JP2005236088A - Illuminating optical device, aligner, and exposure method - Google Patents

Illuminating optical device, aligner, and exposure method Download PDF

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Hisashi Nishinaga
壽 西永
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Nikon Corp
株式会社ニコン
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminating optical device which can provide illumination conditions which are highly diverse regarding proper illumination conditions such as a secondary light source shape, light intensity and polarization state required for transferring a mask pattern with various characteristics truly when mounted on an aligner. <P>SOLUTION: The illuminating optical device illuminates an irradiation surface by optical flux from a light source (1). It has an illuminating pupil formation means (20 to 26, 6) for forming illuminating pupil distribution with light intensity distribution located in a first region, and light intensity distribution located in a second region on an illuminating pupil surface; and illuminating pupil control means (17, 23 and 24) for carrying out control for changing the shape of the first region and the shape of the second region independently from each other, and control for changing the polarization state of optical flux passing through the first region and the polarization state of optical flux passing through the second region independently from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、および露光方法に関し、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好適な照明光学装置に関するものである。 The present invention is an illumination optical apparatus, exposure apparatus, and relates to an exposure method, in particular semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display elements, a suitable illumination optical apparatus in an exposure apparatus for the manufacturing by lithography microdevices such as thin-film magnetic heads it relates.

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(またはマイクロフライアイレンズ)を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源(一般には照明瞳面に形成される所定の光強度分布)を形成する。 In a typical exposure apparatus of this type, a light beam emitted from the light source travels through a fly's eye lens as an optical integrator (or micro fly's eye lens), as a substantial surface illuminant consisting of a large number of light sources two (generally predetermined light intensity distribution formed on the illumination pupil plane) following the light source to form a. 二次光源からの光束は、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。 Beams from the secondary light source are limited through an aperture stop disposed near the rear focal plane of the fly's eye lens, is incident on 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。 The light beam condensed by the condenser lens superposedly illuminate a mask on which a predetermined pattern is formed. 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。 Light transmitted through the pattern of the mask is imaged on a wafer through a projection optical system. 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。 Thus, on the wafer, the mask pattern is projected and exposed (transferred). 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 pattern formed on the mask is a highly integrated, in order to accurately transfer this microscopic pattern onto the wafer, it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer.

そこで、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ(σ値=開口絞り径/投影光学系の瞳径、あるいはσ値=照明光学系の射出側開口数/投影光学系の入射側開口数)を変化させる技術が注目されている。 Therefore, to form a circular secondary light source on the rear focal plane of the fly-eye lens, the size is changed by the illumination coherency sigma (sigma value = pupil diameter of the aperture stop diameter / the projection optical system, or sigma value = technique for varying the incident-side numerical aperture) of the exit-side numerical aperture / projection optical system of an illumination optical system has been attracting attention. また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や4極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。 Further, to form a secondary light source of the annular shape or quadrupole shape on the rear focal plane of the fly-eye lens, a technique for improving the depth of focus and resolution of the projection optical system has been attracting attention.

上述のような従来の露光装置では、マスクのパターン特性に応じて、円形状の二次光源に基づく通常の円形照明を行ったり、輪帯状や4極状の二次光源に基づく変形照明(輪帯照明や4極照明)を行ったりしている。 In conventional exposure apparatuses such as described above, according to the pattern characteristics of the mask, or by usual circular illumination based on circular secondary light source, modified illumination based on the secondary light source of the annular shape or quadrupole shape (ring I have and go the strip lighting and quadrupole illumination). しかしながら、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができなかった。 However, it is possible to realize an appropriate illumination condition, for example, a diverse illumination conditions with respect to the shape and light intensity and polarization state of the secondary light sources required to faithfully transfer the mask pattern having various properties There was no.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば露光装置に搭載された場合に、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することのできる照明光学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 problems described above, for example, when mounted on the exposure apparatus, suitable illumination conditions necessary to faithfully transfer the mask pattern having various properties, e.g., secondary and to provide an illumination optical apparatus capable of realizing the shape and light intensity and polarization state lighting conditions a diverse respect such as the light source.

また、本発明は、たとえば様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することのできる照明光学装置を用いて、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。 Further, the present invention is, for example, by using the illumination optical apparatus capable of realizing a proper illumination conditions necessary to faithfully transfer the mask pattern having various properties have been achieved in accordance with the pattern characteristics of the mask and an object thereof is to provide an exposure apparatus and an exposure method capable of performing good exposure under an appropriate illumination condition.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、 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 a light beam from a light source,
照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、 An illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having light intensity located in the first region on the illumination pupil plane distribution and the light intensity distribution located in the second region,
前記第1領域の形状と前記第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、前記第1領域を通過する光束の偏光状態と前記第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。 Independently of one another and control for changing the shape of the shape and the second region of the first region independently of each other, a polarization state of the light beam passing through the second region and the polarization state of the light beam passing through the first region to have an illumination pupil control means for performing control to change to provide an illumination optical apparatus according to claim.

第1形態の好ましい態様によれば、前記光源からの光束を分割するための分割素子と、前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の前記第1領域へ導くための第1光学系と、前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の前記第2領域へ導くための第2光学系とを備えている。 According to a preferred embodiment of the first aspect, a dividing element for dividing the light beam from the light source, for directing the one light beam split through the splitting device to said first region on the illumination pupil plane a first optical system, a second optical system for guiding to the second region on the illumination pupil plane along a different optical path from the other light beam split through the splitting element and the first optical system It is equipped with a door. この場合、前記光源と前記分割素子との間の光路中に配置されて、前記分割素子の近傍での照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段を備えていることが好ましい。 In this case, it is disposed in an optical path between the light source and the splitting element is preferably provided with an illuminance uniformizing means for substantially uniformizing the illuminance distribution in the vicinity of the dividing element. また、前記分割素子は、前記光源からの光束を波面分割して前記第1光学系および前記第2光学系へ導くことが好ましい。 Further, the dividing element, it is preferable that the light flux from the light source to wavefront division leads the to the first optical system and the second optical system.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子と、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子と、前記第1光束変換素子からの光束および前記第2光束変換素子からの光束に基づいて前記照明瞳面に前記照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータとを有する。 According to a preferred embodiment of the first aspect, wherein the illumination pupil forming means, first to convert the light flux corresponding light beam incident disposed in an optical path of said first optical system to the first region a light beam conversion element, and the second light beam conversion element for converting the light beam incident thereon is disposed in an optical path of said second optical system on the light flux corresponding to the second region, the light flux from the first light beam conversion element and and a optical integrator for forming said illumination pupil distribution on the illumination pupil plane on the basis of the light beam from the second light flux conversion element. また、前記照明瞳制御手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて前記第1領域の形状を変更するための第1形状変更手段と、前記第2光学系の光路中に配置されて前記第2領域の形状を変更するための第2形状変更手段とを有することが好ましい。 Further, the illumination pupil control means includes first shape changing means for changing the shape of the first region is disposed in an optical path of said first optical system, disposed in an optical path of said second optical system it is preferred to have a second shape changing means for changing the shape of the second region Te.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記第1形状変更手段は、前記第1光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第1アキシコン系を有し、前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2アキシコン系を有し、前記第1アキシコン系および前記第2アキシコン系は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとをそれぞれ有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成されている。 According to a preferred embodiment of the first aspect, wherein the first shape changing means comprises a first axicon system disposed in an optical path between the first light flux conversion element optical integrator, said first 2 shape changing means comprises a second axicon system disposed in an optical path between the second light flux conversion element optical integrator, said first axicon system and the second axicon system has a concave cross-section has a first prism having a refracting surface and a second prism having a refracting surface of a substantially complementarily formed convex cross section and a refractive surface of the concave section of the first prism, respectively, and said first prism distance between the second prism is configured variably. この場合、前記第1形状変更手段は、前記第1光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第1変倍光学系を有し、前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2変倍光学系を有することが好ましい。 In this case, the first shape changing unit includes a first variable magnification optical system disposed in an optical path between the first light beam conversion element and the optical integrator, said second shape changing means, wherein it is preferred to have the second variable magnification optical system disposed in an optical path between the optical integrator and the second light flux conversion element.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳制御手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて前記第1領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第1偏光状態変更手段と、前記第2光学系の光路中に配置されて前記第2領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第2偏光状態変更手段とを有する。 According to a preferred embodiment of the first aspect, wherein the illumination pupil control means, first polarization for changing the polarization state of the light beam of the first is arranged in the optical path of the optical system passes through the first region has a state change unit and a second polarization state changing means for changing the polarization state of the light beam is arranged in the optical path passing through the second region of the second optical system. この場合、前記第1偏光状態変更手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材を有し、前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材を有することが好ましい。 In this case, the first polarization state changing means includes a first phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident disposed in an optical path of said first optical system, the first second polarization state changing means preferably has a second phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident disposed in an optical path of the second optical system. また、前記第1偏光状態変更手段は、前記第1光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子を有し、前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子を有することが好ましい。 The first polarization state changing means, chromatic said is configured detachably relative to the first optical system optical path, a first depolarizer for unpolarized, if necessary incident light and said second polarization state changing means, wherein is configured to detachably with respect to the second optical system optical path, a second depolarizer for unpolarized, if necessary incident light it is preferable.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子と、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子とを備え、前記第1偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子とを備え、前記第2偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第2光束変換素子との間の光路中に According to a preferred embodiment of the first aspect, wherein the illumination pupil forming means, first to convert the light flux corresponding light beam incident disposed in an optical path of said first optical system to the first region a light beam conversion element, and a second light beam conversion element for converting the light beam incident thereon is disposed in an optical path of said second optical system on the light flux corresponding to the second region, the first polarization state changing means It includes a first phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident disposed in an optical path between said splitting element the first light flux conversion element, wherein said splitting element first and a first depolarizer for unpolarized, if necessary light entering the being removably disposed in the optical path between the first light flux conversion element, the second polarization state changing means , in an optical path between said splitting device the second light flux conversion element 置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子とを備えている。 A second phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident is location, it is removably disposed in the optical path between the splitter and the first light flux conversion element and a second depolarizer for unpolarized, if necessary the incident light.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳制御手段は、前記第1領域を通過する光束の光強度を変更するための第1光強度変更手段と、前記第2領域を通過する光束の光強度を変更するための第2光強度変更手段とを有する。 According to a preferred embodiment of the first aspect, wherein the illumination pupil control means includes first light intensity changing means for changing the light intensity of the light beam passing through the first region, passes through the second region and a second light intensity changing means for changing the light intensity of the light beam. この場合、前記第1光強度変更手段は前記第1光学系の光路中に配置され、前記第2光強度変更手段は前記第2光学系の光路中に配置されていることが好ましい。 In this case, the first light intensity changing means is disposed in the optical path of the first optical system, the second light intensity changing means preferably being disposed in the optical path of the second optical system. また、この場合、前記第1光強度変更手段は前記第1光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段を有し、前記第2光強度変更手段は前記第2光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段を有することが好ましい。 In this case, the first light intensity changing means has at least one light-attenuating means freely selectively inserted and removed from the optical path of the first optical system, the second light intensity changing means wherein the it is preferred that at least one of the dimming means freely selectively inserted and removed from the optical path of the second optical system.

また、第1形態の好ましい態様によれば、前記第1光束変換素子および前記第2光束変換素子は光路に対してそれぞれ交換可能に構成されている。 According to a preferred embodiment of the first aspect, the first light beam conversion element and the second light flux conversion element is replaceably configured respectively with respect to the optical path. また、前記第1領域は前記照明瞳面上において光軸を含む領域であり、前記第2領域は前記照明瞳面上において前記光軸から離れた領域であることが好ましい。 The first region is a region including the optical axis on the illumination pupil plane, it is preferable that the second region is a region remote from the optical axis on the illumination pupil plane. この場合、前記第2領域は輪帯状または複数極状であることが好ましい。 In this case, it is preferable that the second region is the annular or more polar shape. また、前記オプティカルインテグレータからの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系をさらに備えていることが好ましい。 Further, it is preferable that the light flux from the optical integrator comprises a further guiding optical system for guiding to the illuminated surface.

本発明の第2形態では、光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、 In a second aspect of the present invention provides an illumination optical apparatus for illuminating a surface to be illuminated with a light beam from a light source,
照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、 An illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having light intensity located in the first region on the illumination pupil plane distribution and the light intensity distribution located in the second region,
前記照明瞳形成手段は、 The illumination pupil forming means,
前記光源と前記照明瞳面との間の光路中に配置された分割素子と、 A dividing element arranged in an optical path between the light source and the illumination pupil plane,
前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の第1領域へ導くための第1光学系と、 A first optical system for guiding one of the light beams split through the splitting device into a first region on the illumination pupil plane,
前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第2領域へ導くための第2光学系と、 A second optical system for guiding the second region on the illumination pupil plane along a different optical path than the other light beam to the first optical system which is divided via the dividing elements,
前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸とを合成するための合成素子とを備え、 Wherein the dividing element is arranged in the optical path between the illumination pupil plane, and a combining element for combining the optical axis of the second optical system and the optical axis of the first optical system,
前記第1光学系は、入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子を備え、 The first optical system includes a first light beam conversion element for converting the light beam incident on the light flux corresponding to the first region,
前記第2光学系は、入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子を備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。 It said second optical system provides an illumination optical apparatus characterized by comprising a second light beam conversion element for converting the light beam incident on the light flux corresponding to the second region.

第2形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記分割素子を介して分割された光束を前記第1光学系および前記第2光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第3領域へ導くための第3光学系をさらに備えている。 According to a preferred embodiment of the second aspect, wherein the illumination pupil forming means, the illumination pupil plane along a different optical path from the light beam split through the splitting element and the first optical system and the second optical system further comprising a third optical system for guiding the third region above.

本発明の第3形態では、マスクを照明するための第1形態または第2形態の照明光学装置を備え、前記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装置を提供する。 In a third embodiment of the present invention, an illumination optical apparatus of the first aspect or the second aspect for illuminating a mask, to provide an exposure apparatus characterized by exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate . この場合、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることが好ましい。 In this case, further comprising a projection optical system for forming an image of the pattern of the mask on the photosensitive substrate, a pupil plane of the illumination optical apparatus, is positioned substantially conjugate with the pupil position of the projection optical system it is preferable to have.

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を照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。 In a fourth aspect of the present invention, comprising: the illumination step of illuminating a mask using an illumination optical apparatus of the first aspect or the second aspect, and an exposure step of exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate to provide an exposure method to be. この場合、前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることが好ましい。 In this case, the exposure step includes a projection step of forming an image of the pattern of the mask onto the photosensitive substrate using a projection optical system, the pupil plane of the illumination optical system, the pupil position of the projection optical system When are preferably positioned substantially conjugate.

本発明の照明光学装置では、たとえば回折光学素子のような光束変換素子やマイクロフライアイレンズのようなオプティカルインテグレータなどの作用により、照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布、たとえば5極状の二次光源を形成する。 In the illumination optical apparatus of the present invention, for example by the action of such an optical integrator, such as a beam transforming element and the micro fly's eye lens as a diffractive optical element, the light intensity is positioned in the first region on the illumination pupil plane distribution and a second illumination pupil distribution and a light intensity distribution is located in the region, to form a secondary light source, for example 5 quadrupolar. そして、たとえばアキシコン系や変倍光学系などの作用により、第1領域の形状と第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御を行う。 Then, for example, by the action of such axicon system and the variable power optical system performs the control for changing the shapes of the first and second regions independently of each other. また、たとえば1/2波長板のような位相部材やデポラライザ(偏光解消素子)などの作用により、第1領域を通過する光束の偏光状態と第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御を行う。 Further, for example, by the action of such a phase member and depolarizer such as half-wave plate (depolarizer), independently of each other and the polarization state of the light beam passing through the polarization state and a second region of a light beam passing through the first region It performs a control to change.

したがって、たとえば露光装置に本発明の照明光学装置を搭載した場合、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができる。 Thus, for example, the case of mounting an illumination optical apparatus of the present invention to an exposure apparatus, appropriate illumination conditions, for example the shape and light intensity and polarization state of the secondary light sources required to faithfully transfer the mask pattern having various properties it is possible to realize a rich lighting conditions to diversity with respect to such. また、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することができるので、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、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。 Further, in the exposure apparatus and exposure method using the illumination optical apparatus of the present invention, it is possible to achieve a proper illumination conditions necessary to faithfully transfer the mask pattern having various properties, the pattern characteristics of the mask Correspondingly it is possible to perform good exposure under the realized appropriate lighting conditions, it is possible to produce good devices therefore high throughput.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。 The embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。 Figure 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. また、図2は、図1における制御ユニットの内部構成を概略的に示す図である。 2 is a diagram schematically showing the internal structure of the control unit in FIG. 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。 1, the Z-axis along the normal direction of the wafer W being a photosensitive substrate, the Y-axis along a direction parallel to the plane of FIG. 1 in the plane of the wafer W, of Figure 1 in the plane of the wafer W and the X-axis in a direction perpendicular to the paper surface.

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。 Referring to FIG. 1, the exposure apparatus of this embodiment is provided with a light source 1 for supplying exposure light (illumination light). 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。 As the light source 1, it is possible to use an ArF excimer laser light source for supplying light of wavelength of KrF excimer laser light source and 193nm for supplying light of wavelength of for example 248 nm. 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。 Substantially parallel light beam emitted along the light source 1 in the + Z direction, has an elongated extended rectangular cross section along the X direction, enters the beam expander 2 consisting of a pair of lenses 2a and 2b. 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。 The lenses 2a and 2b have a negative refracting power and a positive refracting power, respectively, in the plane of FIG. 1 (a YZ plane).

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。 Thus, a light beam incident on the beam expander 2 is expanded in the plane of FIG. 1, it is shaped into a light beam having a predetermined rectangular cross-section. 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、ミラー3で+Y方向に偏向された後、制御ユニット5へ導かれる。 Substantially parallel light beam through the beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the + Y direction by the mirror 3 and is guided to the control unit 5. なお、ミラー3は、ミラー駆動部4の作用により光軸AXに対して傾動可能に構成されている。 Incidentally, the mirror 3 is constructed tiltably with respect to the optical axis AX by the action of the mirror driving unit 4. ミラー駆動部4は、後述する検出器19aおよび19bからの信号に基づいて、ミラー3の傾動を制御する。 Mirror drive unit 4, based on a signal from the detector 19a and 19b will be described later, to control the tilting of the mirror 3.

図2を参照すると、本実施形態の制御ユニット5へ導かれた光束は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正レンズエレメントからなるフライアイレンズ11に入射する。 Referring to FIG. 2, the light beam guided to the control unit 5 of this embodiment enters the fly-eye lens 11 consisting of a large number of the positive lens element, for example are arrayed vertically and horizontally and densely. フライアイレンズ11に入射した光束は、多数のレンズエレメント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に多数の光源を形成する。 Light beam incident on the fly eye lens 11 is divided two-dimensionally by a number of lens elements, to form a large number of light sources in rear focal plane or in the vicinity thereof. 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多数光源からの光束は、コンデンサーレンズ12を介して集光された後、その後側焦点位置またはその近傍にほぼ均一な照度分布を有する照野を形成する。 The light beam from the rear focal plane, or multiple light sources formed in the vicinity of the fly eye lens 11, after being condensed through the condenser lens 12, and a rear focal position or substantially uniform illuminance distribution in the vicinity to form an illumination field.

コンデンサーレンズ12の後側焦点位置またはその近傍には、分割素子としての直角プリズム13が配置されている。 The back focal point or near the after of the condenser lens 12, right angle prism 13 as a dividing element are arranged. したがって、コンデンサーレンズ12を介して直角プリズム13に入射した光束のうち、その第1反射面13aに入射した光束は−Z方向に反射されて第1光学系へ導かれ、その第2反射面13bに入射した光束は+Z方向に反射されて第2光学系へ導かれる。 Therefore, among the light beams incident on the rectangular prism 13 through condenser lens 12, a light beam incident on the first reflecting surface 13a is guided to the first optical system is reflected in the -Z direction, the second reflecting surface 13b the light beam incident on is led to the second optical system is reflected in the + Z direction. 第1光学系と第2光学系とは基本的に同じ構成を有するが、後述する回折光学素子20の特性だけが互いに相違している。 Has essentially the same structure as the first optical system and second optical system, only the characteristics of the diffractive optical element 20 to be described later are different from each other.

そこで、図2において、第1光学系を構成する要素には参照番号に符号「a」を添付し、第2光学系を構成する対応要素には同じ参照番号に符号「b」を添付している。 Therefore, in FIG. 2, the elements constituting the first optical system and attach the code "a" to the reference numbers, and the corresponding elements of the second optical system and attach the code "b" to the same reference numbers there. 以下、第1光学系および第2光学系の構成および作用の説明に際して、第2光学系の対応する参照符号などを括弧内に記している。 Hereinafter, in the description of the construction and operation of the first optical system and second optical system, wrote in brackets and corresponding reference numerals of the second optical system. 第1光学系(第2光学系)へ導かれた光束は、リレーレンズ14a(14b)を介して、ビームスプリッター15a(15b)に入射する。 The light beam guided to the first optical system (second optical system), via a relay lens 14a (14b), enters the beam splitter 15a (15b). ビームスプリッター15a(15b)で+Y方向に反射された大部分の光束は、リレーレンズ16a(16b)を介して、偏光状態変更部17a(17b)に入射する。 Light beam most of which is reflected in the + Y direction by the beam splitter 15a (15b) through the relay lens 16a (16b), enters the polarization state changing unit 17a (17b).

偏光状態変更部17a(17b)は、光源側から順に、光路に対して挿脱可能に構成された1/4波長板17aa(17ba)と、光路に対して挿脱可能に構成された1/2波長板17ab(17bb)と、光路に対して挿脱可能に構成されたデポラライザ(非偏光化素子)17ac(17bc)とにより構成されている。 The polarization state changing unit 17a (17b) has, in order from the light source side, and removably configured quarter-wave plate 17aa to the optical path (17Ba), are removably configured with respect to the optical path 1 / a half wave plate 17ab (17bb), and is constituted by a removably configured depolarizer (depolarizing element) 17ac (17bc) with respect to the optical path. なお、偏光状態変更部17a(17b)の詳細な構成および作用については後述する。 Will be described later detailed configuration and action of the polarization state changing unit 17a (17b).

一方、ビームスプリッター15a(15b)を透過した光束は、リレーレンズ18a(18b)を介して検出器19a(19b)に達する。 On the other hand, the light beam transmitted through the beam splitter 15a (15b) reaches the detector 19a via the relay lens 18a (18b) (19b). ここで、コンデンサーレンズ12の後側焦点位置と検出器19a(19b)の検出面とは、リレーレンズ14a(14b)およびリレーレンズ18a(18b)を介して、光学的にほぼ共役に配置されている。 Here, the detection surface of the back focal point and the detector 19a after the condenser lens 12 (19b), via a relay lens 14a (14b) and the relay lens 18a (18b), optically disposed substantially conjugate there. こうして、リレーレンズ18a(18b)および検出器19a(19b)は、第1光学系(第2光学系)へ導かれた光束の光量(光強度)を検出し、ひいては直角プリズム13における光量分割比を検出するための光量検出系を構成している。 Thus, a relay lens 18a (18b) and a detector 19a (19b), the first optical system the light quantity of the light beam guided to the (second optical system) (light intensity) detected by the light amount splitting ratio in turn rectangular prism 13 constitute a light quantity detecting system for detecting the.

検出器19a(19b)の出力信号は、ミラー駆動部4に供給される。 The output signal of the detector 19a (19b) is supplied to the mirror drive unit 4. ミラー駆動部4は、上述したように、検出器19aおよび19bからの信号に基づいてミラー3を所定角度だけ傾動させ、直角プリズム13の近傍に形成される照野を光軸直交方向(Z方向に)に平行移動させる。 Mirror drive unit 4, as described above, the detector 19a and the mirror 3 on the basis of a signal from 19b by only tilting the predetermined angle, the direction perpendicular to the optical axis (Z direction illumination field is formed in the vicinity of the right-angle prism 13 It is moved parallel to) to. 換言すると、ミラー駆動部4からの指令に基づくミラー3の傾動により、直角プリズム13における光量分割比が変化し、ひいては第1光学系へ導かれる光束の光量(光強度)と第2光学系へ導かれる光束の光量(光強度)との比が変化する。 In other words, the tilting of the mirror 3 based on a command from the mirror driving unit 4, the light quantity split ratio is changed in the right-angle prism 13, the light beam guided and thus the first optical system quantity to (light intensity) and the second optical system the ratio of the amount (light intensity) of the light beam guided to change.

偏光状態変更部17a(17b)を通過した光束は、回折光学素子20a(20b)を介して、アフォーカルレンズ21a(21b)に入射する。 The light beam which has passed through the polarization state changing unit 17a (17b) via a diffractive optical element 20a (20b), enters the afocal lens 21a (21b). ここで、直角プリズム13の反射面13a(13b)と回折光学素子20a(20b)とは、リレーレンズ14a(14b)およびリレーレンズ16a(16b)を介して、光学的にほぼ共役に配置されている。 Here, the reflecting surface 13a of the right-angle prism 13 (13b) and the diffractive optical element 20a (20b), via a relay lens 14a (14b) and the relay lens 16a (16b), optically disposed substantially conjugate there. また、アフォーカルレンズ21a(21b)は、その前側焦点位置と回折光学素子20a(20b)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22a(22b)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。 Further, the afocal lens 21a (21b) has a position of a predetermined surface 22a indicated by the position and is substantially coincident with and rear focal position and the broken line in the drawing of a front-side focal position and the diffractive optical element 20a (20b) (22b) There is an afocal system that is set to coincide substantially (afocal optical system).

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。 In general, a diffractive optical element is constructed by forming level differences with the pitch of approximately the wavelength of the substrate to the exposure light (illumination light), it has the action of diffracting an incident beam at desired angles. 具体的には、第1光学系の光路中に配置された第1回折光学素子20a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)に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。 Specifically, the first diffractive optical element 20a disposed in the optical path of the first optical system, when a parallel beam with a rectangular cross section is incident, circularly to its far field (or Fraunhofer diffraction region) it forms a light intensity distribution shape. 一方、第2光学系の光路中に配置された第2回折光学素子20b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。 On the other hand, the second diffractive optical element 20b disposed in the optical path of the second optical system, when a parallel beam with a rectangular cross section is incident, the far field (or Fraunhofer diffraction region) quadrupolar it forms a light intensity distribution.

したがって、光束変換素子としての回折光学素子20a(20b)に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ21a(21b)の瞳面またはその近傍に円形状(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21a(21b)から射出される。 Therefore, substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 20a (20b) as a beam transforming element, to form a light intensity distribution of a circular shape (quadrupolar) on or near the pupil plane of the afocal lens 21a (21b) after, is emitted from the afocal lens 21a (21b) becomes substantially parallel light beams. なお、アフォーカルレンズ21a(21b)の前側レンズ群21aa(21ba)と後側レンズ群21ab(21bb)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23a(23b)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。 Note that the or near the pupil plane in the optical path between the front lens unit of the afocal lens 21a (21b) 21aa and (21ba) and the rear lens group 21ab (21bb), the conical axicon system 23a (23b) is are disposed will be described later detailed configuration and action.

以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系23a(23b)の作用を無視して、基本的な構成および作用を説明する。 Hereinafter, for simplicity of explanation, while ignoring the effect of the conical axicon system 23a (23b), illustrating the basic configuration and operation. アフォーカルレンズ21a(21b)を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ24a(24b)およびリレーレンズ25a(25b)を介して、第1光学系(第2光学系)から射出される。 The light beam through the afocal lens 21a (21b) via a σ value varying zoom lens 24a (24b) and the relay lens 25a (25b), is emitted from the first optical system (second optical system). 第1光学系および第2光学系からそれぞれ射出された光束は、集光光学系26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)6に入射する。 Light beam emitted from each of the first optical system and second optical system via the light collecting optical system 26 and enters the micro fly's eye lens (or fly's eye lens) 6 as an optical integrator.

なお、制御ユニット5において、フライアイレンズ11の入射面と、直角プリズム13の反射面13a(13b)と、検出器19a(19b)の検出面と、回折光学素子20a(20b)と、所定面22a(22b)と、リレーレンズ25a(25b)の後側焦点面(あるいは集光光学系26の前側焦点面)とが光学的にほぼ共役になっている。 Incidentally, in the control unit 5, and the entrance surface of the fly's eye lens 11, the reflecting surface 13a of the right-angle prism 13 (13b), a detection surface of the detector 19a (19b), a diffractive optical element 20a (20b), a predetermined surface and 22a (22b), the back focal plane of the relay lens 25a (25b) (or front focal plane of the focusing optical system 26) and is in substantially conjugate optically. また、フライアイレンズ11の後側焦点面(あるいは射出面)と、ビームスプリッター15a(15b)と、円錐アキシコン系23a(23b)と、ズームレンズ24a(24b)の後側焦点面(あるいはリレーレンズ25a(25b)の前側焦点面)とが光学的にほぼ共役になっている。 Further, the back focal plane of the fly's eye lens 11 (or exit surface), a beam splitter 15a (15b), a conical axicon system 23a (23b), the back focal plane of the zoom lens 24a (24b) (or relay lens 25a and the front focal plane of the (25b)) is set to substantially conjugate optically.

マイクロフライアイレンズ6は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。 Micro fly's eye lens 6 is an optical element consisting of a large number of microscopic lenses with a positive refractive power for example is arrayed vertically and horizontally and densely. 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。 In general, a micro fly's eye lens is constructed by forming a micro lens group for example by etching of a plane-parallel plate. 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。 Wherein each micro lens forming the micro fly's eye lens is smaller than each lens element forming a fly's 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。 Further, the micro fly's eye lens is different from the fly's eye lens consisting of lens elements isolated from each other, it is integrally formed without a large number of micro lenses (micro refracting surfaces) are isolated from each other.

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。 However, the micro fly's eye lens in that the lens element having a positive refractive power are arranged in a matrix is ​​an optical integrator of the same wavefront splitting type as the fly's eye lens. なお、所定面22a(22b)の位置はズームレンズ24a(24b)の前側焦点位置またはその近傍に配置され、ズームレンズ24a(24b)の後側焦点位置とリレーレンズ25a(25b)の前側焦点位置とはほぼ一致している。 The position of the predetermined plane 22a (22b) is disposed in the front focal position or the vicinity thereof of the zoom lens 24a (24b), the front focal position of the back focal point and the relay lens 25a (25b) of the zoom lens 24a (24b) substantially coincides with the. さらに、リレーレンズ25a(25b)の後側焦点位置は集光光学系26の前側焦点面またはその近傍に配置され、集光光学系26の後側焦点位置またはその近傍にマイクロフライアイレンズ6の入射面が配置されている。 Further, the rear focal position of the relay lens 25a (25b) is disposed in the front focal plane or in the vicinity of the converging optical system 26, the back focal point or near the after condensing optical system 26 of the micro fly's eye lens 6 entrance surface are arranged.

換言すると、ズームレンズ24a(24b)とリレーレンズ25a(25b)と集光光学系26とは、所定面22a(22b)とマイクロフライアイレンズ6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21a(21b)の瞳面とマイクロフライアイレンズ6の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。 In other words, the zoom lens 24a and (24b) and the relay lens 25a (25b) and the focusing optical system 26, in substantially the Fourier transform relationship with a predetermined surface 22a (22b) and the entrance surface of the micro fly's eye lens 6 arrangement and are arranged substantially conjugate optically with the pupil plane and the entrance surface of the micro fly's eye lens 6 thus afocal lens 21a (21b). したがって、マイクロフライアイレンズ6の入射面上には、第1光学系中の第1アフォーカルレンズ21aの瞳面またはその近傍に形成される円形状の光強度分布と、第2光学系中の第2アフォーカルレンズ21bの瞳面またはその近傍に形成される4極状の光強度分布との合成からなる5極状の照野が形成される。 Therefore, the micro On the fly incident surface of the eye lens 6, a circular light intensity distribution formed on or near the pupil plane of the first afocal lens 21a in the first optical system, in the second optical system pupil plane or 5 quadrupolar illumination field of synthetic with quadrupole-shaped light intensity distribution formed in the vicinity of the second afocal lens 21b is formed. この5極状の照野の全体形状は、ズームレンズ24a(24b)の焦点距離に依存して相似的に変化する。 Overall shape of the illumination field of the 5 quadrupolar, depending on the focal length of the zoom lens 24a (24b) analogously changes.

マイクロフライアイレンズ6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。 Each micro lens forming the micro fly's eye lens 6 has a rectangular cross-section similar to the (shape of an exposure region to be formed on thus the wafer W) the shape of the illumination field to be formed on the mask M. マイクロフライアイレンズ6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に(ひいては照明瞳面に)、マイクロフライアイレンズ6の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち図3に示すように例えば光軸AXを中心とした円形状の実質的な面光源40aと、例えば光軸AXに関して対称的に配置された4つの円弧状の実質的な面光源40b1〜40b4とからなる5極状の二次光源40が形成される。 Micro fly's eye light beam incident on the lens 6 is divided two-dimensionally by many micro lenses, the rear focal plane or in the vicinity thereof (hence the illumination pupil plane), it is formed on the entrance surface of the micro fly's eye lens 6 secondary light source having substantially the same light intensity distribution as the illumination field, i.e. a circular substantially planar light source 40a for example around the optical axis AX as shown in FIG. 3, for example, arranged symmetrically with respect to the optical axis AX four arcuate 5 quadrupolar consisting essentially planar light sources 40b1~40b4 Metropolitan secondary light source 40 is formed.

マイクロフライアイレンズ6の後側焦点面またはその近傍に形成された5極状の二次光源(照明瞳分布)からの光束は、ビームスプリッター7aおよびコンデンサー光学系8を介した後、マスクブラインド9を重畳的に照明する。 The light beam from the rear focal plane, or 5 dipolar secondary light source formed near the (illumination pupil distribution) of the micro fly's eye lens 6, after passing through the beam splitter 7a and the condenser optical system 8, mask blind 9 superimposed illuminate the. こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド9には、マイクロフライアイレンズ6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。 Thus, the mask blind 9 as an illumination field stop is rectangular illumination field according to the shape and focal length of each micro lens forming the micro fly's eye lens 6 is formed. なお、ビームスプリッター7aを内蔵する偏光モニター7の内部構成および作用については後述する。 Will be described later the internal configuration and action of polarization monitor 7 with a built-in beam splitter 7a. マスクブラインド9の矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、結像光学系10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。 The light beam through the rectangular aperture of the mask blind 9 (light transmitting portion) is subjected to a condensing action of imaging optical system 10 to superposedly illuminate the mask M on which a predetermined pattern is formed.

すなわち、結像光学系10は、マスクブラインド9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。 That is, the imaging optical system 10 will form an image of the rectangular aperture of the mask blind 9 on the mask M. マスクステージMSにより保持されたマスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、ウェハステージWSにより保持されたウェハ(感光性基板)W上にマスクパターンの像を形成する。 The light beam which has passed through the pattern of the mask M held by the mask stage MS is through the projection optical system PL, to form an image of the mask pattern onto a wafer (photosensitive substrate) W held by the wafer stage WS. ここで、マイクロフライアイレンズ6の後側焦点面またはその近傍の照明瞳面は、投影光学系PLの瞳位置とほぼ共役に位置決めされている。 Here, the back focal plane or illumination pupil plane in the vicinity thereof of the micro fly's eye lens 6 is positioned substantially conjugate with the pupil position of the projection optical system PL. 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。 Thus, by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W in two dimensions within the optical axis AX perpendicular to the plane (XY plane) of the projection optical system PL, and the mask in each exposure region of the wafer W M pattern of is successively exposed.

なお、偏光状態変更部17a(17b)において、1/4波長板17aa(17ba)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。 Incidentally, the polarization state changing unit 17a (17b), 1/4-wave plate 17aa (17Ba) is crystal optical axis around the optical axis AX is formed to be rotatable, the light of the incident elliptically polarized light of linearly polarized light It is converted to light. また、1/2波長板17ab(17bb)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。 Also, 1/2-wave plate 17ab (17bb), the crystal optical axis around the optical axis AX is configured to be rotatable to change the polarization plane of the incident linearly polarized light. また、デポラライザ17ac(17bc)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。 The depolarizer 17ac (17bc) is composed of a quartz prism crystal prism wedge shape of the wedge-shaped with complementary shapes. 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。 The crystalline quartz prism and the quartz prism as an integral prism assembly is configured to detachably with respect to the illumination optical path.

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17aa(17ba)にはほぼ直線偏光の光が入射する。 If the light source 1 using a KrF excimer laser light source or the ArF excimer laser light source, light emitted from these light sources typically has the degree of polarization of 95% or more, to 1/4-wave plate 17aa (17Ba) is linearly polarized light is incident substantially. しかしながら、光源1と偏光状態変更部17a(17b)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。 However, if an intervening right-angle prism as a back reflector in the optical path between the light source 1 and the polarization state changing unit 17a (17b), the polarization plane of the incident linearly polarized light matches the P polarization plane or S polarization plane If not, the linearly polarized light is changed into elliptically polarized light by the total reflection in the right-angle prism.

偏光状態変更部17a(17b)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17aa(17ba)の作用により変換された直線偏光の光が1/2波長板17ab(17bb)に入射する。 In the polarization state changing unit 17a (17b), for example due to total reflection in the right-angle prism be incident light elliptically polarized light, 1/4 linearly polarized light converted by the action of the wave plate 17aa (17Ba) There is incident on the 1/2 wave plate 17ab (17bb). 1/2波長板17ab(17bb)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17ab(17bb)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。 If the crystallographic axis of the half wave plate 17ab (17bb) is set at an angle of 0 ° or 90 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, the 1/2-wave plate 17ab (17bb) light of incident linearly polarized light as it passes through without change of the polarization plane.

また、1/2波長板17ab(17bb)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17ab(17bb)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。 Where the crystallographic axis of the 1/2-wave plate 17ab (17bb) is set at an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, incident on the 1/2-wave plate 17ab (17bb) light of the linearly polarized light the polarization plane is converted into light of linear polarization is changed by 90 degrees. さらに、デポラライザ17ac(17bc)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。 Furthermore, where the crystallographic axis of the crystalline quartz prism depolarizer 17ac (17bc) is set at an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, the light of linear polarization incident to the crystalline quartz prism is unpolarized It is converted to the light conditions (non polarizing).

偏光状態変更部17a(17b)では、デポラライザ17ac(17bc)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。 In the polarization state changing unit 17a (17b), so as to form a 45 degree angle relative to the polarization plane of the linearly polarized light the crystallographic axis of the crystalline quartz prism is incident when the depolarizer 17ac (17bc) is positioned in the illumination optical path It is configured. 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。 Incidentally, where the crystallographic axis of the crystalline quartz prism is set at an angle of 0 ° or 90 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, the light of linear polarization incident to the crystalline quartz prism plane of polarization is changed as it passes without. また、1/2波長板17ab(17bb)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17ab(17bb)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。 Where the crystallographic axis of the 1/2-wave plate 17ab (17bb) is set at an angle of 22.5 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, 1/2-wave plate 17ab (17bb) light of incident linearly polarized light, as linear polarized light component and the polarization plane to pass without change of the polarization plane is converted into unpolarized light conditions including a linearly polarized light component changes by 90 degrees.

偏光状態変更部17a(17b)では、上述したように、直線偏光の光が1/2波長板17ab(17bb)に入射するが、以下の説明を簡単にするために、図2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17ab(17bb)に入射するものとする。 In the polarization state changing unit 17a (17b), as described above, the light of the linearly polarized light enters the half-wave plate 17ab (17bb), in order to simplify the following description, the Z direction in FIG. 2 linearly polarized light having a polarization direction (direction of the electric field) (hereinafter, referred to as "Z-directionally polarized light") is assumed to be incident on the 1/2 wave plate 17ab (17bb). デポラライザ17ac(17bc)を照明光路中に位置決めした場合、1/2波長板17ab(17bb)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17ab(17bb)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17ac(17bc)の水晶プリズムに入射する。 If positioned depolarizer 17ac a (17bc) in the illumination optical path, 1/2 angle of 0 or 90 degrees with respect to the Z-directionally polarized light of the polarization plane of incident (polarization direction) of the crystal optical axis of the wave plate 17ab (17bb) If set to form the incident to the crystalline quartz prism in the 1/2-wavelength plate 17ab depolarizer through as kept as Z-directionally polarized light without the light of Z-directional polarization incident to (17bb) is change of the polarization plane 17ac (17bc) to. 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。 Since the crystallographic axis of the crystalline quartz prism is set at an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident, the light of Z-directional polarization incident to the crystalline quartz prism converts the unpolarized state light It is.

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20a(20b)に入射する。 Light depolarized through the crystalline quartz prism via the quartz prism as a compensator for compensating the traveling direction of the light incident on the diffractive optical element 20a in a non-polarized state (20b). 一方、1/2波長板17ab(17bb)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17ab(17bb)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2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17ac(17bc)の水晶プリズムに入射する。 On the other hand, when set to form an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident to the crystal optical axis of the 1/2-wave plate 17ab (17bb), and enters the 1/2-wave plate 17ab (17bb) light in the Z-direction polarization plane of polarization is changed by 90 degrees, linearly polarized light with the polarization direction (direction of the electric field) in the X direction in FIG. 2 (hereinafter, referred to as "X-directionally polarized light") depolarizer becomes light 17ac It enters the crystal prisms (17bc). 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20a(20b)に入射する。 Since the crystallographic axis of the crystalline quartz prism is set at an angle of 45 degrees relative to the polarization plane of the X-directional polarization incident, the light of X-directional polarization incident to the crystalline quartz prism in the unpolarized state light It is converted, through the quartz prism to be incident on the diffractive optical element 20a in a non-polarized state (20b).

これに対し、デポラライザ17ac(17bc)を照明光路から退避させた場合、1/2波長板17ab(17bb)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17ab(17bb)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20a(20b)に入射する。 In contrast, when retracting depolarizer 17ac a (17bc) from the illumination optical path, 1/2 angle of 0 ° or 90 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident to the crystal optical axis of the wavelength plate 17ab (17bb) If set to form a 1/2 light of Z-directional polarization incident to the wave plate 17ab (17bb) passes as kept as Z-directionally polarized light without change of the polarization plane, Z-direction in the polarization state the diffractive optical element 20a ( incident to 20b). 一方、1/2波長板17ab(17bb)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17ab(17bb)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20a(20b)に入射する。 On the other hand, when set to form an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident to the crystal optical axis of the 1/2-wave plate 17ab (17bb), and enters the 1/2-wave plate 17ab (17bb) light in the Z-direction polarization plane of polarization is in the light of only the change to X-directional polarization 90 degrees and enters the diffractive optical element 20a (20b) in the X-direction polarization state.

以上のように、偏光状態変更部17a(17b)では、デポラライザ17ac(17bc)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20a(20b)に入射させることができる。 As described above, in the polarization state changing unit 17a (17b), by positioning by inserting depolarizer 17ac (17bc) in the illumination optical path, the light is incident unpolarized state the diffractive optical element 20a (20b) can. また、デポラライザ17ac(17bc)を照明光路から退避させ且つ1/2波長板17ab(17bb)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20a(20b)に入射させることができる。 Also, at an angle of 0 ° or 90 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident to the crystal optical axis of the depolarizer 17ac (17bc) is a retracted from the illumination optical path and a half-wave plate 17ab (17bb) by setting, it is possible to light having a Z-direction polarization state to the diffractive optical element 20a (20b). さらに、デポラライザ17ac(17bc)を照明光路から退避させ且つ1/2波長板17ab(17bb)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20a(20b)に入射させることができる。 Further, by setting so as to form a 45 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident crystallographic axis of the half wave plate 17ab is retracted depolarizer 17ac a (17bc) from the illumination light path (17bb), light of X-directional polarization state can be made incident on the diffractive optical element 20a (20b).

換言すれば、1/4波長板17aa(17ba)と1/2波長板17ab(17bb)とデポラライザ17ac(17bc)とからなる偏光状態変更部17a(17b)の作用により、回折光学素子20a(20b)への入射光の偏光状態を、ひいては二次光源40の円形状の面光源40a(4極状の面光源40b1〜40b4)を通過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, by the action of 1/4 consists wave plate 17aa and (17Ba) 1/2 wave plate 17ab and (17bb) and depolarizer 17ac (17bc) polarization state changing unit 17a (17b), a diffractive optical element 20a (20b the polarization state of the incident light to) the polarization state of light passing through the turn secondary light source 40 circular surface light source 40a (4 quadrupolar surface light source of 40B1~40b4), and a non-polarized state linear polarization state it can be switched between, can be switched between the polarization states in the case of linear polarization states orthogonal to each other (between Z-directional polarization and X-directional polarization).

また、一般的には、1/2波長板17ab(17bb)の作用により、回折光学素子20a(20b)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。 Moreover, it is generally by the action of 1/2-wave plate 17ab (17bb), the polarization state of the incident light to the diffractive optical element 20a (20b), sets the linear polarization state with the polarization direction in an arbitrary direction It can also be. さらに、偏光状態変更部17a(17b)では、1/2波長板17ab(17bb)およびデポラライザ17ac(17bc)をともに照明光路から退避させ、且つ1/4波長板17aa(17ba)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20a(20b)に入射させることができる。 Further, the polarization state changing unit 17a (17b), both are retracted from the illumination optical path 1/2-wave plate 17ab (17bb) and depolarizer 17ac a (17bc), and the crystal optical axis of the quarter-wave plate 17aa (17Ba) of by setting a predetermined angle with respect to the incident elliptically polarized light can be incident light of circular polarization state to the diffractive optical element 20a (20b).

次に、円錐アキシコン系23a(23b)は、光源側から順に、光源側(光入射側)に平面を向け且つマスク側(光射出側)に凹円錐状の屈折面を向けた第1プリズム部材23aa(23ba)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23ab(23bb)とから構成されている。 Next, the conical axicon system 23a (23b) has, in order from the light source side, a first prism member toward the concave conical refracting surface on the light source side and mask side facing the plane (light incident side) (the light exit side) and 23aa (23ba), is configured from a second prism member 23ab with its convex conical refracting surface and the light source side is planar on the mask side (23bb). そして、第1プリズム部材23aa(23ba)の凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)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。 Then, the convex conical refracting surface of the concave conical refracting surface of the first prism member 23aa (23ba) and the second prism member 23ab (23bb), are complementarily formed so as to be brought into contact with each other . また、第1プリズム部材23aa(23ba)および第2プリズム部材23ab(23bb)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23aa(23ba)の凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)の凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。 At least one member of the first prism member 23aa (23ba) and a second prism member 23ab (23bb) is movably configured along the optical axis AX, shaped concave conical first prism member 23aa (23ba) distance between the convex conical refracting surface of the refracting surface of the second prism member 23ab (23bb) is configured variably.

ここで、第1プリズム部材23aa(23ba)の凹円錐状屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)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23a(23b)は平行平面板として機能し、形成される二次光源40を構成する円形状(4極状)の面光源40a(40b)に及ぼす影響はない。 In a state in which the convex conical refracting surface of the concave conical refracting surface of the first prism member 23aa (23ba) and the second prism member 23ab (23bb) are in contact with each other, the conical axicon system 23a (23b) is parallel functions as a planar plate, impact on the surface light source 40a (40b) of the circular constituting the secondary light source 40 which is formed (quadrupole) is not. しかしながら、第1プリズム部材23aa(23ba)の凹円錐状屈折面と第2プリズム部材23ab(23bb)の凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系23a(23b)は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。 However, when separating the convex conical refracting surface of the concave conical refracting surface of the first prism member 23aa (23ba) and the second prism member 23ab (23bb), the conical axicon system 23a (23b), as a so-called beam expander Function. したがって、円錐アキシコン系23a(23b)の間隔の変化に伴って、所定面22a(22b)への入射光束の角度は変化する。 Thus, with a change in the spacing of the conical axicon system 23a (23b), the angle of the incident light beam to the predetermined plane 22a (22b) is changed.

図4は、二次光源を構成する4極状の面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。 Figure 4 is a diagram for explaining the action of the conical axicon system for surface light source of the quadrupole shape which constitute the secondary light source. 図4を参照すると、第2光学系中の円錐アキシコン系23bの間隔が零で且つズームレンズ24b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4極状の面光源41b1〜41b4が、円錐アキシコン系23b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(外接円の直径である外径と内接円の直径である内径との差の1/2:図中両方向矢印で示す)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4極状の面光源42b1〜42b4に変化する。 Referring to FIG. 4, most spacing of the conical axicon system 23b in the second optical system state and the focal length of the zoom lens 24b is set to the minimum value zero (hereinafter, referred to as "standard state") is formed by small quadrupolar surface light source 41b1~41b4 is, by enlarging the spacing of the conical axicon system 23b from zero to a predetermined value, the diameter of the width (the outer diameter is the diameter of the circumscribed circle inscribed circle inner diameter difference 1/2 of: without indicating in both directions arrows drawing) is changed, changes in the surface light source 42b1~42b4 quadrupolar the outer and inner diameters thereof are both enlarged. 換言すると、円錐アキシコン系23bの作用により、4極状の面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。 In other words, by the action of the conical axicon system 23b, 4 without the width of the surface light source of quadrupole shape varies, the annular ratio (inside diameter / outside diameter) and the size (outside diameter) both vary.

一方、図示を省略するが、ズームレンズ24bの標準状態で形成された4極状の面光源は、ズームレンズ24b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4極状の面光源に変化する。 Meanwhile, although not shown, a surface light source of quadrupole shape formed in the standard state of the zoom lens 24b, by enlarging the focal length of the zoom lens 24b from a minimum value to a predetermined value, its overall shape similar to change the surface light source of the enlarged quadrupolar. 換言すると、ズームレンズ24bの変倍作用により、4極状の面光源40b1〜40b4の全体が相似的に拡大または縮小され、そ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。 In other words, the zooming action of the zoom lens 24b, 4 total quadrupolar surface light source 40b1~40b4 is enlarged or reduced analogous manner, without the annular ratio varies, the width and size (outside diameter ) changes together. 同様に、第1光学系中のズームレンズ24aの変倍作用により、円形状の面光源40aが相似的に拡大または縮小される。 Similarly, the zooming action of the zoom lens 24a in the first optical system, a circular surface light source 40a is scaled similar manner. なお、第1光学系中の円錐アキシコン系23aの作用により、必要に応じて円形状の面光源40aを輪帯状の面光源に変換し、その幅(外径と内径との差の1/2)を変化させることなく、その輪帯比(内径/外径)および大きさ(外径)をともに変化させることもできる。 Incidentally, by the action of the conical axicon system 23a in the first optical system, as required to convert the circular surface light source 40a to the annular surface light source, the difference between the width (outer and inner diameters 1/2 ) without changing the may be both changed the annular ratio (inside diameter / outside diameter) and size (outside diameter).

図5は、5極状の二次光源に対する円錐アキシコン系とズームレンズとの協働作用を説明する図である。 Figure 5 is a diagram for explaining the cooperative action of the conical axicon system and the zoom lens with respect to the secondary light source 5 quadrupolar. 本実施形態では、第1光学系中のズームレンズ24aの変倍作用により、図5(a)に示すように円形状の面光源を比較的小さくしたり、図5(b)に示すように円形状の面光源を比較的大きくしたりすることができる。 In the present embodiment, the zooming action of the zoom lens 24a in the first optical system, the circular surface light source as shown in FIG. 5 (a) relatively small or, as shown in FIG. 5 (b) or it can be relatively large circular surface light source. また、第2光学系中の円錐アキシコン系23bとズームレンズ24bとの協働作用により、大きさ(外径)を一定に保ちつつ、図5(a)に示すように4極状の面光源の幅を比較的大きくしたり、図5(b)に示すように4極状の面光源の幅を比較的小さくしたりすることができる。 Further, by a conical axicon system 23b and zoom lens 24b cooperation of in the second optical system, while maintaining the size (outer diameter) constant, a surface light source of the quadrupole shape as shown in FIG. 5 (a) relatively large or the width of the can or to relatively reduce the width of the surface light source of the quadrupole shape as shown in Figure 5 (b).

すなわち、図5に示す例に限定されることなく、一般的に、第1光学系中のズームレンズ24aの変倍作用により、4極状の面光源とは独立して円形状の面光源を相似的に拡大または縮小することができる。 That is, without being limited to the example shown in FIG. 5, in general, the zooming action of the zoom lens 24a in the first optical system, the circular surface light source independently of the quadrupolar surface light source it can be enlarged or reduced analogous manner. また、第2光学系中の円錐アキシコン系23bとズームレンズ24bとの協働作用により、円形状の面光源とは独立して、4極状の面光源の幅、輪帯比(内径/外径)、大きさ(外径)などの形状パラメータを変化させることができる。 Further, by a conical axicon system 23b and zoom lens 24b cooperation of in the second optical system, independently of the circular surface light source, quadrupolar surface light source having a width, annular ratio (inside diameter / outside diameter), it is possible to change the shape parameters such as the size (outer diameter). さらに、必要に応じて、第1光学系中の円錐アキシコン系23aとズームレンズ24aとの協働作用により、円形状の面光源を輪帯状の面光源に変換し、その幅、輪帯比(内径/外径)、大きさ(外径)などの形状パラメータを変化させることができる。 Further, if necessary, by a conical axicon system 23a and the zoom lens 24a cooperation of in the first optical system, and converts the circular surface light source to the annular surface light source, the width, annular ratio ( inner diameter / outer diameter), it is possible to change the shape parameters such as the size (outer diameter).

図6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。 Figure 6 is a perspective view schematically showing the internal configuration of the polarization monitor of Figure 1. 図6を参照すると、偏光モニター7は、マイクロフライアイレンズ6とコンデンサー光学系8との間の光路中に配置された第1ビームスプリッター7aを備えている。 Referring to FIG. 6, the polarization monitor 7 is provided with a first beam splitter 7a disposed in an optical path between the micro fly's eye lens 6 and the condenser optical system 8. 第1ビームスプリッター7a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。 First beam splitter 7a, for example plane-parallel plate of non-coated made of quartz glass (i.e. raw glass) has the form of, has the function of extracting from the optical path of the reflected light in a polarization state different from the polarization state of the incident light .

第1ビームスプリッター7a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7bに入射する。 Light extracted from the optical path by the first beam splitter 7a is incident on the second beam splitter 7b. 第2ビームスプリッター7bは、第1ビームスプリッター7a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。 Second beam splitter 7b, similarly to the first beam splitter 7a, for example, have the form of a plane-parallel plate of non-coated made of quartz glass, to generate a reflected light of a different polarization state and polarization state of the incident light It has a function. そして、第1ビームスプリッター7aに対するP偏光が第2ビームスプリッター7bに対するS偏光になり、且つ第1ビームスプリッター7aに対するS偏光が第2ビームスプリッター7bに対するP偏光になるように設定されている。 Then, P-polarized light to the first beam splitter 7a becomes S-polarized light for the second beam splitter 7b, and S-polarized light to the first beam splitter 7a is set to be P-polarized light for the second beam splitter 7b.

また、第2ビームスプリッター7bを透過した光は第1光強度検出器7cにより検出され、第2ビームスプリッター7bで反射された光は第2光強度検出器7dにより検出される。 The light transmitted through the second beam splitter 7b is detected by first light intensity detector 7c, the light reflected by the second beam splitter 7b is detected by second light intensity detector 7d. 第1光強度検出器7cおよび第2光強度検出器7dの出力は、それぞれ制御部(不図示)に供給される。 The output of the first light intensity detector 7c and the second light intensity detector 7d is supplied to the control unit (not shown). 制御部は、偏光状態変更部17a(17b)を構成する1/4波長板17aa(17ba)、1/2波長板17ab(17bb)およびデポラライザ17ac(17bc)を必要に応じて駆動する。 Control unit, the quarter-wave plate 17aa constituting the polarization state changing unit 17a (17b) (17ba), driven if necessary 1/2-wave plate 17ab (17bb) and depolarizer 17ac (17bc).

上述のように、第1ビームスプリッター7aおよび第2ビームスプリッター7b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。 As described above, in the first beam splitter 7a and the second beam splitter 7b, the reflectance to the reflectance and S-polarized light with respect to P-polarized light are substantially different. したがって、偏光モニター7では、第1ビームスプリッター7aからの反射光が、例えば第1ビームスプリッター7a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7aに対するS偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するP偏光成分)と、例えば第1ビームスプリッター7a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7aに対するP偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するS偏光成分)とを含むことになる。 Accordingly, the polarization monitor 7, the reflected light from the first beam splitter 7a is a S-polarized component for example for the first approximately 10% of the S-polarized component of the incident light to the beam splitter 7a (first beam splitter 7a first the P-polarized component) to the second beam splitter 7b, S-polarized light for the second beam splitter 7b a P-polarized component for example for the first 1% of P-polarized component of the incident light to the beam splitter 7a (first beam splitter 7a will contain a component).

また、第2ビームスプリッター7bからの反射光は、例えば第1ビームスプリッター7a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7aに対するP偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するS偏光成分)と、例えば第1ビームスプリッター7a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7aに対するS偏光成分であって第2ビームスプリッター7bに対するP偏光成分)とを含むことになる。 Further, light reflected from the second beam splitter 7b is a P-polarized component for example the first beam 10% × 1% of the incident light to the splitter 7a = 0.1% approximately of the P-polarized component (first beam splitter 7a the S-polarized component) for the second beam splitter 7b there, for example, S-polarized component for the first 1 1% × 10% = 0.1% approximately of the S-polarized component of the incident light to the beam splitter 7a (first beam splitter 7a It will comprise P-polarized light component) and to the second beam splitter 7b there is.

こうして、偏光モニター7では、第1ビームスプリッター7a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。 Thus, the polarization monitor 7, the first beam splitter 7a, depending on the reflection properties has a function of extracting from the optical path of the reflected light in a polarization state different from the polarization state of the incident light. その結果、第2ビームスプリッター7b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7cの出力(第2ビームスプリッター7b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7a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7aへの入射光の偏光状態(偏光度)を、ひいてはマスクMやウェハWへの照明光の偏光状態を検知することができる。 As a result, although slightly influenced by the polarization fluctuation by the polarization characteristic of the second beam splitter 7b, information about the intensity of the transmitted light output of the first light intensity detector 7c (second beam splitter 7b, i.e. the first beam splitter based on the information) about substantially the intensity of light having the same polarization state and the reflected light from 7a, the polarization state of the incident light to the first beam splitter 7a (polarization degree) of the illumination light to turn the mask M and the wafer W it is possible to detect the polarization state.

また、偏光モニター7では、第1ビームスプリッター7aに対するP偏光が第2ビームスプリッター7bに対するS偏光になり且つ第1ビームスプリッター7aに対するS偏光が第2ビームスプリッター7bに対するP偏光になるように設定されている。 Further, the polarization monitor 7, P-polarized light to the first beam splitter 7a is set to S-polarized light with respect to and the first beam splitter 7a becomes S-polarized light for the second beam splitter 7b becomes P-polarized light for the second beam splitter 7b ing. その結果、第2光強度検出器7dの出力(第1ビームスプリッター7aおよび第2ビームスプリッター7b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7a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7a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。 As a result, based on the output of the second light intensity detector 7d (information about the intensity of the sequential light reflected by the first beam splitter 7a and the second beam splitter 7b), the polarization of the incident light to the first beam splitter 7a without substantially receiving that the influence of the state of the change, the amount of light (intensity) of the incident light to the first beam splitter 7a, it is possible to detect the amount of illumination light to turn the mask M.

こうして、偏光モニター7を用いて、第1ビームスプリッター7a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。 Thus, by using the polarization monitor 7, the polarization state of the incident light to the first beam splitter 7a detects, hence whether the illumination light to the mask M is in the desired unpolarized state, linearly polarized state, or circularly polarized state it is possible to determine whether. そして、制御部が偏光モニター7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、偏光状態変更部17a(17b)を構成する1/4波長板17aa(17ba)、1/2波長板17ab(17bb)およびデポラライザ17ac(17bc)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。 When the control unit has an illumination light to the mask M (and hence the wafer W) and it was confirmed that not in the desired unpolarized state, linearly polarized state, or circularly polarized state based on the detection result of the polarization monitor 7, polarization constitute the state change part 17a (17b) 1/4 wave plate 17aa (17ba), 1/2-wave plate 17ab and (17bb) and depolarizer 17ac (17bc) driven adjustment, the desired state of the illumination light to the mask M unpolarized state, it is possible to adjust the linear polarization state or circular polarization state of.

本実施形態では、上述したように、直角プリズム13が、光源1からの光束を波面分割して第1光学系(14a〜25a)および第2光学系(14b〜25b)へ導くための分割素子を構成している。 In the present embodiment, as described above, right-angle prism 13, the first optical system a light beam from the light source 1 and the wavefront dividing (14a~25a) and dividing element for guiding the second optical system to the (14b~25b) constitute a. また、光源1と直角プリズム13との間の光路中には、直角プリズム13の近傍に照度分布のほぼ均一な照野を形成するための手段、すなわち直角プリズム13の近傍の照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段として、フライアイレンズ11とコンデンサーレンズ12とが配置されている。 Further, in the optical path between the light source 1 and the right-angle prism 13, substantially uniform means for forming a substantially uniform illumination field illumination distribution, i.e. an illumination distribution in the vicinity of the right-angle prism 13 in the vicinity of the right-angle prism 13 as illuminance uniformizing means for reduction, it is arranged and the fly eye lens 11 and the condenser lens 12.

こうして、直角プリズム13により分割された一方の光束は、回折光学素子20aを含む第1光学系(14a〜25a)およびマイクロフライアイレンズ6を介して、二次光源40の円形状の面光源(照明瞳面において光軸AXを含む第1領域に位置する光強度分布)40aを形成する。 Thus, one of the light beam split by right-angled prism 13, through the first optical system (14A~25a) and the micro fly's eye lens 6 comprising a diffractive optical element 20a, a circular surface light source of the secondary light source 40 ( It forms a light intensity distribution) 40a located in the first area including the optical axis AX in the illumination pupil plane. 一方、直角プリズム13により分割された他方の光束は、第1光学系(14a〜25a)とは異なる光路に沿って、回折光学素子20bを含む第2光学系(14b〜25b)およびマイクロフライアイレンズ6を介して、二次光源40の4極状の面光源(照明瞳面において光軸AXから離れた第2領域に位置する光強度分布)40bを形成する。 On the other hand, the other light beam split by right-angled prism 13, the first optical system (14a~25a) along different optical paths, a second optical system including a diffractive optical element 20b (14b~25b) and the micro fly's eye through the lens 6 to form 40b (light intensity distribution located at the second region apart from the optical axis AX in the illumination pupil plane) surface light source quadrupolar secondary light source 40.

ここで、回折光学素子20a(20b)は、第1光学系(第2光学系)の光路中に配置されて入射する光束を第1領域の円形状の面光源40a(第2領域の4極状の面光源40b)に対応する光束に変換するための第1光束変換素子(第2光束変換素子)を構成している。 Here, the diffractive optical element 20a (20b) is 4-pole circular surface light source 40a (the second region of the first optical system a light beam incident disposed in the optical path of the (second optical system) first region constitute a first light beam conversion element for converting the light flux corresponding to Jo surface light source 40b) (second light beam converting element). また、マイクロフライアイレンズ6は、第1光束変換素子としての回折光学素子20aからの光束および第2光束変換素子としての回折光学素子20bからの光束に基づいて、その後側焦点面またはその近傍(すなわち照明瞳面)に二次光源(照明瞳分布)40を形成するためのオプティカルインテグレータを構成している。 Further, the micro fly's eye lens 6 on the basis of the light beam from the diffractive optical element 20b as a light beam and second light beam converting element from the diffractive optical element 20a of the first light beam conversion element, rear focal plane or in the vicinity thereof ( that constitutes the optical integrator for forming a secondary light source (illumination pupil distribution) 40 in the illumination pupil plane).

さらに、第1光束変換素子としての回折光学素子20a、第2光束変換素子としての回折光学素子20b、および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6は、円形状の面光源(すなわち照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布)40aと、4極状の面光源(すなわち照明瞳面上の第2領域に位置する光強度分布)40bとを有する二次光源(照明瞳分布)40を形成するための照明瞳形成手段を構成している。 Furthermore, the diffractive optical element 20a of the first light beam conversion element, the micro fly's eye lens 6 as a diffractive optical element 20b and the optical integrator, as the second light flux conversion element, circular surface light source (i.e. on the illumination pupil plane and the light intensity distribution) 40a located in the first region, the secondary light source (illumination pupil distribution) 40 having a light intensity distribution) 40b located in the second region on the quadrupolar surface light source (i.e. illumination pupil plane constitute an illumination pupil forming means for forming. また、コンデンサー光学系8および結像光学系10は、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6からの光束を被照射面であるマスクMへ導くための導光光学系を構成している。 Also, the condenser optical system 8 and the imaging optical system 10 constitute a light guiding optical system for guiding the light beam from the micro fly's eye lens 6 as an optical integrator to the mask M is illuminated surface.

また、上述したように、第1アキシコン系としての円錐アキシコン系23aとズームレンズ(変倍光学系)24aとは、第1光学系(14a〜25a)の光路中に配置されて円形状の面光源(第1領域)40aの形状を変更するための第1形状変更手段を構成している。 As described above, the conical axicon system 23a and the zoom lens (zooming optical system) 24a serving as a first axicon system, circular surface disposed in the optical path of the first optical system (14A~25a) light source constitute a first shape changing means for changing the shape of the (first region) 40a. 同様に、第2アキシコン系としての円錐アキシコン系23bとズームレンズ(変倍光学系)24bとは、第2光学系(14b〜25b)の光路中に配置されて4極状の面光源(第2領域)40bの形状を変更するための第2形状変更手段を構成している。 Similarly, the conical axicon system 23b and the zoom lens (zooming optical system) 24b serving as a second axicon system, a surface light source of the quadrupole shape are disposed in the optical path of the second optical system (14B~25b) (No. constitute a second shape changing means for changing the shape of the second region) 40b.

さらに、上述したように、偏光状態変更部17a(17b)において、1/2波長板17ab(17bb)は、第1光学系(第2光学系)の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材(第2位相部材)を構成している。 Further, as described above, the polarization state changing unit 17a (17b), 1/2-wave plate 17ab (17bb) is linearly polarized light incident disposed in the optical path of the first optical system (second optical system) It constitutes a first phase member for changing if necessary the polarization direction (second phase member). また、デポラライザ17ac(17bc)は、第1光学系(第2光学系)の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子(第2偏光解消素子)を構成している。 The depolarizer 17ac (17bc) is constructed to detachably with respect to the optical path of the first optical system (second optical system), the first depolarization to unpolarized, if necessary incident light constitute the element (second depolarizer).

また、1/4波長板17aa(17ba)は、第1光学系(第2光学系)の光路中に配置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ための位相部材を構成している。 Also, 1/4-wave plate 17aa (17Ba) is configured to phase member for converting the first optical system the light elliptically polarized light incident disposed in the optical path of the (second optical system) to linearly polarized light are doing. こうして、偏光状態変更部17aは、第1光学系の光路中に配置されて第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の偏光状態を変更するための第1偏光状態変更手段を構成している。 Thus, the polarization state changing unit 17a constituting the first polarization state changing means for changing the polarization state of the light beam passing through the circular surface light source 40a of the first region is disposed in the optical path of the first optical system are doing. 一方、偏光状態変更部17bは、第2光学系の光路中に配置されて第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の偏光状態を変更するための第2偏光状態変更手段を構成している。 On the other hand, the polarization state changing unit 17b, a second polarization state changing means for changing the polarization state of the light beam passing through the surface light source 40b of quadrupolar second region is disposed in the optical path of the second optical system It is configured.

また、上述したように、ミラー3、ミラー駆動部4、フライアイレンズ11、コンデンサーレンズ12、および直角プリズム13は、直角プリズム13における光量分割比を変化させ、ひいては第1光学系へ導かれて第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度(光量)と第2光学系へ導かれて第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度(光量)との比を変更するための光強度比変更手段を構成している。 Further, as described above, the mirror 3, the mirror driving unit 4, a fly's eye lens 11, condenser lens 12 and the right-angle prism 13, varies the amount of light division ratio of the rectangular prism 13, is led in turn to the first optical system light intensity of the light beam passing through the surface light source 40b of quadrupolar second region is led light intensity of a light beam passing through the circular surface light source 40a and (light quantity) to the second optical system of the first region (light amount) constitute a light intensity ratio changing means for changing the ratio of.

こうして、本実施形態では、円錐アキシコン系23aおよびズームレンズ24aを有する第1形状変更手段と、円錐アキシコン系23bおよびズームレンズ24bを有する第2形状変更手段との作用により、第1領域の円形状の面光源40aの形状と第2領域4極状の面光源40bの形状とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。 Thus, in the present embodiment, the first shape changing means having a conical axicon system 23a and the zoom lens 24a, by the action of the second shape changing means having a conical axicon system 23b and zoom lens 24b, a circular first region it is possible to perform the shape of the surface light source 40a and control for changing independently of each other and the shape of the surface light source 40b in the second region quadrupole shape. また、偏光状態変更部17aを有する第1偏光状態変更手段と、偏光状態変更部17bを有する第2偏光状態変更手段との作用により、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の偏光状態と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。 Further, a first polarization state changing means having a polarization state changing section 17a, by the action of a second polarization state changing means having a polarization state changing unit 17b, the light beam passing through the circular surface light source 40a of the first region it is possible to perform control for changing a polarization state of the light beam passing through the surface light source 40b quadrupolar polarization state and a second region independently of each other.

換言すれば、第1形状変更手段と第2形状変更手段と第1偏光状態変更手段と第2偏光状態変更手段とは、第1領域の形状と第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、第1領域を通過する光束の偏光状態と第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段を構成している。 In other words, the first shape changing means and the second shape changing means and the first polarization state changing means and the second polarization state changing means to change the shapes of the first and second regions mutually independently control and constitute an illumination pupil control means for performing a control for changing the polarization state of the light beam independently from each other passing through the polarization state and a second region of a light beam passing through the first region. さらに、本実施形態では、ミラー3、ミラー駆動部4、フライアイレンズ11、コンデンサーレンズ12、および直角プリズム13を有する光強度比変更手段の作用により、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度との比を変更する制御を行うことができる。 Furthermore, in the present embodiment, the mirror 3, the mirror driving unit 4, the fly-eye lens 11, by the action of light intensity ratio changing means having a condenser lens 12 and the right-angle prism 13, a circular surface light source 40a of the first region it can be controlled to change the ratio between the light intensity of the light beam passing through the light intensity of a light beam passing through the surface light source 40b of quadrupolar second region.

以上のように、本実施形態の照明光学装置(1〜10)では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができる。 As described above, in the illumination optical apparatus (1-10), Ya appropriate illumination conditions, for example, the shape and intensity of the secondary light source needed to faithfully transfer the mask pattern having various properties it is possible to realize a rich illumination conditions diversity with respect to such polarization state. また、本発明の露光装置では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することができるので、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。 Further, in the exposure apparatus of the present invention, it is possible to achieve a proper illumination conditions necessary to faithfully transfer the mask pattern having a variety of properties, appropriate implemented in accordance with the pattern characteristics of the mask illumination it is possible to carry out the original with good exposure conditions.

なお、上述の実施形態では、回折光学素子20aおよび20bが光路に対して挿脱可能に構成され、且つ特性の異なる他の回折光学素子と交換可能に構成されている。 In the above embodiment, the diffractive optical element 20a and 20b are detachably configured with respect to the optical path, we have been and are interchangeably structure different other diffractive optical element characteristics. したがって、第2光学系中の4極照明用の回折光学素子20bに代えて、たとえば2極照明用(8極照明用)の回折光学素子を光路中に設定することによって、3極(9極)照明を行うことができる。 Therefore, instead of the second diffractive optical element 20b for quadrupole illumination in the optical system, for example, by setting a diffractive optical element for dipole illumination (for 8-pole illumination) in the optical path, three-pole (9 poles ) it is possible to perform the lighting. また、第2光学系中の4極照明用の回折光学素子20bに代えて、たとえば輪帯照明用の回折光学素子を光路中に設定することによって、変形輪帯照明を行うことができる。 Further, instead of the second diffractive optical element 20b for quadrupole illumination in the optical system, for example, by setting a diffractive optical element for annular illumination in the optical path, it is possible to perform a modified annular illumination.

また、第1光学系中の円形照明用の回折光学素子20aに代えて、たとえば4極照明用の回折光学素子20bを光路中に設定することによって、8極照明を行うことができる。 In addition, by in place of the first diffractive optical element 20a for circular illumination in the optical system, is set, for example, a diffractive optical element 20b for quadrupole illumination in the optical path, it is possible to perform 8-pole illumination. 同様に、第1光学系中の円形照明用の回折光学素子20aや第2光学系中の4極照明用の回折光学素子20bに代えて、適当な特性を有する回折光学素子を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。 Similarly, set in place of the diffractive optical element 20b for quadrupole illumination of the first diffractive optical element 20a and in the second optical system for circular illumination in the optical system, the diffractive optical element having suitable characteristics in an optical path by, it is possible to perform the modified illumination in various forms. さらに、4極照明用の回折光学素子20bを光路から退避させて円形照明を行ったり、円形照明用の回折光学素子20aを光路から退避させて4極照明を行ったりすることもできる。 Furthermore, it is also possible to or perform diffractive optical element 20b for quadrupole illumination is retracted from the optical path or perform circular illumination, a quadrupole illumination retracts the diffractive optical element 20a for circular illumination from the optical path.

また、上述の実施形態では、直角プリズム13により分割された一方の光束が第1光学系(14a〜25a)へ導かれ、直角プリズム13により分割された他方の光束が第2光学系(14b〜25b)へ導かれている。 In the above embodiments, one of the light beam split by right-angled prism 13 is guided to the first optical system (14a~25a), the other light beam split by right-angled prism 13 and the second optical system (14B~ We are led to 25b). しかしながら、これに限定されることなく、分割素子を介して分割された光束を第1光学系および第2光学系とは異なる光路に沿って第3光学系を介して照明瞳面上の第3領域へ導く構成も可能である。 However, without having to be limited to this, the third on the illumination pupil plane the light beam split through the splitting element and the first optical system and second optical system through the third optical system along a different optical path structure leading to areas are possible.
たとえば、第1光学系(14a〜25a)によって照明瞳面上の第1領域内に、図3に示した面光源40aを形成し、第2光学系(14b〜25b)によって照明瞳面上の第2領域内に、図3に示した面光源40b1,40b4を形成し、これら第1光学系および第2光学系とは異なる第3光学系(不図示)によって照明瞳面上の第3領域内に、図3に示した面光源40b2,40b3を形成する構成として、面光源40aに達する光束の偏光状態を非偏光、X方向偏光またはZ方向偏光に設定し、面光源40b1,40b4に達する光束の偏光状態を光軸を中心とした円の接線方向に偏光面を持つ直線偏光に設定し、面光源40b2,40b3に達する光束の偏光状態を光軸を中心とした円の接線方向に偏光面を持つ直線偏光(面光源40 For example, the first first region on the illumination pupil plane by the optical system (14a~25a), to form a surface light source 40a shown in FIG. 3, on the illumination pupil plane by the second optical system (14b~25b) in the second region to form a surface light source 40b1,40b4 shown in FIG. 3, the third region on the illumination pupil plane by different third optical system (not shown) to these first optical system and second optical system within, a structure that forms a surface light source 40b2,40b3 shown in FIG. 3, to set the polarization state of the light flux reaching the surface light source 40a unpolarized light, in the X-direction polarization or Z-directionally polarized light reaches the surface light source 40b1,40b4 set into linearly polarized light having a polarization plane of the polarization state of the light beam in the tangential direction of a circle centering on the optical axis, polarizing the polarization state of the light beam reaching the surface light source 40b2,40b3 in the tangential direction of a circle centering on the optical axis linearly polarized light having a plane (planar light source 40 1,40b4に達する光束の偏光方向とは直交する方向に偏光面を持つ直線偏光)に設定することもできる。 The polarization direction of the light beam reaching the 1,40b4 may be set to a linearly polarized light) having a polarization plane in a direction perpendicular.

図7は、本実施形態の第1変形例にかかる制御ユニットの構成を概略的に示す図である。 7, the configuration of the control unit according to a first modification of the present embodiment is a view schematically showing. 第1変形例の制御ユニット50は、図2に示す実施形態の制御ユニット5と類似の構成を有する。 The control unit of the first variant 50 has a configuration similar to that of the control unit 5 of the embodiment shown in FIG. しかしながら、第1変形例では、ズームレンズ24aおよび24bとマイクロフライアイレンズ6との間の構成だけが、図2の実施形態と相違している。 However, in the first modification, only the structure between the zoom lens 24a and 24b and the micro fly's eye lens 6 is different from the embodiment of FIG. 以下、図2の実施形態との相違点に着目して、第1変形例の制御ユニット50の構成および作用を説明する。 Hereinafter, focused on differences from the embodiment of FIG. 2, illustrating the structure and operation of the control unit 50 of the first modification.

図7を参照すると、第1変形例の制御ユニット50では、ズームレンズ24aを介して第1光学系(14a〜24a)から射出された光束が、偏向部材としての直角プリズム(あるいは折り曲げミラー)27により+Z方向に反射される。 Referring to FIG. 7, the control unit 50 of the first modification, the first optical system through the zoom lens 24a light flux emitted from the (14A~24a) is rectangular prism (or folding mirror) as the deflecting member 27 It is reflected in the + Z direction by. 直角プリズム27により+Z方向に反射された光束は、リレーレンズ系28を介して、第2光学系の光軸上に配置された偏向部材としての直角プリズム(あるいは折り曲げミラー)29に入射する。 The light beam reflected in the + Z direction by the right-angle prism 27 via a relay lens system 28, it is incident on the rectangular prism (or folding mirror) 29 as the deflecting member disposed on the optical axis of the second optical system. 直角プリズム29により+Y方向に反射された第1光学系からの光束は、リレーレンズ系30を介して、マイクロフライアイレンズ6に達する。 Light flux from the first optical system, which is reflected in the + Y direction by the right-angle prism 29 via a relay lens system 30, reaches the micro fly's eye lens 6.

一方、ズームレンズ24bを介して第2光学系(14b〜24b)から射出された光束は、直角プリズム29に遮られることなく、リレーレンズ系30を介して、マイクロフライアイレンズ6に達する。 On the other hand, the light flux emitted from the second optical system (14b~24b) through the zoom lens 24b is not shielded by the right-angle prism 29, through a relay lens system 30, reaches the micro fly's eye lens 6. なお、第1変形例では、円錐アキシコン系23a(23b)と、直角プリズム27の反射面と、直角プリズム29の反射面と、マイクロフライアイレンズ6の入射面とが、光学的にほぼ共役になっている。 In the first modification, a conical axicon system 23a (23b), a reflecting surface of the right-angle prism 27, a reflecting surface of the right-angle prism 29, and the entrance surface of the micro fly's eye lens 6, substantially conjugate optically going on. また、所定面22a(22b)と、リレーレンズ系28の瞳面と、リレーレンズ系30の瞳面と、マイクロフライアイレンズ6の後側焦点面(あるいは射出面)とが、光学的にほぼ共役になっている。 Also, a predetermined surface 22a (22b), and the pupil plane of the relay lens system 28, the pupil plane of the relay lens system 30, the rear focal plane of the micro fly's eye lens 6 (or the exit surface) is optically substantially It has become conjugate.

そして、直角プリズム27と29とは、分割素子である直角プリズム13と照明瞳面であるマスクMとの間の光路中に配置されて、第1光学系(14a〜24a)の光軸と前記第2光学系(14b〜24b)の光軸とを合成するための合成素子を構成している。 Then, the right-angle prism 27 and 29, is disposed in the optical path between the right-angle prism 13 is a dividing element between the mask M is illuminated pupil plane, the optical axis of the first optical system (14a~24a) constitute a combining element for combining the optical axis of the second optical system (14b~24b). 第1変形例においても上述の実施形態と同様に、第1領域の円形状の面光源40aの形状と第2領域4極状の面光源40bの形状とを互いに独立に変更する制御、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の偏光状態と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御、および第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度との比を変更する制御を行うことができる。 Similarly to the embodiment described above in the first modified example, control for changing the shape of the circular surface light source 40a of the first region and the shape of the surface light source 40b in the second region quadrupole independently of each other, the first control for changing the polarization state of the light beam passing through the polarization state and the surface light source 40b of quadrupolar second region of the light beam passing through the circular surface light source 40a of the areas independently of each other, and circular first region it is possible to perform control of changing the light intensity of the light beam passing through the surface light source 40a of the ratio between the light intensity of a light beam passing through the surface light source 40b of quadrupolar second region.

図8は、本実施形態の第2変形例にかかる制御ユニットの要部構成を概略的に示す図である。 Figure 8 is a diagram schematically showing a major configuration of the control unit to a second modification of the present embodiment. 第2変形例の制御ユニット51は、図2に示す実施形態の制御ユニット5および第1変形例の制御ユニット50と類似の要部構成を有する。 The control unit 51 of the second modification has a main structure similar to the control unit 50 of the control unit 5 and the first modification of the embodiment shown in FIG. しかしながら、第2変形例では、ミラー3と偏光状態変更部17aおよび17bとの間の構成が、図2の実施形態および第1変形例と相違している。 However, in the second modification, arrangement between the mirror 3 and the polarization state changing unit 17a and 17b is different from the embodiment and the first modification of FIG. 以下、図2の実施形態および第1変形例との相違点に着目して、第2変形例の制御ユニット51の構成および作用を説明する。 Hereinafter, focused on differences from the embodiment and the first modification of FIG. 2, illustrating the structure and operation of the control unit 51 of the second modification.

図8を参照すると、第2変形例の制御ユニット51では、ミラー3により+Y方向に反射された光束が、ビームスプリッター31に入射する。 Referring to FIG. 8, the control unit 51 of the second modification, the light flux reflected in the + Y direction by the mirror 3 is incident on the beam splitter 31. ビームスプリッター31により−Z方向に反射されて第1光学系へ導かれた光束は、折り曲げミラー32により+Y方向に反射された後、少なくとも1つの減光フィルター33aを介して、偏光状態変更部17aに達する。 After the first light beam guided to the optical system, which is reflected in the + Y direction by the deflecting mirror 32 is reflected in the -Z direction by the beam splitter 31, via at least one dimming filter 33a, the polarization state changing unit 17a to reach. 一方、ビームスプリッター31を透過して第2光学系へ導かれた光束は、少なくとも1つの減光フィルター33bを介して、偏光状態変更部17bに達する。 On the other hand, the light beam guided to the second optical system passes through the beam splitter 31, via at least one dimming filter 33b, reaches the polarization state changing unit 17b. 偏光状態変更部17aおよび17bよりも後側(マイクロフライアイレンズ6側)の構成は、図2の実施形態または第1変形例と同じである。 Configuration of the polarization state changing unit 17a and after the 17b side (the micro fly's eye lens 6 side) is same as that of the embodiment or the first modification of FIG.

ここで、減光フィルター33aおよび減光フィルター33bが光路に対して挿脱可能に構成され、且つ特性の異なる他の減光フィルターと交換可能に構成されている。 Here, dimming filters 33a and dimming filter 33b is removably configured with respect to the optical path, have been and are interchangeably structure different other dimming filter characteristics. すなわち、減光フィルター33aは、第1光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段であって、第1光学系の光路中に配置されて第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度を変更するための第1光強度変更手段を構成している。 That is, the dimming filter 33a is at least one dimming means freely selectively inserted and removed from the optical path of the first optical system, the circle of the first region is disposed in the optical path of the first optical system constitute a first light intensity changing means for changing the light intensity of the light beam passing through the surface light source 40a of the shape. また、減光フィルター33bは、第2光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段であって、第2光学系の光路中に配置されて第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度を変更するための第2光強度変更手段を構成している。 Further, dimming filter 33b is selectively a removably a least one light reduction means with respect to the optical path of the second optical system, 4 of the second region is disposed in the optical path of the second optical system constitute a second light intensity changing means for changing the light intensity of the light beam passing through the surface light source 40b of the quadrupolar.

したがって、第2変形例では、ミラー3を傾動させるためのミラー駆動部4は不要である。 Thus, in the second modification, the mirror driving unit 4 for tilting the mirror 3 is not required. そして、たとえばビームスプリッター31における光量分割比を1:1に設定し、減光フィルター33aや減光フィルター33bを特性の異なる他の減光フィルターと交換したり、減光フィルター33aや減光フィルター33bを光路から退避させたりすることにより、図2の実施形態または第1変形例とは異なり、第1領域の円形状の面光源40aを通過する光束の光強度と第2領域の4極状の面光源40bを通過する光束の光強度とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。 Then, for example, the light intensity splitting ratio of the beam splitter 31 1: set to 1, the dimming filter 33a or replaced with other different dimming filter of the or dimming filter 33b properties, dimming filters 33a and dimming filter 33b the by or retracted from the optical path, different from the embodiment or the first modification of FIG. 2, the light intensity of the light beam passing through the circular surface light source 40a of the first region and the quadrupolar second region it is possible to perform control of changing the light intensity of a light beam passing through the surface light source 40b independently of each other.

上述の各実施形態または各変形例において、照度均一化手段としてのフライアイレンズ11に替えて、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)にほぼ均一な光強度分布を形成する回折光学素子を適用してもよい。 Applied in each of the embodiments or each modification example described above, in place of the fly's eye lens 11 as the illumination equalizing means, the diffractive optical element to form a substantially uniform light intensity distribution in its far field (or Fraunhofer diffraction region) it may be. ここで、この回折光学素子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)は、照度均一化手段としてのコンデンサーレンズ12の後側焦点位置またはその近傍にリレーされることになる。 Here, the far field of the diffraction optical element (or Fraunhofer diffraction region) will be relayed to the back focal point or near the after of the condenser lens 12 as illumination equalizing means.

また、上述の各実施形態または各変形例において、第1光学系(14a〜25a)および第2光学系(14b〜25b)中の回折光学素子20a(20b)からズームレンズ24a(24b)までの光学系を、たとえば特開2001−176766号公報に開示される照明光学装置の回折光学素子51からズームレンズ7までの光学系や、特開2001−85923号公報に開示される照明光学装置のマイクロレンズアレイ4からズームレンズ7までの光学系、特開2002−231619号公報に開示される回折光学素子4からズームレンズ7までの光学系、特開2003−178951号公報に開示される照明光学装置の回折光学素子4からズームレンズ7までの光学系、特開2003−178952号公報に開示される照明光学装置の Further, in each embodiment or each modification example described above, from the first optical system (14a~25a) and a second optical system (14b~25b) in the diffractive optical element 20a (20b) to the zoom lens 24a (24b) an optical system, for example, an optical system and from the diffractive optical element 51 to the zoom lens 7 of the illumination optical system disclosed in JP 2001-176766, micro illumination optical device disclosed in JP 2001-85923 lens optical system from the array 4 to the zoom lens 7, an optical system from the diffractive optical element 4, which is disclosed in JP 2002-231619 to the zoom lens 7, the illumination optical system disclosed in JP 2003-178951 the optical system from the diffractive optical element 4 until the zoom lens 7, the illumination optical apparatus disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-178952 度光束形成部2から変倍光学系4までの光学系などに置き換えることも可能である。 It can be replaced from time beam forming unit 2 such as an optical system to the variable magnification optical system 4.

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。 In accordance with the above-described embodiment the exposure apparatus, the illumination optical apparatus illuminates the mask (reticle) (lighting step), a pattern for transfer formed on the mask is exposed to the photosensitive substrate using a projection optical system (exposure step), it is possible to manufacture microdevices (semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices, thin-film magnetic heads, etc.). 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。 Hereinafter, by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the above embodiment, referring to the flowchart of FIG. 9 per example of a technique for obtaining a semiconductor device as a microdevice and it will be described.

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。 First, in step 301 of FIG. 9, the metal film is deposited on each wafer in one lot. 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。 In the next step 302, photoresist is applied onto the metal film on each wafer in the lot. 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。 Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of the above embodiment, the image of the pattern on the mask through the projection optical system, are sequentially exposed and transferred to each shot area on each wafer in the lot. 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。 Thereafter, in step 304, after development of the photoresist on the one lot of wafers is performed, in step 305, by etching the resist pattern on the wafer in the lot as a mask, the pattern on the mask corresponding circuit pattern is formed in each shot area on each wafer. 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。 Then, by further performing the formation of circuit patterns in upper layers, devices such as semiconductor devices are manufactured. 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。 According to the semiconductor device manufacturing method described above, it is possible to obtain the semiconductor devices with extremely fine circuit patterns at 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。 Further, in the exposure apparatus of the foregoing embodiment, by forming the plate predetermined pattern on a (glass substrate) (circuit pattern, electrode pattern, etc.), it is also possible to obtain a liquid crystal display device as a microdevice. 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。 Hereinafter, with reference to the flowchart of FIG. 10, it will be described an example of a method in this case. 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。 10, in the pattern forming step 401, to transfer the mask pattern is exposed onto a photosensitive substrate (resist glass substrate coated) using the exposure apparatus of the above embodiment, Tokoroiko lithography process is performed . 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。 This photolithography process, on the photosensitive substrate a predetermined pattern including a number of electrodes and others are formed. 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。 Thereafter, the exposed substrate is developed step by passing through an etching process, the steps such as a resist stripping step, a predetermined pattern is formed on the substrate, followed by 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。 Next, in the color filter forming step 402, R (Red), G (Green), B or sets of three dots corresponding to (Blue) are arrayed in a matrix, or R, G, 3 pieces of B forming a color filter of the stripes of the filter set are arranged in a plurality horizontal scanning line direction. 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。 After the color filter forming step 402, cell assembly step 403 is executed. 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。 In the cell assembly step 403 is to assemble a liquid crystal panel (liquid crystal cell), using the patterned substrate with the predetermined pattern obtained in step 401, and the color filter forming the color filter obtained in the 402.

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。 In the cell assembly step 403, for example, by injecting liquid crystal between the color filter obtained in the substrate and the color filter forming step 402 with the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401, a liquid crystal panel (liquid crystal cell ) to produce. 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。 Subsequent module assembly step 404, an electric circuit for display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell), by attaching the respective components such as a backlight to complete the liquid-crystal display device. 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。 According to the manufacturing method of the liquid crystal display device described above, it is possible to obtain a liquid crystal display device with extremely fine circuit patterns at 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F 2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 embodiment, KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) but, without being limited thereto, other suitable laser light source , for example, it is also possible to apply the present invention to such an F 2 laser light source for supplying laser light of wavelength 157 nm. 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。 Furthermore, in the embodiment described above, the exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus The present invention has been described as an example, the present invention is applied to a general illumination optical apparatus for illuminating an irradiated plane other than a mask and a wafer it is clear that it is possible to.

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。 Further, applied in the above embodiments, techniques filled with medium (typically a liquid) having a refractive index greater than 1.1 optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, a so-called immersion method it may be. 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 this case, as a method that meets the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate, and methods locally filled with the liquid as disclosed in International Publication No. WO99 / ​​99/49504, JP-A a stage holding a substrate to be exposed, as disclosed in 6-124873 discloses the technique of moving in a liquid tank, a predetermined depth on a stage as disclosed in JP-a-10-303114 the liquid bath is formed, it can be employed as method of holding the substrate therein.

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。 As the liquid, high permeability there as much as possible the refractive index with respect to the exposure light, it is preferable to use a material stable to the photoresist coated on the projection optical system and the substrate surface, for example a KrF excimer laser beam and ArF when the excimer laser light as the exposure light can be used pure water, deionized water as the liquid. また、露光光としてF 2レーザ光を用いる場合は、液体としてはF 2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。 In the case of using the F 2 laser beam as the exposure light, it may be used a fluorine-based liquid such as permeable as fluorine-based oil and perfluoropolyether an F 2 laser beam (PFPE) as a liquid.

本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。 The overall structure of the according to an embodiment the exposure apparatus of the present invention is a diagram schematically showing. 図1における制御ユニットの内部構成を概略的に示す図である。 It is a diagram schematically showing the internal structure of the control unit in FIG. マイクロフライアイレンズの後側焦点面またはその近傍に形成される5極状の二次光源を概略的に示す図である。 The secondary light source of the 5 quadrupole shape formed on or near the rear focal plane of the micro fly's eye lens is a diagram schematically showing. 二次光源を構成する4極状の面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。 Is a diagram illustrating the operation of the conical axicon system for surface light source of the quadrupole shape which constitute the secondary light source. 5極状の二次光源に対する円錐アキシコン系とズームレンズとの協働作用を説明する図である。 For 5 dipolar secondary light source is a diagram of explaining the cooperative action of the conical axicon system and the zoom lens. 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。 The internal configuration of the polarization monitor of Figure 1 is a perspective view schematically showing. 本実施形態の第1変形例にかかる制御ユニットの構成を概略的に示す図である。 The configuration of the control unit according to a first modification of the present embodiment is a view schematically showing. 本実施形態の第2変形例にかかる制御ユニットの要部構成を概略的に示す図である。 A main configuration of the control unit to a second modification of the present embodiment is a view schematically showing. 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フローチャートである。 It is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a microdevice. マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。 It is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a microdevice.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 光源5,50,51 制御ユニット6 マイクロフライアイレンズ(フライアイレンズ) 1 light source 5,50,51 control unit 6 micro fly's eye lens (fly's eye lens)
7 偏光モニター7a ビームスプリッター8 コンデンサー光学系9 マスクブラインド10 結像光学系11 フライアイレンズ13 直角プリズム(分割素子) 7 polarization monitor 7a beam splitter 8 condenser optical system 9 mask blind 10 imaging optical system 11 fly's eye lens 13 rectangular prism (splitting element)
17 偏光状態変更部19 検出器20 回折光学素子(光束変換素子) 17 the polarization state changing section 19 detector 20 diffractive optical element (beam transforming element)
21 アフォーカルレンズ23 円錐アキシコン系24 ズームレンズ26 集光光学系M マスクPL 投影光学系W ウェハ 21 afocal lens 23 conical axicon system 24 zoom lens 26 condensing optical system M mask PL projection optical system W wafer

Claims (25)

  1. 光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、 In the illumination optical apparatus for illuminating a surface to be illuminated with a light beam from a light source,
    照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、 An illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having light intensity located in the first region on the illumination pupil plane distribution and the light intensity distribution located in the second region,
    前記第1領域の形状と前記第2領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、前記第1領域を通過する光束の偏光状態と前記第2領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。 Independently of one another and control for changing the shape of the shape and the second region of the first region independently of each other, a polarization state of the light beam passing through the second region and the polarization state of the light beam passing through the first region the illumination optical apparatus characterized by comprising an illumination pupil control means for performing control to change.
  2. 前記光源からの光束を分割するための分割素子と、 A dividing element for dividing the light beam from said light source,
    前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の前記第1領域へ導くための第1光学系と、 A first optical system for guiding one of the light beams split through the splitting device to said first region on the illumination pupil plane,
    前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の前記第2領域へ導くための第2光学系とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。 In that it comprises a second optical system for guiding to the second region on the illumination pupil plane along a different optical path than the other light beam to the first optical system which is divided via the dividing element the illumination optical apparatus according to claim 1, wherein.
  3. 前記光源と前記分割素子との間の光路中に配置されて、前記分割素子の近傍での照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段を備えていることを特徴とする請求項2に記載の照明光学装置。 Is disposed in an optical path between the light source and the splitting element, to claim 2, characterized in that it comprises a substantially uniform for illuminance uniformizing means for the illuminance distribution in the vicinity of the dividing element the illumination optical apparatus according.
  4. 前記分割素子は、前記光源からの光束を波面分割して前記第1光学系および前記第2光学系へ導くことを特徴とする請求項2または3に記載の照明光学装置。 The dividing element, illumination optical apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that directing the light beam from the light source to wavefront division to the first optical system and the second optical system.
  5. 前記照明瞳形成手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子と、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子と、前記第1光束変換素子からの光束および前記第2光束変換素子からの光束に基づいて前記照明瞳面に前記照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータとを有することを特徴とする請求項2乃至4に記載の照明光学装置。 The illumination pupil forming means includes a first light beam conversion element for converting the light flux corresponding light beam incident disposed in an optical path of the first optical system in the first region, the optical path of the second optical system based the light beam incident thereon is disposed in the second light flux conversion element for converting the light beam corresponding to the second region, the light beam from the light beam and the second light flux conversion element from the first light beam conversion element the illumination optical apparatus according to claim 2 to 4, characterized in that it has a optical integrator for forming said illumination pupil distribution on the illumination pupil plane Te.
  6. 前記照明瞳制御手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて前記第1領域の形状を変更するための第1形状変更手段と、前記第2光学系の光路中に配置されて前記第2領域の形状を変更するための第2形状変更手段とを有することを特徴とする請求項2乃至5に記載の照明光学装置。 The illumination pupil control means, wherein the first optical system first shape changing means for being disposed in the optical path to change the shape of the first region of, are arranged in the optical path of the second optical system the illumination optical apparatus according to claim 2 to 5, characterized in that a second shape changing means for changing the shape of the second region.
  7. 前記第1形状変更手段は、前記第1光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第1アキシコン系を有し、 Wherein the first shape changing means comprises a first axicon system disposed in an optical path between the first light flux conversion element optical integrator,
    前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2アキシコン系を有し、 It said second shape changing means comprises a second axicon system disposed in an optical path between the second light flux conversion element optical integrator,
    前記第1アキシコン系および前記第2アキシコン系は、凹状断面の屈折面を有する第1プリズムと、該第1プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第2プリズムとをそれぞれ有し、前記第1プリズムと前記第2プリズムとの間隔は可変に構成されていることを特徴とする請求項6に記載の照明光学装置。 It said first axicon system and the second axicon system, the refractive surface of the first prism and, almost complementarily formed convex cross section and a refractive surface of the concave section of said first prism having a refracting surface of the concave section and a second prism having a respective illumination optical apparatus according to claim 6 distance between the first prism and the second prism, characterized in that is configured to variably.
  8. 前記第1形状変更手段は、前記第1光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第1変倍光学系を有し、 Wherein the first shape changing unit includes a first variable magnification optical system disposed in an optical path between the first light beam conversion element and the optical integrator,
    前記第2形状変更手段は、前記第2光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第2変倍光学系を有することを特徴とする請求項7に記載の照明光学装置。 It said second shape changing means, the illumination optical apparatus according to claim 7, characterized in that it comprises a second variable magnification optical system disposed in an optical path between the second light flux conversion element and the optical integrator .
  9. 前記照明瞳制御手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて前記第1領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第1偏光状態変更手段と、前記第2光学系の光路中に配置されて前記第2領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第2偏光状態変更手段とを有することを特徴とする請求項2乃至8のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The illumination pupil control means includes a first polarization state changing means for changing the polarization state of the light beam of the first is arranged in the optical path of the optical system passes through the first region, the optical path of the second optical system illumination optics according to any one of claims 2 to 8 are arranged in and having a second polarization state changing means for changing the polarization state of the light beam passing through the second region apparatus.
  10. 前記第1偏光状態変更手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材を有し、 Wherein the first polarization state changing means includes a first phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident disposed in an optical path of said first optical system,
    前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材を有することを特徴とする請求項9に記載の照明光学装置。 Said second polarization state changing means, according to claim, characterized in that it comprises a second phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident disposed in an optical path of said second optical system the illumination optical device according to 9.
  11. 前記第1偏光状態変更手段は、前記第1光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子を有し、 Wherein the first polarization state changing means, wherein is configured to detachably with respect to the first optical system optical path includes a first depolarizer for unpolarized, if necessary the incident light,
    前記第2偏光状態変更手段は、前記第2光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子を有することを特徴とする請求項9または10に記載の照明光学装置。 Said second polarization state changing means is configured to detachably with respect to the optical path of the second optical system, to have a second depolarizer for unpolarized, if necessary incident light the illumination optical apparatus according to claim 9 or 10, characterized.
  12. 前記照明瞳形成手段は、前記第1光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子と、前記第2光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子とを備え、 The illumination pupil forming means includes a first light beam conversion element for converting the light flux corresponding light beam incident disposed in an optical path of the first optical system in the first region, the optical path of the second optical system the light beam incident thereon is disposed in a second light flux conversion element for converting the light beam corresponding to the second region,
    前記第1偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第1位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第1偏光解消素子とを備え、 Wherein the first polarization state changing means includes a first phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident disposed in an optical path between said splitting element the first light flux conversion element , and a first depolarizer for unpolarized, if necessary a removably disposed in the light incident on the optical path between the splitter and the first light flux conversion element,
    前記第2偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第2光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第2位相部材と、前記分割素子と前記第1光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第2偏光解消素子とを備えていることを特徴とする請求項9乃至11に記載の照明光学装置。 Said second polarization state changing means includes a second phase member for changing if necessary the polarization direction of linearly polarized light incident disposed in an optical path between said splitting device the second light flux conversion element , and a second depolarizer for unpolarized, if necessary light entering the being removably disposed in the optical path between the splitter and the first light flux conversion element the illumination optical apparatus according to claim 9 or 11, characterized in that.
  13. 前記照明瞳制御手段は、前記第1領域を通過する光束の光強度を変更するための第1光強度変更手段と、前記第2領域を通過する光束の光強度を変更するための第2光強度変更手段とを有することを特徴とする請求項2乃至12のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The illumination pupil control means, wherein a first light intensity changing means for changing the light intensity of a light beam passing through the first region, the second light for changing the light intensity of the light beam passing through the second region the illumination optical apparatus according to any one of claims 2 to 12, characterized in that it has a strength changing means.
  14. 前記第1光強度変更手段は前記第1光学系の光路中に配置され、前記第2光強度変更手段は前記第2光学系の光路中に配置されていることを特徴とする請求項13に記載の照明光学装置。 Said first light intensity changing means is disposed in the optical path of the first optical system, in claim 13, wherein the second light intensity changing means is characterized by being disposed in the optical path of the second optical system the illumination optical apparatus according.
  15. 前記第1光強度変更手段は前記第1光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段を有し、前記第2光強度変更手段は前記第2光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも1つの減光手段を有することを特徴とする請求項14に記載の照明光学装置。 The first light intensity changing means includes at least one light-attenuating means freely selectively inserted and removed from the optical path of the first optical system, the second light intensity changing means optical path of said second optical system the illumination optical apparatus according to claim 14, wherein the selectively having at least one light-attenuating means for detachably against.
  16. 前記第1光束変換素子および前記第2光束変換素子は光路に対してそれぞれ交換可能に構成されていることを特徴とする請求項3乃至15のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The illumination optical apparatus according to any one of claims 3 to 15 wherein the first light flux conversion element and the second light flux conversion element is characterized in that it is replaceably configured respectively with respect to the optical path.
  17. 前記第1領域は前記照明瞳面上において光軸を含む領域であり、前記第2領域は前記照明瞳面上において前記光軸から離れた領域であることを特徴とする請求項1乃至16のいずれか1項に記載の照明光学装置。 Wherein the first region is a region including the optical axis on the illumination pupil plane, the second region of the claims 1 to 16, characterized in that a region remote from the optical axis on the illumination pupil plane the illumination optical apparatus according to any one.
  18. 前記第2領域は輪帯状または複数極状であることを特徴とする請求項17に記載の照明光学装置。 The illumination optical apparatus according to claim 17, wherein the second region is the annular or more polar shape.
  19. 前記オプティカルインテグレータからの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項3乃至18のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The illumination optical apparatus according to any one of claims 3 to 18, characterized in that it further comprises a guiding optical system for guiding the light beam from the optical integrator to said surface to be illuminated.
  20. 光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、 In the illumination optical apparatus for illuminating a surface to be illuminated with a light beam from a light source,
    照明瞳面上の第1領域に位置する光強度分布と第2領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、 An illumination pupil forming means for forming an illumination pupil distribution having light intensity located in the first region on the illumination pupil plane distribution and the light intensity distribution located in the second region,
    前記照明瞳形成手段は、 The illumination pupil forming means,
    前記光源と前記照明瞳面との間の光路中に配置された分割素子と、 A dividing element arranged in an optical path between the light source and the illumination pupil plane,
    前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の第1領域へ導くための第1光学系と、 A first optical system for guiding one of the light beams split through the splitting device into a first region on the illumination pupil plane,
    前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第1光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第2領域へ導くための第2光学系と、 A second optical system for guiding the second region on the illumination pupil plane along a different optical path than the other light beam to the first optical system which is divided via the dividing elements,
    前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第1光学系の光軸と前記第2光学系の光軸とを合成するための合成素子とを備え、 Wherein the dividing element is arranged in the optical path between the illumination pupil plane, and a combining element for combining the optical axis of the second optical system and the optical axis of the first optical system,
    前記第1光学系は、入射する光束を前記第1領域に対応する光束に変換するための第1光束変換素子を備え、 The first optical system includes a first light beam conversion element for converting the light beam incident on the light flux corresponding to the first region,
    前記第2光学系は、入射する光束を前記第2領域に対応する光束に変換するための第2光束変換素子を備えていることを特徴とする照明光学装置。 Said second optical system, illumination optical apparatus, characterized by comprising a second light beam conversion element for converting the light beam incident on the light flux corresponding to the second region.
  21. 前記照明瞳形成手段は、前記分割素子を介して分割された光束を前記第1光学系および前記第2光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第3領域へ導くための第3光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項2乃至20のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The illumination pupil forming means, first for guiding the light beam split through the splitting device into a third region on the illumination pupil plane along a different optical path from the first optical system and the second optical system 3 illumination optical apparatus according to any one of claims 2 to 20, characterized in that it further comprises an optical system.
  22. マスクを照明するための請求項1乃至21のいずれか1項に記載の照明光学装置を備え、前記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装置。 An illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 21 for illuminating a mask, the exposure apparatus characterized by exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate.
  23. 前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、 Further comprising a projection optical system for forming an image of the pattern of the mask on the photosensitive substrate,
    前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることを特徴とする請求項22に記載の露光装置。 A pupil plane of the illumination optical apparatus, exposure apparatus according to claim 22, characterized in that it is positioned substantially conjugate with the pupil position of the projection optical system.
  24. 請求項1乃至21のいずれか1項に記載の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、 An illumination step of illuminating a mask using an illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 21,
    前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。 Exposure method comprising an exposure step of exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate.
  25. 前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、 The exposure step includes a projection step of forming an image of the pattern of the mask onto the photosensitive substrate using a projection optical system,
    前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることを特徴とする請求項24に記載の露光方法。 A pupil plane of the illumination optical apparatus, exposure method according to claim 24, characterized in that it is positioned substantially conjugate with the pupil position of the projection optical system.
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