JP4748015B2 - Illumination optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and microdevice manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、照明光学装置、露光装置、露光方法、およびマイクロデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロ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関するものである。 The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, an exposure method, and a microdevice manufacturing method, and more particularly, to an exposure apparatus for manufacturing microdevices such as semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, and thin film magnetic heads in a lithography process. It is about.
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束が、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、照明光学装置の照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布）からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。 In a typical exposure apparatus of this type, a light beam 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 flux from the secondary light source (generally, the illumination pupil distribution formed in or near the illumination pupil of the illumination optical device) is limited through an aperture stop disposed in the vicinity of the rear focal plane of the fly-eye lens. After that, it enters the condenser lens.
コンデンサーレンズにより集光された光束は、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。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、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。 The light beam condensed by the condenser lens illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) onto the wafer. The pattern formed on the mask is highly integrated, and it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.
たとえば本出願人の出願にかかる特許第３２４６６１５号公報には、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に輪帯状の二次光源を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が開示されている。 For example, in Japanese Patent No. 3246615 relating to the application of the present applicant, in order to realize an illumination condition suitable for faithfully transferring a fine pattern in an arbitrary direction, an annular zone is formed on the rear focal plane of the fly-eye lens. A technology for forming a secondary light source and setting the light beam passing through the annular secondary light source to be in a linear polarization state (hereinafter referred to as “circumferential polarization state” for short) with the circumferential direction as the polarization direction. Is disclosed.
しかしながら、上述の公報に開示された従来技術では、フライアイレンズを介して形成された円形状の光束を輪帯状の開口部を有する開口絞りを介して制限することにより輪帯状の二次光源を形成している。その結果、従来技術では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生し、ひいては露光装置のスループットが低下するという不都合があった。 However, in the prior art disclosed in the above publication, the annular light source is limited by restricting the circular light beam formed through the fly-eye lens through an aperture stop having an annular opening. Forming. As a result, the prior art has a disadvantage in that a large light loss occurs in the aperture stop, which in turn reduces the throughput of the exposure apparatus.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光量損失を抑えつつ、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光を、ほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. While suppressing loss of light amount, incident light in a linearly polarized state having a polarization direction in a substantially single direction can be converted into circumferential polarization having a polarization direction in a substantially circumferential direction. The purpose is to convert to state light.
また、本発明は、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光をほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換することのできる偏光変換素子を用いて、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することを目的とする。 Further, the present invention uses a polarization conversion element capable of converting linearly polarized incident light having a polarization direction in a substantially single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction. An object is to form a ring-shaped illumination pupil distribution in a circumferentially polarized state while favorably suppressing loss.
また、本発明は、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することのできる照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することを目的とする。 In addition, the present invention faithfully reproduces a fine pattern under an appropriate illumination condition by using an illumination optical device that can form a ring-shaped illumination pupil distribution in a circumferentially polarized state while suppressing a light loss. It is also intended to transfer at high throughput.
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの照明光で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路に配置されて、入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子を有し、
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周方向に変化する厚さ分布を有すると共に、照明光路に対して挿脱可能に構成され、
前記厚さ分布は、単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光または径方向に偏光方向を有する径方向偏光状態の光に変換するように設定されることを特徴とする照明光学装置を提供する。
In order to solve the above problems, in the first aspect of the present invention provides an illumination optical apparatus for illuminating a surface to be illuminated with illumination light from a light source,
The light source and the are placed in the optical path between the surface to be illuminated has a polarization conversion element for converting the polarization state of the incident light into a predetermined polarization state,
The polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation and has a thickness distribution that changes in the circumferential direction, and is configured to be detachable with respect to the illumination optical path .
The thickness distribution converts light in a linear polarization state having a polarization direction in a single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in the circumferential direction or light in a radial polarization state having a polarization direction in the radial direction. It is configured to provide an illumination optical apparatus according to claim Rukoto.
本発明の第２形態では、照明光を供給する光源と、該光源と被照射面との間の光路に配置されて、入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子とを有し、
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周方向に変化する厚さ分布を有すると共に、入射光を通過させる中央領域を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。
In the second embodiment of the present invention, a light source that supplies illumination light, and a polarization conversion element that is disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface and converts the polarization state of incident light into a predetermined polarization state. Have
The polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation, has a thickness distribution that changes in the circumferential direction, and has a central region that allows incident light to pass therethrough.
本発明の第３形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を備え、該照明光学装置を介してマスクパターンを感光性基板上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, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to the first or second aspect, and exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate via the illumination optical apparatus.
本発明の第４形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を用いて、マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure method characterized by exposing a mask pattern onto a photosensitive substrate using the illumination optical device according to the first or second aspect.
本発明の第５形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を用いて、マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a microdevice, characterized in that a mask pattern is exposed on a photosensitive substrate using the illumination optical apparatus according to the first or second aspect.
なお、照明光学装置の照明瞳面とは、被照射面に対して光学的にフーリエ変換の関係となる面と定義することや、照明光学装置が投影光学系と組み合わされる場合には、投影光学系の開口絞りと光学的に共役な照明光学装置内の面と定義することができる。また、照明光学装置の照明瞳面と共役な面とは、照明光学装置内にある面には限定されず、たとえば照明光学装置が投影光学系と組み合わされる場合には、投影光学系内の面であっても良く、また照明光学装置（あるいは投影露光装置）の偏光状態を検出するための偏光測定器内の面であっても良い。 The illumination pupil plane of the illumination optical device is defined as a surface that is optically Fourier-transformed with respect to the irradiated surface, or when the illumination optical device is combined with a projection optical system, the projection optics It can be defined as the plane in the illumination optics that is optically conjugate to the aperture stop of the system. Further, the plane conjugate with the illumination pupil plane of the illumination optical apparatus is not limited to the plane in the illumination optical apparatus. For example, when the illumination optical apparatus is combined with the projection optical system, the plane in the projection optical system. It may be a surface in a polarimeter for detecting the polarization state of the illumination optical apparatus (or projection exposure apparatus).
本発明の偏光変換素子は、たとえば水晶のような旋光性を有する光学材料により形成され、周方向に変化する厚さ分布を有する。ここで、厚さ分布は、例えば、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、ほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換するように設定されている。その結果、本発明では、光量損失を抑えつつ、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光を、ほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換することのできる偏光変換素子を実現することができる。特に、旋光性を有する光学材料により偏光変換素子を形成しているため、たとえば波長板と比較して製造が極めて容易であるという利点がある。 The polarization conversion element of the present invention is formed of an optical material having optical activity such as quartz, and has a thickness distribution that changes in the circumferential direction. Here, for example, the thickness distribution is set so as to convert light in a linear polarization state having a polarization direction in a substantially single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction. As a result, in the present invention, it is possible to convert linearly polarized incident light having a polarization direction in a substantially single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction while suppressing loss of light amount. A polarization conversion element can be realized. In particular, since the polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation, there is an advantage that manufacture is extremely easy as compared with, for example, a wave plate.
したがって、本発明の照明光学装置では、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光をほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換することのできる偏光変換素子を用いているので、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することのできる照明光学装置を用いているので、適切な照明条件のもとで微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することができ、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。 Therefore, in the illumination optical device of the present invention, a polarization conversion element capable of converting linearly polarized incident light having a polarization direction in a substantially single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction. Therefore, the annular illumination pupil distribution in the circumferentially polarized state can be formed while suppressing the loss of light quantity satisfactorily. Further, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, the illumination optical apparatus capable of forming a ring-shaped illumination pupil distribution in the circumferential direction polarization state while suppressing the light amount loss satisfactorily is used. Originally, a fine pattern can be faithfully transferred with a high throughput, and a good device can be manufactured with a high throughput.
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の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図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は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis along the normal direction of the wafer W, which is a photosensitive substrate, the Y axis in the direction parallel to the plane of FIG. 1 in the plane of the wafer W, and the plane of the wafer W in FIG. The X axis is set in the direction perpendicular to the paper surface. Referring to FIG. 1, the exposure apparatus of this embodiment includes a
光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦ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Ｚ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
As the
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、デポラライザ（非偏光化素子）４ｃ、および輪帯照明用の回折光学素子５を介して、アフォーカルレンズ６に入射する。ここで、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、およびデポラライザ４ｃは、後述するように、偏光状態切換部４を構成している。アフォーカルレンズ６は、その前側焦点位置と回折光学素子５の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面７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。
A substantially parallel light beam through a beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the Y direction by a bending mirror 3, and then a
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。具体的には、輪帯照明用の回折光学素子５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）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。
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. Specifically, the diffractive
したがって、光束変換素子としての回折光学素子５に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ６の瞳面に輪帯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６から射出される。なお、アフォーカルレンズ６の前側レンズ群６ａと後側レンズ群６ｂとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系８が配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系８の作用を無視して、基本的な構成および作用を説明する。
Accordingly, the substantially parallel light beam incident on the diffractive
アフォーカルレンズ６を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ９および偏光変換素子１０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）１１に入射する。偏光変換素子１０の構成および作用については後述する。マイクロフライアイレンズ１１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。
The light beam that has passed through the
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。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。 Here, each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly eye lens. Further, unlike a fly-eye lens composed of lens elements isolated from each other, a micro fly-eye lens is formed integrally with a large number of micro lenses (micro refractive surfaces) without being isolated from each other. However, the micro fly's eye lens is the same wavefront division type optical integrator as the fly eye lens in that lens elements having positive refractive power are arranged vertically and horizontally.
所定面７の位置はズームレンズ９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１１の入射面はズームレンズ９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９は、所定面７とマイクロフライアイレンズ１１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６の瞳面とマイクロフライアイレンズ１１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 7 is disposed in the vicinity of the front focal position of the
したがって、マイクロフライアイレンズ１１の入射面上には、アフォーカルレンズ６の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ９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１１を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。
Accordingly, on the incident surface of the micro fly's
マイクロフライアイレンズ１１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（ひいては照明瞳）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、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、ビームスプリッター１２ａおよびコンデンサー光学系１３を介した後、マスクブラインド１４を重畳的に照明する。
The light beam incident on the micro fly's
こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１４には、マイクロフライアイレンズ１１を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。なお、ビームスプリッター１２ａを内蔵する偏光モニター１２の内部構成および作用については後述する。マスクブラインド１４の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１５の集光作用を受けた後、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。
Thus, a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of each microlens constituting the micro fly's
すなわち、結像光学系１５は、マスクブラインド１４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。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハ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。
That is, the imaging
なお、偏光状態切換部４において、１／４波長板４ａは、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。また、１／２波長板４ｂは、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面を変化させる。また、デポラライザ４ｃは、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズムと楔形状の石英プリズムとにより構成されている。水晶プリズムと石英プリズムとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。
In the polarization
光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、これらの光源から射出される光は典型的には９５％以上の偏光度を有し、１／４波長板４ａにはほぼ直線偏光の光が入射する。しかしながら、光源１と偏光状態切換部４との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光の偏光面がＰ偏光面またはＳ偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。
When a KrF excimer laser light source or an ArF excimer laser light source is used as the
偏光状態切換部４では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、１／４波長板４ａの作用により変換された直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射する。１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。
In the polarization
また、１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、デポラライザ４ｃの水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。
In addition, when the crystal optical axis of the half-
偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃが照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が９０度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
The polarization
偏光状態切換部４では、上述したように、直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射するが、以下の説明を簡単にするために、図１においてＺ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｚ方向偏光」と称する）の光が１／２波長板４ｂに入射するものとする。デポラライザ４ｃを照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面（偏光方向）に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過してデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＺ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換される。
In the polarization
水晶プリズムを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、図１においてＸ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｘ方向偏光」と称する）の光になってデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＸ方向偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＸ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。
The light depolarized through the quartz prism enters the diffractive
これに対し、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させた場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過し、Ｚ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化してＸ方向偏光の光になり、Ｘ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。
On the other hand, when the
以上のように、偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃを照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。また、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定することにより、Ｚ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。さらに、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度をなすように設定することにより、Ｘ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。
As described above, in the polarization
換言すれば、偏光状態切換部４では、１／４波長板４ａと１／２波長板４ｂとデポラライザ４ｃとからなる偏光状態切換部の作用により、回折光学素子５への入射光の偏光状態（ひいてはマスクＭおよびウェハＷを照明する光の偏光状態）を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光状態の場合には互いに直交する偏光状態間（Ｚ方向偏光とＸ方向偏光との間）で切り換えることができる。
In other words, in the polarization
さらに、偏光状態切換部４では、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃをともに照明光路から退避させ、且つ１／４波長板４ａの結晶光学軸を入射する楕円偏光に対して所定の角度をなすように設定することにより、円偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。また、一般的には、１／２波長板４ｂの作用により、回折光学素子５への入射光の偏光状態を、任意方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定することもできる。
Further, in the polarization
次に、円錐アキシコン系８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８ａ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８ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂ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８ａおよび第２プリズム部材８ｂ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８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。
Next, the
ここで、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂ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８は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系８は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系８の間隔の変化に伴って、所定面７への入射光束の角度は変化する。
Here, in a state where the concave conical refracting surface of the
図２は、輪帯状の二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。図２を参照すると、円錐アキシコン系８の間隔が零で且つズームレンズ９の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源３０ａが、円錐アキシコン系８の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅（外径と内径との差の１／２：図中矢印で示す）が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源３０ｂに変化する。換言すると、円錐アキシコン系８の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）がともに変化する。
FIG. 2 is a diagram for explaining the action of the conical axicon system on the annular secondary light source. Referring to FIG. 2, the smallest annular zone-shaped secondary formed in a state where the distance between the
図３は、輪帯状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。図３を参照すると、標準状態で形成された輪帯状の二次光源３０ａが、ズームレンズ９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、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源３０ｃに変化する。換言すると、ズームレンズ９の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。
FIG. 3 is a diagram for explaining the action of the zoom lens on the annular secondary light source. Referring to FIG. 3, the annular secondary
図４は、図１の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。図４を参照すると、偏光モニター１２は、マイクロフライアイレンズ１１とコンデンサー光学系１３との間の光路中に配置された第１ビームスプリッター１２ａを備えている。第１ビームスプリッター１２ａは、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板（すなわち素ガラス）の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing an internal configuration of the polarization monitor of FIG. Referring to FIG. 4, the polarization monitor 12 includes a
第１ビームスプリッター１２ａにより光路から取り出された光は、第２ビームスプリッター１２ｂに入射する。第２ビームスプリッター１２ｂは、第１ビームスプリッター１２ａと同様に、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。そして、第１ビームスプリッター１２ａに対するＰ偏光が第２ビームスプリッター１２ｂに対するＳ偏光になり、且つ第１ビームスプリッター１２ａに対するＳ偏光が第２ビームスプリッター１２ｂに対するＰ偏光になるように設定されている。
The light extracted from the optical path by the
また、第２ビームスプリッター１２ｂを透過した光は第１光強度検出器１２ｃにより検出され、第２ビームスプリッター１２ｂで反射された光は第２光強度検出器１２ｄにより検出される。第１光強度検出器１２ｃおよび第２光強度検出器１２ｄの出力は、それぞれ制御部（不図示）に供給される。制御部は、偏光状態切換部４を構成する１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃを必要に応じて駆動する。
The light transmitted through the
上述のように、第１ビームスプリッター１２ａおよび第２ビームスプリッター１２ｂにおいて、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率とが実質的に異なっている。したがって、偏光モニター１２では、第１ビームスプリッター１２ａからの反射光が、例えば第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の１０％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター１２ａに対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター１２ｂに対するＰ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター１２ａに対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター１２ｂに対するＳ偏光成分）とを含むことになる。
As described above, in the
また、第２ビームスプリッター１２ｂからの反射光は、例えば第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の１０％×１％＝０．１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター１２ａに対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター１２ｂに対するＳ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の１％×１０％＝０．１％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター１２ａに対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター１２ｂに対するＰ偏光成分）とを含むことになる。
The reflected light from the
こうして、偏光モニター１２では、第１ビームスプリッター１２ａが、その反射特性に応じて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。その結果、第２ビームスプリッター１２ｂの偏光特性による偏光変動の影響を僅かに受けるものの、第１光強度検出器１２ｃの出力（第２ビームスプリッター１２ｂの透過光の強度に関する情報、すなわち第１ビームスプリッター１２ａからの反射光とほぼ同じ偏光状態の光の強度に関する情報）に基づいて、第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の偏光状態（偏光度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の偏光状態を検知することができる。
Thus, in the
また、偏光モニター１２では、第１ビームスプリッター１２ａに対するＰ偏光が第２ビームスプリッター１２ｂに対するＳ偏光になり且つ第１ビームスプリッター１２ａに対するＳ偏光が第２ビームスプリッター１２ｂに対するＰ偏光になるように設定されている。その結果、第２光強度検出器１２ｄの出力（第１ビームスプリッター１２ａおよび第２ビームスプリッター１２ｂで順次反射された光の強度に関する情報）に基づいて、第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の光量（強度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の光量を検知することができる。
The polarization monitor 12 is set so that the P-polarized light for the
こうして、偏光モニター１２を用いて、第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の偏光状態を検知し、ひいてはマスクＭへの照明光が所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態になっているか否かを判定することができる。そして、制御部が偏光モニター１２の検知結果に基づいてマスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光が所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態になっていないことを確認した場合、偏光状態切換部４を構成する１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃを駆動調整し、マスクＭへの照明光の状態を所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態に調整することができる。
In this way, the polarization monitor 12 is used to detect the polarization state of the light incident on the
なお、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、４極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、４極照明を行うことができる。４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、そのファーフィールドに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、４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１１の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４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１１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４極状の二次光源が形成される。
In addition, instead of the diffractive
また、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１１の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野からなる４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１１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。
Moreover, instead of the diffractive
さらに、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明（２極照明、８極照明など）を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。
Furthermore, by replacing the diffractive
図５は、図１の偏光変換素子の構成を概略的に示す図である。また、図６は、水晶の旋光性について説明する図である。また、図７は、偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。本実施形態にかかる偏光変換素子１０は、マイクロフライアイレンズ１１の直前に、すなわち照明光学装置（１〜ＰＬ）の瞳またはその近傍に配置されている。したがって、輪帯照明の場合、偏光変換素子１０には光軸ＡＸを中心としたほぼ輪帯状の断面を有する光束が入射することになる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the polarization conversion element of FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining the optical rotation of quartz. FIG. 7 is a diagram schematically showing a ring-shaped secondary light source that is set in the circumferential polarization state by the action of the polarization conversion element. The
図５を参照すると、偏光変換素子１０は、全体として光軸ＡＸを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸ＡＸを中心とした円周方向に等分割された８つの扇形形状の基本素子により構成されている。これらの８つの基本素子において、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。すなわち、８つの基本素子は、光の透過方向（Ｙ方向）に沿った厚さ（光軸方向の長さ）が互いに異なる４種類の基本素子１０Ａ〜１０Ｄを２個づつ含んでいる。
Referring to FIG. 5, the
具体的には、第１基本素子１０Ａの厚さが最も大きく、第４基本素子１０Ｄの厚さが最も小さく、第２基本素子１０Ｂの厚さは第３基本素子１０Ｃの厚さよりも大きく設定されている。その結果、偏光変換素子１０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）は各基本素子１０Ａ〜１０Ｄ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１０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。
Specifically, the thickness of the first
また、本実施形態では、各基本素子１０Ａ〜１０Ｄが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、各基本素子１０Ａ〜１０Ｄ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６を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図６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。
In the present embodiment, each of the
このとき、光学部材１００の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材１００の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（ａ）で表わされる。
θ＝ｄ・ρ （ａ）
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。
At this time, the rotation angle (optical rotation angle) θ in the polarization direction due to the optical rotation of the
θ = d · ρ (a)
In general, the optical rotation ρ of quartz has a wavelength dependency (a property in which the value of optical rotation varies depending on the wavelength of the light used: optical rotation dispersion), and specifically, it tends to increase as the wavelength of the light used decreases. is there. According to the description on page 167 of “Applied Optics II”, the optical rotation power ρ of quartz with respect to light having a wavelength of 250.3 nm is 153.9 degrees / mm.
本実施形態において、第１基本素子１０Ａは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋１８０度回転させた方向すなわちＺ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＡが設定されている。したがって、この場合、図７に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第１基本素子１０Ａの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ａを通過する光束の偏光方向はＺ方向になる。
In the present embodiment, when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the first
第２基本素子１０Ｂは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋１３５度回転させた方向すなわちＺ方向をＹ軸廻りに−４５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＢが設定されている。したがって、この場合、図７に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第２基本素子１０Ｂの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ｂを通過する光束の偏光方向はＺ方向をＹ軸廻りに−４５度回転させた方向になる。
When linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident on the second
第３基本素子１０Ｃは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ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直線偏光の光を射出するように厚さｄＣが設定されている。したがって、この場合、図７に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第３基本素子１０Ｃの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ｃを通過する光束の偏光方向はＸ方向になる。
When linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the third
第４基本素子１０Ｄは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋４５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＤが設定されている。したがって、この場合、図７に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第４基本素子１０Ｄの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ｄを通過する光束の偏光方向はＺ方向をＹ軸廻りに＋４５度回転させた方向になる。
When linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the fourth
なお、別々に形成された８つの基本素子を組み合わせて偏光変換素子１０を得ることもできるし、あるいは平行平面板状の水晶基板に所要の凹凸形状（段差）を形成することにより偏光変換素子１０を得ることもできる。また、偏光変換素子１０を光路から退避させることなく通常の円形照明を行うことができるように、偏光変換素子１０の有効領域の径方向の大きさの３／１０以上、好ましくは１／３以上の大きさを有し且つ旋光性を有しない円形状の中央領域１０Ｅが設けられている。ここで、中央領域１０Ｅは、たとえば石英のように旋光性を有しない光学材料により形成されていてもよいし、単純に円形状の開口であってもよい。ただし、中央領域１０Ｅは偏光変換素子１０に必須の要素ではない。なお、中央領域１０Ｅの大きさは周方向偏光状態である領域とそうでない領域との境界を決定する。
The
本実施形態では、周方向偏光輪帯照明（輪帯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、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を偏光変換素子１０に入射させる。その結果、マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍には、図７に示すように、輪帯状の二次光源（輪帯状の照明瞳分布）３１が形成され、この輪帯状の二次光源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、輪帯状の二次光源３１を構成する円弧状領域３１Ａ〜３１Ｄをそれぞれ通過する光束は、各円弧状領域３１Ａ〜３１Ｄの円周方向に沿った中心位置における光軸ＡＸを中心とする円の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 this embodiment, in the case of circumferentially polarized annular illumination (deformed illumination in which a light beam passing through an annular secondary light source is set in a circumferentially polarized state), linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is converted into polarized light. Incidently enter the
こうして、本実施形態では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生する従来技術とは異なり、偏光変換素子１０の旋光作用により、光量損失を実質的に発生させることなく、周方向偏光状態の輪帯状の二次光源３１を形成することができる。換言すれば、本実施形態の照明光学装置では、光量損失を良好に抑えつつ、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。さらに、本実施形態では、光学素子の偏光作用を用いているため、偏光変換素子自体の製造が極めて容易であり、典型的には各基本素子の厚み公差を極めて緩く設定することができるという優れた効果を奏する。
Thus, in the present embodiment, unlike the prior art in which a large amount of light loss occurs in the aperture stop, the annular polarization in the circumferential polarization state is substantially not generated by the optical rotation action of the
なお、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく周方向偏光輪帯照明では、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。 In the circumferential polarization annular illumination based on the annular polarization pupil distribution in the circumferential polarization state, the light irradiated on the wafer W as the final irradiated surface is in a polarization state mainly composed of S polarization. . 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
その結果、周方向偏光輪帯照明では、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。すなわち、本実施形態の露光装置では、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することのできる照明光学装置を用いているので、適切な照明条件のもとで微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することができる。 As a result, in the circumferential polarization annular illumination, the optical performance (such as the depth of focus) of the projection optical system can be improved, and a high-contrast mask pattern image can be obtained on the wafer (photosensitive substrate). That is, in the exposure apparatus of the present embodiment, an illumination optical apparatus that can form a ring-shaped illumination pupil distribution in a circumferentially polarized state while suppressing light amount loss satisfactorily is used. Thus, a fine pattern can be transferred faithfully and with high throughput.
ところで、本実施形態では、Ｘ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を偏光変換素子１０に入射させることにより、図８に示すように輪帯状の二次光源３２を通過する光束を径方向偏光状態に設定し、径方向偏光輪帯照明（輪帯状の二次光源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）を行うことができる。径方向偏光状態では、輪帯状の二次光源３２を構成する円弧状領域３２Ａ〜３２Ｄをそれぞれ通過する光束は、各円弧状領域３２Ａ〜３２Ｄの円周方向に沿った中心位置における光軸ＡＸを中心とする円の半径方法とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。
By the way, in the present embodiment, linearly polarized light having a polarization direction in the X direction is incident on the
径方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく径方向偏光輪帯照明では、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、径方向偏光輪帯照明では、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 the radial polarization annular illumination based on the annular illumination pupil distribution in the radial polarization state, the light irradiated on the wafer W as the final irradiated surface is in a polarization state mainly composed of P-polarized light. 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 annular 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.
なお、上述の実施形態では、偏光変換素子１０に入射する光束を、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光状態とＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態との間で切り換えることにより、周方向偏光輪帯照明と径方向偏光輪帯照明とを実現している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばＺ方向またはＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光束に対して、偏光変換素子１０を図５に示す第１状態と光軸ＡＸ廻りに９０度だけ回転させた第２状態との間で切り換えることにより、周方向偏光輪帯照明と径方向偏光輪帯照明とを実現することもできる。
In the above-described embodiment, the light beam incident on the
また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ１１の直前に偏光変換素子１０を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に照明光学装置（１〜ＰＬ）の瞳またはその近傍に、たとえば投影光学系ＰＬの瞳またはその近傍や、結像光学系１５の瞳またはその近傍や、円錐アキシコン系８の直前（アフォーカルレンズ６の瞳またはその近傍）などに偏光変換素子１０を配置することもできる。
In the above-described embodiment, the
ただし、投影光学系ＰＬ中や結像光学系１５中に偏光変換素子１０を配置すると、偏光変換素子１０の所要有効径が大きくなり易いため、高品質で大きい水晶基板を得ることが困難である現状を考えるとあまり好ましくない。また、円錐アキシコン系８の直前に偏光変換素子１０を配置すると、偏光変換素子１０の所要有効径を小さく抑えることができるが、最終的な被照射面であるウェハＷまでの距離が長く、その間の光路中にレンズの反射防止コートやミラーの反射膜のように偏光状態を変化させる要素が介在し易いのであまり好ましくない。ちなみに、レンズの反射防止コートやミラーの反射膜では、偏光状態（Ｐ偏光とＳ偏光）や入射角度によって反射率に差が生じ易く、ひいては光の偏光状態が変化し易い。
However, if the
また、上述の実施形態では、偏光変換素子１０の少なくとも一方の面（たとえば射出面）が凹凸状に形成され、ひいては偏光変換素子１０が周方向に離散的（不連続的）に変化する厚さ分布を有する。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換素子１０が周方向にほぼ連続的に変化する厚さ分布を有するように、偏光変換素子１０の少なくとも一方の面（たとえば射出面）を曲面状に形成することもできる。
In the above-described embodiment, at least one surface (for example, the exit surface) of the
また、上述の実施形態では、輪帯状の有効領域の８分割に対応する８つの扇形形状の基本素子により偏光変換素子１０を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば円形状の有効領域の８分割に対応する８つの扇形形状の基本素子により、あるいは円形状または輪帯状の有効領域の４分割に対応する４つの扇形形状の基本素子により、あるいは円形状または輪帯状の有効領域の１６分割に対応する１６つの扇形形状の基本素子により偏光変換素子１０を構成することもできる。すなわち、偏光変換素子１０の有効領域の形状、有効領域の分割数（基本素子の数）などについて様々な変形例が可能である。
Further, in the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、水晶を用いて各基本素子１０Ａ〜１０Ｄを（ひいては偏光変換素子１０を）形成している。しかしながら、これに限定されることなく、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて各基本素子を形成することもできる。この場合、使用波長の光に対して１００度／ｍｍ以上の旋光能を有する光学材料を用いることが好ましい。すなわち、旋光能の小さい光学材料を用いると、偏光方向の所要回転角を得るために必要な厚さが大きくなり過ぎて、光量損失の原因になるので好ましくない。
In the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態において、偏光変換素子１０を照明光路に対して固定的に設けたが、この偏光変換素子１０を照明光路に対して挿脱可能に設けても良い。また、上述の実施形態では、ウェハＷに対するＳ偏光と輪帯照明とを組み合わせた例を示したが、ウェハＷに対するＳ偏光と２極や４極などの多極照明および円形照明と組み合わせても良い。なお、上述の実施形態において、マスクＭへの照明条件やウェハＷへの結像条件（開口数や収差等）は、例えばマスクＭのパターンの種類等に従って自動的に設定することができる。
In the above-described embodiment, the
図９は、複数の偏光変換素子を交換可能に設けた変形例を示す。なお、図９の変形例は図１に示した実施形態と類似の構成を有するが、複数の偏光変換素子を交換可能にするターレット１０Ｔを有する点で異なる。
FIG. 9 shows a modification in which a plurality of polarization conversion elements are provided in a replaceable manner. 9 has a configuration similar to that of the embodiment shown in FIG. 1, but differs in that it includes a
図１０は、図９における交換機構としてのターレット１０Ｔに載置された複数種類の偏光変換素子１０ａ〜１０ｅを示す図である。図９および図１０に示したように、この変形例では、光軸ＡＸと平行な方向を軸として回転可能なターレット１０Ｔ上に複数種類の偏光変換素子１０ａ〜１０ｅを設け、ターレット１０Ｔの回転動作によりこれら複数種類の偏光変換素子１０ａ〜１０ｅを交換可能としている。なお、図９では複数種類の偏光変換素子１０ａ〜１０ｅのうち、偏光変換素子１０ａ，１０ｂのみを図示している。なお、偏光変換素子の交換機構としてはターレット１０Ｔには限定されず、たとえばスライダでも良い。
FIG. 10 is a diagram showing a plurality of types of
図１１は、複数種類の偏光変換素子１０ａ〜１０ｅのそれぞれの構成を示す図である。図１１（ａ）において、第１の偏光変換素子１０ａは、図５に示した実施形態の偏光変換素子１０と同じ構成を有する。図１１（ｂ）において、第２の偏光変換素子１０ｂは、図１１（ａ）に示した偏光変換素子１０ａと類似した構成を有するが、中央領域１０Ｅに偏光解消部材１０４ｃが設けられている点で異なる。この偏光解消部材１０４ｃは、図１に示したデポラライザ４ｃと同様の構成を有し、入射する直線偏光の光を非偏光状態の光に変換する機能を有する。
FIG. 11 is a diagram illustrating the configuration of each of a plurality of types of
図１１（ｃ）において、第３の偏光変換素子１０ｃは、図１１（ａ）に示した偏光変換素子１０ａと類似した構成を有するが、中央領域１０Ｅの大きさが大きくなっている点（第１〜第４基本素子１０Ａ〜１０Ｄの幅が狭くなっている点）で異なる。また、図１１（ｄ）において、第４の偏光変換素子１０ｄは、図１１（ｃ）に示した偏光変換素子１０ｃと類似した構成を有するが、中央領域１０Ｅに偏光解消部材１０４ｃが設けられている点で異なる。
11C, the third
図１１（ｅ）において、第５の偏光変換素子１０ｅは、８つの基本素子ではなく、６つの基本素子１０Ｃ，１０Ｆ，１０Ｇを組み合わせて構成されている。第５の偏光変換素子１０ｅは全体として光軸ＡＸを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸ＡＸを中心とした円周方向に等分割された６つの扇形形状の基本素子１０Ｃ，１０Ｆ，１０Ｇにより構成されている。これら６つの基本素子１０Ｃ，１０Ｆ，１０Ｇにおいて、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。すなわち、６つの基本素子１０Ｃ，１０Ｆ，１０Ｇは、光の透過方向（Ｙ方向）に沿った厚さ（光軸方向の長さ）が互いに異なる３種類の基本素子１０Ｃ，１０Ｆ，１０Ｇを２個ずつ含んでいる。
In FIG. 11E, the fifth
ここで、基本素子１０Ｃは、図７に示した第３基本素子１０Ｃと同じ機能を有する部材であるため、その機能の説明を省略する。基本素子１０Ｆは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋１５０度回転させた方向すなわちＺ方向をＹ軸廻りに−３０度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＦが設定されている。基本素子１０Ｇは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋３０度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＧが設定されている。なお、中央領域１０Ｅに代えて、偏光解消部材１０４ｃを設けても良い。
Here, the
また、図１０に戻って、ターレット１０Ｔには偏光変換素子が載置されない開口部４０が設けられており、周方向偏光照明ではない偏光照明を行う場合や、大きなσ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）のもとでの非偏光照明を行う場合には、この開口部４０が照明光路中に位置する。
Returning to FIG. 10, the
なお、上述では、ターレット１０Ｔに載置される偏光変換素子１０ａ〜１０ｅの中央部に、円形状の開口または旋光性を有しない材料からなる中央領域１０Ｅあるいは偏光解消部材１０４ｃを設けた例のみ示したが、中央領域１０Ｅまたは偏光解消部材１０４ｃを設けない偏光変換素子（扇形状の基本素子からなる偏光変換素子）を載置しても良い。
In the above description, only an example in which the
図１２は、偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された二次光源の一例を概略的に示す図である。なお、図１２では、理解を容易にするために偏光変換素子も重ねて図示してある。 FIG. 12 is a diagram schematically illustrating an example of a secondary light source set in a circumferential polarization state by the action of the polarization conversion element. In FIG. 12, the polarization conversion element is also shown in a superimposed manner for easy understanding.
図１２（ａ）は、回折光学素子５に代えて、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８極状の光強度分布を形成する回折光学素子（光束変換素子）が照明光路に設置されるとともに、偏光変換素子１０ａまたは１０ｂが照明光路に設置された場合における８極状の二次光源３３を示している。ここで、８極状の二次光源３３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、８極状の二次光源３３を構成する８つの円形領域３３Ａ〜３３Ｄをそれぞれ通る光束が、これら８つの円形領域３３Ａ〜３３Ｄを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら８つの円形領域３３Ａ〜３３Ｄを結ぶ円の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。なお、図１２（ａ）では、８極状の二次光源３３を８つの円形領域３３Ａ〜３３Ｄで構成した例を示したが、８つの領域の形状は円形には限定されない。
In FIG. 12A, instead of the diffractive
図１２（ｂ）は、回折光学素子５に代えて、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回折光学素子（光束変換素子）が照明光路に設置されるとともに、偏光変換素子１０ｃまたは１０ｄが照明光路に設置された場合における４極状の二次光源３４を示している。ここで、４極状の二次光源３４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３４を構成する４つの領域３４Ａ、３４Ｃをそれぞれ通る光束が、これら４つの領域３４Ａ，３４Ｃを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら４つの領域３４Ａ，３４Ｃを結ぶ円の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。なお、図１２（ｂ）では、４極状の二次光源３４を４つのほぼ楕円形状の領域３４Ａ，３４Ｃで構成した例を示したが、４つの領域の形状はほぼ楕円形状には限定されない。
In FIG. 12B, instead of the diffractive
図１２（ｃ）は、回折光学素子５に代えて、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６極状の光強度分布を形成する回折光学素子（光束変換素子）が照明光路に設置されるとともに、偏光変換素子１０ｅが照明光路に設置された場合における６極状の二次光源３５を示している。ここで、６極状の二次光源３５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、６極状の二次光源３５を構成する６つの領域３５Ｃ，３５Ｆ，３５Ｇをそれぞれ通る光束が、これら６つの領域３５Ｃ，３５Ｆ，３５Ｇを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら６つの領域３５Ｃ，３５Ｆ，３５Ｇを結ぶ円の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。なお、図１２（ｃ）では、６極状の二次光源３５を４つのほぼ台形形状の領域３５Ｃ，３５Ｆ，３５Ｇで構成した例を示したが、６つの領域の形状はほぼ台形形状には限定されない。
In FIG. 12C, instead of the diffractive
また、上述の実施形態並びに変形例では、偏光変換素子が光軸廻りに固定されていたが、偏光変換素子を光軸廻りに回転させても良い。図１３は、光軸ＡＸ廻りに回転可能に設けられた偏光変換素子１０ｆの構成を概略的に示す図である。
Further, in the above-described embodiments and modifications, the polarization conversion element is fixed around the optical axis, but the polarization conversion element may be rotated around the optical axis. FIG. 13 is a diagram schematically showing a configuration of the
図１３において、偏光変換素子１０ｆは、４つの基本素子１０Ａ，１０Ｃを組み合わせて構成されている。偏光変換素子１０ｆは全体として光軸ＡＸを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸ＡＸを中心とした円周方向に等分割された４つの扇形形状の基本素子１０Ａ，１０Ｃにより構成されている。これら４つの基本素子１０Ａ，１０Ｃにおいて、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。すなわち、４つの基本素子１０Ａ，１０Ｃは、光の透過方向（Ｙ方向）に沿った厚さ（光軸方向の長さ）が互いに異なる２種類の基本素子１０Ａ，１０Ｃを２個ずつ含んでいる。
In FIG. 13, the
ここで、基本素子１０Ａは、図７に示した第１基本素子１０Ａと同じ機能を有する部材であり、基本素子１０Ｃは、図７に示した第３基本素子１０Ｃと同じ機能を有する部材であるため、その機能の説明を省略する。なお、中央領域１０Ｅに代えて、偏光解消部材１０４ｃを設けても良い。
Here, the
この偏光変換素子１０ｆは光軸ＡＸを中心として回転可能となるように設けられており、たとえば光軸ＡＸを中心として＋４５度または−４５度だけ回転可能となっている。図１４は、偏光変換素子１０ｆの作用により周方向偏光状態に設定された二次光源の一例を概略的に示す図である。なお、図１４では、理解を容易にするために偏光変換素子１０ｆも重ねて図示してある。
The
図１４（ａ）は、回折光学素子５に代えて、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２極状の光強度分布を形成する回折光学素子（光束変換素子）が照明光路に設置されるとともに、偏光変換素子１０ｆが回転角０度の状態（基準状態）で照明光路に設置された場合における２極状の二次光源３６（３６Ａ）を示している。ここでは、２極状の二次光源３６（３６Ａ）を通過する光束が縦方向偏光状態に設定される。
In FIG. 14A, instead of the diffractive
図１４（ｂ）は、回折光学素子５に代えて、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回折光学素子（光束変換素子）が照明光路に設置されるとともに、偏光変換素子１０ｆが回転角０度の状態（基準状態）で照明光路に設置された場合における４極状の二次光源３７を示している。ここでは、４極状の二次光源３７を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。なお、図１４（ｂ）における４極状の光強度分布は紙面内上下方向（Ｚ方向）及び左右方向（Ｘ方向）に局在している。
In FIG. 14B, instead of the diffractive
周方向偏光状態では、４極状の二次光源３７を構成する４つの円形領域３７Ａ，３７Ｃをそれぞれ通る光束が、これら４つの円形領域３７Ａ，３７Ｃを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら４つの円形領域３７Ａ，３７Ｃを結ぶ円の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。なお、図１４（ｂ）では、４極状の二次光源３７を４つの円形領域３７Ａ，３７Ｃで構成した例を示したが、４つの領域の形状は円形には限定されない。
In the circumferential polarization state, the light beams passing through the four
図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）の回折光学素子に代えて、ファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に紙面内＋４５度（−１３５度）方向及び紙面内−４５度（＋１３５度）方向に局在する４極状の光強度分布を形成する回折光学素子（光束変換素子）が照明光路に設置され、且つ偏光変換素子１０ｆを回転角＋４５度の状態（基準状態に対して時計回りに４５度だけ回転した状態）に回転させて照明光路に設置した場合における４極状の二次光源３８を示している。
In FIG. 14C, instead of the diffractive optical element of FIG. 14B, the far field (or Fraunhofer diffraction region) is in the +45 degree (−135 degree) direction in the paper surface and −45 degree (+135 degree) in the paper surface. A diffractive optical element (light beam conversion element) that forms a quadrupolar light intensity distribution localized in the direction is installed in the illumination optical path, and the
図１４（ｃ）では、偏光状態切換部４中の１／２波長板４ｂを光軸廻りに回転させて、偏光変換素子１０ｆに対して、＋４５度方向（−１３５度方向）に偏光方向を有する直線偏光を入射させる。ここで、基本素子１０Ａは入射した直線偏光の偏光方向を１８０度±ｎ×１８０度（ｎは整数）だけ回転させる機能を有し、基本素子１０Ｃは入射した直線偏光の偏光方向を９０度±ｎ×１８０度（ｎは整数）だけ回転させる機能を有するため、４極状の二次光源３８を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。
In FIG. 14C, the half-
図１４（ｃ）に示した周方向偏光状態では、４極状の二次光源３８を構成する４つの円形領域３８Ｂ，３８Ｄをそれぞれ通る光束が、これら４つの円形領域３８Ｂ，３８Ｄを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら４つの円形領域３８Ｂ，３８Ｄを結ぶ円の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。なお、図１４（ｃ）では、４極状の二次光源３８を４つの円形領域３８Ｂ，３８Ｄで構成した例を示したが、４つの領域の形状は円形には限定されない。
In the circumferential polarization state shown in FIG. 14C, the light beams passing through the four
このように、偏光状態切換部４の偏光方向の変更動作と、偏光変換素子１０ｆの回転動作とにより、＋４５度（−１３５度）方向及び−４５度（＋１３５度）方向に局在する４極状の二次光源であっても、０度（＋１８０度）方向及び９０度（２７０度）すなわち縦横方向に局在する４極状の二次光源であっても、０度（＋１８０度）方向又は９０度（２７０度）すなわち縦横方向に局在する２極状の二次光源であっても、周方向偏光状態を実現することができる。
As described above, the four poles localized in the +45 degree (−135 degree) direction and the −45 degree (+135 degree) direction by the polarization direction changing operation of the polarization
また、光軸ＡＸを中心とした円周方向に等分割された８つの扇型形状の基本素子から構成される偏光変換素子を、光軸ＡＸ廻りに回転可能としても良い。図１５（ａ）に示すように、例えば上記８分割の基本素子からなる偏光変換素子（たとえば偏光変換素子１０ａ）を＋４５度だけ光軸ＡＸ廻りに回転させると、８極状の二次光源３９を構成する８つの円形領域３９Ａ〜３９Ｄをそれぞれ通る光束が、これら８つの円形領域３９Ａ〜３９Ｄを結ぶ円の円周方向（これら８つの円形領域３９Ａ〜３９Ｄを結ぶ円の接線方向）に対して−４５度だけ回転された偏光方向を有する直線偏光状態になる。
Further, a polarization conversion element composed of eight fan-shaped basic elements equally divided in the circumferential direction around the optical axis AX may be rotatable around the optical axis AX. As shown in FIG. 15A, for example, when a polarization conversion element (for example, the
また、１５（ｂ）に示すように、８極状の二次光源を構成する８つの円形領域をそれぞれ通る光束が、これら８つの円形領域を結ぶ円の円周方向（これら８つの円形領域を結ぶ円の接線方向）に対して＋４５度だけ回転された方向に長軸を持つ楕円偏光である場合には、図１５（ａ）に示したように偏光変換素子（たとえば偏光変換素子１０ａ）を＋４５度だけ光軸ＡＸ廻りに回転させることによって、図１５（ｃ）に示すように、ほぼ周方向偏光状態を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 15 (b), the light beams passing through the eight circular regions constituting the octupole secondary light source are respectively in the circumferential direction of the circle connecting these eight circular regions (the eight circular regions are In the case of elliptically polarized light having a major axis in the direction rotated by +45 degrees with respect to the tangential direction of the connecting circle), the polarization conversion element (for example, the
図１６は、偏光変換素子を照明光学装置の瞳近傍の位置のうち、円錐アキシコン系８の直前の位置（入射側近傍の位置）に配置した例を示す。この図１６の例では、ズームレンズ系９の変倍作用によって、マイクロフライアイレンズ１１の入射面に投影される中央領域１０Ｅの像の大きさと、マイクロフライアイレンズ１１の入射面に投影される各基本素子１０Ａ〜１０Ｄの像の大きさとが変更され、円錐アキシコン系８の動作によって、マイクロフライアイレンズ１１の入射面に投影される各基本素子１０Ａ〜１０Ｄの像における光軸ＡＸを中心とする半径方向の幅が変更される。
FIG. 16 shows an example in which the polarization conversion element is arranged at a position immediately before the conical axicon system 8 (position near the incident side) among positions near the pupil of the illumination optical apparatus. In the example of FIG. 16, the
したがって、図１６に示した変形例のように中央領域１０Ｅ（または偏光解消部材１０４ｃ）を有する偏光変換素子を、変倍作用を有する光学系（ズームレンズ９）よりも光源側に設ける場合には、中央領域１０Ｅの占める領域がズームレンズ９の変倍によって変更されることを考慮して、中央領域１０Ｅの大きさを定めれば良い。
Therefore, when the polarization conversion element having the
また、図１６に示した変形例のように、中央領域１０Ｅ（または偏光解消部材１０４ｃ）を有する偏光変換素子を、輪帯比を変更する作用を有する光学系（円錐アキシコン系８）よりも光源側に設ける場合には、図１７に示すように、以下の条件式（１）および（２）の少なくとも一方の条件式を満足することが好ましい。
Further, as in the modification shown in FIG. 16, the polarization conversion element having the
（１） （１０in＋ΔＡ）／１０out ＜０．７５
（２） ０．４＜（１０in＋ΔＡ）／１０out
ただし、
１０in：偏光変換素子１０の中央領域１０Ｅの有効半径、
１０out：偏光変換素子１０の外側有効半径、
ΔＡ：輪帯比を変更する作用を有する光学系を通過した光束の内側半径の増加分、
である。
(1) (10 in + ΔA) / 10 out <0.75
(2) 0.4 <(10in + ΔA) / 10out
However,
10 in: effective radius of the
10out: effective outer radius of the
ΔA: an increase in the inner radius of the light beam that has passed through the optical system having the effect of changing the zone ratio,
It is.
ここで、条件式（１）を満足しない場合には、偏光変換素子１０によって周方向偏光状態に変換される輪帯状の領域の幅が狭くなり、小さい輪帯比のもとでの輪帯状または多極状二次光源による周方向偏光照明を達成することができなくなるため好ましくない。また、条件式（２）を満足しない場合には、偏光変換素子１０の中央領域を通過できる光束の径が著しく小さくなり、たとえば当該偏光変換素子１０を照明光路から外すことなく、偏光状態を変えずに小σ照明することができなくなるため好ましくない。
Here, when the conditional expression (1) is not satisfied, the width of the annular zone region that is converted into the circumferential polarization state by the
また、図１８に示すように、偏光変換素子を照明光学装置の瞳近傍の位置のうち、マイクロフライアイレンズ１１よりもマスク側の位置、具体的にはマスクブラインド１４の像をマスク上に投影する結像光学系１５の瞳位置の近傍に設けても良い。図１６および図１８に示した実施形態においても、図９乃至図１１の実施形態と同様に複数の偏光変換素子を交換可能としても良い。
Further, as shown in FIG. 18, the position of the polarization conversion element near the pupil of the illumination optical device on the mask side relative to the micro fly's
また、上述の実施形態において、偏光変換素子１０よりもウェハＷ側の光学系（照明光学系や投影光学系）が偏光収差（リターデーション）を有している場合には、この偏光収差に起因して偏光方向が変化することがある。この場合には、これらの光学系の偏光収差の影響を考慮した上で、偏光変換素子１０により旋回される偏光面の方向を設定すれば良い。また、偏光変換素子１０よりもウェハＷ側の光路中に反射部材が配置されている場合、この反射部材にて反射された偏光方向毎に位相差が生じることがある。このとき、反射面の偏光特性に起因する光束の位相差を考慮した上で、偏光変換素子１０により旋回される偏光面の方向を設定すれば良い。
In the above-described embodiment, when the optical system (illumination optical system or projection optical system) on the wafer W side with respect to the
次に、偏光状態の評価手法の実施形態について説明する。本実施形態では、感光性基板としてのウェハＷを保持するウェハステージ（基板ステージ）の側方に取り付け可能なウェハ面偏光モニター９０を用いて、感光性基板としてのウェハＷに到達する光束の偏光状態を検出する。なお、ウェハ面偏光モニター９０は、ウェハステージ内に設けられても良いし、当該ウェハステージとは別体の計測ステージに設けられても良い。 Next, an embodiment of a polarization state evaluation method will be described. In this embodiment, using a wafer surface polarization monitor 90 that can be attached to the side of a wafer stage (substrate stage) that holds a wafer W as a photosensitive substrate, polarization of a light beam that reaches the wafer W as a photosensitive substrate. Detect state. Wafer surface polarization monitor 90 may be provided in the wafer stage, or may be provided in a measurement stage separate from the wafer stage.
図１９は、ウェハＷを照明する光の偏光状態及び光強度を検出するためのウェハ面偏光モニター９０の概略構成を示す図である。図１９に示すように、ウェハ面偏光モニター９０は、ウェハＷの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材９１を備えている。ピンホール部材９１のピンホール９１ａを通過した光は、投影光学系ＰＬの像面位置またはその近傍が前側焦点位置となるように配置されているコリメートレンズ９２を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡９３で反射された後、リレーレンズ系９４に入射する。リレーレンズ系９４を介したほぼ平行な光束は、移相子としてのλ／４板９５および偏光子としての偏光ビームスプリッター９６を介した後、二次元ＣＣＤ９７の検出面９７ａに達する。ここで、二次元ＣＣＤ９７の検出面９７ａは、投影光学系ＰＬの射出瞳と光学的にほぼ共役、ひいては照明光学装置の照明瞳面と光学的にほぼ共役となっている。
FIG. 19 is a diagram showing a schematic configuration of a wafer surface polarization monitor 90 for detecting the polarization state and light intensity of light that illuminates the wafer W. As shown in FIG. As shown in FIG. 19, the wafer surface polarization monitor 90 includes a
λ／４板９５は、光軸を中心として回転可能に構成されており、このλ／４板９５には、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部９８が接続されている。こうして、ウェハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、設定部９８を介してλ／４板９５を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ９７の検出面９７ａにおける光強度分布が変化する。したがって、ウェハ面偏光モニター９０では、設定部９８を用いてλ／４板９５を光軸廻りに回転させながら検出面９７ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態を測定することができる。
The λ / 4
なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材９０（ひいてはピンホール９０ａ）をウェハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、ウェハ面偏光モニター９０では、二次元的な検出面９７ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。
The rotational phase shifter method is described in detail in, for example, Tsuruta, “Pencil of Light-Applied Optics for Optical Engineers”, New Technology Communications Inc. Actually, the polarization state of the illumination light at a plurality of positions in the wafer surface is measured while the pinhole member 90 (and thus the pinhole 90a) is moved two-dimensionally along the wafer surface. At this time, since the wafer surface polarization monitor 90 detects a change in the light intensity distribution on the two-
なお、ウェハ面偏光モニター９０では、移相子としてλ／４板９５に代えてλ／２板を用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、偏光状態、すなわち４つのストークスパラメーターを測定するためには、移相子と偏光子（偏光ビームスプリッター９６）との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避させたりして、少なくとも４つの異なる状態で検出面９７ａにおける光強度分布の変化を検出する必要がある。なお、本実施形態では移相子としてのλ／４板９５を光軸廻りに回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリッター９６を光軸廻りに回転させても良く、移相子および偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作に代えて、あるいはこの動作に加えて、移相子としてのλ／４板９５および偏光子としての偏光ビームスプリッター９６のうちの一方または双方を光路から挿脱させても良い。
In the wafer surface polarization monitor 90, a λ / 2 plate can be used as a phase shifter instead of the λ / 4
また、ウェハ面偏光モニター９０では、反射鏡９３の偏光特性により光の偏光状態が変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡９３の偏光特性は予めわかっているので、所要の計算によって反射鏡９３の偏光特性の偏光状態への影響に基づいてウェハ面偏光モニター９０の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。また、反射鏡に限らず、レンズなどの他の光学部品に起因して偏光状態が変化してしまう場合でも同様に測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。
In the wafer surface polarization monitor 90, the polarization state of the light may change due to the polarization characteristics of the reflecting
以下、照明光の瞳内における偏光状態の分布の評価について具体的に説明する。まず瞳上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線の一本一本に対して特定偏光度ＤＳＰを算出する。なお、以下の説明においては、図１，図１６，図１８で用いたＸＹＺ座標系を用いる。上述の瞳上の一点（微小領域）は二次元ＣＣＤ９７の一画素に対応し、像面上の一点（微小領域）はピンホール９０ａのＸＹ座標に対応する。
Hereinafter, the evaluation of the distribution of the polarization state in the pupil of the illumination light will be specifically described. First, a specific degree of polarization DSP is calculated for each light beam that passes through one point (or minute region) on the pupil and reaches one point (small region) on the image plane. In the following description, the XYZ coordinate system used in FIGS. 1, 16, and 18 is used. One point (small area) on the pupil corresponds to one pixel of the two-
この特定偏光度ＤＳＰは、瞳上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する特定光線におけるＸ方向偏光（瞳上においてＸ方向に振動方向を持つ偏光）成分の強度をＩｘとし、当該特定光線におけるＹ方向偏光（瞳上においてＹ方向に振動方向を持つ偏光）成分の強度をＩｙとするとき、
（３） ＤＳＰ＝（Ｉｘ−Ｉｙ）／（Ｉｘ＋Ｉｙ）
で表される。なお、この特定偏光度ＤＳＰは、全強度Ｓ0に対する水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度Ｓ1（Ｓ1／Ｓ0）と同義である。
This specific polarization degree DSP is X-direction polarized light (polarized light having a vibration direction in the X direction on the pupil) passing through one point (or a minute region) on the pupil and reaching one point (a minute region) on the image plane. When the intensity of the component is Ix and the intensity of the Y direction polarization (polarization having a vibration direction in the Y direction on the pupil) component in the specific light is Iy,
(3) DSP = (Ix−Iy) / (Ix + Iy)
It is represented by The specific polarization DSP is synonymous with horizontal linear polarization intensity minus vertical linear polarization intensity S 1 (S 1 / S 0 ) with respect to the total intensity S 0 .
また、瞳上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する特定光線におけるＸ方向偏光（瞳上においてＸ方向に振動方向を持つ偏光）成分の強度Ｉｘ、および当該特定光線におけるＹ方向偏光（瞳上においてＹ方向に振動方向を持つ偏光）成分の強度Ｉｙから、下式（４），（５）の通り、水平偏光（パターン面内で水平方向に延びたマスクパターンの回折光に対してＳ偏光となる偏光）についての適正偏光率ＲＳＰh、および垂直偏光（パターン面内で垂直方向に延びたマスクパターンの回折光に対してＳ偏光となる偏光）についての適正偏光率ＲＳＰvを定義することができる。 Further, the intensity Ix of the X-direction polarized light (polarized light having a vibration direction in the X direction on the pupil) component in a specific light beam that passes through one point (or a minute region) on the pupil and reaches one point (a minute region) on the image plane. From the intensity Iy of the Y direction polarization (polarization having a vibration direction in the Y direction on the pupil) component of the specific light, horizontal polarization (extends in the horizontal direction within the pattern plane) as shown in the following equations (4) and (5). Appropriate polarization rate RSP h with respect to the diffracted light of the mask pattern and vertical polarization (polarized light that becomes S-polarized light with respect to the diffracted light of the mask pattern extending in the vertical direction in the pattern plane) An appropriate polarization rate RSP v for can be defined.
（４） ＲＳＰh ＝Ｉｘ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）
（５） ＲＳＰv ＝Ｉｙ／（Ｉｘ＋Ｉｙ）
ここで、理想的な非偏光照明のときにはＲＳＰh，ＲＳＰvはともに５０％となり、理想的な水平偏光のときにはＲＳＰhが１００％となり、理想的な垂直偏光のときにはＲＳＰvが１００％となる。
(4) RSP h = Ix / (Ix + Iy)
(5) RSP v = Iy / (Ix + Iy)
Here, RSP h and RSP v are both 50% for ideal non-polarized illumination, RSP h is 100% for ideal horizontal polarization, and RSP v is 100% for ideal vertical polarization. .
また、瞳上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線の一本一本に対して、下式（６）〜（９）で偏光度Ｖを定義するとき、所定の有効光源領域を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線束に対して、下式（１０）の通り平均偏光度Ｖ(Ave)を定義できる。 In addition, the degree of polarization V is expressed by the following equations (6) to (9) for each light beam that passes through one point (or minute region) on the pupil and reaches one point (small region) on the image plane. When defining, the average degree of polarization V (Ave) can be defined as shown in the following equation (10) for a light beam that passes through a predetermined effective light source region and reaches one point (a minute region) on the image plane.
（６） Ｖ＝（Ｓ1 2＋Ｓ2 2＋Ｓ3 2）1/2／Ｓ0
＝（Ｓ1 '2＋Ｓ2 '2＋Ｓ3 '2）1/2
（７） Ｓ1 '＝Ｓ1／Ｓ0
（８） Ｓ2 '＝Ｓ2／Ｓ0
（９） Ｓ3 '＝Ｓ3／Ｓ0
ただし、Ｓ0は全強度であり、Ｓ1は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度であり、Ｓ2は４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度であり、Ｓ3は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度である。
（10） Ｖ(Ave)＝Σ［Ｓ0（ｘi，ｙi）・Ｖ（ｘi，ｙi）］／ΣＳ0（ｘi，ｙi）
(6) V = (S 1 2 + S 2 2 + S 3 2 ) 1/2 / S 0
= (S 1 '2 + S 2 ' 2 + S 3 '2 ) 1/2
(7) S 1 ' = S 1 / S 0
(8) S 2 ' = S 2 / S 0
(9) S 3 ' = S 3 / S 0
Where S 0 is the total intensity, S 1 is the horizontal linear polarization intensity minus the vertical linear polarization intensity, S 2 is the 45 degree linear polarization intensity minus the 135 degree linear polarization intensity, and S 3 is the clockwise circular polarization intensity. Negative left-handed circularly polarized light intensity.
(10) V (Ave) = Σ [S 0 (x i , y i ) · V (x i , y i )] / ΣS 0 (x i , y i )
なお、（１０）式において、Ｓ0（ｘi，ｙi）は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線に対する全強度Ｓ0であり、Ｖ（ｘi，ｙi）は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線の偏光度である。 In the equation (10), S 0 (x i , y i ) passes through one point (or small area) on a predetermined effective light source area (x i , y i ) and passes through one point (small area) on the image plane. the total intensity S 0 for rays reaching the, V (x i, y i) is a predetermined effective light source region (x i, y i) a point (or microscopic area) a point on the pass and image plane on ( This is the degree of polarization of light rays that reach the minute region.
また、所定の有効光源領域を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線束に対して、以下の（１１）式で水平偏光に関する平均特定偏光率ＲＳＰh（Ave）を、（１２）式でおよび垂直偏光に関する平均特定偏光率ＲＳＰv（Ave）を定義することができる。 In addition, for a light bundle that passes through a predetermined effective light source region and reaches one point (a minute region) on the image plane, an average specific polarization rate RSP h (Ave) related to horizontal polarization is expressed by the following equation (11): 12) and the average specific polarization rate RSP v (Ave) for vertically polarized light can be defined.
（11） ＲＳＰh（Ave）＝Ｉｘ(Ave)／（Ｉｘ＋Ｉｙ）Ave
＝Σ［Ｓ0（ｘi，ｙi）・ＲＳＰh（ｘi，ｙi）］／ΣＳ0（ｘi，ｙi）
（12） ＲＳＰv（Ave）＝Ｉｙ(Ave)／（Ｉｘ＋Ｉｙ）Ave
＝Σ［Ｓ0（ｘi，ｙi）・ＲＳＰv（ｘi，ｙi）］／ΣＳ0（ｘi，ｙi）
(11) RSP h (Ave) = Ix (Ave) / (Ix + Iy) Ave
= Σ [S 0 (x i , y i ) · RSP h (x i , y i )] / ΣS 0 (x i , y i )
(12) RSP v (Ave) = Iy (Ave) / (Ix + Iy) Ave
= Σ [S 0 (x i , y i ) · RSP v (x i , y i )] / ΣS 0 (x i , y i )
ここで、Ｉｘ(Ave)は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線束におけるＸ方向偏光（瞳上においてＸ方向に振動方向を持つ偏光）成分の強度の平均、Ｉｙ(Ave)は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線束におけるＹ方向偏光（瞳上においてＹ方向に振動方向を持つ偏光）成分の強度の平均、ＲＳＰh（ｘi，ｙi）は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線の水平偏光についての適正偏光率、ＲＳＰv（ｘi，ｙi）は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線の垂直偏光についての適正偏光率である。また、（Ｉｘ＋Ｉｙ）Aveは前記所定の有効光源領域を通過する全光束の強度の平均である。 Here, Ix (Ave) is an X direction polarization in a light beam that passes through a predetermined effective light source region (x i , y i ) and reaches one point (a minute region) on the image plane (vibration direction in the X direction on the pupil). The average intensity Iy (Ave) of the component having the polarization (Y) is Y-direction polarization (pupil) in a light beam that passes through a predetermined effective light source region (x i , y i ) and reaches a point (a minute region) on the image plane. On the upper side, the average of the intensity of the polarization component having the vibration direction in the Y direction), RSP h (x i , y i ) passes through one point (or minute region) on the predetermined effective light source region (x i , y i ) An appropriate polarizability for horizontal polarization of light rays reaching one point (small area) on the image plane, RSP v (x i , y i ) is one point (or very small) on a predetermined effective light source area (x i , y i ). Is the appropriate polarization rate for the vertical polarization of the light beam that passes through the region) and reaches a point (small region) on the image plane. . Further, (Ix + Iy) Ave is an average of the intensities of all light beams passing through the predetermined effective light source region.
ここで、理想的な非偏光照明のときにはＲＳＰh（ｘi，ｙi），ＲＳＰv（ｘi，ｙi）はともに５０％となり、理想的な水平偏光のときにはＲＳＰh（ｘi，ｙi）が１００％となり、理想的な垂直偏光のときにはＲＳＰv（ｘi，ｙi）が１００％となる。 Here, RSP h (x i , y i ) and RSP v (x i , y i ) are both 50% for ideal unpolarized illumination, and RSP h (x i , y for ideal horizontal polarization). i ) is 100%, and RSP v (x i , y i ) is 100% in the case of ideal vertical polarization.
そして、所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線束に対して、下式（１３）の通り平均特定偏光度ＤＳＰ（Ave）を定義できる。
（13） ＤＳＰ（Ave）＝（Ｉｘ−Ｉｙ）Ave／（Ｉｘ＋Ｉｙ）Ave
＝｛Σ［Ｉx(ｘi，ｙi)−Ｉy(ｘi，ｙi)］／Σ［Ｉx(ｘi，ｙi)＋Ｉy(ｘi，ｙi)］｝
＝Ｓ1 '（Ave）
＝｛ΣＳ1／ΣＳ0｝
Then, the average specific polarization DSP (Ave) as shown in the following equation (13) for a light beam that passes through a predetermined effective light source region (x i , y i ) and reaches one point (a minute region) on the image plane. Can be defined.
(13) DSP (Ave) = (Ix−Iy) Ave / (Ix + Iy) Ave
= {Σ [I x (x i , y i ) −I y (x i , y i )] / Σ [I x (x i , y i ) + I y (x i , y i )]}
= S 1 ' (Ave)
= {ΣS 1 / ΣS 0 }
ここで、（Ｉｘ−Ｉｙ）Aveは、所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線束におけるＸ方向偏光成分の強度と所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線束におけるＹ方向偏光成分の強度との差の平均、Ｉｘ(ｘi，ｙi)は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線におけるＸ方向偏光成分の強度、Ｉｙ(ｘi，ｙi) は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）上の一点（または微小領域）を通過し像面上の一点（微小領域）に到達する光線におけるＹ方向偏光成分の強度、Ｓ1 '（Ave）は所定の有効光源領域（ｘi，ｙi）におけるＳ1 '成分の平均である。 Here, (Ix−Iy) Ave is the intensity of the X-direction polarization component in a light beam that passes through a predetermined effective light source region (x i , y i ) and reaches one point (a minute region) on the image plane. The average difference between the intensities of the Y-direction polarization components in the light bundle passing through the effective light source area (x i , y i ) and reaching one point (small area) on the image plane, Ix (x i , y i ) is predetermined. Intensity of the X-direction polarization component in a light ray passing through one point (or a minute region) on the effective light source region (x i , y i ) and reaching one point (a minute region) on the image plane, Iy (x i , y i ) Is the intensity of the Y-direction polarization component in a light beam that passes through one point (or small region) on the predetermined effective light source region (x i , y i ) and reaches one point (small region) on the image plane, S 1 ′ ( Ave) is an average of S 1 ′ components in a predetermined effective light source region (x i , y i ).
（１３）式において、理想的な非偏光照明のときにはＤＳＰ（Ave）は０となり、理想的な水平偏光のときにはＤＳＰ（Ave）が１となり、理想的な垂直偏光のときにはＤＳＰ（Ave）が−１となる。 In equation (13), DSP (Ave) is 0 for ideal non-polarized illumination, DSP (Ave) is 1 for ideal horizontal polarization, and DSP (Ave) is − for ideal vertical polarization. 1
なお、たとえば図１３に示した４分割偏光変換素子１０ｆを用いて４分割周方向偏光輪帯照明を行う場合には、図２０に示すように、輪帯形状の二次光源３１を４分割して、各々の分割領域３１Ａ１，３１Ａ２，３１Ｃ１，３１Ｃ２毎に平均特定偏光率ＲＳＰh(Ave)，ＲＳＰv(Ave)を評価すれば良い。
For example, in the case where the four-division circumferential polarization annular illumination is performed using the four-division
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。 In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the illumination optical device illuminates the mask (reticle) (illumination process), and the projection optical system is used to expose the transfer pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate (exposure). Step), a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Refer to the flowchart of FIG. 9 for an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the above-described embodiment. To explain.
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。 First, in step 301 of FIG. 9, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the one lot of wafers. Thereafter, in step 303, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot through the projection optical system using the exposure apparatus of the above-described embodiment. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１０のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１０において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。 In the exposure apparatus of the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 10, in the pattern formation process 401, a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of the above-described embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist). . By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。 Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like.
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。 In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ). Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）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。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスクやウェハ以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。 In the above-described embodiment, KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength: 193 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. Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an exposure apparatus including an illumination optical apparatus as an example. However, the present invention is applied to a general illumination optical apparatus for illuminating an irradiated surface other than a mask or a wafer. Obviously you can do that.
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、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報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。 In the above-described embodiment, a so-called immersion method is applied in which the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate is filled with a medium (typically liquid) having a refractive index larger than 1.1. You may do it. In this case, as a method of filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a method of locally filling the liquid as disclosed in International Publication No. WO99 / 49504, A method of moving a stage holding a substrate to be exposed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-124873 in a liquid bath, or a predetermined depth on a stage as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-303114. A technique of forming a liquid tank and holding the substrate in the liquid tank can be employed.
なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてＦ2レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。 As the liquid, it is preferable to use a liquid that is transmissive to exposure light and has a refractive index as high as possible, and is stable with respect to a photoresist applied to the projection optical system and the substrate surface, for example, KrF excimer laser light. When ArF excimer laser light is used as exposure light, pure water or deionized water can be used as the liquid. When F 2 laser light is used as exposure light, a fluorine-based liquid such as fluorine oil or perfluorinated polyether (PFPE) that can transmit the F 2 laser light may be used as the liquid.
１ 光源
４ 偏光状態切換部
４ａ １／４波長板
４ｂ １／２波長板
４ｃ デポラライザ
５ 回折光学素子（光束変換素子）
６ アフォーカルレンズ
８ 円錐アキシコン系
９ ズームレンズ
１０ 偏光変換素子
１０Ａ〜１０Ｄ 各基本素子
１１ マイクロフライアイレンズ
１２ 偏光モニター
１２ａ ビームスプリッター
１３ コンデンサー光学系
１４ マスクブラインド
１５ 結像光学系
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
DESCRIPTION OF
6
Claims (28)
前記光源と前記被照射面との間の光路に配置されて、入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子を有し、
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周方向に変化する厚さ分布を有すると共に、照明光路に対して挿脱可能に構成され、
前記厚さ分布は、単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光または径方向に偏光方向を有する径方向偏光状態の光に変換するように設定されることを特徴とする照明光学装置。 In the illumination optical apparatus for illuminating a surface to be illuminated with illumination light from a light source,
The light source and the are placed in the optical path between the surface to be illuminated has a polarization conversion element for converting the polarization state of the incident light into a predetermined polarization state,
The polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation and has a thickness distribution that changes in the circumferential direction, and is configured to be detachable with respect to the illumination optical path .
The thickness distribution converts light in a linear polarization state having a polarization direction in a single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in the circumferential direction or light in a radial polarization state having a polarization direction in the radial direction. set illumination optical apparatus according to claim Rukoto to.
前記光源と前記被照射面との間の光路に配置されて、入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子とを有し、
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周方向に変化する厚さ分布を有すると共に、入射光を通過させる中央領域を有し、
前記厚さ分布は、単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光または径方向に偏光方向を有する径方向偏光状態の光に変換するように設定され、
前記中央領域は、入射光の偏光状態を変化させないことを特徴とする照明光学装置。 In an illumination optical device that illuminates the illuminated surface with illumination light from a light source,
A polarization conversion element that is disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface and converts a polarization state of incident light into a predetermined polarization state;
The polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation and has a thickness distribution that changes in the circumferential direction, and has a central region that allows incident light to pass through.
The thickness distribution converts light in a linear polarization state having a polarization direction in a single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in the circumferential direction or light in a radial polarization state having a polarization direction in the radial direction. Set to
It said central region, irradiation Meiko Studies device you characterized in that do not change the polarization state of the incident light.
前記光源と前記被照射面との間の光路に配置されて、入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子とを有し、
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周方向に変化する厚さ分布を有すると共に、入射光を通過させる中央領域を有し、
前記厚さ分布は、単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光または径方向に偏光方向を有する径方向偏光状態の光に変換するように設定され、
前記中央領域は、入射する光を非偏光状態の光に変換する機能を有することを特徴とする照明光学装置。 In an illumination optical device that illuminates the illuminated surface with illumination light from a light source,
A polarization conversion element that is disposed in an optical path between the light source and the irradiated surface and converts a polarization state of incident light into a predetermined polarization state;
The polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation and has a thickness distribution that changes in the circumferential direction, and has a central region that allows incident light to pass through.
The thickness distribution converts light in a linear polarization state having a polarization direction in a single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in the circumferential direction or light in a radial polarization state having a polarization direction in the radial direction. Set to
It said central region, irradiation Meiko Studies device you characterized by having a function of converting the incident light into non-polarized state light.
（１０in＋ΔＡ）／１０out＜０．７５
０．４＜（１０in＋ΔＡ）／１０out
を満足することを特徴とする請求項２４に記載の照明光学装置。
ただし、
１０in：前記偏光変換素子の中央領域の有効半径、
１０out：前記偏光変換素子の外側有効半径、
ΔＡ：前記輪帯比変更光学系を通過した光束の内側半径の増加分、
である。 The polarization conversion element is disposed in an optical path between the light source and the zone ratio changing optical system,
(10in + ΔA) / 10out <0.75
0.4 <(10in + ΔA) / 10out
The illumination optical device according to claim 24 , wherein:
However,
10 in: effective radius of the central region of the polarization conversion element,
10out: effective outer radius of the polarization conversion element,
ΔA: an increase in the inner radius of the light beam that has passed through the zone ratio changing optical system,
It is.
26. A method of manufacturing a microdevice, comprising: exposing a pattern of a mask onto a photosensitive substrate using the illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 25 .
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| JP2006262590A JP4748015B2 (en) | 2004-02-06 | 2006-09-27 | Illumination optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and microdevice manufacturing method |
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