほぼブリュースター角となる角度で配置される屈折面を備える偏光子を有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 6. The polarizer according to claim 1, wherein the polarizer has a refracting surface disposed at an angle that is substantially a Brewster angle with respect to a traveling direction of the incident light beam. Polarization conversion unit. 前記偏光子は、前記偏光変換素子の入射側に配置された単一の偏光子を有す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 polarization conversion unit according to claim 1, wherein the polarizer includes a single polarizer disposed on an incident side of the polarization conversion element. 9. 前記偏光子は、前記偏光変換素子の射出側に配置された複数の偏光子を有す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 polarization conversion unit according to claim 1, wherein the polarizer has a plurality of polarizers arranged on an exit side of the polarization conversion element. 9. 前記偏光変換素子と前記偏光子とは互いに隣接していることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 The polarization conversion unit according to claim 1, wherein the polarization conversion element and the polarizer are adjacent to each other. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系と組み合わせて用いられ、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10のいずれか1項に記載の偏光変換ユニット。 11. The optical system according to claim 1, wherein the illumination optical system is used in combination with an illumination optical system that illuminates a surface to be irradiated with light from a light source, and is disposed at or near an illumination pupil of the illumination optical system. The polarization conversion unit described in 1. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された請求項1乃至11のいずれか1項に記載の偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系。
In the illumination optical system that illuminates the illuminated surface with light from the light source,
An illumination optical system comprising the polarization conversion unit according to any one of claims 1 to 11 disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface.
前記偏光変換ユニットは、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項12に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 12, wherein the polarization conversion unit is disposed at or near an illumination pupil of the illumination optical system. 前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項12または13に記載の照明光学系。 The projection pupil is used in combination with a projection optical system that forms a surface optically conjugate with the irradiated surface, and the illumination pupil is at a position optically conjugate with an aperture stop of the projection optical system. 14. The illumination optical system according to 12 or 13. 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、
前記光源からの光の進行方向を偏向させる少なくとも1つの光路折り曲げミラーと、
前記少なくとも1つの光路折り曲げミラーのうち最も前記被照射面側に配置される光路折り曲げミラーと前記被照射面との間の光路中に配置される偏光子と、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,
At least one optical path bending mirror for deflecting the traveling direction of light from the light source;
And a polarizer disposed in an optical path between the light path folding mirror disposed closest to the irradiated surface of the at least one optical path bending mirror and the irradiated surface. Illumination optical system.
前記偏光子は、前記照明光学系の照明瞳面またはその近傍に配置されることを特徴とする請求項15に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to claim 15, wherein the polarizer is disposed on or near an illumination pupil plane 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、前記照明瞳面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16に記載の照明光学系。 The projection optical system is used in combination with a projection optical system that forms a surface optically conjugate with the irradiated surface, and the illumination pupil plane is optically conjugate with an aperture stop of the projection optical system. Item 17. The illumination optical system according to Item 16. 前記偏光子は、請求項1乃至11のいずれか1項に記載の偏光子ユニットが有する偏光子であることを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載の照明光学系。 The illumination optical system according to any one of claims 15 to 17, wherein the polarizer is a polarizer included in the polarizer unit according to any one of claims 1 to 11. 所定のパターンを照明するための請求項12乃至18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。 19. An exposure apparatus comprising the illumination optical system according to claim 12 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19に記載の露光装置。 The exposure apparatus according to claim 19, further comprising a projection optical system that forms an image of the predetermined pattern on the photosensitive substrate. 請求項19または20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露光工程と、
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現像工程と、
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加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
An exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 19 or 20,
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.
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