JP2007048871A - Illuminating optical device, exposure device and manufacturing method for micro-device - Google Patents

Illuminating optical device, exposure device and manufacturing method for micro-device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminating optical device capable of partially correcting the polarized state of an illuminating light. <P>SOLUTION: The illuminating optical device illuminates a surface M to be irradiated by the illuminating light emitted from a light source 1. The illuminating optical device has a correction member 88 partially correcting the polarized state of the illuminating light by imparting a specified stress. In the illuminating optical device, the correction member 88 is arranged in a place where an illuminating pupil is formed in an optical path from the light source 1 to the surface to be irradiated M, or a section near the place. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体素子、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工程で製造するための露光装置に用いられる照明光学装置、該照明光学装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。   The present invention relates to an illumination optical apparatus used in an exposure apparatus for manufacturing a microdevice such as a semiconductor element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head in a lithography process, an exposure apparatus including the illumination optical apparatus, and the exposure apparatus. The present invention relates to a method for manufacturing a microdevice.

従来、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(またはマイクロレンズアレイなど)を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源(一般には、照明光学装置の照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布)からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサレンズに入射する。   Conventionally, in an exposure apparatus, a light beam emitted from a light source forms a secondary light source as a substantial surface light source composed of a large number of light sources through a fly-eye lens (or a microlens array, etc.) as an optical integrator. To do. The light flux from the secondary light source (generally, the illumination pupil distribution formed in or near the illumination pupil of the illumination optical device) is limited through an aperture stop disposed in the vicinity of the rear focal plane of the fly-eye lens. Then, it enters the condenser lens.

コンデンサレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウエハ上に結像する。こうして、ウエハ上には、マスクパターンが投影露光(転写)される。ここで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エハ上に正確に転写するにはウエハ上において所定の偏光状態による均一な照度分布を得ることが不可欠である。なお、任意方向の微細パターンを高精度に転写するのに適した照明条件を実現するために、光束を周方向偏光状態に変換する光学素子を備える照明光学装置が存在する(特許文献1参照)。   The light beam condensed by the condenser lens illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner. The light transmitted through the mask pattern forms an image on the wafer via the projection optical system. Thus, the mask pattern is projected and exposed (transferred) on the wafer. Here, the pattern formed on the mask is highly integrated. In order to accurately transfer the fine pattern onto the wafer, it is indispensable to obtain a uniform illuminance distribution according to a predetermined polarization state on the wafer. In order to realize illumination conditions suitable for transferring a fine pattern in an arbitrary direction with high accuracy, there is an illumination optical device including an optical element that converts a light beam into a circumferential polarization state (see Patent Document 1). .

WO2005/050718WO2005 / 050718

ところで任意方向の微細パターンを高精度に転写するためには、感光性基板上における光束の偏光状態が正確な周方向偏光状態である必要が有るが、光束が感光性基板に到達するまでの過程において、光学部材を透過することにより偏光状態が部分的に変化し正確な周方向偏光状態を保つことができない場合があった。   By the way, in order to transfer a fine pattern in an arbitrary direction with high accuracy, the polarization state of the light beam on the photosensitive substrate needs to be an accurate circumferential polarization state, but the process until the light beam reaches the photosensitive substrate. However, in some cases, the polarization state is partially changed by passing through the optical member, and the accurate circumferential polarization state cannot be maintained.

この発明の課題は、照明光の偏光状態を局所的に補正することができる照明光学装置、該照明光学装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an illumination optical apparatus capable of locally correcting the polarization state of illumination light, an exposure apparatus provided with the illumination optical apparatus, and a method of manufacturing a micro device using the exposure apparatus. is there.

この発明の照明光学装置は、光源から射出された照明光により被照射面を照明する照明光学装置において、所定の応力を付与することにより前記照明光の偏光状態を局所的に補正する補正部材を備え、前記補正部材は、前記光源から前記被照射面までの光路中の照明瞳が形成される位置またはその近傍に配置されることを特徴とする。   The illumination optical device according to the present invention includes a correction member that locally corrects the polarization state of the illumination light by applying a predetermined stress in the illumination optical device that illuminates the irradiated surface with the illumination light emitted from the light source. The correction member is arranged at or near a position where an illumination pupil is formed in an optical path from the light source to the irradiated surface.

この発明の照明光学装置によれば、補正部材により効果的に照明光の偏光状態を局所的に補正することができる。   According to the illumination optical apparatus of the present invention, the polarization state of the illumination light can be locally corrected effectively by the correction member.

この発明の露光装置は、光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、この発明の照明光学装置を備えることを特徴とする。   The exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus for exposing a predetermined pattern illuminated by illumination light emitted from a light source onto a photosensitive substrate via a projection optical system, and includes the illumination optical apparatus of the present invention. And

この発明の露光装置によれば、照明光学装置の補正部材により効果的に照明光の偏光状態を局所的に補正することができるため、任意方向の微細パターンを感光性基板上に高精度に転写することができる。   According to the exposure apparatus of the present invention, since the polarization state of the illumination light can be locally corrected effectively by the correction member of the illumination optical apparatus, a fine pattern in an arbitrary direction can be transferred onto the photosensitive substrate with high accuracy. can do.

この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、を含むことを特徴とする。   The microdevice manufacturing method of the present invention includes an exposure step of exposing a predetermined pattern onto a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present invention, and a development step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step. , Including.

この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、任意方向の微細パターンを有するマイクロデバイスを良好に製造することができる。   According to the microdevice manufacturing method of the present invention, a microdevice having a fine pattern in an arbitrary direction can be manufactured satisfactorily.

この発明の照明光学装置によれば、補正部材により効果的に照明光の偏光状態を局所的に補正することができる。   According to the illumination optical apparatus of the present invention, the polarization state of the illumination light can be locally corrected effectively by the correction member.

また、この発明の露光装置によれば、照明光学装置の補正部材により効果的に照明光の偏光状態を局所的に補正することができるため、任意方向の微細パターンを感光性基板上に高精度に転写することができる。   Further, according to the exposure apparatus of the present invention, the polarization state of the illumination light can be locally corrected effectively by the correction member of the illumination optical apparatus, so that a fine pattern in any direction can be highly accurately formed on the photosensitive substrate. Can be transferred to.

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、任意方向の微細パターンを有するマイクロデバイスを良好に製造することができる。   In addition, according to the microdevice manufacturing method of the present invention, a microdevice having a fine pattern in an arbitrary direction can be manufactured satisfactorily.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図1は、この実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図1中に示すXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。XYZ直交座標系は、X軸及びY軸がウエハWに対して平行となるように設定され、Z軸がウエハWに対して直交する方向に設定されている。また、この実施の形態にかかる照明光学装置は、輪帯照明を行うように構成されている。   An exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus according to this embodiment. In the following description, the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Y axis are parallel to the wafer W, and the Z axis is set in a direction orthogonal to the wafer W. In addition, the illumination optical apparatus according to this embodiment is configured to perform annular illumination.

この実施の形態にかかる露光装置は、図1に示すように、露光光(照明光)を供給するためのレーザ光源(光源部)1として、例えば波長が約193nmの光を供給するArFエキシマレーザ光源または波長が約248nmの光を供給するKrFエキシマレーザ光源を備えている。即ち、光源1は、偏光度0.95以上の光を供給するための狭帯化エキシマレーザ光源であり、その射出光束の95%以上が一方向に沿って振動方向を有する直線偏光である。   As shown in FIG. 1, an exposure apparatus according to this embodiment is an ArF excimer laser that supplies light having a wavelength of about 193 nm, for example, as a laser light source (light source unit) 1 for supplying exposure light (illumination light). A light source or a KrF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of about 248 nm is provided. That is, the light source 1 is a narrow-band excimer laser light source for supplying light having a polarization degree of 0.95 or more, and 95% or more of the emitted light beam is linearly polarized light having a vibration direction along one direction.

偏光度Vは、次の式(a)により表わされる。式(a)において、Sは全強度を、Sは水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度を、Sは45度直線偏光強度マイナス135度直線偏光強度を、Sは右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度をそれぞれ表わしている。ここで、S〜Sはストークスパラメーターと呼ばれる。
V=(S +S +S 1/2/S (a)
レーザ光源1からZ方向に沿って射出された略平行な光束は、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及び2bからなるビームエキスパンダ2に入射する。各レンズ2a及び2bは、図1のYZ平面内において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ2に入射した光束は、図1のYZ平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。
The degree of polarization V is expressed by the following equation (a). In equation (a), S 0 is the total intensity, S 1 is the horizontal linear polarization intensity minus the vertical linear polarization intensity, S 2 is the 45 degree linear polarization intensity minus the 135 degree linear polarization intensity, and S 3 is the clockwise circular polarization. Intensity minus left-handed circularly polarized light intensity, respectively. Here, S 0 to S 3 are called Stokes parameters.
V = (S 1 2 + S 2 2 + S 3 2 ) 1/2 / S 0 (a)
A substantially parallel light beam emitted from the laser light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section extending along the X direction, and is incident on a beam expander 2 including a pair of lenses 2a and 2b. Each lens 2a and 2b has a negative refractive power and a positive refractive power in the YZ plane of FIG. Therefore, the light beam incident on the beam expander 2 is enlarged in the YZ plane of FIG. 1 and 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2を介した平行な光束は、折り曲げミラー3により反射されY方向に偏向された後、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に、かつ光軸AXから挿脱可能に構成されている1/4波長板(偏光調整部材)11に入射する。ここで、1/4波長板11は、水晶により形成された平行平板であり楕円偏光の光が入射した場合において、入射する楕円偏光の特性に応じてその1/4波長板11の結晶光学軸を設定することにより、楕円偏光の入射光を直線偏光の光に変換する機能を有する。   The parallel light beam that has passed through the beam expander 2 as the shaping optical system is reflected by the bending mirror 3 and deflected in the Y direction, and then the crystal optical axis is rotatable about the optical axis AX and from the optical axis AX. The light is incident on a quarter-wave plate (polarization adjusting member) 11 configured to be detachable. Here, the quarter-wave plate 11 is a parallel plate formed of quartz, and when elliptically polarized light enters, the crystal optical axis of the quarter-wave plate 11 according to the characteristics of the incident elliptically polarized light. Is set to convert elliptically polarized incident light into linearly polarized light.

即ち、レーザ光源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、レーザ光源1は略直線偏光の光を射出する。通常、レーザ光源1と1/4波長板11との間の光路中には裏面反射鏡としての複数個の直角プリズム(図示せず)が配置されている。一般的に、裏面反射鏡としての直角プリズムに入射する直線偏光の光が直角プリズムの入射面に対してP偏光またはS偏光に一致していない場合、直角プリズムでの全反射により直線偏光から楕円偏光に変化する。従って、例えば直角プリズムを介することにより入射光が直線偏光から楕円偏光に変化した場合においても、1/4波長板11に入射する楕円偏光の特性に応じて1/4波長板11の結晶光学軸を設定することにより、入射光を楕円偏光から直線偏光に変化させることができる。   That is, when a KrF excimer laser light source or an ArF excimer laser light source is used as the laser light source 1, the laser light source 1 emits substantially linearly polarized light. Usually, in the optical path between the laser light source 1 and the quarter-wave plate 11, a plurality of right-angle prisms (not shown) are arranged as back reflectors. In general, when linearly polarized light incident on a right-angle prism as a back surface reflecting mirror does not coincide with P-polarized light or S-polarized light with respect to the incident surface of the right-angle prism, the linearly polarized light becomes elliptical due to total reflection at the right-angle prism. Change to polarized light. Therefore, for example, even when incident light changes from linearly polarized light to elliptically polarized light through a right-angle prism, the crystal optical axis of the quarter wavelength plate 11 depends on the characteristics of the elliptically polarized light incident on the quarter wavelength plate 11. Is set, the incident light can be changed from elliptically polarized light to linearly polarized light.

1/4波長板11を通過した光束は、1/2波長板(偏光調整部材)10及びデポラライザ(非偏光化素子)20を通過する。図2は、1/2波長板10及びデポラライザ20の概略構成を示す図である。図2に示すように、1/2波長板10は、水晶により形成された平行平板であり、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いる。また、デポラライザ20は、くさび形状の水晶プリズム20aと、この水晶プリズム20aと相補的な形状を有するくさび形状の石英プリズム20bにより構成されている。水晶プリズム20aと石英プリズム20b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 light beam that has passed through the quarter-wave plate 11 passes through the half-wave plate (polarization adjusting member) 10 and the depolarizer (non-polarization element) 20. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the half-wave plate 10 and the depolarizer 20. As shown in FIG. 2, the half-wave plate 10 is a parallel plate formed of quartz, and the crystal optical axis is configured to be rotatable about the optical axis AX. The depolarizer 20 includes a wedge-shaped quartz prism 20a and a wedge-shaped quartz prism 20b having a complementary shape to the quartz prism 20a. The quartz prism 20a and the quartz prism 20b are configured to be detachable with respect to the illumination optical path as an integral prism assembly.

1/2波長板10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10に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、1/2波長板10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10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。なお、水晶プリズム20a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20a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。   When the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set to make an angle of 0 degree or 90 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the linearly polarized light incident on the half-wave plate 10 Passes through without changing the plane of polarization. In addition, when the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set to form an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the linearly polarized light incident on the half-wave plate 10 is It is converted into linearly polarized light whose polarization plane has changed by 90 degrees. When the crystal optical axis of the quartz prism 20a is set to make an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the linearly polarized light incident on the quartz prism 20a is light in an unpolarized state. Converted to non-polarized light.

この実施の形態においては、デポラライザ20が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズム20aの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズム20a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20aに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、1/2波長板10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10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。   In this embodiment, when the depolarizer 20 is positioned in the illumination optical path, the crystal optical axis of the crystal prism 20a is configured to form an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of linearly polarized light that is incident. Incidentally, when the crystal optical axis of the crystal prism 20a is set to make an angle of 0 degrees or 90 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the plane of polarization of the linearly polarized light incident on the crystal prism 20a has a polarization plane. Pass through without change. Further, when the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set to make an angle of 22.5 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light that is incident, The light is converted into non-polarized light including a linearly polarized light component that passes through without changing its polarization plane and a linearly polarized light component whose polarization plane changes by 90 degrees.

この実施の形態においては、上述したように、直線偏光の光が1/2波長板10に入射する。デポラライザ20を照明光路中に位置決めした場合、1/2波長板10の結晶光学軸を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すると、1/2波長板10に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなく通過して水晶プリズム20aに入射する。水晶プリズム20aの結晶光学軸は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ているので、水晶プリズム20aに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換される。   In this embodiment, as described above, linearly polarized light is incident on the half-wave plate 10. When the depolarizer 20 is positioned in the illumination optical path, if the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set to make an angle of 0 degrees or 90 degrees with respect to the polarization plane of the linearly polarized light that is incident, the half-wavelength The linearly polarized light incident on the plate 10 passes through the polarization plane without change and enters the quartz prism 20a. Since the crystal optical axis of the crystal prism 20a is set to make an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light that is incident, the linearly polarized light incident on the crystal prism 20a is converted into light that is not polarized. Is done.

一方、1/2波長板10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すると、1/2波長板10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なって水晶プリズム20aに入射する。水晶プリズム20aの結晶光学軸は入射する直線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20aに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換される。水晶プリズム20a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20bを通過する。   On the other hand, if the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set to make an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the light of the linearly polarized light incident on the half-wave plate 10 is polarized. Becomes linearly polarized light that changes by 90 degrees and enters the crystal prism 20a. Since the crystal optical axis of the quartz prism 20a is set to make an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light that is incident, the linearly polarized light incident on the quartz prism 20a is converted into unpolarized light. Converted. The light depolarized through the quartz prism 20a passes through the quartz prism 20b as a compensator for compensating the traveling direction of the light.

これに対し、デポラライザ20を照明光路から退避させた場合、1/2波長板10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すると、1/2波長板10に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなく通過する。一方、1/2波長板10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すると、1/2波長板10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なる。   On the other hand, when the depolarizer 20 is retracted from the illumination optical path, if the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set to make an angle of 0 degrees or 90 degrees with respect to the polarization plane of the linearly polarized light, Linearly polarized light incident on the half-wave plate 10 passes through without changing the plane of polarization. On the other hand, if the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set to make an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the light of the linearly polarized light incident on the half-wave plate 10 is polarized. Becomes linearly polarized light which is changed by 90 degrees.

以上のように、この実施の形態では、デポラライザ20を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光に変換することができる。また、デポラライザ20を照明光路から退避させ且つ1/2波長板10の結晶光学軸を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することにより、その直線偏光状態が変化することなく光は進行する。さらに、デポラライザ20を照明光路から退避させ且つ1/2波長板10の結晶光学軸を入射する直線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、偏光面が90度変化した直線偏光状態の光に変換することができる。   As described above, in this embodiment, the depolarizer 20 can be converted into non-polarized light by inserting and positioning the depolarizer 20 in the illumination optical path. In addition, the depolarizer 20 is retracted from the illumination optical path and the crystal optical axis of the half-wave plate 10 is set so as to form an angle of 0 degree or 90 degrees with respect to the polarization plane of the linearly polarized light incident thereon. The light travels without changing the polarization state. Further, the polarization plane is changed by 90 degrees by retracting the depolarizer 20 from the illumination optical path and setting the crystal optical axis of the half-wave plate 10 to be 45 degrees with respect to the polarization plane of the linearly polarized light incident thereon. It can be converted into light in a linearly polarized state.

即ち、デポラライザ20を照明光路から退避させ且つ1/2波長板10の結晶光学軸を入射する直線偏光の偏光面に対して0度または90度、もしくは45度の角度をなすように設定することにより、照明光全体を所望の方向に偏光方向を有する光に変換することができ、照明光全体の偏光状態を調整することができる。   That is, the depolarizer 20 is retracted from the illumination optical path and set to have an angle of 0 degree, 90 degrees, or 45 degrees with respect to the polarization plane of the linearly polarized light incident on the crystal optical axis of the half-wave plate 10. Thus, the entire illumination light can be converted into light having a polarization direction in a desired direction, and the polarization state of the entire illumination light can be adjusted.

デポラライザ20を通過した光束は、回折光学素子(設定手段)4aに入射する。一般に、回折光学素子(DOE)は、ガラス基板に露光光(照明光)の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子4a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回折領域)に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子4aを介した光束は、後述するアフォーカルレンズ85(ひいては照明光学装置)の照明瞳または該照明瞳の近傍に輪帯状の光強度分布、すなわち輪帯状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子4aは、照明光路から退避可能に構成されている。   The light beam that has passed through the depolarizer 20 enters the diffractive optical element (setting means) 4a. In general, a diffractive optical element (DOE) is formed by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a glass substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. Specifically, the diffractive optical element 4a has a function of forming an annular light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Therefore, the light beam passing through the diffractive optical element 4a is a light beam having an annular light intensity distribution, that is, a light beam having an annular cross section in the vicinity of the illumination pupil of the afocal lens 85 (and thus the illumination optical device) to be described later. Form. The diffractive optical element 4a is configured to be retractable from the illumination optical path.

回折光学素子4aを通過した光束は、アフォーカルレンズ(リレー光学系)85に入射する。アフォーカルレンズ85は、その前側焦点位置と回折光学素子4a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86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。したがって、回折光学素子4aに入射した略平行な光束は、アフォーカルレンズ85の照明瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、略平行な光束となってアフォーカルレンズ85から射出される。   The light beam that has passed through the diffractive optical element 4 a enters an afocal lens (relay optical system) 85. The afocal lens 85 is set so that the front focal position of the afocal lens 85 and the position of the diffractive optical element 4a substantially coincide with each other, and the rear focal position thereof substantially coincides with the position of the predetermined surface 86 indicated by a broken line in the drawing. System (non-focal optical system). Therefore, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 4 a forms an annular light intensity distribution on the illumination pupil plane of the afocal lens 85, and then emerges from the afocal lens 85 as a substantially parallel light beam. .

なお、アフォーカルレンズ85の前側レンズ群85aと後側レンズ群85bとの間の光路中において照明瞳またはその近傍には、光源側から順に、偏光局所補正部材88、偏光変換素子(偏光変換部材)89及び円錐アキシコン系(設定手段)87が配置されている。1/2波長板10及びデポラライザ20を介することにより、直線偏光状態(または非偏光状態)の光に変換された光束は、アフォーカルレンズ85の前側レンズ群85aを通過し偏光局所補正部材88に入射する。   In the optical path between the front lens group 85a and the rear lens group 85b of the afocal lens 85, the polarization local correction member 88 and the polarization conversion element (polarization conversion member) are arranged in order from the light source side on or near the illumination pupil. ) 89 and a conical axicon system (setting means) 87 are arranged. The light beam that has been converted into light in the linearly polarized state (or unpolarized state) through the half-wave plate 10 and the depolarizer 20 passes through the front lens group 85a of the afocal lens 85 and reaches the polarization local correction member 88. Incident.

図3に示すように、偏光局所補正部材88は、平行平板形状を有する結晶材料である蛍石(フッ化カルシウム)により形成されている。また、偏光局所補正部材88に対して所定の方向(光軸AXに対して垂直な方向)から応力を付与する応力付与機構(第1応力付与手段)50が設けられている。応力付与機構50は、偏光局所補正部材88に対して、所定の結晶軸方向に局所的に応力を付与する押圧機構または引張機構を備えて構成されている。応力付与機構50により、蛍石により形成され所定の厚さを有する平行平板に所定の応力を局所的に付与した場合には、蛍石により形成され平行平板には、局所的な位相差が生じ、蛍石により形成され平行平板は、照明光の偏光状態を局所的に補正する補正部材として機能する。なお、図3に示す矢印は、偏光局所補正部材88に応力付与機構50から付与される応力を示し、矢印の長さは応力の大きさを示す。   As shown in FIG. 3, the polarization local correction member 88 is made of fluorite (calcium fluoride) which is a crystal material having a parallel plate shape. Further, a stress applying mechanism (first stress applying means) 50 that applies stress to the polarization local correction member 88 from a predetermined direction (direction perpendicular to the optical axis AX) is provided. The stress applying mechanism 50 is configured to include a pressing mechanism or a pulling mechanism that locally applies stress to the polarization local correction member 88 in a predetermined crystal axis direction. When a predetermined stress is locally applied to a parallel plate formed of fluorite and having a predetermined thickness by the stress applying mechanism 50, a local phase difference is generated in the parallel plate formed of fluorite. The parallel plate formed of fluorite functions as a correction member that locally corrects the polarization state of the illumination light. 3 indicates the stress applied from the stress applying mechanism 50 to the polarization local correction member 88, and the length of the arrow indicates the magnitude of the stress.

なお、図4は、蛍石の結晶軸について説明するための図である。図4に示すように、蛍石の結晶軸は、立方晶系の結晶軸a(図中細線矢印で示す)に基づいて規定される。即ち、結晶軸+aに沿って結晶軸[100]、結晶軸+aに沿って結晶軸[010]、結晶軸+aに沿って結晶軸[001]がそれぞれ規定される(図中太線矢印で示す)。また、a平面において結晶軸[100]及び結晶軸[001]と45度をなす結晶軸[101]、a平面において結晶軸[100]及び結晶軸[010]と45度をなす方向に結晶軸[110]、a平面において結晶軸[010]及び結晶軸[001]と45度をなす方向に結晶軸[011]がそれぞれ規定される(図中破線矢印で示す)。更に、結晶軸aの+方向、且つ結晶軸[100]、結晶軸[010]及び結晶軸[001]と同一の角度をなす方向に結晶軸[111]が規定される(図中太線矢印で示す)。図3においては、結晶軸+a、結晶軸+a、結晶軸+aで規定される空間における結晶軸のみを図示しているが、他の空間においても同様に結晶軸が規定される。 FIG. 4 is a diagram for explaining the crystal axis of fluorite. As shown in FIG. 4, the crystal axis of fluorite is defined based on a cubic crystal axis a 1 a 2 a 3 (indicated by thin line arrows in the figure). That is, the crystal axes along the crystal axis + a 1 [100], the crystal axes along the crystal axis + a 2 [010], the crystal axes along the crystal axis + a 3 [001] are defined respectively (in FIG thick arrow ). Further, the crystal axis [101] that forms 45 degrees with the crystal axis [100] and the crystal axis [001] in the a 1 a 3 plane, and 45 degrees with the crystal axis [100] and the crystal axis [010] in the a 1 a 2 plane. The crystal axis [110] is defined in the direction that forms the crystal axis [011], and the crystal axis [011] is defined in the direction that forms 45 degrees with the crystal axis [010] and the crystal axis [001] in the a 2 a 3 plane. Show). Further, the crystal axis [111] is defined in the + direction of the crystal axes a 1 a 2 a 3 and in the direction that forms the same angle as the crystal axis [100], the crystal axis [010], and the crystal axis [001] ( (Indicated by bold arrows in the figure). In FIG. 3, only the crystal axes in the space defined by the crystal axis + a 1 , the crystal axis + a 2 , and the crystal axis + a 3 are illustrated, but the crystal axes are similarly defined in other spaces.

上述の応力付与機構50は、偏光局所補正部材88に対して、図4において規定されている結晶軸の中の、結晶軸[100]、結晶軸[010]、結晶軸[001]、結晶軸[110]、結晶軸[101]、結晶軸[011]の中の何れか1つの方向に応力を付与する。この結晶軸方向に応力を付与することにより偏光局所補正部材88に対して、効果的に位相差を生じさせることができ、照明光の偏光状態を局所的に補正することができる。   The stress applying mechanism 50 described above has the crystal axis [100], crystal axis [010], crystal axis [001], crystal axis among the crystal axes defined in FIG. Stress is applied in any one of [110], crystal axis [101], and crystal axis [011]. By applying stress in the crystal axis direction, a phase difference can be effectively generated in the polarization local correction member 88, and the polarization state of the illumination light can be locally corrected.

偏光局所補正部材88を通過した照明光は、偏光変換素子89に入射する。図5は偏光変換素子89の構成を概略的に示す図である。また、図6は、偏光変換素子の作用により周方向偏光状態(S偏光状態)に設定された輪帯状の光束断面を概略的に示す図である。この実施の形態においては、偏光変換素子89は、円錐アキシコン系87の直前、即ち照明光学装置の瞳またはその近傍に配置されている。従って、輪帯照明の場合、偏光変換素子89には、光軸AXを中心とした略輪帯状の断面を有する光束が入射する。   The illumination light that has passed through the polarization local correction member 88 enters the polarization conversion element 89. FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the polarization conversion element 89. FIG. 6 is a diagram schematically showing a ring-shaped light beam cross section set in the circumferential polarization state (S polarization state) by the action of the polarization conversion element. In this embodiment, the polarization conversion element 89 is disposed immediately before the conical axicon system 87, that is, at or near the pupil of the illumination optical device. Therefore, in the case of annular illumination, a light beam having a substantially annular cross section centered on the optical axis AX is incident on the polarization conversion element 89.

図5を参照すると、偏光変換素子89は、全体として光軸AXを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は、光軸AXを中心とした円周方向に当分割された8つの扇形形状の基本素子により構成されている。これら8つの基本素子において、光軸AXを挟んで対向する一対の基本素子は、互いに同じ特性を有する。即ち、8つの基本素子は、光の透過方向(Y方向)に沿った厚さ(光軸方向の厚さ)が互いに異なる4種類の基本素子89A〜89Dを2個づつ含んでいる。   Referring to FIG. 5, the polarization conversion element 89 has a ring-shaped effective region centered on the optical axis AX as a whole, and this ring-shaped effective region is applied in the circumferential direction centered on the optical axis AX. It consists of eight divided fan-shaped basic elements. In these eight basic elements, a pair of basic elements facing each other across the optical axis AX have the same characteristics. That is, the eight basic elements each include two basic elements 89A to 89D having different thicknesses (thicknesses in the optical axis direction) along the light transmission direction (Y direction).

具体的には、第1基本素子89Aの厚さが最も大きく、第4基本素子89Dの厚さが最も小さく、第2基本素子89Bの厚さは、第3基本素子89Cの厚さより大きく設定されている。その結果、偏光変換素子89の一方の面(例えば入射面)は平面状であるが、他方の面(例えば射出面)は、各基本素子の厚さの違いにより凹凸状になっている。なお、偏光変換素子89の双方の面(入射面及び射出面)を共に凹凸状に形成することもできる。   Specifically, the thickness of the first basic element 89A is the largest, the thickness of the fourth basic element 89D is the smallest, and the thickness of the second basic element 89B is set larger than the thickness of the third basic element 89C. ing. As a result, one surface (for example, the incident surface) of the polarization conversion element 89 is planar, but the other surface (for example, the exit surface) is uneven due to the difference in thickness of each basic element. In addition, both surfaces (incident surface and exit surface) of the polarization conversion element 89 can be formed in an uneven shape.

また、この実施の形態では、各基本素子89A〜89Dが施光性を有する光学材料である結晶材料としての水晶により構成され、各基本素子89A〜89Dの結晶光学軸が光軸AXと略一致、即ち入射光の進行方向と略一致するように設定されている。   In this embodiment, each of the basic elements 89A to 89D is made of crystal as a crystal material that is a light-transmitting optical material, and the crystal optical axis of each of the basic elements 89A to 89D is substantially coincident with the optical axis AX. That is, it is set so as to substantially coincide with the traveling direction of the incident light.

この実施の形態において、第1基本素子89Aは、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸回りに+180度回転させた方向、即ちZ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。従って、この場合、図7に示す輪帯状の光束断面31のうち、一対の第1基本素子89Aの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域31Aにおける光束の偏光方向は、Z方向になる。   In this embodiment, when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the first basic element 89A changes the polarization direction in the direction obtained by rotating the Z direction by +180 degrees around the Y axis, that is, in the Z direction. The thickness is set so as to emit linearly polarized light. Accordingly, in this case, the polarization direction of the light beam in the pair of arcuate regions 31A formed by the light beam subjected to the optical rotation of the pair of first basic elements 89A in the ring-shaped light beam cross section 31 shown in FIG. become.

第2基本素子89Bは、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸回りに+135度回転させた方向、即ちZ方向をY軸回りに−45度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。従って、この場合、図7に示す輪帯状の光束断面31のうち、一対の第2基本素子89Bの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域31Bにおける光束の偏光方向は、Z方向をY軸回りに−45度回転させた方向になる。   When linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the second basic element 89B rotates the Z direction by +135 degrees around the Y axis, that is, rotates the Z direction by −45 degrees around the Y axis. The thickness is set so as to emit linearly polarized light having a polarization direction in a predetermined direction. Therefore, in this case, the polarization direction of the light beam in the pair of arc-shaped regions 31B formed by the light beam subjected to the optical rotation of the pair of second basic elements 89B in the ring-shaped light beam cross section 31 shown in FIG. Is rotated by -45 degrees around the Y axis.

第3基本素子89Cは、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸回りに+90度回転させた方向、即ちX方向に偏光を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。従って、この場合、図7に示す輪帯状の光束断面31のうち、一対の第3基本素子89Cの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域31Cにおける光束の偏光方向は、X方向になる。   When the linearly polarized light having the polarization direction in the Z direction is incident, the third basic element 89C emits the linearly polarized light having the polarization in the direction rotated by +90 degrees around the Y axis, that is, in the X direction. The thickness is set to be. Accordingly, in this case, the polarization direction of the light beam in the pair of arcuate regions 31C formed by the light beam subjected to the optical rotation of the pair of third basic elements 89C in the ring-shaped light beam cross section 31 shown in FIG. become.

第4基本素子89Dは、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸回りに+45度回転させた方向に偏光を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。従って、この場合、図7に示す輪帯状の光束断面31のうち、一対の第4基本素子89Dの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域31Dにおける光束の偏光方向は、Z方向をY軸回りに+45度回転させた方向になる。   The fourth basic element 89D has a thickness so that when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the linearly polarized light having polarization in a direction rotated by +45 degrees around the Y axis is emitted. Is set. Accordingly, in this case, the polarization direction of the light beam in the pair of arcuate regions 31D formed by the light beam subjected to the optical rotation of the pair of fourth basic elements 89D in the ring-shaped light beam cross section 31 shown in FIG. Is rotated by +45 degrees around the Y axis.

なお、偏光変換素子89を光路から退避させることなく通常の円形照明を行なうことができるように、偏光変換素子89の有効領域の径方向の大きさの3/10以上大きさを有し且つ旋光性を有しない円形状の中央領域89Eが設けられている。ここで、中央領域89Eは、例えば石英のように旋光性を有しない光学材料により形成されていてもよいし、円形状の開口であってもよい。   It should be noted that the polarization conversion element 89 has a size that is not less than 3/10 of the radial size of the effective area of the polarization conversion element 89 so that normal circular illumination can be performed without retracting the polarization conversion element 89 from the optical path. A circular central region 89E having no property is provided. Here, the central region 89E may be formed of an optical material that does not have optical activity, such as quartz, or may be a circular opening.

この実施の形態においては、偏光変換素子89に対してZ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を入射させる。その結果、図6に示すように、偏光変換素子89から射出される光は、各円弧状領域31A〜31Dにおける光が各領域の円周方向に沿った中心位置における光軸AXを中心とする円の接線方向と略一致する偏光方向を有する直線偏光状態(S偏光状態)になる。   In this embodiment, linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident on the polarization conversion element 89. As a result, as shown in FIG. 6, the light emitted from the polarization conversion element 89 is centered on the optical axis AX at the center position along the circumferential direction of each of the arc-shaped regions 31A to 31D. A linear polarization state (S polarization state) having a polarization direction substantially coinciding with the tangential direction of the circle is obtained.

偏光変換素子89を通過した照明光は、円錐アキシコン系87に入射する。図7は、照明光学装置の照明瞳または該照明瞳の近傍に配置される円錐アキシコン系87の概略構成を示す図である。円錐アキシコン系87は、光源側から順に、光軸AX方向に対して凹円錐状の屈折面(凹状屈折面)を有する第1プリズム87a及び第1プリズム87aの凹円錐状の屈折面と互いに当接可能なように相補的に形成された凸円錐状の屈折面(凸状屈折面)を有する第2プリズム87bを備えている。第1プリズム87aは光源側に平面を向け且つマスクM側に凹円錐状の屈折面を向けて配置されており、第2プリズム87bは光軸AX側に凸円錐状の屈折面を向け且つマスクM側に平面をむけて配置されている。   The illumination light that has passed through the polarization conversion element 89 enters the conical axicon system 87. FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the conical axicon system 87 arranged in the vicinity of the illumination pupil of the illumination optical apparatus or in the vicinity of the illumination pupil. The conical axicon system 87 is arranged in order from the light source side to the first prism 87a having a concave conical refractive surface (concave refractive surface) with respect to the optical axis AX direction and the concave conical refractive surface of the first prism 87a. A second prism 87b having a convex conical refracting surface (convex refracting surface) formed so as to be in contact with each other is provided. The first prism 87a is arranged with the flat surface facing the light source and the concave conical refracting surface facing the mask M, and the second prism 87b has the convex conical refracting surface facing the optical axis AX and the mask. It is arranged with a flat surface on the M side.

また、第1プリズム87a及び第2プリズム87bのうち少なくとも一方は光軸AXに沿って移動可能に構成されており、第1プリズム87aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム87bの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。ここで、第1プリズム87aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム87bの凸円錐状の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87は平行平面板として機能し、後述するマイクロレンズアレイ8を介して形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第1プリズム87aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム87bの凸円錐状の屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系87は、いわゆるビームエキスパンダとして機能する。したがって、円錐アキシコン系87の間隔の変化に伴って、図1中破線で示す所定面86への入射光束の入射角度は変化する。   Further, at least one of the first prism 87a and the second prism 87b is configured to be movable along the optical axis AX, and the concave conical refracting surface of the first prism 87a and the convex conical shape of the second prism 87b. The distance from the refracting surface is variable. Here, in a state where the concave conical refracting surface of the first prism 87a and the convex conical refracting surface of the second prism 87b are in contact with each other, the conical axicon system 87 functions as a parallel flat plate, which will be described later. There is no effect on the annular secondary light source formed through the microlens array 8. However, when the concave conical refracting surface of the first prism 87a and the convex conical refracting surface of the second prism 87b are separated from each other, the conical axicon system 87 functions as a so-called beam expander. Therefore, the incident angle of the incident light beam on the predetermined surface 86 indicated by a broken line in FIG. 1 changes with the change in the interval of the conical axicon system 87.

図8は、輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系87の作用を説明するための図である。円錐アキシコン系87の間隔が0でかつ後述するズームレンズ90の焦点距離が最小値に設定された状態(以下、「標準状態」という)で形成された最も小さい輪帯状の二次光源130aは、円錐アキシコン系87の間隔を0から所定の値まで拡大させることにより、その幅(外径と内径との差の1/2:図中矢印で示す)が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源130bに変化する。即ち、円錐アキシコン系87の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比(内径/外径)および大きさ(外径)がともに変化する。   FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the conical axicon system 87 with respect to the secondary light source formed in the annular illumination. The smallest ring-shaped secondary light source 130a formed in a state where the distance between the conical axicon systems 87 is 0 and the focal length of a zoom lens 90 described later is set to a minimum value (hereinafter referred to as “standard state”) By increasing the interval of the conical axicon system 87 from 0 to a predetermined value, the width (1/2 of the difference between the outer diameter and the inner diameter: indicated by an arrow in the figure) does not change, and the outer diameter and the inner diameter are changed. Are changed to an annular secondary light source 130b. That is, due to the action of the conical axicon system 87, the width of the annular light source does not change, and the annular ratio (inner diameter / outer diameter) and size (outer diameter) both change.

アフォーカルレンズ85を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ(設定手段)90を介して、マイクロレンズアレイ(オプティカルインテグレータ)8に入射する。所定面86の位置はズームレンズ90の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロレンズアレイ8の入射面はズームレンズ90の後側焦点面またはその近傍に配置されている。即ち、ズームレンズ90は、所定面86とマイクロレンズアレイ8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ85の照明瞳面とマイクロレンズアレイ8の入射面とを光学的に略共役に配置している。したがって、マイクロレンズアレイ8の入射面上には、アフォーカルレンズ85の照明瞳面と同様に、例えば光軸AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ90の焦点距離に依存して相似的に変化する。即ち、マイクロレンズアレイ8によって照明瞳位置と共役な位置に形成される二次光源(面光源)の大きさは、レーザ光源1から射出される照明光の光エネルギをほぼ一定に保ちながら、ズームレンズ90の焦点距離に依存して相似的に変更することができる。   The light beam that has passed through the afocal lens 85 is incident on a microlens array (optical integrator) 8 through a zoom lens (setting means) 90 for variable σ value. The position of the predetermined surface 86 is disposed at or near the front focal position of the zoom lens 90, and the incident surface of the microlens array 8 is disposed at or near the rear focal plane of the zoom lens 90. That is, in the zoom lens 90, the predetermined surface 86 and the incident surface of the microlens array 8 are arranged in a substantially Fourier relationship, and as a result, the illumination pupil surface of the afocal lens 85 and the incident surface of the microlens array 8 are arranged. Optically arranged in a conjugate manner. Accordingly, on the incident surface of the microlens array 8, for example, an annular illumination field with the optical axis AX as the center is formed in the same manner as the illumination pupil plane of the afocal lens 85. The overall shape of the annular illumination field changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 90. That is, the size of the secondary light source (surface light source) formed at a position conjugate with the illumination pupil position by the microlens array 8 is adjusted while the light energy of the illumination light emitted from the laser light source 1 is kept substantially constant. It can be changed in a similar manner depending on the focal length of the lens 90.

図9は、輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズ90の作用を説明するための図である。標準状態で形成された輪帯状の二次光源130aは、ズームレンズ90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、照明光の光エネルギをほぼ一定に保ちながら、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源130cに変化する。即ち、ズームレンズ90の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅及び大きさ(外径)が共に変化する。   FIG. 9 is a diagram for explaining the action of the zoom lens 90 on the secondary light source formed in the annular illumination. The ring-shaped secondary light source 130a formed in the standard state increases the focal length of the zoom lens 90 from the minimum value to a predetermined value, thereby maintaining the light energy of the illumination light substantially constant and having an overall shape. It changes into the ring-shaped secondary light source 130c expanded similarly. That is, due to the action of the zoom lens 90, both the width and size (outer diameter) change without changing the annular ratio of the annular secondary light source.

ズームレンズ90を介した光束は、マイクロレンズアレイ8に入射する。マイクロレンズアレイ8への入射光束の入射角度は、円錐アキシコン系87の間隔の変化に伴って、所定面86への入射光束の角度が変化するのと同様に変化する。   The light beam that has passed through the zoom lens 90 enters the microlens array 8. The incident angle of the incident light beam on the microlens array 8 changes in the same manner as the angle of the incident light beam on the predetermined surface 86 changes with the change in the interval of the conical axicon system 87.

マイクロレンズアレイ8は、縦横にかつ稠密に配列された多数の正屈折力を有する石英により構成される微小レンズからなる光学素子である。マイクロレンズアレイ8を構成する各微小レンズは、マスクMにおいて形成すべき照野の形状(ひいてはウエハW上において形成すべき露光領域の形状)と相似な矩形上の断面を有する。マイクロレンズアレイ8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(ひいては照明瞳)にはマイクロレンズアレイ8への入射光束によって形成される照野と略同じ光強度分布を有する二次光源、即ち光軸AXを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロレンズアレイ8の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面(射出面)またはその近傍に配置可能に設けられている開口絞り12を通過する。開口絞り12は、マイクロレンズアレイ8の後側焦点面に形成される二次光源(照明光学装置の照明瞳位置に形成される面光源)の大きさを所定の大きさに制限する例えば虹彩絞り等により構成されている。開口絞り12を介した光束は、コンデンサレンズ9aを介して、マスクブラインドMBを重畳的に照明する。   The microlens array 8 is an optical element composed of microlenses made of quartz having a large number of positive refractive powers arranged vertically and horizontally and densely. Each microlens constituting the microlens array 8 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask M (and thus the shape of the exposure region to be formed on the wafer W). The light beam incident on the microlens array 8 is two-dimensionally divided by a large number of microlenses, and is substantially the same as the illumination field formed by the light beam incident on the microlens array 8 on the rear focal plane (and thus the illumination pupil). A secondary light source having a light intensity distribution, that is, a secondary light source composed of a substantial surface light source having an annular shape centering on the optical axis AX is formed. An aperture stop provided so that the light flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the microlens array 8 can be arranged on the rear focal plane (exit plane) of the microlens array 8 or in the vicinity thereof. 12 is passed. The aperture stop 12 restricts the size of a secondary light source (surface light source formed at the illumination pupil position of the illumination optical device) formed on the rear focal plane of the microlens array 8 to a predetermined size, for example, an iris stop. Etc. The light flux that has passed through the aperture stop 12 illuminates the mask blind MB in a superimposed manner via the condenser lens 9a.

照明視野絞りとしてのマスクブラインドMBには、マイクロレンズアレイ8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。マスクブラインドMBの矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、石英により構成される結像光学系9b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(被照射面)Mを重畳的に照明する。即ち、結像光学系9bは、マスクブラインドMBの矩形状開口部の像をマスクM上に形成する。マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウエハW上にマスクMのパターン像を形成する。   In the mask blind MB as an illumination field stop, a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of each microlens constituting the microlens array 8 is formed. The light flux that has passed through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind MB is subjected to the light condensing action of the imaging optical system 9b made of quartz, and then the mask (irradiated) on which a predetermined pattern is formed. Surface) M is illuminated in a superimposed manner. That is, the imaging optical system 9b forms an image of the rectangular opening of the mask blind MB on the mask M. The light beam that has passed through the pattern of the mask M forms a pattern image of the mask M on the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL.

ここでマスクMはマスクステージMSに保持され、感光性基板としてのウエハWは基板ステージとしてのウエハステージWSにて保持されている。こうして、投影光学系PLの光軸AXと直交する平面内において、マスクステージMSとウエハステージWSとを走査方向に沿って移動させながら、マスクMのパターンの像がウエハWの感光領域にスキャン露光される。マスクステージMSとウエハステージWSとの移動によりマスクMのパターンの像をウエハWの感光領域にスキャン露光する動作と、次にウエハWの露光領域へ露光するためにウエハステージWSを移動させる動作(ステップ動作)を繰り返す、所謂ステップアンドスキャン方式により、ウエハ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。なお、ウエハステージWSの2次元的な動作を主に制御しながら、マスクMのパターンの像をウエハWの露光領域に形成する露光動作と、次のウエハWの露光領域に露光を行なうためにウエハステージWSを移動させる制御(ステップ動作)を繰り返す、所謂ステップアンドリピート方式により、ウエハWの各露光領域にマスクMのパターンを逐次露光してもよい。   Here, the mask M is held on a mask stage MS, and the wafer W as a photosensitive substrate is held on a wafer stage WS as a substrate stage. In this way, the pattern image of the mask M is scanned and exposed to the photosensitive area of the wafer W while moving the mask stage MS and the wafer stage WS along the scanning direction in a plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL. Is done. The movement of the mask stage MS and the wafer stage WS to scan and expose the pattern image of the mask M onto the photosensitive region of the wafer W, and the next operation to move the wafer stage WS to expose the exposed region of the wafer W ( The pattern of the mask M is sequentially exposed in each exposure region of the wafer W by a so-called step-and-scan method in which the step operation is repeated. In order to perform the exposure operation for forming an image of the pattern of the mask M in the exposure area of the wafer W and the exposure in the exposure area of the next wafer W while mainly controlling the two-dimensional operation of the wafer stage WS. The pattern of the mask M may be sequentially exposed on each exposure region of the wafer W by a so-called step-and-repeat method in which control (step operation) for moving the wafer stage WS is repeated.

この実施の形態に係る露光装置は、ウエハWに対する照明光の偏光状態を測定するための偏光状態測定装置6を備えている。偏光状態測定装置6は、ウエハステージWSの一端に設けられており、偏光状態測定装置6と応力付与機構50等は、制御装置30にそれぞれ電気的に接続されている。なお、後述するが偏光状態測定装置6の計測結果に基づき、制御部30は、応力付与機構50等を介して補正光学部材に対して局所的な応力等を付与して局所的に悪化している偏光状態を補正する。   The exposure apparatus according to this embodiment includes a polarization state measuring device 6 for measuring the polarization state of illumination light with respect to the wafer W. The polarization state measuring device 6 is provided at one end of the wafer stage WS, and the polarization state measuring device 6 and the stress applying mechanism 50 are electrically connected to the control device 30, respectively. In addition, although mentioned later, based on the measurement result of the polarization state measuring apparatus 6, the control part 30 gives local stress etc. with respect to a correction | amendment optical member via the stress provision mechanism 50 grade | etc., And deteriorates locally. Correct the polarization state.

図10は、偏光状態測定装置6の概略光性を示す図である。偏光状態測定装置6は、ウエハWの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材60を備えている。なお、偏光状態測定装置6の使用時には、ウエハWは光路から退避する。ピンホール部材60のピンホール60aを通過した光は、コリメートレンズ61を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡62で反射された後、リレーレンズ系63に入射する。リレーレンズ系63を介したほぼ平行な光束は、移相子としてのλ/4板64および偏光子としての偏光ビームスプリッター65を介した後、二次元CCD66の検出面66aに到達する。   FIG. 10 is a diagram showing a schematic light property of the polarization state measuring device 6. The polarization state measuring device 6 includes a pinhole member 60 that can be positioned at or near the position of the wafer W. When the polarization state measuring device 6 is used, the wafer W is retracted from the optical path. The light that has passed through the pinhole 60 a of the pinhole member 60 becomes a substantially parallel light beam through the collimator lens 61, is reflected by the reflecting mirror 62, and then enters the relay lens system 63. The substantially parallel light flux via the relay lens system 63 reaches the detection surface 66a of the two-dimensional CCD 66 after passing through the λ / 4 plate 64 as a phase shifter and the polarization beam splitter 65 as a polarizer.

ここで、λ/4板64は、光軸を中心として回転可能に構成されており、このλ/4板64には、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部67が接続されている。こうして、ウエハWに対する照明光の偏光度が0でない場合には、設定部67を介してλ/4板64を光軸廻りに回転させることにより二次元CCD66の検出面66aにおける光強度分布が変化する。したがって、偏光状態測定装置6では、設定部67を用いてλ/4板64を光軸廻りに回転させながら検出面66aにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により照明光の偏光状態を測定することができる。   Here, the λ / 4 plate 64 is configured to be rotatable about the optical axis, and the λ / 4 plate 64 has a setting unit 67 for setting a rotation angle about the optical axis. It is connected. Thus, when the polarization degree of the illumination light with respect to the wafer W is not 0, the light intensity distribution on the detection surface 66a of the two-dimensional CCD 66 is changed by rotating the λ / 4 plate 64 around the optical axis via the setting unit 67. To do. Therefore, in the polarization state measuring device 6, the setting unit 67 is used to detect the change in the light intensity distribution on the detection surface 66a while rotating the λ / 4 plate 64 around the optical axis, and the rotational phase shift method is used from the detection result. Thus, the polarization state of the illumination light can be measured.

なお、回転移相子法については、例えば鶴田著,「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」,株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材60(ひいてはピンホール60a)をウエハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウエハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、偏光状態測定装置6では、二次元的な検出面66aにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。   The rotational phase shifter method is described in detail in, for example, Tsuruta, “Pencil of Light-Applied Optics for Optical Engineers”, New Technology Communications Inc. Actually, the polarization state of the illumination light at a plurality of positions in the wafer surface is measured while the pinhole member 60 (and thus the pinhole 60a) is moved two-dimensionally along the wafer surface. At this time, since the polarization state measuring device 6 detects a change in the light intensity distribution on the two-dimensional detection surface 66a, the polarization state distribution in the pupil of the illumination light can be measured based on the detection distribution information. it can.

ところで、偏光状態測定装置6では、移相子としてλ/4板64に代えてλ/2板を用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、偏光状態、すなわち4つのストークスパラメーターを測定するためには、移相子と偏光子(偏光ビームスプリッター65)との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避させたりして、少なくとも4つの異なる状態で検出面66aにおける光強度分布の変化を検出する必要がある。なお、この実施の形態では移相子としてのλ/4板64を光軸廻りに回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリッター65を光軸廻りに回転させても良く、移相子および偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作に代えて、あるいはこの動作に加えて、移相子としてのλ/4板64および偏光子としての偏光ビームスプリッター65のうちの一方または双方を光路から挿脱させても良い。   By the way, in the polarization state measuring apparatus 6, it is also possible to use a λ / 2 plate instead of the λ / 4 plate 64 as a phase shifter. Whatever phase shifter is used, in order to measure the polarization state, that is, the four Stokes parameters, the relative angle around the optical axis between the phase shifter and the polarizer (polarization beam splitter 65) is changed. It is necessary to detect a change in the light intensity distribution on the detection surface 66a in at least four different states by retracting the phase shifter or polarizer from the optical path. In this embodiment, the λ / 4 plate 64 as a phase shifter is rotated around the optical axis. However, the polarization beam splitter 65 as a polarizer may be rotated around the optical axis. Both of the polarizers may be rotated around the optical axis. Further, instead of or in addition to this operation, one or both of the λ / 4 plate 64 serving as a phase shifter and the polarization beam splitter 65 serving as a polarizer may be inserted into and removed from the optical path.

偏光状態測定装置6による測定結果は、制御部30に対して出力される。制御部30は、照明光が適切な偏光状態になっているかどうかを判定し、ウエハWに対する照明光(ひいてはマスクMに対する照明光)の偏光状態を所望の偏光状態にするために、応力付与機構50に対して制御信号の出力を行なう。従って、照明光の偏光状態を局所的に補正することができ、所望の偏光状態の光でマスクMを照明し、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。従って、ウエハ上における照明光を正確な周方向偏光状態(S変更状態)にすることができ、任意方向の微細パターンを高精度に感光性基板上に露光することができる。   A measurement result by the polarization state measuring device 6 is output to the control unit 30. The control unit 30 determines whether or not the illumination light has an appropriate polarization state, and in order to change the polarization state of the illumination light with respect to the wafer W (and thus the illumination light with respect to the mask M) to a desired polarization state, the stress applying mechanism. 50 outputs a control signal. Therefore, the polarization state of the illumination light can be locally corrected, and the mask M can be illuminated with light having a desired polarization state, and good exposure can be performed under appropriate illumination conditions. Therefore, the illumination light on the wafer can be in an accurate circumferential polarization state (S change state), and a fine pattern in an arbitrary direction can be exposed on the photosensitive substrate with high accuracy.

なお、上述の実施の形態においては、平行平板形状の偏光局所補正部材88を用いていたが、図11に示すように円板形状を有する結晶材料である蛍石(フッ化カルシウム)により形成された部材に所定の方向から局所的な応力を付与することにより、偏光状態を局所的に補正する補正部材として機能させるようにしてもよい。なお、図11において矢印は、偏光局所補正部材に付与される応力を示し、その長さが応力の大きさを示す。この場合には、応力付与機構により光軸AXに垂直な方向から局所的に応力を付与する。この応力を付与する方向は、図4において規定されている結晶軸の中の、結晶軸[100]、結晶軸[010]、結晶軸[001]、結晶軸[110]、結晶軸[101]、結晶軸[011]の中の何れか1つの方向に一致させる。この結晶軸方向に応力を付与することにより偏光局所補正部材に対して、効果的に位相差を生じさせることができ、照明光の偏光状態を局所的に補正することができる。   In the above-described embodiment, the parallel plate-shaped polarization local correction member 88 is used. However, as shown in FIG. 11, it is formed of fluorite (calcium fluoride), which is a crystal material having a disk shape. By applying local stress to the member from a predetermined direction, the member may function as a correction member that locally corrects the polarization state. In FIG. 11, the arrow indicates the stress applied to the polarization local correction member, and the length indicates the magnitude of the stress. In this case, the stress is applied locally from the direction perpendicular to the optical axis AX by the stress applying mechanism. The stress is applied in the crystal axis [100], crystal axis [010], crystal axis [001], crystal axis [110], crystal axis [101] among the crystal axes defined in FIG. , It is made to coincide with any one of the crystal axes [011]. By applying stress in the crystal axis direction, a phase difference can be effectively generated in the polarization local correction member, and the polarization state of the illumination light can be locally corrected.

また、偏光局所補正部材に対して光軸方向から局所的な応力を付与してもよい。即ち、図12に示すように、蛍石により形成された平行平板に光軸方向の所定の位置に応力を付与することにより、偏光状態を局所的に補正する補正部材として機能させるようにしてもよい。なお、図12において矢印は、偏光局所補正部材に付与される応力を示し、その長さが応力の大きさを示す。この応力を付与する方向を図11で説明した方向と一致させることにより、偏光局所補正部材に対して効果的に位相差を生じさせることができ、照明光の偏光状態を局所的に補正することができる。   Further, local stress may be applied to the polarization local correction member from the optical axis direction. That is, as shown in FIG. 12, by applying a stress to a predetermined position in the optical axis direction on a parallel plate formed of fluorite, it may function as a correction member that locally corrects the polarization state. Good. In FIG. 12, the arrow indicates the stress applied to the polarization local correction member, and the length indicates the magnitude of the stress. By making the direction in which this stress is applied coincide with the direction described with reference to FIG. 11, a phase difference can be effectively generated in the polarization local correction member, and the polarization state of the illumination light is corrected locally. Can do.

また、上述の実施の形態においては、偏光局所補正部材88を偏光変換素子89の光源側に隣接して配置しているが、照明光学装置に形成される瞳の位置またはその近傍に配置すればよく、例えば、マイクロレンズアレイ8の光源側に隣接して配置するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the polarization local correction member 88 is disposed adjacent to the light source side of the polarization conversion element 89. However, if the polarization local correction member 88 is disposed at or near the position of the pupil formed in the illumination optical device. For example, the microlens array 8 may be disposed adjacent to the light source side.

また、上述の実施の形態においては、照明光の偏光状態を局所的に補正するために偏光局所補正部材88を用いているが、図13に示すように、偏光変換素子89に対して応力を付与する応力付与機構(第2応力付与手段)51を設け、偏光変換素子89に対して局所的な応力を付与することにより、偏光変換素子89にも照明光の偏光状態を局所的に補正する機能を付与し、偏光局所補正部材88及び偏光変換素子89により、照明光の偏光状態を局所的に補正するようにしてもよい。この場合には、応力付与機構50,51は、制御部30から出力される偏光状態計測装置6の計測結果に基づく制御信号に基づいて、図14に示すように、偏光局所補正部材88、偏光変換素子89に対して局所的に応力を付与する。なお、図14において矢印は、偏光局所補正部材88、偏光変換素子89に付与される応力を示し、その長さが応力の大きさを示す。   In the above-described embodiment, the polarization local correction member 88 is used to locally correct the polarization state of the illumination light. However, as shown in FIG. A stress applying mechanism (second stress applying means) 51 to be applied is provided, and a local stress is applied to the polarization conversion element 89, whereby the polarization state of the illumination light is also locally corrected in the polarization conversion element 89. A function may be provided, and the polarization state of the illumination light may be locally corrected by the polarization local correction member 88 and the polarization conversion element 89. In this case, as shown in FIG. 14, the stress applying mechanisms 50 and 51, based on the control signal based on the measurement result of the polarization state measuring device 6 output from the control unit 30, A stress is locally applied to the conversion element 89. In FIG. 14, the arrows indicate stress applied to the polarization local correction member 88 and the polarization conversion element 89, and the length indicates the magnitude of the stress.

また、偏光変換素子89に対して局所的な応力を付与することにより、偏光変換素子89にも照明光の偏光状態を局所的に補正する機能を付与した場合には、偏光局所補正部材88を取り除き、偏光変換素子89のみにより、照明光の偏光状態を局所的に補正するようにしてもよい。この場合には、偏光変換素子89は、照明光の偏光状態を局所的に補正する補正部材及び照明光の偏光状態を変換する素子として機能する。   Further, when a function for locally correcting the polarization state of the illumination light is provided to the polarization conversion element 89 by applying a local stress to the polarization conversion element 89, the polarization local correction member 88 is provided. Alternatively, the polarization state of the illumination light may be locally corrected only by the polarization conversion element 89. In this case, the polarization conversion element 89 functions as a correction member that locally corrects the polarization state of the illumination light and an element that converts the polarization state of the illumination light.

また、上述の実施の形態にかかる露光装置においては、1/4波長板11及び1/2波長板10を水晶により形成しているが、平行平板形状を有する結晶材料である蛍石(フッ化カルシウム)に光軸AXに対して垂直な方向から均一な応力を付与することにより、1/4波長板及び1/2波長板として機能させるようにしてもよい。この場合には、図15に示すように、1/4波長板として機能する平行平板100に光軸AXに対して垂直な方向から応力を付与する応力付与機構52を設ける。また、1/2波長板として機能する平行平板101に光軸AXに対して垂直な方向から応力を付与する応力付与機構53を設ける。応力付与機構52,53は、1/4波長板として機能する平行平板100、1/2波長板として機能する平行平板101に対して、所定の結晶軸方向に応力を付与する。   In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the quarter-wave plate 11 and the half-wave plate 10 are formed of quartz, but fluorite (fluoride fluoride) which is a crystal material having a parallel plate shape. (Calcium) may be made to function as a quarter-wave plate and a half-wave plate by applying a uniform stress from a direction perpendicular to the optical axis AX. In this case, as shown in FIG. 15, a stress applying mechanism 52 for applying stress from a direction perpendicular to the optical axis AX is provided on the parallel plate 100 functioning as a quarter wavelength plate. Further, a stress applying mechanism 53 that applies stress from a direction perpendicular to the optical axis AX is provided on the parallel plate 101 functioning as a half-wave plate. The stress applying mechanisms 52 and 53 apply stress in a predetermined crystal axis direction to the parallel plate 100 functioning as a quarter wavelength plate and the parallel plate 101 functioning as a half wavelength plate.

なお、応力付与機構52,53は、1/4波長板として機能する平行平板100及び1/2波長板として機能する平行平板101に対して、上述の図4において規定されている結晶軸の中の、結晶軸[100]、結晶軸[010]、結晶軸[001]、結晶軸[110]、結晶軸[101]、結晶軸[011]の中の何れか1つの方向に均一な応力を付与する。即ち、図16に示すように、平行平板の上下にプレート状部材54を配置し、このプレート状部材54を介して応力を付与する。なお、図16において矢印は、平行平板100,101に付与される応力を示し、その長さが応力の大きさを示す。また、応力を付与する方向は、上下の2方向に限らす、左右の2方向であってもよく、上下左右の4方向であってもよい。この結晶軸方向に応力を付与することにより、平行平板100及び平行平板101の全体に均一な位相差を生じさせ、1/4波長板、1/2波長板として機能させる。   It should be noted that the stress applying mechanisms 52 and 53 have a crystal axis defined in FIG. 4 described above with respect to the parallel plate 100 that functions as a quarter-wave plate and the parallel plate 101 that functions as a half-wave plate. Uniform stress in any one of the crystal axis [100], the crystal axis [010], the crystal axis [001], the crystal axis [110], the crystal axis [101], and the crystal axis [011]. Give. That is, as shown in FIG. 16, plate-like members 54 are arranged above and below the parallel flat plate, and stress is applied through the plate-like members 54. In FIG. 16, the arrows indicate the stress applied to the parallel plates 100 and 101, and the length indicates the magnitude of the stress. Further, the direction of applying the stress is not limited to the two upper and lower directions, and may be the two left and right directions, or may be the four upper and lower and left and right directions. By applying stress in the crystal axis direction, a uniform phase difference is generated in the entire parallel plate 100 and parallel plate 101 and functions as a quarter-wave plate and a half-wave plate.

また、上述の実施の形態においては、1/4波長板として機能する円板形状を有する結晶材料である蛍石及び1/2波長板として機能する円板形状を有する結晶材料である蛍石に光軸AXに対して垂直な方向から均一な応力を付与するようにしてもよい。この場合には、図17に示すように、円板形状を有する部材の円周部に板状の部材を配置し、この部材を介して応力を付与する。これにより円板全体に均一な位相差が生じ1/4波長板または1/2波長板として機能する。   In the above-described embodiment, the fluorite that is a crystal material having a disc shape that functions as a quarter-wave plate and the fluorite that is a crystal material having a disc shape that functions as a half-wave plate are used. A uniform stress may be applied from a direction perpendicular to the optical axis AX. In this case, as shown in FIG. 17, a plate-like member is disposed on the circumferential portion of a member having a disk shape, and stress is applied through this member. As a result, a uniform phase difference is generated in the entire disk, and it functions as a quarter-wave plate or a half-wave plate.

ここで1/2波長板として機能する平行平板(または円板)101を上述の実施の形態における1/2波長板10に代えて照明光学装置の光路中に配置する場合には、平行平板に応力を付与することにより平行平板に生じた進相軸が所定の方向に向くように平行平板101を配置する。即ち、平行平板101に生じた進相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、平行平板101に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、平行平板101に生じた進相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、平行平板101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。   Here, when the parallel plate (or disc) 101 functioning as a half-wave plate is disposed in the optical path of the illumination optical device instead of the half-wave plate 10 in the above-described embodiment, the parallel plate is formed as a parallel plate. The parallel plate 101 is arranged so that the fast axis generated in the parallel plate by applying the stress is directed in a predetermined direction. That is, when the fast axis generated on the parallel plate 101 is set to make an angle of 0 degree or 90 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light incident thereon, the linearly polarized light incident on the parallel plate 101 is polarized. The plane passes without changing. Further, when the fast axis generated in the parallel plate 101 is set to form an angle of 45 degrees with respect to the polarization plane of the linearly polarized light incident thereon, the polarization plane of the linearly polarized light incident on the parallel plate 101 has a polarization plane of 90. It is converted into linearly polarized light that has changed by a certain degree.

また、上述の実施の形態において、変更局所補正部材をフッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石の中の何れかにより形成してもよく、偏光変換素子をフッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石の中の何れかにより形成してもよい。   In the above-described embodiment, the changed local correction member may be formed of any one of magnesium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, and calcite, and the polarization conversion element may be calcium fluoride, magnesium fluoride. , Barium fluoride, strontium fluoride, and calcite.

上述の実施の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)Mを照明し(照明工程)、投影光学系PLを用いてマスクMに形成された転写用のパターンを感光性基板(ウエハ)Wに転写する(転写工程)ことにより、マイクロデバイス(半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのウエハW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18のフローチャートを参照して説明する。   In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the illumination optical device illuminates the mask (reticle) M (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask M using the projection optical system PL is transferred to the photosensitive substrate ( By transferring the wafer (wafer) W (transfer process), a microdevice (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. FIG. 18 shows an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer W as a photosensitive substrate using the exposure apparatus according to the above-described embodiment. This will be described with reference to a flowchart.

先ず、図18のステップS301において、1ロットのウエハW上に金属膜が蒸着される。次のステップS302において、そのlロットのウエハW上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップS303において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスクM上のパターンの像がその投影光学系PLを介して、その1ロットのウエハW上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップS304において、その1ロットのウエハW上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップS305において、その1ロットのウエハW上でレジストパターンをマスクMとしてエッチングを行うことによって、マスクM上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハW上の各ショット領域に形成される。   First, in step S301 of FIG. 18, a metal film is deposited on one lot of wafers W. In the next step S302, a photoresist is applied on the metal film on the wafer W of the l lot. Thereafter, in step S303, using the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the image of the pattern on the mask M is sequentially exposed to each shot region on the wafer W of the one lot via the projection optical system PL. Transcribed. After that, in step S304, the photoresist on the one lot of wafers W is developed, and in step S305, etching is performed on the one lot of wafers W using the resist pattern as a mask M. A circuit pattern corresponding to the upper pattern is formed in each shot area on each wafer W.

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いているため、微細なパターンをウエハに良好に露光することができる。なお、ステップS301〜ステップS305では、ウエハW上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハW上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。   Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, since the exposure apparatus according to the above-described embodiment is used, a fine pattern can be satisfactorily exposed on the wafer. In steps S301 to S305, a metal is deposited on the wafer W, a resist is applied onto the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, the wafer is processed. It goes without saying that after a silicon oxide film is formed on W, a resist is applied onto the silicon oxide film, and each step such as exposure, development, and etching may be performed.

また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図19のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図19において、パターン形成工程S401では、上述2の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクM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工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程S402へ移行する。   In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 19, in the pattern forming step S401, a so-called photolithographic step of transferring and exposing the pattern of the mask M onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus according to the second embodiment described above. Is executed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step S402.

次に、カラーフィルタ形成工程S402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の組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程S402の後に、セル組み立て工程S403が実行される。セル組み立て工程S403では、パターン形成工程S401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形成工程S402にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。セル組み立て工程S403では、例えば、パターン形成工程S401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形成工程S402にて得られたカラーフィルタ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。   Next, in the color filter forming step S402, a large number of groups of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter formation step S402, a cell assembly step S403 is executed. In the cell assembly step S403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step S401, the color filter obtained in the color filter formation step S402, and the like. In the cell assembly step S403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step S401 and the color filter obtained in the color filter formation step S402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell ).

その後、モジュール組み立て工程S404にて、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いているため、微細なパターンをウエハに良好に露光することができる。   Thereafter, in a module assembly step S404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the method for manufacturing a liquid crystal display element described above, since the exposure apparatus according to the above-described embodiment is used, a fine pattern can be satisfactorily exposed on the wafer.

実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exposure apparatus concerning Embodiment. 実施の形態にかかる照明光学装置が備える1/2波長板及びデポラライザの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the 1/2 wavelength plate and depolarizer with which the illumination optical apparatus concerning embodiment is provided. 実施の形態にかかる偏光局所補正部材を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the polarization | polarized-light local correction member concerning embodiment. 蛍石の結晶軸を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the crystal axis of a fluorite. 実施の形態にかかる偏光変換素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization conversion element concerning embodiment. 実施の形態にかかる偏光変換素子により周方向偏光状態に変換された光束断面を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the cross section of the light beam converted into the circumferential direction polarization | polarized-light state by the polarization conversion element concerning embodiment. 実施の形態にかかる照明光学装置が備える円錐アキシコン系の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the cone axicon system with which the illumination optical apparatus concerning embodiment is provided. 実施の形態にかかる輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of the cone axicon system with respect to the secondary light source formed in the annular illumination concerning embodiment. 実施の形態にかかる輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of the zoom lens with respect to the secondary light source formed in the annular illumination concerning embodiment. 実施の形態にかかる偏光状態測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the polarization state measuring apparatus concerning embodiment. 偏光局所補正部材の他の例を示す図である、It is a figure which shows the other example of a polarization local correction member. 偏光局所補正部材の他の例を示す図である、It is a figure which shows the other example of a polarization local correction member. 偏光変換素子に偏光局所補正部材としての機能を持たせた場合の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure at the time of giving the function as a polarization | polarized-light local correction member to a polarization conversion element. 偏光局所補正部材としての機能を持たせた場合の偏光変換素子を示す図である。It is a figure which shows the polarization conversion element at the time of giving the function as a polarization | polarized-light local correction member. 1/4波長板及び1/2波長板の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a quarter wavelength plate and a half wavelength plate. 1/4波長板及び1/2波長板の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a quarter wavelength plate and a half wavelength plate. 1/4波長板及び1/2波長板の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a quarter wavelength plate and a half wavelength plate. 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of manufacturing the semiconductor device as a microdevice concerning embodiment. 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the method of manufacturing the liquid crystal display element as a micro device concerning embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ光源、2…ビームエキスパンダ、3…折り曲げミラー、4a…回折光学素子、6…偏光状態測定装置、8…マイクロレンズアレイ、9a…コンデンサレンズ、9b…結像光学系、10…1/2波長板、11…1/4波長板、12…開口絞り、20…デポラライザ、30…制御部、85…アフォーカルレンズ、87…円錐アキシコン系、87a…第1プリズム、87b…第2プリズム、88…偏光局所補正部材、89…偏光変換素子、90…ズームレンズ、MB…マスクブラインド、M…マスク、PL…投影光学系、W…ウエハ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source, 2 ... Beam expander, 3 ... Bending mirror, 4a ... Diffraction optical element, 6 ... Polarization state measuring apparatus, 8 ... Micro lens array, 9a ... Condenser lens, 9b ... Imaging optical system, 10 ... 1 / 2 wavelength plate, 11 ... 1/4 wavelength plate, 12 ... aperture stop, 20 ... depolarizer, 30 ... control unit, 85 ... afocal lens, 87 ... conical axicon system, 87a ... first prism, 87b ... second prism , 88 ... polarization local correction member, 89 ... polarization conversion element, 90 ... zoom lens, MB ... mask blind, M ... mask, PL ... projection optical system, W ... wafer.

Claims (11)

光源から射出された照明光により被照射面を照明する照明光学装置において、
所定の応力を付与することにより前記照明光の偏光状態を局所的に補正する補正部材を備え、
前記補正部材は、前記光源から前記被照射面までの光路中の照明瞳が形成される位置またはその近傍に配置されることを特徴とする照明光学装置。
In an illumination optical device that illuminates the illuminated surface with illumination light emitted from a light source,
A correction member that locally corrects the polarization state of the illumination light by applying a predetermined stress;
The illumination optical apparatus, wherein the correction member is disposed at or near a position where an illumination pupil is formed in an optical path from the light source to the irradiated surface.
前記光源と前記補正部材との間の光路中に前記光源から射出される照明光全体の偏光状態を調整する偏光調整部材を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の照明光学装置。   The illumination optical apparatus according to claim 1, further comprising a polarization adjustment member that adjusts a polarization state of the entire illumination light emitted from the light source in an optical path between the light source and the correction member. 前記偏光調整部材と前記被照射面との間の光路中に、前記照明瞳にて所望形状の光強度分布を設定する設定手段を備えることを特徴とする請求項1または請求項2記載の照明光学装置。   3. The illumination according to claim 1, further comprising setting means for setting a light intensity distribution having a desired shape at the illumination pupil in an optical path between the polarization adjusting member and the irradiated surface. Optical device. 前記補正部材に対して所望の応力を付与する第1応力付与手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の照明光学装置。   The illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising first stress applying means for applying a desired stress to the correction member. 前記被照射面を所望の偏光状態で照明するために、前記光源から前記被照射面までの光路中に、前記照明光に対して所望の偏光作用を付与する偏光変換部材を備え、
前記補正部材は、前記偏光変換部材に隣接して配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の照明光学装置。
In order to illuminate the illuminated surface in a desired polarization state, a polarization conversion member that imparts a desired polarization action to the illumination light in the optical path from the light source to the illuminated surface,
The illumination optical device according to any one of claims 1 to 4, wherein the correction member is disposed adjacent to the polarization conversion member.
前記被照射面での偏光状態を計測する計測手段と、該計測手段からの計測結果に基づいて、前記第1応力付与手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載の照明光学装置。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a measuring unit that measures a polarization state on the irradiated surface; and a control unit that controls the first stress applying unit based on a measurement result from the measuring unit. Item 6. The illumination optical apparatus according to any one of Items 5. 前記偏光変換部材に対して所望の応力を付与する第2応力付与手段を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項記載の照明光学装置。   The illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising second stress applying means for applying a desired stress to the polarization conversion member. 前記第2応力付与手段は、前記計測手段からの計測結果に基づいて、前記制御手段により制御されることを特徴とする請求項7照明光学装置。   8. The illumination optical apparatus according to claim 7, wherein the second stress applying unit is controlled by the control unit based on a measurement result from the measurement unit. 前記補正部材及び前記偏光変換部材の中の少なくとも1つは、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石の中の何れかにより形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載の照明光学装置。   The at least one of the correction member and the polarization conversion member is formed of any one of calcium fluoride, magnesium fluoride, barium fluoride, strontium fluoride, and calcite. The illumination optical device according to any one of claims 1 to 8. 光源から射出される照明光により照明された所定のパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の照明光学装置を備えることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that exposes a predetermined pattern illuminated by illumination light emitted from a light source onto a photosensitive substrate via a projection optical system,
An exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 9.
請求項10記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
An exposure step of exposing a predetermined pattern on the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 10;
A developing step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposing step;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014170955A (en) * 2014-04-25 2014-09-18 Nikon Corp Illumination optical system, exposure apparatus, and manufacturing method of device

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