JP4976094B2 - Illumination optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and a micro device manufacturing method - Google Patents

Illumination optical apparatus, exposure apparatus, exposure method, and a micro device manufacturing method Download PDF

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本発明は、照明光学装置、露光装置、露光方法、およびマイクロデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造する際に使用される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, exposure method, and a method of manufacturing a micro device, used in particular semiconductor devices, imaging devices, liquid crystal display devices, microdevices such as a thin film magnetic head in manufacturing by lithography that relates to suitable illumination optical apparatus in an exposure apparatus.

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。 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 to form a secondary light source as a substantial surface illuminant consisting of a large number of light sources. 二次光源(一般には、照明光学装置の照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布)からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。 (In general, an illumination pupil distribution formed on the illumination pupil or near the illumination optical apparatus) the secondary light source light beam from is limited through an aperture stop disposed near the rear focal plane of the fly's eye lens after, entering 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.

たとえば本出願人の出願にかかる特許第3246615号公報には、任意方向の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状の二次光源を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態(以下、略して「周方向偏光状態」という)になるように設定する技術が開示されている。 For example, Patent No. 3246615 Publication according to application of the present applicant, in order to realize an illumination condition suitable for faithful transcription of the arbitrary direction of the fine pattern, the annular rear focal plane of the fly's eye lens to form a secondary light source, set so that the light beams passing through this annular secondary light source is a linear polarization state to the circumferential direction and the polarization direction (hereinafter, abbreviated as "azimuthal polarization state") technique There has been disclosed.

特許第3246615号公報 Patent No. 3246615 Publication

しかしながら、上述の公報に開示された従来技術では、フライアイレンズを介して形成された円形状の光束を輪帯状の開口部を有する開口絞りを介して制限することにより輪帯状の二次光源を形成している。 However, in the conventional disclosed in Japanese above techniques, the annular secondary light source by limiting the circular light beam formed via a fly's eye lens through the aperture stop having an opening of the annular It is formed. その結果、従来技術では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生し、ひいては露光装置のスループットが低下するという不都合があった。 As a result, in the prior art, a large amount of light loss is generated in the aperture stop, there is a disadvantage that consequently the throughput of the exposure apparatus is lowered.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光量損失を良好に抑えつつ、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems described above while well suppressing the loss of light quantity, and an object thereof is to form an illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state. また、本発明は、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することによって、適切な照明条件のもとで任意方向の微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することを目的とする。 The present invention, by forming an illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state while well suppressing the loss of light quantity, faithfully and with high throughput any direction fine pattern under an appropriate illumination condition an object of the present invention is to transfer.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、光源からの光束に基づいて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, based on light beam from a light source,
入射する光の偏光状態を切り換える偏光状態切換手段と、 A polarization state switching means for switching the polarization state of the incident light,
前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路に配置されて、入射光束に基づいて所定面に所定の偏光特性を持つ光強度分布を形成するための光束変換素子とを備え、 Wherein disposed on the light path between the polarization state switching means and the surface to be illuminated, and a light flux conversion element for forming the light intensity distribution having a predetermined polarization characteristics in a predetermined plane on the basis of the incident beam,
前記光束変換素子は、旋光性を有する光学材料により形成されて、前記入射光束に基づいて前記所定の偏光特性を持つ光強度分布のうちの第1領域分布にて第1偏光状態を形成するための第1基本素子と、旋光性を有する光学材料により形成されて、前記入射光束に基づいて前記所定の偏光特性を持つ光強度分布のうちの第2領域分布にて第2偏光状態を形成するための第2基本素子とを備え、 The light beam conversion element is formed by an optical material with optical activity, first for forming the polarization state in the first region distribution of the light intensity distribution having a predetermined polarization characteristic based on said incident beam a first basic element, formed by an optical material with optical activity, for forming a second polarization state in the second region distribution of the light intensity distribution having a predetermined polarization characteristic based on said incident beam and a second basic element for,
前記第1基本素子と前記第2基本素子とは、光の透過方向に沿った厚さが互いに異なることを特徴とする照明光学装置を提供する。 Wherein the first basic element and the second basic element, to provide an illumination optical apparatus, wherein a thickness along the light transmitting direction are different from each other.

本発明の第2形態では、マスクを照明するための第1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 the second embodiment of the present invention, an illumination optical apparatus of the first aspect for illuminating a mask, to provide an exposure apparatus characterized by exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate.

本発明の第3形態では、第1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 third embodiment of the present invention, an exposure method characterized by comprising: an illumination step of illuminating a mask using an illumination optical apparatus of the first embodiment, and an exposure step of exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate I will provide a.

本発明の第4形態では、第1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マイクロデバイスの製造方法を提供する。 In a fourth aspect of the present invention, a micro device comprising an illumination step of illuminating a mask using an illumination optical apparatus of the first embodiment, and an exposure step of exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate to provide a method of manufacturing.

本発明の照明光学装置では、光束変換素子の作用により、光量損失を実質的に発生させることなく、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。 In the illumination optical apparatus of the present invention, by the action of the light beam conversion element, without substantially generating any loss in light amount, it is possible to form the illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state. すなわち、本発明の照明光学装置では、光量損失を良好に抑えつつ、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。 That is, in the illumination optical apparatus of the present invention, while well suppressing the loss of light quantity, it is possible to form the illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state.

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、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することのできる照明光学装置を用いているので、適切な照明条件のもとで任意方向の微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することができ、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。 Further, in the exposure apparatus and exposure method using the illumination optical apparatus of the present invention, because of the use of the illumination optical apparatus capable of forming an illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state while well suppressing the loss of light quantity, can be transferred faithfully and with high throughput any direction fine pattern under an appropriate illumination condition, 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照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。 Figure 1 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus with such an illumination optical apparatus according to an embodiment of the present invention. 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. 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。 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、折り曲げミラー3でY方向に偏向された後、1/4波長板4a、1/2波長板4b、デポラライザ(非偏光化素子)4c、および輪帯照明用の回折光学素子5を介して、アフォーカルレンズ6に入射する。 Substantially parallel light beam through the beam expander 2 as a shaping optical system is deflected in the Y direction in a bending mirror 3, 1/4-wave plate 4a, 1/2-wave plate 4b, a depolarizer (depolarizing element) 4c, and through the diffractive optical element 5 for annular illumination, it is incident on the afocal lens 6. ここで、1/4波長板4a、1/2波長板4b、およびデポラライザ4cは、後述するように、偏光状態切換手段4を構成している。 Here, 1/4-wave plate 4a, 1/2 wave plate 4b and depolarizer 4c, is, as will be described later, constitute a polarization state switching device 4. アフォーカルレンズ6は、その前側焦点位置と回折光学素子5の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面7の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系(無焦点光学系)である。 Afocal lens 6 is an afocal that its front focal position and located and substantially matches the diffractive optical element 5 and the subsequent predetermined plane 7 indicated by a side focal position and the broken line in the drawing position is set to coincide substantially a system (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、輪帯照明用の回折光学素子5は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド(またはフラウンホーファー回折領域)に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。 Specifically, the diffractive optical element 5 for annular illumination, when a parallel beam with a rectangular cross section is incident to form the light intensity distribution of an annular shape in its far field (or Fraunhofer diffraction region) It has a function. したがって、光束変換素子としての回折光学素子5に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ6の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ6から射出される。 Therefore, substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 5 as a beam transforming element is formed by forming an annular light intensity distribution in a pupil plane of the afocal lens 6, emitted from the afocal lens 6 becomes substantially parallel light beams It is.

なお、アフォーカルレンズ6の前側レンズ群6aと後側レンズ群6bとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、光源側から順に、円錐アキシコン系8、第1シリンドリカルレンズ対9、および第2シリンドリカルレンズ対10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 6a and rear lens unit 6b of the afocal lens 6, in order from the light source side, the conical axicon system 8, first cylindrical lens pair 9, and the second cylindrical lens pair 10 are arranged, but the details of which will be described later configuration and action. 以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系8、第1シリンドリカルレンズ対9、および第2シリンドリカルレンズ対10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, the conical axicon system 8, and ignoring the effect of the first cylindrical lens pair 9 and the second cylindrical lens pair 10, the basic configuration and operation.

アフォーカルレンズ6を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ11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)12に入射する。 The light beam through the afocal lens 6, through the zoom lens 11 for σ value variable, to enter a micro fly's eye lens (or fly's eye lens) 12 as an optical integrator. マイクロフライアイレンズ12は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。 Micro fly's eye lens 12 is an optical element consisting of a large number of microscopic lenses with a positive refractive power which 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.

所定面7の位置はズームレンズ11の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ12の入射面はズームレンズ11の後側焦点位置の近傍に配置されている。 Position of the predetermined plane 7 is arranged near the front focal position of the zoom lens 11, the entrance surface of the micro fly's eye lens 12 is arranged near the rear focal position of the zoom lens 11. 換言すると、ズームレンズ11は、所定面7とマイクロフライアイレンズ12の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ6の瞳面とマイクロフライアイレンズ12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 11 is disposed substantially in the relation of Fourier transform and the entrance surface of the predetermined plane 7 and the micro fly's eye lens 12, and thus the pupil plane of the afocal lens 6 and the entrance surface of the micro fly's eye lens 12 They are arranged substantially conjugate optically and.

したがって、マイクロフライアイレンズ12の入射面上には、アフォーカルレンズ6の瞳面と同様に、たとえば光軸AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。 Therefore, on the entrance surface of the micro fly's eye lens 12, similarly to the pupil plane of the afocal lens 6, the annular illumination field for example around the optical axis AX is formed. この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ11の焦点距離に依存して相似的に変化する。 The overall shape of this annular illumination field, depending on the focal length of the zoom lens 11 analogously changes. マイクロフライアイレンズ12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 12 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12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、図2に示すように、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸AXを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。 The light beam incident to the micro fly's eye lens 12 is two-dimensionally divided by a number of micro lenses, the rear focal plane (eventually illumination pupil), as shown in FIG. 2, the illumination field formed by the incident beam almost secondary light source having the same light intensity distribution, i.e. a secondary light source consisting of a substantial surface illuminant of an annular shape centered around the optical axis AX is formed. マイクロフライアイレンズ12の後側焦点面に形成された二次光源(一般的には照明光学装置の瞳面またはその近傍に形成された照明瞳分布)からの光束は、ビームスプリッター13aおよびコンデンサー光学系14を介した後、マスクブラインド15を重畳的に照明する。 Beams from the secondary light source formed on the rear focal plane (generally illumination pupil distribution formed on or near the pupil plane of the illumination optical apparatus) of the micro fly's eye lens 12, a beam splitter 13a and condenser optical after passing through the system 14 to superposedly illuminate a mask blind 15.

こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド15には、マイクロフライアイレンズ12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 15 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 12 is formed. なお、ビームスプリッター13aを内蔵する偏光モニター13の内部構成および作用については後述する。 It will be described later the internal configuration and action of polarization monitor 13 incorporating a beam splitter 13a. マスクブラインド15の矩形状の開口部(光透過部)を介した光束は、結像光学系16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 15 (light transmitting portion) is subjected to a condensing action of imaging optical system 16 to superposedly illuminate the mask M on which a predetermined pattern is formed.

すなわち、結像光学系16は、マスクブラインド15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 16 will form an image of the rectangular aperture of the mask blind 15 on the mask M. マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハW上にマスクパターンの像を形成する。 The light beam which has passed through the pattern of the mask M is through the projection optical system PL, to form an image of the mask pattern on the wafer W being a photosensitive substrate. 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、偏光状態切換手段4において、1/4波長板4aは、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する。 Incidentally, the polarization state switching device 4, 1/4-wave plate 4a is crystal optical axis around the optical axis AX is formed rotatably, converts the light incident elliptically polarized light into linearly polarized light. また、1/2波長板4bは、光軸AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。 Also, 1/2-wavelength plate 4b is 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4cは、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズム(不図示)と楔形状の石英プリズム(不図示)とにより構成されている。 The depolarizer 4c is composed of the crystal prism wedge-shaped with complementary shapes quartz prism (not shown) and wedge-shaped (not shown). 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4a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, substantially linearly polarized light to 1/4-wave plate 4a of light incident. しかしながら、光源1と偏光状態切換手段4との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光の偏光面がP偏光面またはS偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。 However, if an intervening right-angle prism as a back reflector in the optical path between the light source 1 and the polarization state switching device 4, the polarization plane of the incident linearly polarized light does not coincide with the P polarization plane or S polarization plane , linearly polarized light is changed into elliptically polarized light by the total reflection in the right-angle prism.

偏光状態切換手段4では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、1/4波長板4aの作用により変換された直線偏光の光が1/2波長板4bに入射する。 In the polarization state switching device 4, for example due to the total reflection in the right-angle prism be incident light elliptically polarized light, 1/4 light half-wave plate of the converted linearly polarized light by the action of the wave plate 4a incident to 4b. 1/2波長板4bの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して0度または90度の角度をなすように設定された場合、1/2波長板4bに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。 If the crystallographic axis of the half wave plate 4b is set at an angle of 0 ° or 90 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, 1/2 wavelength plate 4b linearly polarized light incident on the light as it is to pass without a change of the polarization plane.

また、1/2波長板4bの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定された場合、1/2波長板4bに入射した直線偏光の光は偏光面が90度だけ変化した直線偏光の光に変換される。 Also, 1/2 if the crystal optical axis of the wave plate 4b is set at an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, 1/2 the linearly polarized light incident on the wave plate 4b is plane of polarization is converted into light of linear polarization is changed by 90 degrees. さらに、デポラライザ4cの水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換(非偏光化)される。 Furthermore, where the crystallographic axis of the crystalline quartz prism depolarizer 4c 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 unpolarized state light It is converted (non polarizing) on.

偏光状態切換手段4では、デポラライザ4cが照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように構成されている。 In the polarization state switching device 4, the crystallographic axis of the crystalline quartz prism is configured to form an angle of 45 degrees relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light when the depolarizer 4c is positioned in the illumination optical path. 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4bの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して22.5度の角度をなすように設定された場合、1/2波長板4bに入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が90度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。 Also, 1/2 if the crystal optical axis of the wave plate 4b is set at an angle of 22.5 ° relative to the polarization plane of the incident linearly polarized light, 1/2 wave plate 4b linearly polarized light incident on the light linearly polarized light component and the polarization plane as it passes through without change of the polarization plane is converted into unpolarized light conditions including a linearly polarized light component changes by 90 degrees.

偏光状態切換手段4では、上述したように、直線偏光の光が1/2波長板4bに入射するが、以下の説明を簡単にするために、図1においてZ方向に偏光方向(電場の方向)を有する直線偏光(以下、「Z方向偏光」と称する)の光が1/2波長板4bに入射するものとする。 In the polarization state switching device 4, as described above, the light of the linearly polarized light is incident on the half wave plate 4b, in order to simplify the following description, the direction of the polarization direction (electric field in the Z direction in FIG. 1 ) linearly polarized light having a (hereinafter, the light is referred to as "Z-directionally polarized light") is assumed to be incident on the half wave plate 4b. デポラライザ4cを照明光路中に位置決めした場合、1/2波長板4bの結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面(偏光方向)に対して0度または90度の角度をなすように設定すると、1/2波長板4bに入射したZ方向偏光の光は偏光面が変化することなくZ方向偏光のまま通過してデポラライザ4cの水晶プリズムに入射する。 When positioning the depolarizer 4c in the illumination optical path and set at an angle of 0 or 90 degrees with respect to the Z-directionally polarized light of the polarization plane of incident crystallographic axis of 1/2-wavelength plate 4b (polarization direction) , 1 / the light of Z-directional polarization incident to the half wave plate 4b is incident on the crystal prism remain passage to depolarizer 4c of Z-directionally polarized light without change of the polarization plane. 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5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 5 in a non-polarized state. 一方、1/2波長板4bの結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定すると、1/2波長板4bに入射したZ方向偏光の光は偏光面が90度だけ変化し、図1においてX方向に偏光方向(電場の方向)を有する直線偏光(以下、「X方向偏光」と称する)の光になってデポラライザ4cの水晶プリズムに入射する。 Meanwhile, 1 / the second wave plate 4b of the crystal optical axis is set at an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident, light incident Z-direction polarized light to 1/2-wavelength plate 4b is plane of polarization changes by 90 degrees, linearly polarized light with the polarization direction (direction of the electric field) in the X direction in FIG. 1 (hereinafter, referred to as "X-directionally polarized light") enters the crystalline quartz prism in the depolarizer 4c become light . 水晶プリズムの結晶光学軸は入射するX方向偏光の偏光面に対しても45度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したX方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子5に入射する。 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 5 in a non-polarized state.

これに対し、デポラライザ4cを照明光路から退避させた場合、1/2波長板4bの結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して0度または90度の角度をなすように設定すると、1/2波長板4bに入射したZ方向偏光の光は偏光面が変化することなくZ方向偏光のまま通過し、Z方向偏光状態で回折光学素子5に入射する。 In contrast, when retracting the depolarizer 4c from the illumination optical path and set 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 1/2 wave plate 4b , 1 / the light of Z-directional polarization incident to the half wave plate 4b passes as kept as Z-directionally polarized light without change of the polarization plane, is incident on the diffractive optical element 5 in the Z-direction polarized state. 一方、1/2波長板4bの結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して45度の角度をなすように設定すると、1/2波長板4bに入射したZ方向偏光の光は偏光面が90度だけ変化してX方向偏光の光になり、X方向偏光状態で回折光学素子5に入射する。 Meanwhile, 1 / the second wave plate 4b of the crystal optical axis is set at an angle of 45 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident, light incident Z-direction polarized light to 1/2-wavelength plate 4b is polarization plane becomes the light changed by 90 ° X-directional polarization incident to the diffractive optical element 5 in the X-direction polarization state.

以上のように、偏光状態切換手段4では、デポラライザ4cを照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子5に入射させることができる。 As described above, in the polarization state switching device 4, by positioning by inserting a depolarizer 4c in the illumination optical path, it can be incident unpolarized light state to the diffractive optical element 5. また、デポラライザ4cを照明光路から退避させ且つ1/2波長板4bの結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して0度または90度の角度をなすように設定することにより、Z方向偏光状態の光を回折光学素子5に入射させることができる。 Further, by setting the angle of 0 ° or 90 ° relative to the polarization plane of the Z-directionally polarized light incident to the crystal optical axis of the retracted and half wave plate 4b depolarizer 4c from the illumination optical path, Z it can be incident light direction polarization state to the diffractive optical element 5. さらに、デポラライザ4cを照明光路から退避させ且つ1/2波長板4bの結晶光学軸を入射するZ方向偏光の偏光面に対して45度をなすように設定することにより、X方向偏光状態の光を回折光学素子5に入射させることができる。 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 4b is retracted the depolarizer 4c from the illumination optical path, the X-direction polarization light it can be incident on the diffractive optical element 5.

換言すれば、偏光状態切換手段4では、1/4波長板4aと1/2波長板4bとデポラライザ4cとからなる偏光状態切換手段の作用により、回折光学素子5への入射光の偏光状態(後述する本発明にかかる周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子以外の通常の回折光学素子を用いている場合にはマスクMおよびウェハWを照明する光の偏光状態)を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光状態の場合には互いに直交する偏光状態間(Z方向偏光とX方向偏光との間)で切り換えることができる。 In other words, the polarization state switching device 4, by the action of the polarization state switching device comprising a 1/4-wave plate 4a and the half wave plate 4b and depolarizer 4c, the polarization state of the incident light to the diffractive optical element 5 ( the present invention according circumferentially polarized halo other than the diffractive optical element for annular illumination conventional diffraction polarization state of light to illuminate the mask M and the wafer W in the case of using the optical element) the linear polarization state and a non described later can be switched between the polarization states, it is possible to switch between the polarization states in the case of linear polarization states orthogonal to each other (between Z-directional polarization and X-directional polarization).

図3は、図1においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。 Figure 3 is a diagram schematically showing the configuration of the deployed conical axicon system in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in Fig. 円錐アキシコン系8は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第1プリズム部材8aと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第2プリズム部材8bとから構成されている。 Conical axicon system 8 is composed of, in order from the light source side, a first prism member 8a having its concave conical refracting surface and mask-side planar on the light source side, convex cone and the light source side is planar on the mask side and a second prism member 8b toward the refractive surface.

そして、第1プリズム部材8aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材8bの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。 The concave conical refracting surface of the first prism member 8a and the convex conical refracting surface of the second prism member 8b, are complementarily formed so as to be brought into contact with each other. また、第1プリズム部材8aおよび第2プリズム部材8bのうち少なくとも一方の部材が光軸AXに沿って移動可能に構成され、第1プリズム部材8aの凹円錐状の屈折面と第2プリズム部材8bの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。 At least one member is movably configured along the optical axis AX, the concave conical refracting surface of the first prism member 8a and the second prism member 8b of the first prism member 8a and the second prism member 8b distance between the convex conical refracting surface of the is configured variably.

ここで、第1プリズム部材8aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材8bの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系8は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。 Here, in a state in which the concave conical refracting surface of the first prism member 8a and the convex conical refracting surface of the second prism member 8b are in contact with each other, the conical axicon system 8 functions as a plane, is formed there is no effect on the annular secondary light source that. しかしながら、第1プリズム部材8aの凹円錐状屈折面と第2プリズム部材8bの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系8は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。 However, when the spaced concave conical refracting surface of the first prism member 8a and the convex conical refracting surface of the second prism member 8b, the conical axicon system 8 functions as a so-called beam expander. したがって、円錐アキシコン系8の間隔の変化に伴って、所定面7への入射光束の角度は変化する。 Thus, with a change in the spacing of the conical axicon system 8, the angle of the incident light beam to the predetermined plane 7 varies.

図4は、輪帯状の二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。 Figure 4 is a diagram for explaining the action of the conical axicon system for the secondary light source of the annular shape. 図4を参照すると、円錐アキシコン系8の間隔が零で且つズームレンズ11の焦点距離が最小値に設定された状態(以下、「標準状態」という)で形成された最も小さい輪帯状の二次光源30aが、円錐アキシコン系8の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅(外径と内径との差の1/2:図中矢印で示す)が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源30bに変化する。 Referring to FIG. 4, a state in which spacing of the conical axicon system 8 and the focal length of the zoom lens 11 at zero is set to the minimum value (hereinafter, referred to as "standard state") smallest annular secondary formed by light source 30a is, by enlarging the spacing of the conical axicon system 8 from zero to a predetermined value, the width (1/2 of the difference between the outer diameter and the inner diameter: indicated by the arrow) is unchanged, their outer and inner diameters are both changed into secondary light source 30b of the enlarged annular. 換言すると、円錐アキシコン系8の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比(内径/外径)および大きさ(外径)がともに変化する。 In other words, by the action of the conical axicon system 8, without change in the width of the annular secondary light source, the annular ratio (inside diameter / outside diameter) and the size (outside diameter) both vary.

図5は、輪帯状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。 Figure 5 is a diagram for explaining the operation of the zoom lens with respect to the annular secondary light source. 図5を参照すると、標準状態で形成された輪帯状の二次光源30aが、ズームレンズ11の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源30cに変化する。 Referring to FIG. 5, the secondary light source 30a of annular shape formed in the standard state, by enlarging the focal length of the zoom lens 11 from a minimum value to a predetermined value, the entire shape is similarly enlarged It changes annular secondary light source 30c. 換言すると、ズームレンズ11の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ(外径)がともに変化する。 In other words, by the action of the zoom lens 11, without the annular ratio of the annular secondary light source changes, the width and size (outside diameter) both vary.

図6は、図1においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。 Figure 6 is a diagram schematically showing a first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair configuration which is disposed in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in Fig. 1 . 図6において、光源側から順に、第1シリンドリカルレンズ対9および第2シリンドリカルレンズ対10が配置されている。 6, in order from the light source side, a first cylindrical lens pair 9 and the second cylindrical lens pair 10 is disposed. 第1シリンドリカルレンズ対9は、光源側から順に、たとえばYZ平面内に負屈折力を有し且つXY平面内に無屈折力の第1シリンドリカル負レンズ9aと、同じくYZ平面内に正屈折力を有し且つXY平面内に無屈折力の第1シリンドリカル正レンズ9bとにより構成されている。 The first cylindrical lens pair 9 is composed of, in order from the light source side, for example, a first cylindrical negative lens 9a of no refractive power within and XY plane has a negative refractive power in the YZ plane, similarly a positive refractive power in the YZ plane in a and XY plane is constituted by a first cylindrical positive lens 9b of no refractive power.

一方、第2シリンドリカルレンズ対10は、光源側から順に、たとえばXY平面内に負屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力の第2シリンドリカル負レンズ10aと、同じくXY平面内に正屈折力を有し且つYZ平面内に無屈折力の第2シリンドリカル正レンズ10bとにより構成されている。 On the other hand, the second cylindrical lens pair 10, in order from the light source side, for example, a second cylindrical negative lens 10a of no refractive power in and YZ plane has a negative refractive power in the XY plane, also having positive refracting the XY plane It is constituted by a second cylindrical positive lens 10b of no refractive power within and YZ plane having a force. 第1シリンドリカル負レンズ9aと第1シリンドリカル正レンズ9bとは、光軸AXを中心として一体的に回転するように構成されている。 The first cylindrical negative lens 9a and the first cylindrical positive lens 9b, are configured to rotate integrally about the optical axis AX. 同様に、第2シリンドリカル負レンズ10aと第2シリンドリカル正レンズ10bとは、光軸AXを中心として一体的に回転するように構成されている。 Similarly, the second cylindrical negative lens 10a and the second cylindrical positive lens 10b, and is configured to rotate integrally about the optical axis AX.

こうして、図6に示す状態において、第1シリンドリカルレンズ対9はZ方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能し、第2シリンドリカルレンズ対10はX方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能する。 Thus, in the state shown in FIG. 6, the first cylindrical lens pair 9 functions as a beam expander having a power in the Z-direction, the second cylindrical lens pair 10 functions as a beam expander having a power in the X-direction. なお、第1シリンドリカルレンズ対9のパワーと第2シリンドリカルレンズ対10のパワーとは、互いに同じに設定されている。 Note that the power and the second cylindrical lens pair 10 power of the first cylindrical lens pair 9, and is set to be equal to each other.

図7〜図9は、輪帯状の二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。 7 to 9 are diagrams for explaining the action of the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair for the secondary light source of the annular shape. 図7では、第1シリンドリカルレンズ対9のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに+45度の角度をなし、第2シリンドリカルレンズ対10のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに−45度の角度をなすように設定されている。 In Figure 7, the power direction of the first cylindrical lens pair 9 is an angle of + 45 ° around the optical axis AX relative to the Z-axis, the power direction of the second cylindrical lens pair 10 is the optical axis AX around the Z axis It is set at an angle of -45 degrees.

したがって、第1シリンドリカルレンズ対9のパワー方向と第2シリンドリカルレンズ対10のパワー方向とが互いに直交し、第1シリンドリカルレンズ対9と第2シリンドリカルレンズ対10との合成系においてZ方向のパワーとX方向のパワーとが互いに同じになる。 Therefore, the power direction of the power direction and the second cylindrical lens pair 10 of the first cylindrical lens pair 9 is perpendicular to each other, a first cylindrical lens pair 9 and the Z-direction of the power in the combined system of the second cylindrical lens pair 10 and the X direction of power become the same as each other. その結果、図7に示す真円状態では、第1シリンドリカルレンズ対9と第2シリンドリカルレンズ対10との合成系を通過する光束は、Z方向およびX方向に同じパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成されることになる。 As a result, in a perfect circle state shown in FIG. 7, a light beam passing through the first cylindrical lens pair 9 and combined system of the second cylindrical lens pair 10, to receive the expanded working at the same power in the Z and X directions It becomes, so that the Maenwa annular secondary light source is formed on the illumination pupil.

これに対し、図8では、第1シリンドリカルレンズ対9のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば+80度の角度をなし、第2シリンドリカルレンズ対10のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば−80度の角度をなすように設定されている。 In contrast, in FIG. 8, the power direction of the first cylindrical lens pair 9 is an angle of for example + 80 degrees around the optical axis AX relative to the Z-axis, the power direction of the second cylindrical lens pair 10 with respect to the Z axis It is set at an angle of, for example, -80 degrees the optical axis AX around Te. したがって、第1シリンドリカルレンズ対9と第2シリンドリカルレンズ対10との合成系において、Z方向のパワーよりもX方向のパワーの方が大きくなる。 Accordingly, in a first cylindrical lens pair 9 combined system of the second cylindrical lens pair 10, the direction of the X direction of power than the Z direction of the power increases. その結果、図8に示す横楕円状態では、第1シリンドリカルレンズ対9と第2シリンドリカルレンズ対10との合成系を通過する光束は、Z方向よりもX方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳にはX方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。 As a result, the transverse elliptical state shown in FIG. 8, a light beam passing through the first cylindrical lens pair 9 and combined system of the second cylindrical lens pair 10, towards the X-direction than the Z direction is an enlarged working with a large power You will receive it, so that the secondary light source is elongated horizontally long annular in the X direction is formed on the illumination pupil.

一方、図9では、第1シリンドリカルレンズ対9のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば+10度の角度をなし、第2シリンドリカルレンズ対10のパワー方向がZ軸に対して光軸AX廻りに例えば−10度の角度をなすように設定されている。 On the other hand, in FIG. 9, the power direction of the first cylindrical lens pair 9 is an angle of for example + 10 ° around the optical axis AX relative to the Z-axis, the power direction of the second cylindrical lens pair 10 is light to the Z axis It is set to the axis AX around at an angle of, for example, -10 degrees. したがって、第1シリンドリカルレンズ対9と第2シリンドリカルレンズ対10との合成系において、X方向のパワーよりもZ方向のパワーの方が大きくなる。 Accordingly, in a first cylindrical lens pair 9 combined system of the second cylindrical lens pair 10, the direction of Z-direction power than the X direction of the power increases. その結果、図9に示す縦楕円状態では、第1シリンドリカルレンズ対9と第2シリンドリカルレンズ対10との合成系を通過する光束は、X方向よりもZ方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳にはZ方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。 As a result, the vertical elliptical state shown in FIG. 9, a light beam passing through the first cylindrical lens pair 9 and combined system of the second cylindrical lens pair 10, towards the Z direction than the X direction to expand working with a large power You will receive it, so that the secondary light source of an elongated vertically long annular in the Z direction is formed on the illumination pupil.

さらに、第1シリンドリカルレンズ対9および第2シリンドリカルレンズ対10を図7に示す真円状態と図8に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の輪帯状の二次光源を形成することができる。 Further, by setting the first cylindrical lens pair 9 and the second cylindrical lens pair 10 in an arbitrary state between the transverse elliptical state shown in true circle state and 8 shown in FIG. 7, according to various aspect ratios it is possible to form an oblong annular secondary light source. また、第1シリンドリカルレンズ対9および第2シリンドリカルレンズ対10を図7に示す真円状態と図9に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の輪帯状の二次光源を形成することができる。 Further, by setting an arbitrary state between the vertical elliptical state showing a first cylindrical lens pair 9 and the second cylindrical lens pair 10 in a true circle state and 9 shown in FIG. 7, according to various aspect ratios it is possible to form a vertically long annular secondary light source.

図10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 10 is a perspective view schematically showing the internal configuration of the polarization monitor of Figure 1. 図10を参照すると、偏光モニター13は、マイクロフライアイレンズ12とコンデンサー光学系14との間の光路中に配置された第1ビームスプリッター13aを備えている。 Referring to FIG. 10, the polarization monitor 13 is provided with a first beam splitter 13a disposed in the optical path between the micro fly's eye lens 12 and the condenser optical system 14. 第1ビームスプリッター13a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。 The first beam splitter 13a is, 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13a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13bに入射する。 Light extracted from the optical path by the first beam splitter 13a is incident to the second beam splitter 13b. 第2ビームスプリッター13bは、第1ビームスプリッター13a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。 The second beam splitter 13b is similar to the first beam splitter 13a, 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13aに対するP偏光が第2ビームスプリッター13bに対するS偏光になり、且つ第1ビームスプリッター13aに対するS偏光が第2ビームスプリッター13b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 13a becomes the S-polarized light for the second beam splitter 13b, and the S-polarized light to the first beam splitter 13a is set to be P-polarized light for the second beam splitter 13b.

また、第2ビームスプリッター13bを透過した光は第1光強度検出器13cにより検出され、第2ビームスプリッター13bで反射された光は第2光強度検出器13dにより検出される。 The light transmitted through the second beam splitter 13b is detected by first light intensity detector 13c, the light reflected by the second beam splitter 13b is detected by second light intensity detector 13d. 第1光強度検出器13cおよび第2光強度検出器13d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 13c and the second light intensity detector 13d are supplied to the control unit (not shown). 制御部は、偏光状態切換手段4を構成する1/4波長板4a、1/2波長板4bおよびデポラライザ4cを必要に応じて駆動する。 Control unit drives as necessary quarter wave plate 4a, 1/2 wave plate 4b and depolarizer 4c constituting the polarization state switching device 4.

上述のように、第1ビームスプリッター13aおよび第2ビームスプリッター13b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 13a and the second beam splitter 13b, a reflectivity for 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13では、第1ビームスプリッター13aからの反射光が、例えば第1ビームスプリッター13a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13aに対するS偏光成分であって第2ビームスプリッター13bに対するP偏光成分)と、例えば第1ビームスプリッター13a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13aに対するP偏光成分であって第2ビームスプリッター13bに対するS偏光成分)とを含むことになる。 Accordingly, the polarization monitor 13, the reflected light from the first beam splitter 13a 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 13a (the first beam splitter 13a first the P-polarized component) to the second beam splitter 13b, S-polarized light for the second beam splitter 13b and a P-polarized component for example for the first 1% of P-polarized component of the incident light to the beam splitter 13a (the first beam splitter 13a will contain a component).

また、第2ビームスプリッター13bからの反射光は、例えば第1ビームスプリッター13a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13aに対するP偏光成分であって第2ビームスプリッター13bに対するS偏光成分)と、例えば第1ビームスプリッター13a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13aに対するS偏光成分であって第2ビームスプリッター13b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 13b is a P-polarized light component with respect to, for example, 10% of the incident light to the first beam splitter 13a × 1% = 0.1% approximately of the P-polarized component (first beam splitter 13a the S-polarized component) for the second beam splitter 13b 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 13a (the first beam splitter 13a It will comprise P-polarized light component) and to the second beam splitter 13b there is.

こうして、偏光モニター13では、第1ビームスプリッター13a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 13, the first beam splitter 13a, 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13b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13cの出力(第2ビームスプリッター13b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13a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13aへの入射光の偏光状態(偏光度)を、ひいてはマスクMへの照明光の偏光状態を検知することができる。 As a result, although slightly influenced by the polarization fluctuation by the polarization characteristic of the second beam splitter 13b, information relating to the intensity of the transmitted light output of the first light intensity detector 13c (second beam splitter 13b, i.e. the first beam splitter based on the information) relating to the intensity of light of substantially the same polarization state and the reflected light from 13a, the polarization state of the incident light to the first beam splitter 13a (polarization), the polarization state of the illumination light to turn the mask M it can be detected.

また、偏光モニター13では、第1ビームスプリッター13aに対するP偏光が第2ビームスプリッター13bに対するS偏光になり且つ第1ビームスプリッター13aに対するS偏光が第2ビームスプリッター13bに対するP偏光になるように設定されている。 Further, the polarization monitor 13, P-polarized light to the first beam splitter 13a is set to S-polarized light with respect to and the first beam splitter 13a becomes the S-polarized light for the second beam splitter 13b is P-polarized light for the second beam splitter 13b ing. その結果、第2光強度検出器13dの出力(第1ビームスプリッター13aおよび第2ビームスプリッター13b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13a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13a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 13d (information about the intensity of the sequential light reflected by the first beam splitter 13a and the second beam splitter 13b), the polarization of the incident light to the first beam splitter 13a 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 13a, 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13を用いて、第1ビームスプリッター13a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または直線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 13, the polarization state of the incident light to the first beam splitter 13a detects, determines whether thus illumination light to the mask M is in the desired unpolarized state or linearly polarized state can do. そして、制御部が偏光モニター13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または直線偏光状態になっていないことを確認した場合、偏光状態切換手段4を構成する1/4波長板4a、1/2波長板4bおよびデポラライザ4cを駆動調整し、マスクMへの照明光の状態を所望の非偏光状態または直線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 or linearly polarized state based on the detection result of the polarization monitor 13, the polarization state switching device 4 it can be a quarter wave plate 4a, 1/2 wave plate 4b and depolarizer 4c constituting driving adjusted to adjust the state of the illumination light to the mask M in the desired unpolarized state or linearly polarized state.

なお、輪帯照明用の回折光学素子5に代えて、4極照明用の回折光学素子(不図示)を照明光路中に設定することによって、4極照明を行うことができる。 In place of the diffractive optical element 5 for annular illumination, by setting the diffractive optical element for quadrupole illumination (not shown) in the illumination optical path, it is possible to perform the quadrupole illumination. 4極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに4極状の光強度分布を形成する機能を有する。 The diffractive optical element for quadrupole illumination has such a function that when a parallel beam with a rectangular cross section is incident thereto, it forms an quadrupole-shaped light intensity distribution in its far field. したがって、4極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ12の入射面に、たとえば光軸AXを中心とした4つの円形状の照野からなる4極状の照野を形成する。 Therefore, the light beam through the diffractive optical element for quadrupole illumination, the incident surface of the micro fly's eye lens 12, for example, a quadrupole illumination field consisting of four circular illumination fields around the optical axis AX Form. その結果、マイクロフライアイレンズ12の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ4極状の二次光源が形成される。 As a result, the rear focal plane of the micro fly's eye lens 12, the secondary light source of the same quadrupole shape as the illumination field formed on the entrance surface is formed.

また、輪帯照明用の回折光学素子5に代えて、円形照明用の回折光学素子(不図示)を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。 Further, instead of the diffractive optical element 5 for annular illumination, by setting a diffractive optical element for circular illumination (not shown) in the illumination optical path, it is possible to perform normal circular illumination. 円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。 The diffractive optical element for circular illumination has such a function that when a parallel beam with a rectangular cross section is incident has a function of forming a circular light intensity distribution in the far field. したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ12の入射面に、たとえば光軸AXを中心とした円形状の照野からなる4極状の照野を形成する。 Therefore, the light beam through the diffractive optical element for circular illumination, the incident surface of the micro fly's eye lens 12, to form a quadrupole illumination field consisting of a circular illumination field, for example around the optical axis AX. その結果、マイクロフライアイレンズ12の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。 As a result, the rear focal plane of the micro fly's eye lens 12, the same circular secondary light source as the illumination field formed on the entrance surface is formed.

さらに、輪帯照明用の回折光学素子5に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子(不図示)を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明(2極照明、8極照明など)を行うことができる。 Further, instead of the diffractive optical element 5 for annular illumination, by setting other diffractive optical element for multi-polar illumination (not shown) in the illumination optical path, various multi-polar illumination (dipole illumination, 8 it is possible to perform pole illumination, etc.). 同様に、輪帯照明用の回折光学素子5に代えて、適当な特性を有する回折光学素子(不図示)を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。 Similarly, instead of the diffractive optical element 5 for annular illumination, by setting a diffractive optical element having suitable properties (not shown) in the illumination optical path, it is possible to perform the modified illumination in various forms.

本実施形態では、輪帯照明用の回折光学素子5に代えて、いわゆる周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子50を照明光路中に設定することによって、輪帯状の二次光源を通過する光束が周方向偏光状態に設定された変形照明、すなわち周方向偏光輪帯照明を行うことができる。 In the present embodiment, instead of the diffractive optical element 5 for annular illumination, by setting the diffractive optical element 50 of the so-called circumferential polarized annular illumination in the illumination optical path, passing through the annular secondary light source modified illumination light flux is set in the azimuthal polarization state, i.e., capable of circumferentially polarized annular illumination. 図11は、本実施形態にかかる周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 Figure 11 is a diagram schematically showing a configuration of a diffractive optical element for such a circumferential direction polarized annular illumination in the present embodiment. また、図12は、周方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。 Further, FIG. 12, the circumferential polarization state which is set to the annular secondary light source is a diagram schematically showing.

図11および図12を参照すると、本実施形態にかかる周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子50は、互いに同じ矩形状の断面を有し且つ光の透過方向(Y方向)に沿った厚さ(光軸方向の長さ)が互いに異なる4種類の基本素子50A〜50Dを縦横に且つ稠密に配置することにより構成されている。 Referring to FIGS. 11 and 12, the diffractive optical element 50 for such peripheral direction polarized annular illumination in the present embodiment, the thickness along the and light transmission direction have the same rectangular cross section with each other (Y direction) and is constructed by (length in the optical axis direction) is densely arranged vertically and horizontally four different basic elements 50A~50D each other. ここで、第1基本素子50Aの厚さが最も大きく、第4基本素子50Dの厚さが最も小さく、第2基本素子50Bの厚さは第3基本素子50Cの厚さよりも大きく設定されている。 Here, the largest thickness of the first basic element 50A, the fourth smallest thickness of the basic elements 50D, the thickness of the second basic element 50B is set larger than the thickness of the third basic element 50C .

また、回折光学素子50は、第1基本素子50Aと第2基本素子50Bと第3基本素子50Cと第4基本素子50Dとをほぼ同数含み、4種類の基本素子50A〜50Dはほぼランダム配置されている。 Further, the diffractive optical element 50 comprises a first base element 50A and the second basic element 50B and the third basic element 50C and the fourth basic element 50D comprises approximately the same number, four basic elements 50A~50D are substantially randomly arranged ing. さらに、各基本素子50A〜50Dのマスク側には回折面(図中斜線部で示す)が形成され、各基本素子50A〜50Dの回折面が光軸AX(図11では不図示)と直交する1つの平面に沿うように整列されている。 Further, the diffraction surface on the mask side of each basic element 50A-50D (shown in FIG hatched portion) is formed, the diffraction surface of each basic element 50A-50D is perpendicular to the optical axis AX (not shown in FIG. 11) It is aligned along the one plane. その結果、回折光学素子50のマスク側の面は平面状であるが、回折光学素子50の光源側の面は各基本素子50A〜50Dの厚さの違いにより凹凸状になっている。 As a result, the surface of the mask side of the diffractive optical element 50 is a planar light source-side surface of the diffractive optical element 50 is made uneven due to the difference in thickness of each basic element 50A-50D.

そして、第1基本素子50Aの回折面は、図12に示す輪帯状の二次光源31のうち、光軸AXを通るZ方向の軸線に関して対称的な一対の円弧状領域31Aを形成するように構成されている。 The diffraction surface of the first basic element 50A, among the annular secondary light source 31 shown in FIG. 12, so as to form a symmetric pair of arcuate region 31A in the Z direction of the axis passing through the optical axis AX It is configured. すなわち、図13に示すように、第1基本素子50Aは、回折光学素子50のファーフィールド(ひいては各基本素子50A〜50Dのファーフィールド)50Eに光軸AXを通るZ方向の軸線に関して対称的な一対の円弧状の光強度分布32A(一対の円弧状領域31Aに対応)を形成する機能を有する。 That is, as shown in FIG. 13, the first basic element 50A is symmetrical with respect to the axis of the Z direction through the optical axis AX to 50E (far-field of the thus each basic element 50A-50D) far field of the diffraction optical element 50 It has the function of forming a pair of arc-shaped light intensity distribution 32A (corresponding to the pair of arcuate region 31A).

第2基本素子50Bの回折面は、光軸AXを通るZ方向の軸線をY軸廻りに−45度回転させた(図12中反時計回りに45度回転させた)軸線に関して対称的な一対の円弧状領域31Bを形成するように構成されている。 Diffraction surface of the second basic element 50B is the axis of the Z direction through the optical axis AX is rotated -45 degrees around the Y-axis (in Figure 12 is rotated 45 degrees counterclockwise) symmetric pair with respect to the axis It is configured to form a circular arc region 31B. すなわち、図14に示すように、第2基本素子50Bは、ファーフィールド50Eに、光軸AXを通るZ方向の軸線をY軸廻りに−45度回転させた軸線に関して対称的な一対の円弧状の光強度分布32B(一対の円弧状領域31Bに対応)を形成する機能を有する。 That is, as shown in FIG. 14, the second basic element 50B is in the far field 50E, symmetrical pair of arcuate with respect to the axis of the axis of the Z-direction rotated -45 ° around the Y-axis passing through the optical axis AX the light intensity distribution 32B has a function of forming a (corresponding to a pair of arc-shaped regions 31B).

第3基本素子50Cの回折面は、光軸AXを通るX方向の軸線に関して対称的な一対の円弧状領域31Cを形成するように構成されている。 Diffractive surface of the third basic element 50C is arranged to form a symmetric pair of arcuate area 31C in the X direction of the axis passing through the optical axis AX. すなわち、図15に示すように、第3基本素子50Cは、ファーフィールド50Eに、光軸AXを通るX方向の軸線に関して対称的な一対の円弧状の光強度分布32C(一対の円弧状領域31Cに対応)を形成する機能を有する。 That is, as shown in FIG. 15, third basic elements 50C are far-field 50E, symmetrical pair of arc-shaped light intensity distribution 32C in the X direction of the axis passing through the optical axis AX (the pair of arc-shaped region 31C It has the function of forming a support) to.

第4基本素子50Dの回折面は、光軸AXを通るZ方向の軸線をY軸廻りに+45度回転させた(図12中時計回りに45度回転させた)軸線に関して対称的な一対の円弧状領域31Dを形成するように構成されている。 The fourth diffraction plane of the basic element 50D is the axis of the Z direction through the optical axis AX is rotated +45 degrees around the Y-axis (rotated 45 degrees clockwise in Fig. 12) symmetrical pair of circularly with respect to the axis It is configured to form an arcuate region 31D. すなわち、図16に示すように、第4基本素子50Dは、ファーフィールド50Eに、光軸AXを通るZ方向の軸線をY軸廻りに+45度回転させた軸線に関して対称的な一対の円弧状の光強度分布32D(一対の円弧状領域31Dに対応)を形成する機能を有する。 That is, as shown in FIG. 16, the fourth basic element 50D is in the far field 50E, the axis of the Z direction through the optical axis AX symmetric pair of arcuate with respect to the axis rotated + 45 ° around the Y-axis it forms a light intensity distribution 32D (corresponding to the pair of arcuate region 31D). なお、各円弧状領域31A〜31Dの大きさは互いにほぼ等しく、8つの円弧状領域31A〜31Dが互いに重複することなく且つ互いに離間することなく、光軸AXを中心とした輪帯状の二次光源31を構成している。 The size of the arc-shaped region 31A~31D is substantially equal to each other, without and separated from each other without eight arcuate region 31A~31D overlap each other, of an annular shape centered around the optical axis AX Secondary constitute a light source 31.

また、本実施形態では、各基本素子50A〜50Dが旋光性を有する光学材料である水晶により構成され、各基本素子50A〜50Dの結晶光学軸が光軸AXとほぼ一致するように設定されている。 Further, in the present embodiment, each basic element 50A~50D is constituted by a crystal which is an optical material with optical activity, are set so as crystal optical axis of each basic element 50A~50D substantially coincides with the optical axis AX there. 以下、図17を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。 Referring to FIG. 17, it will be briefly described optical activity of the crystal. 図17を参照すると、厚さdの水晶からなる平行平面板状の光学部材35が、その結晶光学軸と光軸AXとが一致するように配置されている。 Referring to FIG. 17, the thickness of the optical member 35 plane-parallel plate shape made of crystal d is, the crystal optical axis and the optical axis AX are arranged to coincide. この場合、光学部材35の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸AX廻りにθだけ回転した状態で射出される。 In this case, the optical rotation of the optical member 35, the polarization direction of linearly polarized light is emitted in a state of being rotated by θ around the optical axis AX.

このとき、光学部材35の旋光性による偏光方向の回転角θは、光学部材35の厚さdと水晶の旋光能ρとにより、次の式(1)で表わされる。 At this time, the θ rotation angle of the polarization direction by the optical rotation of the optical member 35 by the optical rotatory power ρ of thickness d and a crystal of the optical member 35 is represented by the following formula (1).
θ=d・ρ (1) θ = d · ρ (1)
一般に、水晶の旋光能ρは使用光の波長が短くなると大きくなる傾向があるが、「応用光学II」の第167頁の記述によれば、250.3nmの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは153.9度/mmである。 In general, crystal optical rotatory power ρ of tends to increase the wavelength of light used becomes shorter, according to the 167 pages of description of "Applied Optics II", rotatory power of quartz for light having a wavelength of 250.3nm ρ is 153.9 degrees / mm.

本実施形態において、第1基本素子50Aは、図13に示すように、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸廻りに+180度回転させた方向すなわちZ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さdAが設定されている。 In the present embodiment, the first basic element 50A, as shown in FIG. 13, when light of linear polarization having the polarization direction along the Z-direction is incident, Z direction direction, ie Z rotated +180 degrees around the Y-axis the thickness dA to emit linearly polarized light having the polarization direction in the direction is set. その結果、ファーフィールド50Eに形成される一対の円弧状の光強度分布32Aを通過する光束の偏光方向もZ方向になり、図12に示す一対の円弧状領域31Aを通過する光束の偏光方向もZ方向になる。 As a result, the polarization direction of beams passing through a pair of arc-shaped light intensity distribution 32A that is formed in the far field 50E becomes in the Z-direction, also the polarization direction of beams passing through a pair of arc-shaped regions 31A shown in FIG. 12 made in the Z direction.

第2基本素子50Bは、図14に示すように、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸廻りに+135度回転させた方向すなわちZ方向をY軸廻りに−45度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さdBが設定されている。 The second basic element 50B, as shown in FIG. 14, when light of linear polarization having the polarization direction along the Z-direction is incident, around the Y-axis direction or Z direction rotated +135 degrees Z-direction around the Y-axis thickness dB so as to emit light of linearly polarized light having the polarization direction is set to the direction rotated -45 degrees. その結果、ファーフィールド50Eに形成される一対の円弧状の光強度分布32Bを通過する光束の偏光方向もZ方向をY軸廻りに−45度回転させた方向になり、図12に示す一対の円弧状領域31Aを通過する光束の偏光方向もZ方向をY軸廻りに−45度回転させた方向になる。 As a result, the polarization direction of beams passing through a pair of arc-shaped light intensity distribution 32B formed in the far field 50E becomes in a direction rotated -45 degrees in the Z direction around the Y-axis, a pair shown in FIG. 12 the polarization direction of the light beam passing through the arc-shaped region 31A is also in a direction rotated -45 degrees in the Z direction around the Y-axis.

第3基本素子50Cは、図15に示すように、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸廻りに+90度回転させた方向すなわちX方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さdCが設定されている。 Third basic element 50C, as shown in FIG. 15, when light of linear polarization having the polarization direction along the Z-direction is incident, the polarization direction of the Z-direction in the Y-axis direction, that is, the X direction around the rotated +90 degrees the thickness dC so as to emit linearly polarized light having is set. その結果、ファーフィールド50Eに形成される一対の円弧状の光強度分布32Cを通過する光束の偏光方向もX方向になり、図12に示す一対の円弧状領域31Cを通過する光束の偏光方向もX方向になる。 As a result, the polarization direction of beams passing through a pair of arc-shaped light intensity distribution 32C formed in the far field 50E becomes in the X direction, also the polarization direction of beams passing through a pair of arc-shaped regions 31C shown in FIG. 12 made in the X direction.

第4基本素子50Dは、図16に示すように、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Z方向をY軸廻りに+45度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さdDが設定されている。 The fourth basic elements 50D, as shown in FIG. 16, when light of linear polarization having the polarization direction along the Z-direction is incident, linearly polarized light with the polarization direction of the Z-direction in the direction rotated + 45 ° around the Y-axis the thickness dD to emit light is set. その結果、ファーフィールド50Eに形成される一対の円弧状の光強度分布32Dを通過する光束の偏光方向もZ方向をY軸廻りに+45度回転させた方向になり、図12に示す一対の円弧状領域31Dを通過する光束の偏光方向もZ方向をY軸廻りに+45度回転させた方向になる。 As a result, the polarization direction of beams passing through a pair of arc-shaped light intensity distribution 32D formed in the far field 50E becomes the Z direction in the direction rotated + 45 ° around the Y-axis, a pair of circles shown in FIG. 12 the polarization direction of the light beam passing through the arc region 31D also in a direction rotated + 45 ° in the Z direction around the Y-axis.

本実施形態では、周方向偏光輪帯照明に際して、周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子50を照明光路中に設定し、Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光を回折光学素子50に入射させる。 In the present embodiment, when the circumferential direction polarized annular illumination, set the diffractive optical element 50 in the circumferential direction polarized annular illumination in the illumination optical path, the diffractive optical element 50 to linearly polarized light having the polarization direction along the Z-direction allowed to enter. その結果、マイクロフライアイレンズ12の後側焦点面(すなわち照明瞳またはその近傍)には、図12に示すように、輪帯状の二次光源(輪帯状の照明瞳分布)31が形成され、この輪帯状の二次光源31を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。 As a result, the back focal plane of the micro fly's eye lens 12 (i.e. the illumination or near the pupil), as shown in FIG. 12, (illumination pupil distribution of the annular) the secondary light source of the annular shape 31 is formed, beams passing through the secondary light source 31 of the annular is set in the azimuthal polarized state.

周方向偏光状態では、輪帯状の二次光源31を構成する円弧状領域31A〜31Dをそれぞれ通過する光束は、各円弧状領域31A〜31Dの円周方向に沿った中心位置における光軸AXを中心とする円の接線とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。 In the azimuthal polarization state, the optical axis AX in the light beam, the center position along the circumferential direction of each arcuate region 31A~31D passing an arcuate region 31A~31D constituting the annular secondary light source 31, respectively It becomes linearly polarized state having a polarization direction substantially coincident with the tangent of a circle centered.

このように本実施形態では、入射光束に基づいて所定面に所定の光強度分布を形成するための光束変換素子50が、旋光性を有する光学材料により形成されて、前記入射光束に基づいて前記所定の光強度分布のうちの第1領域分布32Aを形成するための第1基本素子50Aと;旋光性を有する光学材料により形成されて、前記入射光束に基づいて前記所定の光強度分布のうちの第2領域分布32Bを形成するための第2基本素子50Bとを備えており、第1基本素子50Aと第2基本素子50Bとの光の透過方向に沿った厚さが互いに異なっている。 Thus, in this embodiment, the beam transforming element 50 for forming the predetermined light intensity distribution on the predetermined surface on the basis of the incident beam, is formed by an optical material with optical activity, based on the incident light beam the first basic element 50A and to form a predetermined first region distribution 32A of the light intensity distribution; formed of an optical material having optical activity, of the predetermined light intensity distribution on the basis of the incident beam and a second basic element 50B for forming the second region distribution 32B of the thickness along the light transmitting direction of the first basic element 50A and the second basic element 50B are different from each other.

このような構成により、本実施形態では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生する従来技術とは異なり、光束変換素子としての回折光学素子50の回折作用と旋光作用とにより、光量損失を実質的に発生させることなく、周方向偏光状態の輪帯状の二次光源31を形成することができる。 With this configuration, in the present embodiment, unlike the prior art that a large loss of light quantity at the aperture stop is generated, by the diffracting action and optical rotating action of the diffractive optical element 50 as a light beam conversion element, substantially light loss without causing, it is possible to form the annular secondary light source 31 of the circumferentially polarized state.

ここで、本実施形態の好ましい態様によれば、第1基本素子50Aの厚さおよび第2基本素子50Bの厚さは、直線偏光が入射したときに第1領域分布32Aを形成する直線偏光の偏光方向と第2領域分布32Bを形成する直線偏光の偏光方向とが異なるように設定されている。 Here, according to a preferred aspect of this embodiment, the thickness and the thickness of the second basic element 50B of the first basic element 50A is linearly polarized light linearly polarized light forming the first region distribution 32A when incident the polarization direction of the linearly polarized light forming the polarization direction and the second region distribution 32B are set to be different. また、第1領域分布32Aおよび第2領域分布32Bは、所定面における所定点を中心とする所定の輪帯領域である所定輪帯領域の少なくとも一部に位置決めされ、第1領域分布32Aおよび第2領域分布32Bを通過する光束は、所定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態を有することが好ましい。 The first region distribution 32A and the second region distribution 32B are positioned in at least a portion of the predetermined annular region, which is a predetermined annular region centered around a predetermined point in the predetermined plane, the first region distribution 32A and the second the light beam passing through the second region distribution 32B preferably has a polarization state consisting primarily of linear polarization having a polarization direction in the circumferential direction of the predetermined annular region.

この場合、所定の光強度分布は、所定輪帯領域とほぼ同一形状の外形を有し、第1領域分布32Aを通過する光束の偏光状態は、第1領域分布32Aの円周方向に沿った中心位置における所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、第2領域分布32Bを通過する光束の偏光状態は、第2領域分布32Bの円周方向に沿った中心位置における所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することが好ましい。 In this case, the predetermined light intensity distribution has a contour of substantially the same shape as the predetermined annular region, the polarization state of the light beam passing through the first region distribution 32A is along the circumferential direction of the first region distribution 32A have substantially matched linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about a predetermined point at the central position, the polarization state of the light beam passing through the second region distribution 32B are along the circumferential direction of the second region distribution 32B it is preferred to have a substantially coincident with linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about a predetermined point at the center position. あるいは、所定の光強度分布は、所定輪帯領域内に分布する多極状であり、第1領域分布を通過する光束の偏光状態は、第1領域分布の円周方向に沿った中心位置における所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、第2領域分布を通過する光束の偏光状態は、第2領域分布の円周方向に沿った中心位置における所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することが好ましい。 Alternatively, the predetermined light intensity distribution is a multi-pole shape distributed in a predetermined annular region, the polarization state of the light flux passing through the first region distribution, the center position along the circumferential direction of the first region distribution It has substantially matched linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about a predetermined point, the polarization state of the light beam passing through the second region distribution, the predetermined point at the central position along the circumferential direction of the second region distribution preferably it has substantially the same linearly polarized light component and the tangential direction of a circle centered on the.

また、本実施形態の好ましい態様によれば、第1基本素子および第2基本素子は、使用波長の光に対して100度/mm以上の旋光能を有する光学材料により形成されている。 According to a preferred aspect of this embodiment, the first basic element and the second basic element is formed of an optical material having optical rotatory power of more than 100 degrees / mm for light of a wavelength used. また、第1基本素子および第2基本素子は、水晶により形成されていることが好ましい。 The first basic element and the second basic element is preferably formed by a quartz. また、光束変換素子は、第1基本素子と第2基本素子とをほぼ同数含むことが好ましい。 Further, the light beam conversion element preferably includes approximately the same number of the first basic element and the second basic element. また、第1基本素子および第2基本素子は、回折作用または屈折作用を有することが好ましい。 The first basic element and the second basic element preferably have diffracting action or refracting action.

また、本実施形態の好ましい態様によれば、第1基本素子は、入射光束に基づいて少なくとも2つの第1領域分布を所定面上に形成し、第2基本素子は、入射光束に基づいて少なくとも2つの第2領域分布を所定面上に形成することが好ましい。 According to a preferred aspect of this embodiment, the first basic element, at least two first areas distribution based on incident light beam is formed on the predetermined plane, the second basic element, at least on the basis of the incident beam it is preferably formed of two second areas distributed on the predetermined plane. また、旋光性を有する光学材料により形成されて、入射光束に基づいて所定の光強度分布のうちの第3領域分布32Cを形成するための第3基本素子50Cと、旋光性を有する光学材料により形成されて、入射光束に基づいて所定の光強度分布のうちの第4領域分布32Dを形成するための第4基本素子50Dとをさらに備えていることが好ましい。 Also, it is formed by an optical material with optical activity, and a third basic element 50C for forming the third region distribution 32C of the predetermined light intensity distribution on the basis of the incident beam, the optical material with optical activity is formed, it preferably further comprises a fourth basic element 50D for forming the fourth region distribution 32D of the predetermined light intensity distribution on the basis of the incident beam.

また、本実施形態では、入射光束に基づいて、該入射光束の断面形状とは異なる形状の所定の光強度分布を所定面上に形成するための光束変換素子50が、所定面上に所定の光強度分布を形成するための、回折面または屈折面を備え、所定の光強度分布は、所定面における所定点を中心とする所定の輪帯領域である所定輪帯領域の少なくとも一部に分布し、所定輪帯領域を通過する光束変換素子からの光束は、所定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態を有している。 Further, in the present embodiment, on the basis of the incident beam, the incident light beam transforming element 50 for forming on a predetermined plane a predetermined light intensity distribution of the shape different from the sectional shape of the bundle, a predetermined onto a predetermined surface for forming the light intensity distribution includes a diffractive surface or refracting surface, the predetermined light intensity distribution is distributed to at least a portion of the predetermined annular region, which is a predetermined annular region centered around a predetermined point on the predetermined plane and, the light beam from the beam transforming element passing through the predetermined annular region has a polarization state consisting primarily of linear polarization having a polarization direction in the circumferential direction of the predetermined annular region.

このような構成により、本実施形態では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生する従来技術とは異なり、光束変換素子としての回折光学素子50の回折作用と旋光作用とにより、光量損失を実質的に発生させることなく、周方向偏光状態の輪帯状の二次光源31を形成することができる。 With this configuration, in the present embodiment, unlike the prior art that a large loss of light quantity at the aperture stop is generated, by the diffracting action and optical rotating action of the diffractive optical element 50 as a light beam conversion element, substantially light loss without causing, it is possible to form the annular secondary light source 31 of the circumferentially polarized state.

本実施形態の好ましい態様によれば、所定の光強度分布は、多極形状または輪帯状の外形を有する。 According to a preferred aspect of this embodiment, the predetermined light intensity distribution has a multipole shape or annular contour. また、光束変換素子は、旋光性を有する光学材料により形成されることが好ましい。 Further, the light beam conversion element is preferably formed of an optical material having optical activity.

また、本実施形態の照明光学装置は、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置であって、照明光学装置の照明瞳またはその近傍に照明瞳分布を形成するために光源からの光束を変換するために上述の光束変換素子を備えている。 The illumination optical apparatus of the present embodiment is a lighting optical apparatus for illuminating a surface to be illuminated, based on light beam from the light source, the light source to form an illumination pupil distribution on the illumination pupil or near the illumination optical apparatus It has the above-described beam transforming element for converting the light beam from. このような構成により、本実施形態の照明光学装置では、光量損失を良好に抑えつつ、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。 With such a configuration, the illumination optical apparatus of the present embodiment, while well suppressing the loss of light quantity, it is possible to form the illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state.

ここで、光束変換素子は、特性の異なる他の光束変換素子と交換可能に構成されていることが好ましい。 Here, the light beam conversion element, which is preferably replaceable configured different from other light beam conversion element characteristics. また、光束変換素子と被照射面との間の光路中に配置された波面分割型のオプティカルインテグレータをさらに備え、光束変換素子は、入射光束に基づいてオプティカルインテグレータの入射面に所定の光強度分布を形成することが好ましい。 Moreover, further comprising a wavefront division type optical integrator disposed in the optical path between the beam transforming element and the surface to be illuminated, the light beam conversion element, a predetermined light intensity distribution on the entrance surface of the optical integrator on the basis of the incident beam preferably it is formed.

また、本実施形態の照明光学装置の好ましい態様によれば、所定面上の光強度分布と、所定輪帯領域を通過する光束変換素子からの光束の偏光状態との少なくとも何れか一方は、光源と被照射面との間の光路中に配置される光学部材による影響を考慮して設定される。 According to a preferred embodiment of the illumination optical apparatus of the present embodiment, at least one of the light intensity distribution on a predetermined plane, the polarization state of the light beam from the beam transforming element passing through the predetermined annular region, the light source It is set in consideration of the influence of the optical member disposed in the optical path between the illuminated surface and. また、光束変換素子からの光束の偏光状態を、被照射面に照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することが好ましい。 Further, the polarization state of the light beam from the beam transforming element, it is preferable that light irradiated on the irradiated surface is set so that the polarization state consisting primarily of S-polarized light.

また、本実施形態の露光装置は、マスクを照明するための上述の照明光学装置を備え、マスクのパターンを感光性基板上に露光する。 The exposure apparatus of this embodiment includes the above-described illumination optical apparatus for illuminating a mask, exposing a pattern of a mask onto a photosensitive substrate. ここで、所定面上の光強度分布と、所定輪帯領域を通過する光束変換素子からの光束の偏光状態との少なくとも何れか一方は、光源と感光性基板との間の光路中に配置される光学部材による影響を考慮して設定されることが好ましい。 Here, the light intensity distribution on the predetermined surface, the at least one of the polarization state of the light beam from the beam transforming element passing through the predetermined annular region, is disposed in the optical path between the light source and the photosensitive substrate it is preferably set in consideration of the influence of the optical member that. また、光束変換素子からの光束の偏光状態を、感光性基板に照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することが好ましい。 Further, the polarization state of the light beam from the beam transforming element, it is preferable that light irradiated onto a photosensitive substrate is set to be a polarization state consisting primarily of S-polarized light.

また、本実施形態の露光方法では、上述の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、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んでいる。 Further, in the exposure method of this embodiment includes an illumination step of illuminating a mask using an illumination optical system described above, and an exposure step of exposing a pattern of a mask onto a photosensitive substrate. ここで、所定面上の光強度分布と、所定輪帯領域を通過する光束変換素子からの光束の偏光状態との少なくとも何れか一方は、光源と感光性基板との間の光路中に配置される光学部材による影響を考慮して設定されることが好ましい。 Here, the light intensity distribution on the predetermined surface, the at least one of the polarization state of the light beam from the beam transforming element passing through the predetermined annular region, is disposed in the optical path between the light source and the photosensitive substrate it is preferably set in consideration of the influence of the optical member that. また、光束変換素子からの光束の偏光状態を、感光性基板に照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することが好ましい。 Further, the polarization state of the light beam from the beam transforming element, it is preferable that light irradiated onto a photosensitive substrate is set to be a polarization state consisting primarily of S-polarized light.

換言すれば、本実施形態の照明光学装置では、光量損失を良好に抑えつつ、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。 In other words, the illumination optical apparatus of the present embodiment, while well suppressing the loss of light quantity, it is possible to form the illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state. その結果、本実施形態の露光装置では、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することのできる照明光学装置を用いているので、適切な照明条件のもとで任意方向の微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することができる。 As a result, the exposure apparatus of the present embodiment, because of the use of the illumination optical apparatus capable of forming an illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state while well suppressing the loss of light quantity, also the appropriate lighting conditions any direction of the fine pattern can be transferred faithfully and with high throughput by the.

なお、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく周方向偏光輪帯照明では、被照射面としてのウェハWに照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態になる。 Incidentally, in the circumferential direction polarized annular illumination based on the illumination pupil distribution of the annular shape in the azimuthal polarization state is a polarization state where light is irradiated on the wafer W as an object to be irradiated surface is mainly composed of S-polarized light. ここで、S偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を持つ直線偏光(入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光)のことである。 Here the S-polarized light is that of the linearly polarized light (polarized light electric vector in a direction perpendicular to the incident surface is vibrating) having the polarization direction in a direction perpendicular to the plane of incidence. ただし、入射面とは、光が媒質の境界面(被照射面:ウェハWの表面)に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。 However, the incident surface, the boundary surface of the light medium: When reached (irradiated surface the surface of the wafer W), is defined as a plane including the incident direction of the normal to the light of the boundary surface at that point that.

なお、上述の実施形態では、互いに同じ矩形状の断面を有する4種類の基本素子50A〜50Dをほぼ同数だけ縦横に且つ稠密にランダム配置することにより、周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子50を構成している。 In the above embodiment, four by densely randomly arranged substantially equal only aspect the basic elements 50A-50D, the diffractive optical element in the circumferential direction polarized annular illumination having the same rectangular cross section with one another constitute 50. しかしながら、これに限定されることなく、各基本素子の数、断面形状、種類数、配置などについて様々な変形例が可能である。 However, without being limited thereto, the number of each basic element, the cross-sectional shape, the number of kinds, and various modifications are possible examples of such arrangement.

また、上述の実施形態では、4種類の基本素子50A〜50Dからなる回折光学素子50を用いて、互いに重複することなく且つ互いに離間することなく配列された8つの円弧状領域31A〜31Dにより、光軸AXを中心とした輪帯状の二次光源31を構成している。 In the embodiment described above, by using the diffractive optical element 50 consisting of four types of basic elements 50A-50D, the eight arcuate regions 31A~31D arranged without and separated from each other without overlapping each other, constitute the annular secondary light source 31 around the optical axis AX. しかしながら、これに限定されることなく、輪帯状の二次光源を構成する領域の数、形状、配置などについて様々な変形例が可能である。 However, without being limited thereto, the number of regions constituting the annular secondary light source, shape, and various modifications are possible examples of such arrangement.

具体的には、図18(a)に示すように、たとえば4種類の基本素子からなる回折光学素子を用いて、周方向に沿って互いに離間した8つの円弧状領域からなる周方向偏光状態の8極状の二次光源33aを形成することもできる。 Specifically, as shown in FIG. 18 (a), for example using the diffractive optical element consisting of four types of basic elements, the eight separated from each other along the circumferential direction consist of arcuate region circumferential direction of the polarization state it is also possible to form a secondary light source 33a of the 8 quadrupolar. また、図18(b)に示すように、たとえば4種類の基本素子からなる回折光学素子を用いて、周方向に沿って互いに離間した4つの円弧状領域からなる周方向偏光状態の4極状の二次光源33bを形成することもできる。 Further, as shown in FIG. 18 (b), for example, four kinds of using a diffractive optical element comprising a base element, the fourth azimuthal polarization state consisting of four arc-shaped regions separated from each other along the circumferential direction quadrupolar it is also possible to form a secondary light source 33b. なお、これらの8極状の二次光源または4極状の二次光源において、各領域の形状は円弧状に限定されることなく、たとえば円形状や楕円状や扇形状であってもよい。 Incidentally, in the secondary light source of the secondary light source or quadrupolar these 8 quadrupolar shape of each region is not limited to an arc shape, for example it may be a circular shape or an elliptical shape or fan shape. また、図19に示すように、たとえば4種類の基本素子からなる回折光学素子を用いて、周方向に沿って互いに重複した8つの円弧状領域からなる周方向偏光状態の輪帯状の二次光源33cを形成することもできる。 Further, as shown in FIG. 19, for example, four kinds of using a diffractive optical element comprising a base element, consists of eight arc-shaped regions overlap each other along the circumferential direction azimuthal polarization state annular secondary light source it is also possible to form a 33c.

また、周方向に沿って互いに離間した4つまたは8つの領域からなる周方向偏光状態の4極状または8極状の二次光源の他に、図20(a)に示すように、周方向に沿って互いに離間した6つの領域からなる周方向偏光状態の6極状の二次光源を形成しても良い。 In addition to the quadrupolar or 8 quadrupolar secondary light source in the azimuthal polarization state consisting of four or eight regions spaced from each other along the circumferential direction, as shown in FIG. 20 (a), the circumferential direction it may form a secondary light source 6 quadrupolar the azimuthal polarization state consisting of six regions spaced from each other along. また、図20(b)に示すように、周方向に沿って互いに離間した複数の領域からなる周方向偏光状態の多極状の二次光源と、光軸上の領域からなる非偏光状態または直線偏光状態の中心極上の二次光源とを持つ二次光源を形成しても良い。 Further, as shown in FIG. 20 (b), a plurality of multi-pole-shaped secondary light source in the azimuthal polarization state consisting of regions spaced from each other along the circumferential direction, consist of areas on the optical axis non-polarized state or it may form a secondary light source having a center superb secondary light source of the linear polarization state. また、周方向に沿って互いに離間した2つの領域からなる周方向偏光状態の2極状の二次光源を形成しても良い。 Also, along the circumferential direction may be formed secondary light source of the dipolar circumferential polarization state consisting of two regions spaced from each other.

また、上述の実施形態では、図11に示すように、4種類の基本素子50A〜50Dを個別に形成し、これらの素子を組み合わせることにより回折光学素子50を構成している。 In the aforementioned embodiment, as shown in FIG. 11, four types of basic elements 50A~50D formed separately, constitute the diffractive optical element 50 by combining these elements. しかしながら、これに限定されることなく、1つの水晶基板に対して例えばエッチング加工を施すことにより各基本素子50A〜50Dの射出側の回折面および入射側の凹凸面を形成し、回折光学素子50を一体的に構成することもできる。 However, without being limited thereto, to form an uneven surface of the diffractive surface and the incident side of the exit side of each basic element 50A~50D by subjecting to one of the quartz substrate, for example an etching process, the diffractive optical element 50 the can also be integrally formed.

また、上述の実施形態では、水晶を用いて各基本素子50A〜50Dを(ひいては回折光学素子50を)形成している。 In the above embodiments, each basic element 50A~50D using a crystal (and thus the diffractive optical element 50) is formed. しかしながら、これに限定されることなく、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて各基本素子を形成することもできる。 However, without having to be limited to this, it is possible to form the respective basic elements with other appropriate optical material with optical activity. この場合、使用波長の光に対して100度/mm以上の旋光能を有する光学材料を用いることが好ましい。 In this case, it is preferable to use an optical material with optical rotatory power of more than 100 degrees / mm for light of a wavelength used. すなわち、旋光能の小さい光学材料を用いると、偏光方向の所要回転角を得るために必要な厚さが大きくなり過ぎて、光量損失の原因になるので好ましくない。 That is, the use of smaller optical material rotatory power, too large thickness necessary to obtain the required angle of rotation of the polarization direction, it may cause a light loss undesirably.

また、上述の実施形態では、輪帯状の照明瞳分布(二次光源)を形成しているが、これに限定されることなく、照明瞳またはその近傍に円形状の照明瞳分布を形成することもできる。 Further, in the embodiment described above, to form the illumination pupil distribution of the annular shape (secondary light source), without having to be limited to this, to form an illumination pupil distribution of a circular shape on the illumination pupil or near the It can also be. また、輪帯形状の照明瞳分布や多極形状の照明瞳分布に加えて、たとえば光軸を含む中心領域分布を形成することにより、いわゆる中心極を伴う輪帯照明や中心極を伴う複数極照明を行うこともできる。 In addition to the illumination pupil distribution of the illumination pupil distribution and multipole shape of annular shape, for example, by forming a center region distribution including the optical axis, multi-polar with annular illumination and the center pole with a so-called center electrode it is also possible to perform the lighting.

また、上述の実施形態では、照明瞳またはその近傍において周方向偏光状態の照明瞳分布を形成している。 Further, in the embodiment described above, to form the illumination pupil or near the illumination pupil distribution in the azimuthal polarization state. しかしながら、光束変換素子としての回折光学素子よりもウェハ側の光学系(照明光学系や投影光学系)の偏光収差(リターデーション)に起因して偏光方向が変わることがある。 However, there may be a polarization direction changes due to the polarization aberration of the wafer side of the optical system (the illumination optical system or the projection optical system) (retardation) than the diffraction optical element as a light beam conversion element. この場合には、これらの光学系の偏光収差の影響を考慮した上で、照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布を通過する光束の偏光状態を適宜設定する必要がある。 In this case, in consideration of the influence of polarization aberration of these optical systems, it is necessary to appropriately set the polarization state of the light beam passing through the illumination pupil distribution formed on the illumination pupil or near.

また、上記の偏光収差に関連して、光束変換素子よりもウェハ側の光学系(照明光学系や投影光学系)中に配置された反射部材の偏光特性に起因して、反射光が偏光方向ごとに位相差を有することがある。 In connection with polarization aberration described above, due to the polarization characteristics of the light beam conversion wafer side of the optical system than the element (the illumination optical system or the projection optical system) the reflecting member arranged in the reflected light the polarization direction it may have a phase difference every. この場合においても、反射部材の偏光特性に起因する位相差の影響を考慮した上で、照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布を通過する光束の偏光状態を適宜設定する必要がある。 Also in this case, in consideration of the influence of the phase difference due to the polarization characteristics of the reflecting member, suitably it is necessary to set the polarization state of the light beam passing through the illumination pupil distribution formed on the illumination pupil or near.

また、光束変換素子よりもウェハ側の光学系(照明光学系や投影光学系)中に配置された反射部材の偏光特性に起因して、反射部材における反射率が偏光方向により変化することがある。 Further, the light beam conversion wafer side of the optical system than the element due to the polarization characteristics of the reflecting member arranged in (the illumination optical system or the projection optical system), reflectance in the reflecting member can vary depending on the polarization direction . この場合、偏光方向ごとの反射率を考慮して、照明瞳またはその近傍に形成される光強度分布にオフセットをのせること、すなわち各基本素子の数に分布を設けることが好ましい。 In this case, in consideration of the reflectance of each polarization direction, the illumination pupil or to put an offset to the light intensity distribution formed in the vicinity, that it is preferable to provide a distribution of the number of each basic element. また、光束変換素子よりもウェハ側の光学系における透過率が偏光方向により変化する場合にも、上記手法を同様に適用することができる。 Further, even when the transmittance in the optical system of the wafer side of the beam transforming element varies depending on the polarization direction can be similarly applied to the above method.

また、上述の実施形態では、回折光学素子50の光源側の面は各基本素子50A〜50Dの厚さの違いにより段差を有する凹凸状になっている。 In the above embodiments, the light source-side surface of the diffractive optical element 50 is in a concave-convex shape having a step due to the difference in thickness of each basic element 50A-50D. そこで、図21に示すように、厚さの最も大きい第1基本素子50A以外の基本素子、すなわち第2基本素子50B、第3基本素子50Cおよび第4基本素子50Dの入射側に補正部材36を付設して、回折光学素子50の光源側(入射側)の面も平面状に構成することができる。 Therefore, as shown in FIG. 21, the largest first basic element 50A other than the basic elements of the thickness, i.e. the second basic element 50B, the correction member 36 on the incident side of the third basic element 50C and the fourth basic element 50D and attached, the surface of the light source side of the diffractive optical element 50 (entrance side) can also be configured in a planar shape. この場合、旋光性を有しない光学材料を用いて補正部材36を形成することになる。 In this case, it will form the correction member 36 by using an optical material having no optical activity.

また、上述の実施形態では、照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布を通過する光束が円周方向に沿った直線偏光成分のみを有する例を示している。 Further, in the embodiment described above, the light flux passing through the illumination pupil distribution formed on the illumination pupil or near indicates an example having only linearly polarized light component along the circumferential direction. しかしながら、これに限定されることなく、照明瞳分布を通過する光束の偏光状態が円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする状態であれば、本発明の所要の効果を得ることができる。 However, without having to be limited to this, if the linearly polarized light the polarization state of the light beam passing through the illumination pupil distribution is a circumferentially a polarization direction in a state in which a main component, to obtain the desired effects of the present invention can.

また、上述の実施形態では、入射光束に基づいて、その断面形状とは異なる形状の光強度分布を所定面上に形成するための光束変換素子として、回折作用を有する複数種類の基本素子からなる回折光学素子を用いている。 In the aforementioned embodiment, on the basis of the incident beam, consists of a plurality of types of basic elements having a beam transforming element for forming on a predetermined surface a light intensity distribution of different shapes, the diffraction effect and their cross-sectional shape and using a diffractive optical element. しかしながら、これに限定されることなく、たとえば各基本素子の回折面と光学的にほぼ等価な屈折面を有する複数種類の基本素子、すなわち屈折作用を有する複数種類の基本素子からなる屈折光学素子を光束変換素子として用いていることもできる。 However, without being limited thereto, for example, the diffractive surface and optically plural types of basic elements having a substantially equivalent refractive surface of the basic elements, i.e. the refractive optical element made of a plurality of types of basic elements having the refracting action may be is used as a beam transforming element.

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22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. 22 per example of a technique for obtaining a semiconductor device as a microdevice and it will be described.

先ず、図22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. 22, 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23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. 23, it will be described an example of a method in this case. 図23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。 23, 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. ここでは、国際公開番号WO99/49504号公報、特開平6−124873号公報および特開平10−303114号公報を参照として援用する。 Here, incorporated International Publication No. WO99 / ​​99/49504 discloses the JP-A-6-124873 and JP-A-10-303114 discloses as a reference.

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照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。 A configuration of an exposure apparatus with such an illumination optical apparatus according to an embodiment of the present invention is a diagram schematically showing. 輪帯照明において形成される輪帯状の二次光源を示す図である。 Is a diagram showing an annular secondary light source formed in annular illumination. 図1においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。 It is a diagram schematically showing the configuration of the deployed conical axicon system in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in Fig. 輪帯状の二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。 Is a diagram illustrating the operation of the conical axicon system for the secondary light source of the annular shape. 輪帯状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。 It is a diagram illustrating the operation of the zoom lens with respect to the annular secondary light source. 図1においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。 It is a diagram schematically showing a first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair configuration which is disposed in the optical path between the front lens group and the rear lens group of the afocal lens in Fig. 輪帯状の二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する第1の図である。 It is a first diagram for explaining the action of the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair for the secondary light source of the annular shape. 輪帯状の二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する第2の図である。 It is a second diagram for explaining the action of the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair for the secondary light source of the annular shape. 輪帯状の二次光源に対する第1シリンドリカルレンズ対および第2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する第3の図である。 It is a third diagram explaining the operation of the first cylindrical lens pair and the second cylindrical lens pair for the secondary light source of the annular shape. 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. 本実施形態にかかる周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子の構成を概略的に示す図である。 The configuration of the diffractive optical element for such a circumferential direction polarized annular illumination in the present embodiment is a view schematically showing. 周方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。 The circumferential direction of the polarization set annular state secondary light source is a diagram schematically showing. 第1基本素子の作用を説明する図である。 It is a view for explaining the operation of the first basic element. 第2基本素子の作用を説明する図である。 It is a view for explaining the operation of the second basic element. 第3基本素子の作用を説明する図である。 It is a view for explaining the operation of the third basic element. 第4基本素子の作用を説明する図である。 It is a diagram for explaining the operation of the fourth basic elements. 水晶の旋光性について説明する図である。 Is a diagram illustrating the optical rotation of the crystal. 周方向に沿って互いに離間した8つの円弧状領域からなる周方向偏光状態の8極状の二次光源および周方向に沿って互いに離間した4つの円弧状領域からなる周方向偏光状態の4極状の二次光源を示す図である。 Eight arcuate 8 quadrupolar the azimuthal polarization state consisting of regions secondary light source and comprising four arcuate regions spaced from each other along the circumferential direction circumferentially quadrupole polarization state separated from each other along the circumferential direction Jo of a diagram showing a secondary light source. 周方向に沿って互いに重複した8つの円弧状領域からなる周方向偏光状態の輪帯状の二次光源を示す図である。 Along the circumferential direction is a diagram showing an annular secondary light source azimuthal polarization state consisting of eight arc-shaped regions overlap with each other. 周方向に沿って互いに離間した6つの円弧状領域からなる周方向偏光状態の6極状の二次光源および周方向に沿って互いに離間した複数領域と光軸上の領域とを持つ周方向偏光状態の二次光源を示す図である。 Circumferentially polarized light having a plurality of areas and on the optical axis region spaced from each other along the secondary light source and the circumferential direction of 6 quadrupolar the azimuthal polarization state consisting of six arc-shaped regions separated from each other along the circumferential direction it is a diagram showing a secondary light source of the state. 周方向偏光輪帯照明用の回折光学素子の入射側の面を平面状にした例を示す図である。 The surface of the entrance side of the diffractive optical element in the circumferential direction polarized annular illumination is a diagram showing an example of a plane. 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4 偏光状態切換手段4a 1/4波長板4b 1/2波長板4c デポラライザ5,50 回折光学素子(光束変換素子) 1 light source 4 polarization state switching means 4a 1/4 wave plate 4b 1/2 wave plate 4c depolarizer 5, 50 diffractive optical element (beam transforming element)
6 アフォーカルレンズ8 円錐アキシコン系9,10 シリンドリカルレンズ対11 ズームレンズ12 マイクロフライアイレンズ13 偏光モニター13a ビームスプリッター14 コンデンサー光学系15 マスクブラインド16 結像光学系M マスクPL 投影光学系W ウェハ 6 afocal lens 8 conical axicon system 9, 10 cylindrical lens pair 11 zoom lens 12 micro fly's eye lens 13 polarization monitor 13a beam splitter 14 condenser optical system 15 mask blind 16 imaging optical system M mask PL projection optical system W wafer

Claims (28)

  1. 光源からの光束に基づいて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, based on light beam from a light source,
    入射する光の偏光状態を切り換えて射出する偏光状態切換手段と、 A polarization state switching means for injection by switching the polarization state of the incident light,
    前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路に配置された光束変換素子と、 A light beam conversion element disposed in the optical path between the polarization state switching means and the surface to be illuminated,
    前記光束変換素子と、前記照明光学装置の照明瞳面またはその近傍の面である所定面との間に配置された部分光学系とを備え、 Comprising said light beam conversion element, and a portion disposed optical system between the predetermined surface is the illumination pupil plane or plane in the vicinity of the front Symbol illumination optical apparatus,
    前記光束変換素子は、旋光性を有する光学材料により形成されて、 入射する直線偏光状態の光束に基づいて、前記部分光学系と協働して前記所定面上の第1領域分布に第1偏光状態の第1光強度分布を形成するための第1基本素子と、旋光性を有する光学材料により形成されて、 前記入射する直線偏光状態の光束に基づいて、前記部分光学系と協働して前記所定面上の第2領域分布に第2偏光状態の第2光強度分布を形成するための第2基本素子とを備え、 The light beam conversion element is formed by an optical material with optical activity, based on the light beam of linear polarization state is incident, a first polarizing the partial optical system in cooperation with the first region distribution on the predetermined surface a first basic element for forming a first light intensity distribution over states, is formed by an optical material with optical activity, based on the light beam of the linear polarization state of the incident, in cooperation with the partial optical system and a second basic element for forming a second light intensity distribution of the second polarization state to a second region distributions on the predetermined surface,
    前記第1基本素子と前記第2基本素子とは、前記照明光学装置の光軸方向に沿った厚さが互いに異なることを特徴とする照明光学装置 Wherein the first basic element and the second basic element, illumination optical apparatus, characterized in that the thickness along the optical axis direction of the illumination optical system are different from each other.
  2. 前記第1基本素子の厚さおよび前記第2基本素子の厚さは、直線偏光が入射したときに前記第1領域分布を形成する直線偏光の偏光方向と前記第2領域分布を形成する直線偏光の偏光方向とが異なるように設定され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。 The thickness and the thickness of the second basic element of the first basic element is linearly polarized light forming the polarization direction and the second region distribution of the linearly polarized light forming the first region distribution when the linearly polarized light is incident the illumination optical apparatus according to claim 1 in which the polarization direction is characterized by being set differently.
  3. 前記第1領域分布および前記第2領域分布は、前記所定面における所定点を中心とする所定の輪帯領域である所定輪帯領域の少なくとも一部に位置決めされ、 Wherein the first region distribution and the second region distribution are positioned in at least a portion of the predetermined annular region, which is a predetermined annular region centered around a predetermined point on the predetermined surface,
    前記第1領域分布および前記第2領域分布を通過する光束は、前記所定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態を有することを特徴とする請求項1または2に記載の照明光学装置。 The light beam passing through the first region distribution and the second region distribution claim 1, characterized in that it comprises a polarization state consisting primarily of linear polarization of the circumferential direction of the predetermined annular region the polarization direction or illumination optical apparatus according to 2.
  4. 前記所定の偏光特性を持つ光強度分布は、前記所定輪帯領域とほぼ同一形状の外形を有し、 Light intensity distribution having a predetermined polarization characteristic has an outer shape of substantially the same shape as the predetermined annular region,
    前記第1領域分布を通過する光束の第1偏光状態は、前記第1領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、 Said first polarization state of the light beam passing through the first region distribution is almost the same linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the first region distribution has,
    前記第2領域分布を通過する光束の第2偏光状態は、前記第2領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することを特徴とする請求項3に記載の照明光学装置。 Said second polarization state of the light beam passing through the second region distribution is substantially coincident with linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the second region distribution the illumination optical apparatus according to claim 3, characterized in that it has.
  5. 前記所定の偏光特性を持つ光強度分布は、前記所定輪帯領域内に分布する多極状であり、 Light intensity distribution having a predetermined polarization characteristic is a multipolar shape distributed in the predetermined annular region,
    前記第1領域分布を通過する光束の第1偏光状態は、前記第1領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、 Said first polarization state of the light beam passing through the first region distribution is almost the same linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the first region distribution has,
    前記第2領域分布を通過する光束の第2偏光状態は、前記第2領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することを特徴とする請求項3に記載の照明光学装置。 Said second polarization state of the light beam passing through the second region distribution is substantially coincident with linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the second region distribution the illumination optical apparatus according to claim 3, characterized in that it has.
  6. 前記第1基本素子および第2基本素子は、使用波長の光に対して100度/mm以上の旋光能を有する光学材料により形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の照明光学装置。 Wherein the first basic element and the second basic element is any one of claims 1 to 5, characterized in that it is formed of an optical material having optical rotatory power of more than 100 degrees / mm for light of a wavelength used 1 the illumination optical apparatus according to claim.
  7. 前記第1基本素子および前記第2基本素子は、水晶により形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の照明光学装置。 Wherein the first basic element and the second basic element, illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is formed by a quartz.
  8. 前記光束変換素子は、前記第1基本素子と前記第2基本素子とをほぼ同数含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The light beam conversion element, illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises approximately the same number of the first basic element and the second basic element.
  9. 前記第1基本素子および第2基本素子は一体的に形成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の照明光学装置。 Wherein the first basic element and the second basic element illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it is integrally formed.
  10. 前記光束変換素子は、旋光性を有する光学材料により形成されて、前記入射する直線偏光状態の光束に基づいて前記所定の偏光特性を持つ光強度分布のうち第3領域分布にて第3偏光状態の第3光強度分布を形成するための第3基本素子と、 The light beam conversion element is formed by an optical material with optical activity, third polarization state in the third region distribution of the light intensity distribution having a predetermined polarization characteristics based on the light beam of the linear polarization state of the incident third and third basic element for forming the light intensity distribution,
    旋光性を有する光学材料により形成されて、前記入射する直線偏光状態の光束に基づいて前記所定の偏光特性を持つ光強度分布のうち第4領域分布にて第4偏光状態の第4光強度分布を形成するための第4基本素子とをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の照明光学装置。 It is formed by an optical material with optical activity, a fourth light intensity distribution of the fourth polarization state in the fourth region distribution of the light intensity distribution having a predetermined polarization characteristics based on the light beam of the linear polarization state of the incident the illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 9, further comprising a fourth basic element for forming.
  11. 前記第3基本素子の厚さおよび前記第4基本素子の厚さは、直線偏光が入射したときに前記第3領域分布を形成する直線偏光の偏光方向と前記第4領域分布を形成する直線偏光の偏光方向とが異なるように設定されていることを特徴とする請求項10に記載の照明光学装置。 The thickness and the thickness of the fourth basic element of the third basic element, the linearly polarized light forming the fourth region distribution and the polarization direction of the linearly polarized light forming the third region distribution when the linearly polarized light is incident the illumination optical apparatus according to claim 10 in which the polarization direction is characterized by being set differently.
  12. 前記第3領域分布および前記第4領域分布は、 前記照明光学装置の照明瞳またはその近傍の面における所定点を中心とする所定の輪帯領域である所定輪帯領域の少なくとも一部に位置決めされ、 The third region distribution and the fourth region distribution are positioned in at least a portion of the predetermined annular region, which is a predetermined annular region centered around a predetermined point in the illumination pupil or plane in the vicinity of the illumination optical apparatus ,
    前記第3領域分布および前記第4領域分布を通過する光束は、前記所定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態を有することを特徴とする請求項10または11に記載の照明光学装置。 The third region distribution and the light beam passing through the fourth region distribution claim characterized by having a polarization state consisting primarily of linear polarization having a polarization direction in the circumferential direction of the predetermined annular region 10 or illumination optical apparatus according to 11.
  13. 前記所定の偏光特性を持つ光強度分布は、前記所定輪帯領域とほぼ同一形状の外形を有し、 Light intensity distribution having a predetermined polarization characteristic has an outer shape of substantially the same shape as the predetermined annular region,
    前記第3領域分布を通過する光束の第3偏光状態は、前記第3領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、 The third polarization state of the light beam passing through the third region distribution is substantially coincident with linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the third region distribution has,
    前記第4領域分布を通過する光束の第4偏光状態は、前記第4領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することを特徴とする請求項12に記載の照明光学装置。 The fourth fourth polarization state of the light beam passing through the area distribution is substantially coincident with linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the fourth region distribution the illumination optical apparatus according to claim 12, characterized in that it has.
  14. 前記所定の偏光特性を持つ光強度分布は、前記所定輪帯領域内に分布する多極状であり、 Light intensity distribution having a predetermined polarization characteristic is a multipolar shape distributed in the predetermined annular region,
    前記第3領域分布を通過する光束の第3偏光状態は、前記第3領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、 The third polarization state of the light beam passing through the third region distribution is substantially coincident with linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the third region distribution has,
    前記第4領域分布を通過する光束の第4偏光状態は、前記第4領域分布の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することを特徴とする請求項12に記載の照明光学装置。 The fourth fourth polarization state of the light beam passing through the area distribution is substantially coincident with linearly polarized light component and the tangential direction of a circle about said predetermined point at the center position along the circumferential direction of the fourth region distribution the illumination optical apparatus according to claim 12, characterized in that it has.
  15. 前記光束変換素子は、前記第1基本素子と前記第2基本素子と前記第3基本素子と前記第4基本素子とをほぼ同数含むことを特徴とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The light beam conversion element, in any one of claims 10 to 14, characterized in that it comprises approximately the same number of the first basic element and the second basic element and the third basic element and the fourth basic element the illumination optical apparatus according.
  16. 前記第1基本素子、前記第2基本素子、前記第3基本素子および前記第4基本素子は一体的に形成されていることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The first basic element and the second basic element, wherein the third basic element and the fourth basic element lighting according to any one of claims 10 to 15, characterized in that it is integrally formed optical device.
  17. 前記光束変換素子は、特性の異なる他の光束変換素子と交換可能に構成されてい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。 The light beam conversion element, illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 16, characterized in that it is replaceably configured and different from the light beam conversion element characteristics.
  18. 前記偏光状態切換手段は、光軸を中心として結晶光学軸が回転可能に構成された1/4波長板を有することを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The polarization state switching means, illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 17 crystal optical axis around the optical axis and having a quarter-wave plate which is configured to be rotatable .
  19. 前記偏光状態切換手段は、光軸を中心として結晶光学軸が回転可能に構成された1/2波長板を有することを特徴とする請求項1乃至18のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The polarization state switching means, illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 18 crystal optical axis around the optical axis and having a half-wave plate that is configured to be rotatable .
  20. 前記偏光状態切換手段は、照明光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を非偏光状態の光に変換するデポラライザを有することを特徴とする請求項1乃至19のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The polarization state switching means is configured to detachably with respect to the illumination optical path, any one of claims 1 to 19, characterized in that it has a depolarizer for converting incident light into unpolarized light state the illumination optical device according to.
  21. 前記光束変換素子と前記被照射面との間の光路中に配置された波面分割型のオプティカルインテグレータをさらに備え、 Further comprising a wavefront division type optical integrator disposed in an optical path between said light beam conversion element and the surface to be illuminated,
    前記光束変換素子は、入射光束に基づいて前記オプティカルインテグレータの入射面に所定の光強度分布を形成することを特徴とする請求項1乃至20のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The light beam conversion element, illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 20 and forming a predetermined light intensity distribution on the entrance surface of the optical integrator on the basis of the incident beam.
  22. 前記光束変換素子からの光束の偏光状態を、前記被照射面に照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することを特徴とする請求項1乃至21のいずれか1項に記載の照明光学装置。 The polarization state of the light beam from the light beam conversion element, any one of claims 1 to 21 wherein the light irradiated on the irradiated surface and sets so that the polarization state consisting primarily of S-polarized light the illumination optical device according to item 1.
  23. マスクを照明するための請求項1乃至22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 22 for illuminating a mask, the exposure apparatus characterized by exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate.
  24. 前記光束変換素子からの光束の偏光状態を、前記感光性基板に照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することを特徴とする請求項23に記載の露光装置。 An apparatus according to claim 23, the polarization state of the light beam from the light beam conversion element, light irradiated on the photosensitive substrate, characterized in that the set to be a polarization state consisting primarily of S-polarized light .
  25. 請求項1乃至22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、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 An illumination step of illuminating a mask using an illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 22, the exposure, characterized in that it comprises an exposure step of exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate method.
  26. 前記光束変換素子からの光束の偏光状態を、前記感光性基板に照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することを特徴とする請求項25に記載の露光方法。 The exposure method according to claim 25, characterized in that the polarization state of the light beam from the light beam conversion element, light is irradiated to the photosensitive substrate is set to be a polarization state consisting primarily of S-polarized light .
  27. 請求項1乃至22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、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マイクロデバイスの製造方法 An illumination step of illuminating a mask using an illumination optical apparatus according to any one of claims 1 to 22, micro characterized in that it comprises an exposure step of exposing a pattern of the mask onto a photosensitive substrate a device manufacturing method.
  28. 前記光束変換素子からの光束の偏光状態を、前記感光性基板に照射される光がS偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することを特徴とする請求項27に記載のマイクロデバイスの製造方法。 Microdevice of claim 27, characterized in that the polarization state of the light beam from the light beam conversion element, light is irradiated to the photosensitive substrate is set to be a polarization state consisting primarily of S-polarized light the method of production.
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