WO2005076045A1 - 偏光変換素子、照明光学装置、露光装置、および露光方法 - Google Patents

偏光変換素子、照明光学装置、露光装置、および露光方法 Download PDF

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Koji Shigematsu
Hiroyuki Hirota
Tomoyuki Matsuyama
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    • G03F7/70308Optical correction elements, filters or phase plates for manipulating imaging light, e.g. intensity, wavelength, polarisation, phase or image shift

Definitions

  • Polarization conversion element illumination optical apparatus, exposure apparatus, and exposure method
  • the present invention relates to a polarization conversion element, an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and an exposure method, and in particular, manufactures microdevices such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head by a lithography process.
  • manufactures microdevices such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, and a thin film magnetic head by a lithography process.
  • the present invention relates to an exposure apparatus for
  • a secondary light source as a substantial surface light source which becomes a large number of light sources via a fly eye lens as a light source power, an emitted light flux power and an optical integrator.
  • the luminous flux from the secondary light source (generally, the illumination pupil distribution formed in or near the illumination pupil of the illumination optical device) is limited via the aperture stop disposed in the vicinity of the back focal plane of the fly's eye lens. Incident on the condenser lens
  • the light flux collected by the condenser lens illuminates the mask on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner.
  • the light transmitted through the mask pattern is imaged on the wafer through the projection optical system.
  • the mask pattern is projected (transferred) onto the wafer.
  • the pattern formed on the mask is highly integrated, and it is essential to obtain a uniform illuminance distribution on the wafer in order to accurately transfer this fine pattern onto the wafer.
  • Japanese Patent No. 3246615 which applies to the applicant's application, discloses a back focal plane of a fly's eye lens in order to realize an illumination condition suitable for faithfully transferring minute notions in any direction.
  • a ring-shaped secondary light source and the light beam passing through this ring-shaped secondary light source is linearly polarized with its circumferential direction as the polarization direction (hereinafter abbreviated as “circumferentially polarized state” V, The technology to set to be) is disclosed!
  • Patent Document 1 Patent No. 3246615
  • incident light in a linear polarization state having a polarization direction in a substantially single direction is converted into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction, while suppressing the light quantity loss.
  • the present invention uses a polarization conversion element capable of converting incident light in a linear polarization state having a polarization direction in substantially a single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction. It is an object of the present invention to form a ring-shaped illumination pupil distribution in a circumferentially polarized state while favorably suppressing the light quantity loss.
  • an illumination optical device capable of forming a ring-shaped illumination pupil distribution in a circumferentially polarized state while favorably suppressing the light quantity loss.
  • an illumination optical device capable of forming a ring-shaped illumination pupil distribution in a circumferentially polarized state while favorably suppressing the light quantity loss.
  • a polarization conversion element formed of an optical material having optical activity and having a circumferentially varying thickness distribution.
  • a light source for supplying illumination light
  • a polarization conversion element of the first aspect disposed in an optical path between the light source and the surface to be illuminated.
  • an illumination optical apparatus that illuminates a surface to be illuminated based on illumination light to which light source power is also supplied.
  • RSP (Ave) is an average specific polarization ratio with respect to first directional polarization in a predetermined effective light source region in an illumination pupil plane of the illumination optical apparatus or a light intensity distribution formed in a plane conjugate to the illumination pupil plane; Assuming that the average specific polarization ratio RSP (Ave) with respect to the second direction polarization,
  • Ix (Ave) is an average of the intensity of the first direction polarization component in a light flux passing through a predetermined effective light source area to reach a point on the image plane
  • Iy (Ave) is the predetermined effective light source area.
  • the average of the intensity of the second direction polarization component in the light flux passing through and reaching one point on the image plane, (Ix + Iy) Ave is the average of the strengths of all the light fluxes passing through the predetermined effective light source area.
  • the illumination pupil plane of the illumination optical apparatus is defined as a plane which is in a relationship of Fourier transform optically with respect to the illumination surface, or when the illumination optical apparatus is combined with a projection optical system.
  • the plane conjugate with the illumination pupil plane of the illumination optical device is not limited to the plane in the illumination optical device, and, for example, when the illumination optical device is combined with the projection optical system, It may be a surface in the projection optical system or a surface in a polarimeter for detecting the polarization state of the illumination optical device (or projection exposure device).
  • an exposure apparatus comprising the illumination optical device of the second or third aspect, wherein the pattern of the mask is exposed onto the photosensitive substrate through the illumination optical device.
  • an exposure method comprising: exposing a pattern of a mask onto a photosensitive substrate using the illumination optical device of the second or third aspect.
  • a method of manufacturing a polarization conversion element that converts the polarization state of incident light into a predetermined polarization state
  • the polarization conversion element of the present invention is formed of an optical material having optical activity such as quartz, for example, and has a circumferentially varying thickness distribution.
  • the thickness distribution is set, for example, to convert light in a linear polarization state having a polarization direction in substantially a single direction to light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction.
  • the present invention it is possible to convert incident light in a linear polarization state having a polarization direction in a substantially single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction while suppressing light quantity loss.
  • a polarization conversion element can be realized.
  • the polarization conversion element is formed of an optical material having optical rotation, there is an advantage that it is extremely easy to manufacture as compared with, for example, a wavelength plate.
  • the illumination optical device of the present invention it is possible to convert incident light in a linear polarization state having a polarization direction in substantially a single direction into light in a circumferential polarization state having a polarization direction in a substantially circumferential direction. Since the conversion element is used, it is possible to form a ring-shaped illumination pupil distribution in the circumferential polarization state while well suppressing the light quantity loss. Further, in the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, since the illumination optical device capable of forming a ring-shaped illumination pupil distribution in the circumferential polarization state while satisfactorily suppressing the light quantity loss is used, appropriate illumination can be obtained. Under the conditions, fine patterns can be transferred faithfully and with high throughput, and thus good devices can be produced with high throughput.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining the action of a conical axicon system on a ring-shaped secondary light source.
  • FIG. 3 is a view for explaining the action of the zoom lens on a ring-shaped secondary light source.
  • FIG. 4 A perspective view schematically showing an internal configuration of the polarization monitor of FIG.
  • FIG. 5 is a view schematically showing a configuration of a polarization conversion element shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the optical activity of crystal.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a ring-shaped secondary light source set in a circumferential polarization state by the action of a polarization conversion element.
  • FIG. 10 A view showing a plurality of types of polarization conversion elements 10a to 10e mounted on a turret 10T as a mating structure in FIG.
  • FIG. 11 A diagram showing the configuration of each of a plurality of types of polarization conversion elements 10a to 10e.
  • FIG. 12 is a view schematically showing an example of a secondary light source set in a circumferential polarization state by the action of a polarization conversion element.
  • FIG. 13 schematically shows a configuration of a polarization conversion element 10 f rotatably provided about the optical axis AX.
  • FIG. 14 is a view schematically showing an example of a secondary light source set in a circumferential polarization state by the action of a polarization conversion element 10 f.
  • FIG. 15 is a view schematically showing an example of a secondary light source obtained when the polarization conversion element composed of eight fan-shaped basic element forces can be rotated about the optical axis AX.
  • FIG. 16 is a view showing an example in which the polarization conversion element is arranged at a position immediately before the conical axicon system 8 (position near the incident side) among positions near the pupil of the illumination optical device.
  • FIG. 17 is a diagram for illustrating conditional expressions (1) and (2) to be satisfied in the modified example shown in FIG.
  • FIG. 18 is a view showing an example in which the polarization conversion element is arranged in the vicinity of the pupil position of the imaging optical system 15 among the positions in the vicinity of the pupil of the illumination optical device.
  • FIG. 19 A diagram showing a schematic configuration of a wafer surface polarization monitor 90 for detecting the polarization state and light intensity of light illuminating the wafer W.
  • FIG. 20 A ring-shaped secondary light source 31 obtained when performing 4-division circumferential direction polarization ring illumination using the 4-division polarization conversion element 10f.
  • FIG. 21 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a microdevice.
  • FIG. 22 is a flowchart of a method for obtaining a liquid crystal display element as a microdevice.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described based on the attached drawings.
  • FIG. 1 is a view schematically showing the configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the Z axis is along the normal direction of the wafer W, which is a photosensitive substrate
  • the Y axis is in the direction parallel to the paper surface of FIG.
  • the X axis is set in the direction perpendicular to the plane of the paper.
  • the exposure apparatus of the present embodiment includes a light source 1 for supplying exposure light (illumination light).
  • a KrF excimer laser light source for supplying light of a wavelength of 248 nm or an ArF excimer laser light source for supplying light of a wavelength of 193 nm can be used.
  • a substantially parallel light beam emitted from the light source 1 along the Z direction has a rectangular cross section elongated along the X direction, and enters a beam expander 2 consisting of a pair of lenses 2a and 2b.
  • Each of the lenses 2a and 2b has a negative refractive power and a positive refractive power in the plane of FIG. 1 (in the YZ plane). Therefore, the light flux incident on the beam expander 2 is expanded in the plane of the drawing of FIG. 1 and is shaped into a light flux having a predetermined rectangular cross section.
  • the substantially parallel light beam passing through the beam expander 2 as the shaping optical system is deflected in the Y direction by the bending mirror 3, and then the 1Z4 wave plate 4a, the 1Z 2 wave plate 4b, the depolarizer (depolarization device)
  • the laser beam is incident on the focal lens 6 through the diffractive optical element 5 for annular illumination 4c and the annular zone illumination.
  • the 1Z4 wavelength plate 4a, the 1Z2 wavelength plate 4b, and the debinarizer 4c constitute a polarization state switching unit 4 as described later.
  • the focal lens 6 is set so that its front focal position and the position of the diffractive optical element 5 substantially coincide, and that the rear focal position and the position of the predetermined surface 7 indicated by a broken line in the drawing substantially coincide. It is a focal system (non-focusing optical system).
  • a diffractive optical element is configured by forming a step having a pitch of about the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has the function of diffracting an incident beam at a desired angle. Specifically, when a collimated beam having a rectangular cross section is incident, the diffractive optical element 5 for annular illumination forms an annular light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region). Have a function to
  • the substantially parallel luminous flux incident on the diffractive optical element 5 as the luminous flux conversion element is After forming an annular light intensity distribution on the pupil plane of the focal lens 6, the light beam is emitted from the afocal lens 6 as a substantially parallel beam.
  • a pyramidal axicon system 8 is disposed at or near the pupil plane of the afocal lens 6, but the detailed configuration And the action will be described later.
  • the basic configuration and operation will be described, neglecting the operation of the conical axicon system 8.
  • the light beam passing through the focal lens 6 enters the micro fly's eye lens (or fly's eye lens) 11 as an optical integrator through the zoom lens 9 for variable ⁇ value and the polarization conversion element 10. Do.
  • the configuration and operation of the polarization conversion element 10 will be described later.
  • the micro fly's eye lens 11 is an optical element composed of a large number of microlenses having a positive refractive power, which are densely and longitudinally arranged. In general, a micro fly's eye lens is formed, for example, by etching a plane parallel plate to form a micro lens group.
  • each micro lens constituting the micro fly's eye lens is smaller than each lens element constituting the fly's eye lens.
  • the micro fly's-eye lens is integrally formed without a large number of micro lenses (micro refracting surfaces) being separated from one another.
  • the micro fly's eye lens is an optical integrator of the same wavefront splitting type as the fly's eye lens in that lens elements having positive refracting power are arranged longitudinally and transversely.
  • the position of the predetermined surface 7 is disposed in the vicinity of the front focal position of the zoom lens 9, and the incident surface of the micro lens 11 is disposed in the vicinity of the rear focal position of the zoom lens 9.
  • the zoom lens 9 arranges the predetermined surface 7 and the incident surface of the micro fly's eye lens 11 substantially in a Fourier transform relationship, and hence the pupil surface of the afocal lens 6 and the incident light of the micro fly's eye lens 11.
  • the surface is optically nearly conjugately arranged.
  • a ring-shaped illumination field centered on the optical axis for example, is formed like the pupil surface of the afocal lens 6.
  • the overall shape of this ring-shaped illumination field changes in a similar manner depending on the focal length of the zoom lens 9.
  • Each of the micro lenses forming the fly-eye fly eye lens 11 is formed on the mask. It has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field (the shape of the exposure area to be formed on the wafer W).
  • the light beam incident on the micro fly's eye lens 11 is divided two-dimensionally by a large number of micro lenses, and an illumination formed by the incident light beam is formed on the back focal plane or in the vicinity thereof (and hence the illumination pupil).
  • a secondary light source having a light intensity distribution substantially the same as that of the field that is, a secondary light source consisting of a ring-shaped substantially planar light source centered on the optical axis AX is formed.
  • a luminous flux from a secondary light source formed at or near the back focal plane of the micro fly- ville lens 11 illuminates the mask blind 14 in a superimposed manner after passing through the beam splitter 12a and the condenser optical system 13.
  • a rectangular illumination field corresponding to the shape and focal length of each of the micro lenses constituting the micro fly's eye lens 11 is formed.
  • the internal configuration and operation of the polarization monitor 12 incorporating the beam splitter 12a will be described later.
  • the light beam passing through the rectangular opening (light transmitting portion) of the mask blind 14 receives the light condensing action of the imaging optical system 15, and illuminates the mask M on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner.
  • the imaging optical system 15 forms an image of the rectangular opening of the mask blind 14 on the mask M.
  • the light beam transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the photosensitive substrate W through a projection optical system PL.
  • each exposure area of the wafer W is exposed by performing batch exposure or scan exposure while drivingly controlling the wafer W in a two-dimensional manner in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL.
  • the pattern of the mask M is sequentially exposed.
  • the 1Z4 wavelength plate 4a is configured such that the crystal optical axis is rotatable about the optical axis AX, and converts incident elliptically polarized light into linearly polarized light.
  • the 1Z two-wavelength plate 4b is configured such that the crystal optical axis is rotatable about the optical axis AX, and changes the polarization plane of the incident linearly polarized light.
  • the deflector 4c is composed of a wedge-shaped quartz prism having a complementary shape and a wedge-shaped quartz prism. The quartz prism and the quartz prism are configured so as to be freely removable with respect to the illumination light path as an integral prism thread or solid.
  • the light emitted from these light sources also typically has a polarization degree of 95% or more, and the 1Z four-wave plate 4a An approximately linearly polarized light is incident.
  • the polarization plane of the incident linearly polarized light is either P polarization plane or S polarization plane. Otherwise, linear polarization changes to elliptical polarization by total reflection at the right angle prism.
  • polarization state switching unit 4 for example, even if elliptically polarized light is incident due to total reflection in the right-angle prism, linearly polarized light converted by the action of 1Z4 wavelength plate 4a is 1Z2 wavelength plate 4b Incident to When the crystal optical axis of the 1Z 2 wavelength plate 4b is set to form an angle of 0 ° or 90 ° with respect to the polarization plane of the linearly polarized light to be incident, the linearly polarized light incident on the 1Z 2 wavelength plate 4b is a polarization plane Pass through without change.
  • the linearly polarized light incident on the 1Z2 wavelength plate 4b is polarized. It is converted to linearly polarized light whose plane changes by 90 degrees. Furthermore, when the crystal optical axis of the crystal prism of the depolarizer 4c is set to make an angle of 45 degrees with respect to the polarization plane of the linearly polarized light to be incident, the linearly polarized light incident on the crystal prism is a non-polarized light Converted to (depolarized).
  • the polarization state switching unit 4 is configured such that the crystal optical axis of the crystal prism makes an angle of 45 degrees with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light that is incident when the depolarizer 4 c is positioned in the illumination light path. ing.
  • the crystal optical axis of the quartz prism when the crystal optical axis of the quartz prism is set to make an angle of 0 ° or 90 ° with respect to the polarization plane of the linearly polarized light to be incident, the polarization plane of the linearly polarized light incident on the quartz prism changes. Without passing through.
  • the linearly polarized light incident on the 1Z2 wavelength plate 4b is It is converted into light of a non-polarization state including a linearly polarized light component which passes as it is without changing the polarization plane and a linearly polarized light component whose polarization plane is changed by 90 degrees.
  • the force with which linearly polarized light enters the 1Z2 wavelength plate 4 b In order to simplify the following description, the polarization direction in the Z direction in FIG. direction Light having a linear polarization (hereinafter referred to as “Z-direction polarization”) is incident on the 1Z two-wavelength plate 4b.
  • Z-direction polarization Light having a linear polarization
  • the crystal optical axis of the 1Z 2 wavelength plate 4b is set to form an angle of 0 ° or 90 ° with the polarization plane (polarization direction) of the incident Z direction polarization, 1Z2
  • the light in the Z direction which has been incident on the wave plate 4b passes through as it is in the Z direction without changing the polarization plane, and enters the quartz prism of the depolarizer 4c.
  • the crystal optical axis of the quartz prism is set to form an angle of 45 degrees with respect to the polarization plane of the incident Z-direction polarized light, so that the light of the Z-polarized light incident on the quartz prism is converted to light in the unpolarized state. Be done.
  • the light depolarized through the quartz prism is incident on the diffractive optical element 5 in a non-polarized state through the quartz prism as a compensator for compensating the traveling direction of the light.
  • the crystal optical axis of the 1Z dual wavelength plate 4b is set to form an angle of 45 degrees with respect to the polarization plane of the Z directional polarization
  • the light of Z directional polarization incident on the 1Z dual wavelength plate 4b is polarized plane force ⁇
  • the light is linearly polarized light (hereinafter referred to as “X-direction polarization”) having a polarization direction (direction of electric field) in the X-direction in FIG.
  • the crystal optical axis of the quartz prism is set to form an angle of 45 degrees with respect to the polarization plane of the incident X-direction polarization, so the X-polarization light incident on the quartz prism is the light of the non-polarization state.
  • the light is converted and enters the diffractive optical element 5 in a non-polarized state through the quartz prism.
  • the crystal optical axis of the 1Z 2 wavelength plate 4b is made to form an angle of 0 degrees or 90 degrees with respect to the polarization plane of the Z direction polarized light.
  • the light in the Z direction which has been incident on the 1Z2 wavelength plate 4b passes the Z direction polarized light without changing the polarization plane, and enters the diffractive optical element 5 in the Z direction polarization state.
  • the crystal optical axis of 1 Z 2 wavelength plate 4 b is set to form an angle of 45 degrees with respect to the polarization plane of Z direction polarized light incident, the polarization direction of Z direction polarized light incident on 1 Z 2 wavelength plate 4 b is It changes by 90 degrees to become X-polarized light and enters the diffractive optical element 5 in the X-polarization state
  • the polarization state switching unit 4 As described above, in the polarization state switching unit 4, light in a non-polarization state can be made incident on the diffractive optical element 5 by inserting the debolerizer 4 c into the illumination light path and positioning it. Also, by setting the depolarizer 4c to retract the illumination optical path power and setting the crystal optical axis of the 1Z dual wavelength plate 4b to be at an angle of 0 degree or 90 degrees with respect to the polarization plane of the Z direction polarization, the Z direction polarization is obtained. The light of the state can be made incident on the diffractive optical element 5.
  • the light in the X-direction polarization state is set by retracting the depolarizer 4c from the illumination light path and setting the crystal optical axis of the 1Z two-wavelength plate 4b to be 45 degrees with respect to the polarization plane of Z-direction polarization. Can be incident on the diffractive optical element 5.
  • the polarization state of the incident light to the diffractive optical element 5 is obtained by the action of the polarization state switching unit consisting of the 1Z4 wavelength plate 4a, the 1Z2 wavelength plate 4b, and the depolarizer 4c.
  • the polarization state of the light illuminating the mask M and the wafer W can be switched between the linear polarization state and the non-polarization state, and in the case of the linear polarization state, orthogonal polarization states (Z-polarization And X polarization)).
  • both the 1Z2 wavelength plate 4 b and the depolarizer 4 c are retracted from the illumination light path, and a predetermined angle is made with respect to the elliptically polarized light incident on the crystal optical axis of the 1Z4 wavelength plate 4 a.
  • a predetermined angle is made with respect to the elliptically polarized light incident on the crystal optical axis of the 1Z4 wavelength plate 4 a.
  • the polarization state of the light incident on the diffractive optical element 5 is set to a linear polarization state having a polarization direction in an arbitrary direction by the action of the 1Z two-wavelength plate 4b.
  • the first prism member 8a with the light source side force also has a flat surface facing the light source side and a concave conical refracting surface facing the mask side, and a flat surface facing the mask side
  • the second prism member 8b has a convex conical refracting surface directed to the light source side.
  • the concave conical refracting surface of the first prism member 8a and the convex conical refracting surface of the second prism member 8b are formed complementarily so as to be able to abut each other.
  • At least one of the first prism member 8a and the second prism member 8b is configured to be movable along the optical axis AX, and the concave conical refracting surface of the first prism member 8a and the second prism The distance from the convex conical refracting surface of the member 8b is variable.
  • the conical axicon system 8 functions as a plane parallel plate. There is no effect on the annular secondary light source formed.
  • the first prism When the concave conical refracting surface of the member 8a and the convex conical refracting surface of the second prism member 8b are separated from each other, the conical axicon system 8 functions as a so-called beam expander. Therefore, as the spacing of the conical axicon system 8 changes, the angle of the incident light beam to the predetermined surface 7 changes.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the action of a conical axicon system on a ring-shaped secondary light source.
  • the ring-shaped secondary light source 30a enlarges the interval of the conical axicon system 8 to a predetermined value also with a zero force, so that its width (the difference 1Z2 between the outer diameter and the inner diameter shown by the arrow in the figure) is Both the outer diameter and the inner diameter of the variable light source are changed to the annular secondary light source 30b which is enlarged.
  • the action of the conical axicon system 8 changes both the annular ratio (inner diameter Z outer diameter) and the size (outer diameter) without changing the width of the annular secondary light source.
  • FIG. 3 is a view for explaining the action of the zoom lens with respect to the ring-shaped secondary light source.
  • the ring-shaped secondary light source 30a formed in the standard state enlarges the overall shape in a similar manner by expanding the focal distance of the zoom lens 9 to a predetermined value of the minimum value power. It changes to the ring-shaped secondary light source 30c.
  • both the width and the size (outside diameter) of the annular light source of the annular secondary light source both change.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an internal configuration of the polarization monitor of FIG.
  • the polarization monitor 12 includes a first beam splitter 12a disposed in the optical path between the micro fly's eye lens 11 and the condenser optical system 13.
  • the first beam splitter 12a has the form of an uncoated parallel flat plate (ie, element glass) made of quartz glass, for example, and takes out the optical path of reflected light having a polarization different from that of the incident light. It has a function.
  • the light extracted from the optical path power by the first beam splitter 12a is incident on the second beam splitter 12b.
  • the second beam splitter 12b has, for example, the form of a non-coated parallel flat plate made of quartz glass, and reflects the reflected light of a polarization state different from the polarization state of the incident light. Has a function to generate.
  • the first one The P polarization for the single beam splitter 12a is S polarization for the second beam splitter 12b
  • the S polarization for the first beam splitter 12a is P polarization for the second beam splitter 12b.
  • the light transmitted through the second beam splitter 12b is detected by the first light intensity detector 12c, and the light reflected by the second beam splitter 12b is detected by the second light intensity detector 12d. .
  • the outputs of the first light intensity detector 12c and the second light intensity detector 12d are respectively supplied to a control unit (not shown).
  • the control unit drives the 1Z4 wave plate 4a, the 1Z 2 wave plate 4b, and the depolarizer 4c, which constitute the polarization state switching unit 4, as necessary.
  • the reflectance for P-polarization and the reflectance for S-polarization are substantially different. Therefore, in the polarization monitor 12, the reflected light power from the first beam splitter 12a, for example, about 10% of the S polarization component of the incident light to the first beam splitter 12a (S polarization component for the first beam splitter 12a P-polarization component for the second beam splitter 12b) and, for example, about 1% of P-polarization component of incident light to the first beam splitter 12a (P-polarization component for the first beam splitter 12a). And the S polarization component for the second beam splitter 12b).
  • the first beam splitter 12a has a function of extracting the optical path power of the reflected light in the polarization state different from the polarization state of the incident light according to the reflection characteristic.
  • the output of the first light intensity detector 12c (information about the intensity of the transmitted light of the second beam splitter 12b, ie, the second beam splitter 12b, ie, the second beam splitter 12b) is slightly affected by the polarization fluctuation due to the polarization characteristics of the second beam splitter 12b.
  • the P polarization for the first beam splitter 12a is S polarization for the second beam splitter 12b
  • the S polarization for the first beam splitter 12a is the second polarization for the second beam splitter 12b. It is set to be P-polarization.
  • the light beam is incident on the first beam splitter 12a based on the output of the second light intensity detector 12d (information on the intensity of the light sequentially reflected by the first beam splitter 12a and the second beam splitter 12b).
  • the amount of light (intensity) of light incident on the first beam splitter 12a, and hence the amount of illumination light on the mask M can be detected substantially without being affected by the change in polarization state of light.
  • the polarization monitor 12 is used to detect the polarization state of the light incident on the first beam splitter 12a, and thus the illumination light on the mask M is in the desired non-polarization state, linear polarization state or circle. It can be determined whether or not the force is polarized.
  • control unit When the control unit confirms that the illumination light to the mask M (and thus the wafer W) is not in the desired non-polarization state, linear polarization state or circular polarization state based on the detection result of the polarization monitor 12, Adjusting the driving of the 1Z4 wave plate 4a, the 1Z2 wave plate 4b and the depolarizer 4c constituting the state switching unit 4 to adjust the state of the illumination light to the mask M to a desired non-polarization state, linear polarization state or circular polarization state Can.
  • Quadrupole illumination can be performed by setting a diffractive optical element (not shown) for four-pole illumination in the illumination light path instead of the diffractive optical element 5 for annular illumination.
  • the diffractive optical element for four-pole illumination has a function of forming a four-pole light intensity distribution in the far field when a parallel beam having a rectangular cross section is incident. Therefore, the luminous flux that has passed through the diffractive optical element for four-pole illumination is, for example, a four-pole illumination field on the incident surface of the micro fly's eye lens 11 that also has four circular illumination fields centered on the optical axis AX. Form.
  • a quadrupolar secondary light source identical to the illumination field formed on the entrance plane is formed.
  • the diffractive optical element for illumination has a function of forming a circular light intensity distribution in the far field when a parallel beam having a rectangular cross section is incident. Therefore, a light beam passing through a diffractive optical element for circular illumination forms a quadrupolar illumination field on the incident surface of the micro fly's eye lens 11, for example, a circular illumination force centered on the optical axis AX. Do. As a result, in the back focal plane of the micro fly's eye lens 11 or in the vicinity thereof, a secondary light source of the same circular shape as the illumination field formed on the incident plane is formed.
  • another multipole illumination diffractive optical element may be set in the illumination light path to provide various multipole illumination (2 Polar illumination, octopole illumination etc.).
  • various types of modified illumination can be performed by setting a diffractive optical element (not shown) having appropriate characteristics in the illumination light path instead of the diffractive optical element 5 for annular illumination. it can.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of the polarization conversion element of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the optical activity of crystal.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a ring-shaped secondary light source set in the circumferential polarization state by the action of the polarization conversion element.
  • the polarization conversion element 10 according to the present embodiment is disposed immediately in front of the micro fly's eye lens 11, that is, at or near the pupil of the illumination optical system (one PL). Therefore, in the case of annular illumination, a light flux having a substantially annular cross section centered on the optical axis AX is incident on the polarization conversion element 10.
  • polarization conversion element 10 has a ring-shaped effective area centered on optical axis AX as a whole, and the annular effective area is a circumferential direction centered on optical axis AX. It is composed of eight fan-shaped basic elements divided equally. In these eight basic elements, a pair of basic elements facing each other across the optical axis AX have the same characteristics. That is, the eight basic elements include two basic elements 10A to 10D having different thicknesses (lengths in the optical axis direction) along the light transmission direction (Y direction)! / .
  • the thickness of the second basic element 10B in which the thickness of the fourth basic element 10D in which the thickness of the first basic element 10A is the largest is the smallest is greater than the thickness of the third basic element 10C.
  • one surface (e.g., the incident surface) of the polarization conversion element 10 is planar, but the other surface (e.g., the emission surface) is uneven due to the difference in thickness of each of the basic elements 10A-10D. It has become. It is also possible to form both surfaces (incident surface and exit surface) of the polarization conversion element 10 in a concavo-convex shape.
  • each of the basic elements 10A to 10D is made of quartz as a crystal material which is an optical material having optical activity, and the crystal optical axis of each of the basic elements 10A to 10D substantially corresponds to the optical axis AX. It is set to match, that is, to substantially match the traveling direction of incident light.
  • the optical rotation of the crystal is briefly described below with reference to FIG. Referring to FIG. 6, a plane-parallel plate-like optical member 100 made of quartz of thickness d is arranged such that its crystal optic axis coincides with the optic axis AX. In this case, due to the optical rotatory power of the optical member 100, the polarization direction of the incident linearly polarized light is emitted in a state of being rotated by about ⁇ around the optical axis AX.
  • the rotation angle (rotation angle) of the polarization direction due to the optical rotation of the optical member 100 is expressed by the following equation (a) by the thickness d of the optical member 100 and the optical rotation power p of quartz. .
  • the optical rotatory power p of quartz has wavelength dependency (the property that the value of optical rotatory ability varies depending on the wavelength of light used: optical rotatory dispersion), specifically, it tends to increase as the wavelength of light used decreases. is there.
  • the rotatory power / 0 of the crystal for light having a wavelength of 250.3 nm is 153.9 ° Z mm.
  • the first basic element 10A when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident on the first basic element 10A, the first basic element 10A is polarized in the direction rotated by +180 degrees around the Y axis, ie, polarized in the Z direction.
  • the thickness dA is set to emit linearly polarized light having a direction. Therefore, in this case, in the ring-shaped secondary light source 31 shown in FIG. 7, it passes through a pair of arc-shaped areas 31A formed by the luminous fluxes of the pair of first basic elements 10A.
  • the polarization direction of the light flux is in the Z direction.
  • the second basic element 10B when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the direction in which the Z direction is rotated by +135 degrees around the Y axis, that is, 45 degrees around the Y axis in the Z direction.
  • the thickness dB is set to emit linearly polarized light having a polarization direction in the rotated direction. Therefore, in this case, of the annular secondary light source 31 shown in FIG. 7, the polarization direction of the light flux passing through the pair of arc-shaped regions 31B formed by the light flux subjected to the optical rotation action of the pair of second basic elements 10B. Is rotated 45 degrees around the Y axis in the Z direction.
  • the third basic element when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, a direction in which the Z direction is rotated +90 degrees around the Y axis, that is, linearly polarized light having a polarization direction in the X direction
  • the thickness dC is set so as to emit light. Therefore, in this case, of the annular secondary light source 31 shown in FIG. 7, the polarization of the light flux passing through the pair of arc-shaped areas 31C formed by the light flux subjected to the optical rotation action of the pair of third basic elements 10C.
  • the direction is the X direction.
  • the fourth basic element 10D when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, linearly polarized light having a polarization direction in the direction in which the Z direction is rotated by +45 degrees around the Y axis is The thickness dD is set to project. Therefore, in this case, of the annular secondary light source 31 shown in FIG. 7, the polarization direction of the light flux passing through the pair of arc-shaped regions 31D formed by the light flux subjected to the optical rotatory action of the pair of fourth basic elements 10D is The Z direction is rotated +45 degrees around the Y axis.
  • the polarization conversion element 10 can be obtained by combining eight basic elements formed separately, or by forming a required concavo-convex shape (step) on a plane-parallel plate crystal substrate.
  • the polarization conversion element 10 can also be obtained.
  • the size of the effective area of the polarization conversion element 10 in the radial direction is 3Z10 or more, preferably 1Z3 or more, so that the normal circular illumination can be performed without retracting the polarization conversion element 10 from the light path.
  • a circular central area 10E which has the optical axis and does not have optical activity.
  • the central region 10E may be formed of an optical material having no optical rotation like, for example, quartz, or may be a circular opening simply.
  • the central region 10 E is not an essential element of the polarization conversion element 10.
  • the size of the central region 10E determines the boundary between the region which is in the circumferential polarization state and the other region.
  • the light fluxes passing through the arc-shaped areas 31A-31D constituting the ring-shaped secondary light source 31 are circumferential directions of the arc-shaped areas 31A-31D. It becomes a linear polarization state with a polarization direction that substantially matches the tangent direction of the circle centered on the optical axis AX at the center position along the direction.
  • a ring of circumferential polarization state that can not substantially generate the light quantity loss due to the optical rotation of the polarization conversion element 10.
  • a band-shaped secondary light source 31 can be formed.
  • the illumination optical apparatus of the present embodiment it is possible to form a ring-shaped illumination pupil distribution in the circumferentially polarized state while well suppressing the light quantity loss.
  • the manufacture of the polarization conversion element itself is extremely easy, and typically the thickness tolerance of each basic element can be set extremely loosely. Play an effect.
  • the light irradiated onto the wafer W as the final illuminated surface is polarized with the S polarization as the main component It will be in the state.
  • S-polarization is linear polarization (polarization in which an electric vector vibrates in a direction perpendicular to the incident surface) having a polarization direction in a direction perpendicular to the incident surface.
  • the plane of incidence is defined as a plane including the normal to the interface at that point and the incident direction of the light.
  • the optical performance (for example, the focal depth) of the projection optical system can be improved, and a mask pattern of high contrast and high contrast on the wafer (photosensitive substrate) can be achieved.
  • a light flux passing through the annular secondary light source 32 is obtained.
  • Radial polarization state can be set, and radial polarization ring-shaped illumination (modified illumination in which a light beam passing through a ring-shaped secondary light source is set to radial polarization state) can be performed.
  • the light beams respectively passing through the arc-shaped areas 32A-32D constituting the annular secondary light source 32 are light at central positions along the circumferential direction of the arc-shaped areas 32A-32D. It will be a linear polarization state with a polarization direction that is approximately coincident with the radius method of the circle centered on the axis AX.
  • the light irradiated to the wafer W as the final illuminated surface is in a polarization state having P polarization as the main component Become.
  • P-polarized light is linearly polarized light having a polarization direction in a direction parallel to the incident surface defined as described above (polarization in which an electric vector vibrates in a direction parallel to the incident surface). It is.
  • the radial polarization ring illumination the light reflectance of the resist applied to Ueno and W can be suppressed to a low level, and a good mask notion image can be obtained on the wafer (photosensitive substrate).
  • the light flux incident on the polarization conversion element 10 is switched between a linear polarization state having a polarization direction in the Z direction and a linear polarization state having a polarization direction in the X direction.
  • circumferential polarization ring zone illumination and radial polarization ring zone illumination are realized.
  • the first state shown in FIG. 5 and the optical axis AX are not limited thereto. It is also possible to realize circumferentially polarized annular illumination and radially polarized annular illumination by switching between the second state rotated by 90 degrees around the circumference.
  • the polarization conversion element 10 is disposed immediately in front of the micro fly's eye lens 11.
  • it is not limited to this, for example, at or near the pupil of the illumination optical apparatus (11 PL), for example, at or near the pupil of the projection optical system PL, at or near the pupil of the imaging optical system 15,
  • the polarization conversion element 10 can also be disposed immediately before the axicon system 8 (the pupil of the afocal lens 6 or in the vicinity thereof).
  • the required effective diameter of the polarization conversion element 10 tends to be large, so a large quartz substrate with high quality can be obtained. Is not so desirable given the current situation in which In addition, when the polarization conversion element 10 is disposed immediately before the conical axicon system 8, the required effective diameter of the polarization conversion element 10 can be reduced to a small force.
  • the distance to the wafer W, which is the final irradiation surface, is long. This is not preferable because it is easy to interpose an element that changes the polarization state, such as a lens anti-reflection coating or a mirror reflection film, in the light path.
  • the anti-reflection coat of the lens and the reflection film of the mirror In such a case, the difference in reflectance is likely to occur depending on the polarization state (P-polarization and s-polarization) or the incident angle, and the polarization state of light is likely to change.
  • At least one surface (for example, the exit surface) of the polarization conversion element 10 is formed in a concavo-convex shape, and thus the polarization conversion element 10 changes discretely (discontinuously) in the circumferential direction. Thickness distribution. At least one surface of the polarization conversion element 10 (for example, the exit surface) such that the polarization conversion element 10 which is not limited to this has a thickness distribution which changes substantially discontinuously in the circumferential direction. ) Can also be formed into a curved surface.
  • the polarization conversion element 10 is configured by eight sector-shaped basic elements corresponding to eight divisions of the ring-shaped effective region. For example, it is not limited to this, for example, by eight sector-shaped basic elements corresponding to eight divisions of the circular effective area, or corresponding to four divisions of the circular or annular effective area.
  • the polarization conversion element 10 can also be constituted by one fan-shaped basic element or by 16 sector-shaped basic elements corresponding to 16 divisions of a circular or ring-shaped effective area. That is, various modifications are possible, depending on the shape of the effective area of the polarization conversion element 10, the number of divisions of the effective area (the number of basic elements), and the like.
  • each of the basic elements 10A to 10D (and thus the polarization conversion element 10) is formed using quartz. It is also possible to form each basic element using other suitable optical materials having optical rotatory power which is not limited to this. In this case, it is preferable to use an optical material having an optical rotatory power of 100 ° Z mm or more for light of the used wavelength. That is, the use of an optical material having a small optical rotatory power is not preferable because the thickness necessary for obtaining the required rotation angle in the polarization direction becomes too large, which causes light quantity loss.
  • the polarization conversion element 10 is fixedly provided to the illumination light path, but the polarization conversion element 10 may be provided so as to be insertable into and removable from the illumination light path.
  • the S polarization and the annular illumination for the wafer W are combined.
  • the combination of the S polarization and the multipole illumination such as the two poles and the four poles and the circular illumination for Ueno and W is described. You may match.
  • the illumination conditions for the mask M, the imaging conditions for the mask W depend on, for example, the type of pattern of the mask M, etc. Can be set automatically.
  • FIG. 9 shows a modification in which a plurality of polarization conversion elements are provided exchangeably.
  • the modification of FIG. 9 has a configuration similar to that of the embodiment shown in FIG. 1, but differs in that it has a turret 10T that makes it possible to exchange a plurality of polarization conversion elements.
  • FIG. 10 is a view showing a plurality of types of polarization conversion elements 10a to 10e mounted on a turret 10T as an interconnection structure in FIG.
  • plural types of polarization conversion elements 10a to 10e are provided on the turret 10T which can rotate around a direction parallel to the optical axis AX, and the turret 10T is rotated.
  • These plural types of polarization conversion elements 10a to 10e can be replaced by operation.
  • FIG. 9 shows only the polarization conversion elements 10a and 10b among the plurality of types of polarization conversion elements 10a to 10e.
  • the polarization conversion element is not limited to the turret 10T, and may be, for example, a slider.
  • FIG. 11 is a view showing the configuration of each of a plurality of types of polarization conversion elements 10a to 10e.
  • the first polarization conversion element 10a has the same configuration as the polarization conversion element 10 of the embodiment shown in FIG.
  • the second polarization conversion element 10b has a configuration similar to that of the polarization conversion element 10a shown in FIG. 11 (a), but a polarization decomposing member 104c is provided in the central region 10E. It differs in the point.
  • the depolarizer 104c has the same configuration as the depolarizer 4c shown in FIG. 1, and has a function of converting incident linearly polarized light into light in a non-polarized state.
  • third polarization conversion element 10c has a configuration similar to that of polarization conversion element 1 Oa shown in FIG. 11 (a), but the size of central region 10E is large. The difference is that there is a point (the width of the first to fourth basic elements 10A to 10D becomes narrower).
  • the fourth polarization conversion element 10d has a configuration similar to that of the polarization conversion element 10c shown in FIG. 11 (c), but a depolarization member 104c is provided in the central region 10E. It differs in that it is
  • the fifth polarization conversion element 10e is configured by combining six basic elements IOC, 10F, 10G which are smaller than the eight basic elements.
  • the fifth polarization conversion element 10 e has a ring-shaped effective area centered on the optical axis AX as a whole, and this ring-shaped effective area is equally divided in the circumferential direction centered on the optical axis AX
  • Six fan-shaped basic elements 10C , 10F, 10G In these six basic elements IOC, 10F, 10G, a pair of opposing basic elements sandwiching the optical axis AX have the same characteristics. That is, the six basic elements IOC, 10F, 10G have three types of basic elements IOC, 10F, 10G different in thickness (length in the optical axis direction) along the light transmission direction (Y direction). Contains one by one
  • the basic element 10C is a member having the same function as the third basic element 10C shown in FIG. 7, the description of the function is omitted.
  • the basic element 10F when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, the direction obtained by rotating the Z direction about the Y axis by +150 degrees, that is, the direction obtained by rotating the Z direction about the Y axis by 30 degrees
  • the thickness dF is set to emit linearly polarized light having a polarization direction in.
  • Basic element 10G has a thickness such that when linearly polarized light having a polarization direction in the Z direction is incident, linearly polarized light having a polarization direction in the direction rotated by +30 degrees around the Y axis is emitted.
  • DG is set.
  • the depolarization member 104 c may be provided in place of the central area 10 E.
  • the central region 10E having no circular opening or optical rotatory power and having a material force at the central portion of the polarization conversion elements 10a to 10e mounted on the turret 10T is depolarizing light.
  • the member 104c is provided, it is possible to mount a polarization conversion element (a polarization conversion element which is a fan-shaped basic element force) in which the central region 10E or the depolarization member 104c is not provided.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of a secondary light source set to the circumferential polarization state by the action of the polarization conversion element.
  • polarization conversion elements are also shown in an overlapping manner for easy understanding.
  • a diffractive optical element (a light flux conversion element) that forms an eight-pole light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) is the illumination light path.
  • the polarization conversion element 10a or 10b is installed in the illumination light path.
  • An eight-pole secondary light source 33 in the case is shown.
  • the luminous flux passing through the 8-pole secondary light source 33 is set to the circumferential polarization state.
  • FIG. 12 (a) an example in which the eight-pole secondary light source 33 is configured by eight circular areas 33A to 33D is illustrated.
  • the shape of the eight areas is not limited to a circle.
  • a diffractive optical element that forms a quadrupolar light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) is the illumination light path.
  • the quadrupolar secondary light source 34 is shown when it is installed and the polarization conversion element 10c or 10d is installed in the illumination light path.
  • the luminous flux passing through the quadrupolar secondary light source 34 is set to the circumferential polarization state. In the circumferential polarization state, the luminous flux passing through each of the four regions 34A and 34C constituting the quadrupolar secondary light source 34 is in the circumferential direction of the circle connecting these four regions 34A and 34C, that is, these four regions 34A.
  • FIG. 12 (b) shows an example in which the quadrupolar secondary light source 34 is configured with four substantially elliptical shaped regions 34A and 34C, the shape of the four regions is limited to approximately elliptical shaped. I will not.
  • a diffractive optical element that forms a hexapole light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) is the illumination light path.
  • the secondary light source 35 in the form of a hexapole is shown when it is installed and the polarization conversion element 10e is installed in the illumination light path.
  • the luminous flux passing through the six-pole secondary light source 35 is set to the circumferential polarization state.
  • the luminous flux passing through the six regions 35C, 35F, 35G constituting the six-pole secondary light source 35 respectively is in the circumferential direction of the circle connecting the six regions 35C, 35F, 35G, It becomes a linear polarization state having a polarization direction substantially coinciding with the tangent direction of the circle connecting these six regions 35C, 35F, 35G.
  • 12 (c) shows an example in which the six-pole secondary light source 35 is configured by four substantially trapezoidal regions 35C, 35F, 35G, but the shape of the six regions is substantially trapezoidal. Is not limited.
  • FIG. 13 is a view schematically showing the configuration of a polarization conversion element 10 f rotatably provided about the optical axis AX.
  • the polarization conversion element 10 f is configured by combining four basic elements 10 A and 10 C.
  • the polarization conversion element 10f as a whole has a ring-shaped effective area centered on the optical axis AX, and this ring-shaped effective area has four fan-like shapes equally divided in the circumferential direction around the optical axis AX. It is composed of basic elements 10A and 10C.
  • a pair of opposing basic elements sandwiching the optical axis AX have the same characteristics. That is, the four basic elements 10A and 10C each include two basic elements 10A and 10C having different thicknesses (lengths in the optical axis direction) along the light transmission direction (Y direction). .
  • the basic element 10A is a member having the same function as the first basic element 10A shown in FIG. 7, and the basic element 10C has the same function as the third basic element 10C shown in FIG. Since it is a member, the description of its function is omitted.
  • the depolarization member 104c may be provided instead of the central area 10E.
  • the polarization conversion element 10 f is provided so as to be rotatable around the optical axis AX, and can be rotated, for example, by +45 degrees or 45 degrees around the optical axis AX.
  • FIG. 14 is a view schematically showing an example of the secondary light source set to the circumferential polarization state by the action of the polarization conversion element 10 f. In FIG. 14, the polarization conversion element 10f is also shown in an overlapping manner for easy understanding.
  • a diffractive optical element that forms a bipolar light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffractive region) is the illumination light path.
  • the secondary light source 36 (36A) in the form of a dipole is shown when it is installed and the polarization conversion element 10f is installed in the illumination light path at a rotation angle of 0 degree (reference state).
  • the light beam passing through the bipolar secondary light source 36 (36A) is set to the longitudinal polarization state.
  • a diffractive optical element that forms a quadrupolar light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffractive region) is the illumination light path.
  • the quadrupolar secondary light source 37 is shown when it is installed and the polarization conversion element 10 f is installed in the illumination light path at a rotation angle of 0 degrees (reference state).
  • 4 poles The light beam passing through the secondary light source 37 is set to the circumferential polarization state.
  • the four-pole light intensity distribution in FIG. 14 (b) is localized in the vertical direction (Z direction) and the horizontal direction (X direction) in the drawing.
  • luminous fluxes respectively passing through the four circular areas 37A and 37C constituting the quadrupolar secondary light source 37 are circumferential directions of circles connecting the four circular areas 37A and 37C, That is, it becomes a linearly polarized light having a polarization direction substantially coincident with the tangent direction of the circle connecting these four circular areas 37A and 37C.
  • FIG. 14 (b) shows an example in which the quadrupolar secondary light source 37 is configured by four circular areas 37A and 37C, the shape of the four areas is not limited to a circle.
  • FIG. 14 (c) shows a far field (or Fraunhofer diffraction region) direction of +45 degrees (1 135 degrees) in the paper and 45 degrees in the paper instead of the diffractive optical element of FIG. 14 (b).
  • a diffractive optical element (light flux conversion element) that forms a quadrupole light intensity distribution localized in the (+ 135 °) direction is installed in the illumination light path, and the polarization conversion element 10f is at a rotation angle of + 45 ° (reference state
  • the quadrupolar secondary light source 38 is shown in the case where it is placed in the illumination light path by rotating it clockwise by 45 degrees).
  • the 1Z2 wavelength plate 4b in the polarization state switching unit 4 is rotated around the optical axis, and in the +45 degree direction (1 135 degree direction) with respect to the polarization conversion element 10f.
  • a linearly polarized light having a polarization direction is incident.
  • the basic element 10A has a function to rotate the polarization direction of the incident linearly polarized light by 180 degrees n x 180 degrees (n is an integer)
  • the fundamental element 10C rotates the polarization direction of the incident linearly polarized light by 90 degrees.
  • the light beam passing through the four-pole secondary light source 38 is set to the circumferential polarization state because it has a function to rotate by ⁇ nX 180 degrees (n is an integer).
  • the luminous flux forces passing through the four circular areas 38B and 38D constituting the quadrupolar secondary light source 38 are shown by the four circular areas 38B and 38D. It becomes a linear polarization state having a polarization direction that is approximately the same as the circumferential direction of the connecting circle, that is, the tangent direction of the connecting the four circular regions 38B and 38D.
  • FIG. 14 (c) an example in which the quadrupolar secondary light source 38 is configured by four circular areas 38B and 38D is shown.
  • the shape of the four areas is not limited to circular.
  • the operation of changing the polarization direction of the polarization state switching unit 4 and the rotation of the polarization conversion element 10 f Even if it is a quadrupolar secondary light source localized in the +45 degree (-135 degree) direction and the -45 degree (+135 degree) direction depending on the operation, the 0 degree (+ 180 degree) direction and 90 degrees (270 degrees), that is, even if it is a quadrupolar secondary light source localized in the vertical and horizontal directions, it is 0 degrees (+ 180 degrees) or 90 degrees (270 degrees), that is, it is localized in the horizontal directions. Even in the case of secondary light sources, it is possible to realize circumferentially polarized light.
  • a polarization conversion element composed of eight fan-shaped basic elements equally divided in the circumferential direction around the optical axis AX may be rotatable around the optical axis AX.
  • the polarization conversion element for example, polarization conversion element 1 Oa
  • the basic element power of 8 divisions described above is rotated about the optical axis AX by +45 degrees
  • the luminous flux passing through each of the eight circular areas constituting the eight-pole secondary light source is the circumferential direction of the circles connecting these eight circular areas (these In the case of elliptically polarized light having the major axis in the direction rotated by +45 degrees with respect to the tangent direction of the circle connecting the eight circular regions, as shown in FIG.
  • a substantially circumferential polarization state can be obtained.
  • FIG. 16 shows an example in which the polarization conversion element is disposed at a position immediately before the conical axicon system 8 (position near the incident side) among positions in the vicinity of the pupil of the illumination optical device.
  • the magnification change action of the zoom lens system 9 projects the size of the image of the central area 10E projected on the incident surface of the micro fly's eye lens 11 and the incident surface of the micro fly's eye lens 11
  • the size of the image of each basic element 10A-10D is changed, and the optical axis AX in the image of each basic element 10A-10D projected onto the incident plane of the micro fly's eye lens 11 is changed by the operation of the conical axicon system 8.
  • the central radial width is changed.
  • the polarization conversion element having the central region 10E (or the depolarization member 104c) is closer to the light source side than the optical system (zoom lens 9) having the magnification change action.
  • the zoom lens 9 When the zoom lens 9 is provided, the area occupied by the central area It is good if the central area 10E is sized in consideration of the change.
  • an optical system (conical axicon type system) having a function of changing the annular ratio of the polarization conversion element having the central region 10E (or the depolarization member 104c)
  • ⁇ A An increase in the inner radius of the light flux having passed through an optical system having the function of changing the annular ratio.
  • conditional expression (1) the width of the ring-shaped region converted into the circumferential polarization state by the polarization conversion element 10 becomes narrow, and It is not preferable because circumferentially polarized illumination with a ring-shaped or multipolar secondary light source can not be achieved.
  • conditional expression (2) the diameter of the light flux which can pass through the central region of the polarization conversion element 10 becomes extremely small, and for example, the polarization conversion element 10 changes the polarization state without removing the illumination path force. It is not preferable because small ⁇ illumination can not be done without it.
  • the position of the polarization conversion element in the vicinity of the pupil of the illumination optical device is a position closer to the mask than the micro fly's eye lens 11, specifically an image of the mask blind 14. You may provide in the vicinity of the pupil position of the imaging optical system 15 to project on top. Also in the embodiments shown in FIGS. 16 and 18, a plurality of polarization conversion elements may be exchangeable as in the embodiments of FIGS.
  • the optical system (illumination optical system or projection optical system) on the wafer W side of the polarization conversion element 10 has polarization aberration (reflection)!
  • the polarization direction may change due to this polarization aberration.
  • the direction of the polarization plane rotated by the polarization conversion element 10 may be set in consideration of the influence of the polarization aberration of these optical systems.
  • the reflection member When arranged, a phase difference may occur for each polarization direction reflected by the reflection member.
  • the direction of the polarization plane to be rotated by the polarization conversion element 10 may be set in consideration of the phase difference of the light flux due to the polarization characteristic of the reflection surface.
  • the wafer W as the photosensitive substrate is reached using the wafer surface polarization monitor 90 which can be attached to the side of the wafer stage (substrate stage) holding the wafer W as the photosensitive substrate. Detects the polarization state of the luminous flux.
  • the wafer surface polarization monitor 90 may be provided in the wafer stage, or may be provided on a measurement stage separate from the wafer stage.
  • FIG. 19 is a view showing a schematic configuration of a wafer surface polarization monitor 90 for detecting the polarization state and light intensity of light illuminating the wafer W.
  • the wafer surface polarization motor 90 is provided with a pinhole member 91 which can be positioned at or near the position of the wafer W.
  • the light passing through the pinhole 91a of the pinhole member 91 becomes a substantially parallel luminous flux through a collimating lens 92 disposed so that the front focal position is at or near the image plane position of the projection optical system PL, After being reflected by the reflecting mirror 93, the relay lens system 94 enters.
  • the substantially parallel light beam passing through the relay lens system 94 reaches the detection surface 97a of the two-dimensional CCD 97 after passing through the ⁇ Z4 plate 95 as a retarder and the polarization beam splitter 96 as a polarizer.
  • the detection surface 97a of the two-dimensional CCD 97 is substantially optically conjugate with the exit pupil of the projection optical system PL, and consequently substantially conjugate with the illumination pupil plane of the illumination optical apparatus.
  • the ⁇ ] 4 plate 95 is configured to be rotatable about the optical axis, and a setting unit 98 for setting a rotation angle about the optical axis is connected to the ⁇ 4 plate 95. ing.
  • a setting unit 98 for setting a rotation angle about the optical axis is connected to the ⁇ 4 plate 95. ing.
  • the wafer surface polarization monitor 90 detects the change in the light intensity distribution on the detection surface 97a while rotating the ⁇ Z4 plate 95 around the optical axis using the setting unit 98, and the detection result is based on the rotational phase shifter method.
  • the rotational retarder method is described in detail in, for example, Tsuruta, “Applied Optics for Pencil-Light Engineer for Light”, New Technology Communications Inc., and the like.
  • the polarization state of illumination light at a plurality of positions in the wafer surface is measured while moving the pinhole member 90 (and thus the pinhole 90a) two-dimensionally along the wafer surface.
  • the wafer surface polarization monitor 90 detects a change in light intensity distribution on the two-dimensional detection surface 97a, measure the distribution of the polarization state in the pupil of the illumination light based on the detection distribution information.
  • the wafer surface polarization monitor 90 it is possible to use a ⁇ 2 plate as a phase shifter in place of the ⁇ 4 plate 95.
  • the relative angle around the optical axis between the retarder and the polarizer (polarization beam splitter 96) in order to measure the polarization state that is, four strike parameters. It is necessary to detect the change of the light intensity distribution in the detection surface 97a in at least four different states by changing the phase shift or retracting the retarder or the polarizer from the light path.
  • the phase shifter and the polarization may be good even if the polarized beam splitter 96 as the polarizer is rotated about the optical axis. Both of the children may be rotated about the optical axis. Also, instead of or in addition to this operation, one or both of ⁇ 4 plate 95 as a retarder and polarized beam splitter 96 as a polarizer may be removed. Good
  • the polarization state of light may change due to the polarization characteristic of the reflecting mirror 93.
  • the measurement result of the wafer surface polarization monitor 90 is corrected based on the influence of the polarization characteristic of the reflecting mirror 93 on the polarization state by necessary calculation. Polarization state can be measured accurately.
  • the measurement result can be similarly corrected to accurately measure the polarization state of the illumination light.
  • a specific degree of polarization DSP is calculated for each ray passing through a point (or a minute area) on the pupil and reaching a point (minute area) on the image plane.
  • a point (minute area) on the image plane Uses the XYZ coordinate system used in Figure 1, Figure 16, and Figure 18.
  • One point (minute area) on the pupil described above corresponds to one pixel of the two-dimensional CCD 97, and one point (minute area) on the image plane corresponds to XY coordinates of the pinhole 90a.
  • the specific polarization degree DSP is an X direction polarized light (in the pupil, the X direction) in a specific ray passing through a point (or a minute area) on the pupil and reaching a point (a minute area) on the image plane.
  • Ix be the intensity of the polarized light component having the vibration direction in the Y direction
  • Iy be the intensity of the Y direction polarized light component (polarization having the vibration direction in the Y direction on the pupil) in the particular light beam.
  • an X-direction polarized light (polarization with an oscillating direction in the X direction on the pupil) component of a specific ray passing through a point (or a minute area) on the pupil and reaching a point (minute area) on the image surface
  • the intensity Ix of the light source and the intensity of the Y-direction polarized light (polarization polarized in the Y direction on the pupil) component of the specific light beam as shown in the following equations (4) and (5), horizontally polarized light (in the pattern plane Proper polarization ratio RSP for polarized light that becomes S-polarization with respect to diffracted light of the mask pattern extended in the horizontal direction, and vertically polarized light (mask pattern h extended in the vertical direction in the pattern plane)
  • RSP and RSP both become 50%, and ideal h
  • an average degree of polarization V (Ave) is defined as in the following equation (10) for a light flux passing through a predetermined effective light source area and reaching a point (small area) on the image plane. it can.
  • S is 45 ° linear polarization intensity minus 135 ° linear polarization intensity
  • S is clockwise circular polarization
  • V (Ave) ⁇ [S (X, y)-V (x, y)] / ⁇ S (x, y)
  • S (x, y) is a point on the predetermined effective light source area (x, y)
  • V (x, y) is a point (or on the predetermined effective light source area (X, y) It is the degree of polarization of light passing through a micro area and reaching a point (micro area) on the image plane.
  • the average specific polarization ratio RSP (Ave) can be defined by the equation and with respect to vertical polarization.
  • Ix (Ave) is an X-direction polarized light ( ⁇ on the pupil, in a ray bundle passing through a predetermined effective light source area ( ⁇ ;, y.) And reaching a point (small area) on the image plane.
  • Iy (Ave)) is a ray bundle that passes through a predetermined effective light source area (X, y) and reaches a point (micro area) on the image plane.
  • RSP (X, y) is the average of the intensity of the Y-direction polarized light (polarization with the direction of vibration in the Y direction on the pupil) at Rp (X, y) represents one point (or a small area) on the predetermined effective light source area (X, y) hiiii
  • the appropriate polarization ratio for horizontal polarization of light passing through and reaching a point (small area) on the image plane RSP (X, y) is a point (or small area) on the predetermined effective light source area (X, y) Is the proper polarization ratio for the vertical polarization of a ray that passes through) and reaches a point (small area) on the image plane.
  • (Ix + Iy) Ave is the predetermined effective light source area. It is the average of the intensity of the total luminous flux passing through.
  • RSP h (Xi, y.) And RSP (x, y.) are both 50% in the case of ideal non-polarized illumination, and RSP h (Xi, It becomes 100% and RSP (X, y.) Force ⁇ 100% at the ideal vertical polarization.
  • (Ix ⁇ Iy) Ave is the intensity of the X-direction polarization component in a light beam passing through a predetermined effective light source area (x, y) and reaching a point (minute area) on the image plane.
  • Ix (x, y) is a predetermined effective light source
  • Iy (x, y) is a predetermined effective
  • DSP (Ave) is 0 for ideal non-polarization illumination
  • DSP (Ave) is 1 for ideal horizontal polarization
  • DSP (Ave) for ideal vertical polarization.
  • the average specific polarization ratios RSP (Ave) and RSP (Ave) in a predetermined effective light source region are
  • an annular secondary light source 31 is used.
  • the mask (reticle) is illuminated by the illumination optical device (illumination step), and the transfer pattern formed on the mask using the projection optical system is formed on the photosensitive substrate.
  • exposure exposure step
  • microdevices semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, thin film magnetic heads, etc.
  • a metal film is vapor-deposited on one lot of wafers.
  • photoresist is applied on the metal film on the one lot wafer.
  • the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred through the projection optical system onto each shot area on the wafer of one lot.
  • the pattern on the mask is etched in step 305 by using the resist pattern as a mask on the wafer of one lot. Circuit pattern force corresponding to each is formed in each shot area on each wafer.
  • a device such as a semiconductor element is manufactured. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having a very fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • the predetermined pattern on the plate (glass substrate) is the predetermined pattern on the plate (glass substrate)
  • a liquid crystal display element as a microdevice can also be obtained.
  • the above-described A so-called photolithographic process is performed in which the pattern of the mask is transferred and exposed onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of the embodiment.
  • a photosensitive substrate such as a glass substrate coated with a resist
  • a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
  • the exposed substrate is subjected to steps such as a developing step, an etching step, a resist removing step, etc. to form a predetermined pattern on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.
  • a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or R, G,
  • a color filter is formed by arranging a plurality of B stripe filters in the direction of horizontal scanning lines.
  • a cell assembly step 403 is performed.
  • a liquid crystal panel liquid crystal cell
  • liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step 401 and the color filter obtained in the color filter forming step 402, Manufacture panels (liquid crystal cells). Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell), a backlight and the like are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method of manufacturing a liquid crystal display device, a liquid crystal display device having a very fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
  • the force using KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm) or ArF excimer laser light (wavelength: 193 nm) as the exposure light is not limited to this, and other suitable ones may be used.
  • Laser light source for example, F laser light for supplying laser light of wavelength 157 nm
  • the present invention can also be applied to two sources. Furthermore, although the present invention has been described by taking the exposure apparatus provided with the illumination optical device as an example in the above-described embodiment, the present invention is applied to a general illumination optical device for illuminating an irradiated surface other than a mask or a wafer. It is clear that we can do it.
  • the light path between the projection optical system and the photosensitive substrate is defined as 1.1.
  • a method of filling with a medium (typically, a liquid) having a larger refractive index, so-called immersion method may be applied.
  • a method for filling the liquid in the optical path between the projection optical system and the photosensitive substrate there is a method for filling the liquid locally as disclosed in International Publication No. WO 99 Z 49 504, or No. 124873 discloses a method of moving a stage holding an exposure target substrate in a liquid bath as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-303114, and a predetermined depth on a stage disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-303114. It is possible to form a liquid reservoir and hold the substrate in it.
  • the liquid it is preferable to use a liquid which is transparent to exposure light and which has as high a refractive index as possible, and which is stable to a projection optical system or a photoresist coated on the substrate surface.
  • a liquid which is transparent to exposure light and which has as high a refractive index as possible, and which is stable to a projection optical system or a photoresist coated on the substrate surface.
  • KrF excimer laser light or ArF excimer laser light is used as the exposure light
  • pure water or deionized water can be used as the liquid.
  • F 2 laser light use a fluorine-based liquid such as fluorine-based or perfluorinated polyether (PFPE) that can transmit F laser light as the liquid! ,.
  • PFPE perfluorinated polyether

Abstract

 光量損失を抑えつつ、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光を、ほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換することのできる偏光変換素子。入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子(10)。たとえば水晶のような旋光性を有する光学材料により形成されて周方向に変化する厚さ分布を有する。厚さ分布は、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、ほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換するように設定されている。周方向に分割された複数の領域(10A~10D)を有し、この複数の領域において隣り合う任意の2つの領域の厚さが互いに異なる。また、複数の領域において対向する任意の2つの領域は、互いにほぼ等しい旋光角度を有する。

Description

明 細 書
偏光変換素子、照明光学装置、露光装置、および露光方法
技術分野
[0001] 本発明は、偏光変換素子、照明光学装置、露光装置、および露光方法に関し、特 に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリ ソグラフィー工程で製造するための露光装置に関するものである。
背景技術
[0002] この種の典型的な露光装置においては、光源力 射出された光束力 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、多数の光源カゝらなる実質的な面光 源としての二次光源を形成する。二次光源 (一般には、照明光学装置の照明瞳また はその近傍に形成される照明瞳分布)からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面 の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する
[0003] コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを 重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上 に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光 (転写)される。なお 、マスクに形成されたパターンは高集積ィ匕されており、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
[0004] たとえば本出願人の出願に力かる特許第 3246615号公報には、任意方向の微細 ノ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 V、う)になるように設定する技術が開示されて!、る。
[0005] 特許文献 1 :特許第 3246615号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0006] し力しながら、上述の公報に開示された従来技術では、フライアイレンズを介して形 成された円形状の光束を輪帯状の開口部を有する開口絞りを介して制限することに より輪帯状の二次光源を形成している。その結果、従来技術では、開口絞りにおいて 大きな光量損失が発生し、ひいては露光装置のスループットが低下するという不都合 かあつた。
[0007] 本発明は、光量損失を抑えつつ、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状 態の入射光を、ほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換するこ とを目的とする。
[0008] また、本発明は、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光をほぼ 周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換することのできる偏光変換 素子を用いて、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分 布を形成することを目的とする。
[0009] また、本発明は、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳 分布を形成することのできる照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで微細 パターンを忠実に且つ高スループットで転写することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0010] 前記目的を達成するために、本発明の第 1形態では、本発明の第 1形態では、入 射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子において、
旋光性を有する光学材料により形成されて周方向に変化する厚さ分布を有すること を特徴とする偏光変換素子を提供する。
[0011] 本発明の第 2形態では、照明光を供給するための光源と、該光源と被照射面との 間の光路中に配置された第 1形態の偏光変換素子とを備えていることを特徴とする 照明光学装置を提供する。
[0012] 本発明の第 3形態では、光源力も供給される照明光に基づいて被照射面を照明す る照明光学装置において、
前記照明光学装置の照明瞳面または該照明瞳面と共役な面内に形成される光強 度分布における所定の有効光源領域での第 1方向偏光に関する平均特定偏光率を RSP (Ave)とし、第 2方向偏光に関する平均特定偏光率 RSP (Ave)とするとき、
h RSP (Ave) > 70% , RSP (Ave) > 70%
h v
を満足することを特徴とする照明光学装置を提供する。
ただし、
RSP (Ave) = Ix(Ave)/ (Ix + Iy) Ave
h
RSP (Ave) = Iy(Ave)/ (Ix + Iy) Ave
である。
ここで、 Ix(Ave)は所定の有効光源領域を通過し像面上の一点に到達する光線束に おける第 1方向偏光成分の強度の平均、 Iy(Ave)は前記所定の有効光源領域を通過 し像面上の一点に到達する光線束における第 2方向偏光成分の強度の平均、 (Ix+ Iy) Aveは前記所定の有効光源領域を通過する全光束の強度の平均である。なお、 前記照明光学装置の照明瞳面とは、前記被照射面に対して光学的にフーリエ変換 の関係となる面と定義することや、前記照明光学装置が投影光学系と組み合わされ る場合には、投影光学系の開口絞りと光学的に共役な照明光学装置内の面と定義 することができる。また、前記照明光学装置の照明瞳面と共役な面とは、前記照明光 学装置内にある面には限定されず、たとえば前記照明光学装置が投影光学系と組 み合わされる場合には、投影光学系内の面であっても良ぐまた照明光学装置 (ある いは投影露光装置)の偏光状態を検出するための偏光測定器内の面であっても良 い。
[0013] 本発明の第 4形態では、第 2形態または第 3形態の照明光学装置を備え、該照明 光学装置を介してマスク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。
[0014] 本発明の第 5形態では、第 2形態または第 3形態の照明光学装置を用いて、マスク のパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
[0015] 本発明の第 6形態では、入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変 換素子の製造方法にぉ 、て、
旋光性を有する光学材料を準備する工程と、
前記光学材料に周方向に変化する厚さ分布を与える工程とを有することを特徴と する偏光変換素子の製造方法を提供する。 発明の効果
[0016] 本発明の偏光変換素子は、たとえば水晶のような旋光性を有する光学材料により 形成され、周方向に変化する厚さ分布を有する。ここで、厚さ分布は、例えば、ほぼ 単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、ほぼ周方向に偏光方向を有す る周方向偏光状態の光に変換するように設定されている。その結果、本発明では、 光量損失を抑えつつ、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光を 、ほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換することのできる偏光 変換素子を実現することができる。特に、旋光性を有する光学材料により偏光変換素 子を形成しているため、たとえば波長板と比較して製造が極めて容易であるという利 点がある。
[0017] したがって、本発明の照明光学装置では、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線 偏光状態の入射光をほぼ周方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光に変換 することのできる偏光変換素子を用いて!/、るので、光量損失を良好に抑えつつ周方 向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。また、本発明の露光装 置および露光方法では、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照 明瞳分布を形成することのできる照明光学装置を用いているので、適切な照明条件 のもとで微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することができ、ひいては 高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明の実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。
[図 2]輪帯状の二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。
[図 3]輪帯状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
[図 4]図 1の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。
[図 5]図 1の偏光変換素子の構成を概略的に示す図である。
[図 6]水晶の旋光性について説明する図である。
[図 7]偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を 概略的に示す図である。
[図 8]偏光変換素子の作用により径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。
圆 9]複数の偏光変換素子を交換可能に設けた変形例を示す図である。
圆 10]図 9における交擁構としてのターレット 10Tに載置された複数種類の偏光変 換素子 10a— 10eを示す図である。
圆 11]複数種類の偏光変換素子 10a— 10eのそれぞれの構成を示す図である。
[図 12]偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された二次光源の一例を 概略的に示す図である。
圆 13]光軸 AX廻りに回転可能に設けられた偏光変換素子 10fの構成を概略的に示 す図である。
[図 14]偏光変換素子 10fの作用により周方向偏光状態に設定された二次光源の一 例を概略的に示す図である。
圆 15]8つの扇型形状の基本素子力 構成される偏光変換素子を光軸 AX廻りに回 転可能としたときに得られる二次光源の一例を概略的に示す図である。
[図 16]偏光変換素子を照明光学装置の瞳近傍の位置のうち、円錐アキシコン系 8の 直前の位置 (入射側近傍の位置)に配置した例を示す図である。
圆 17]図 16に示す変形例において満たすべき条件式(1)および (2)を説明するため の図である。
[図 18]偏光変換素子を照明光学装置の瞳近傍の位置のうち、結像光学系 15の瞳位 置の近傍に配置した例を示す図である。
[図 19]ウェハ Wを照明する光の偏光状態及び光強度を検出するためのウェハ面偏光 モニター 90の概略構成を示す図である。
圆 20]4分割偏光変換素子 10fを用いて 4分割周方向偏光輪帯照明を行うときに得ら れる輪帯形状の二次光源 31を示す図である。
[図 21]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。
[図 22]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 発明を実施するための最良の形態 [0019] 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図 1は、本発明の実施形態 にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図 1において、感光性基板であ るウェハ Wの法線方向に沿つて Z軸を、ウェハ Wの面内において図 1の紙面に平行な 方向に Y軸を、ウェハ Wの面内において図 1の紙面に垂直な方向に X軸をそれぞれ 設定している。図 1を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光 (照明光)を供 給するための光源 1を備えている。
[0020] 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 1 93nmの波長の光を供給する ArFエキシマレーザ光源などを用いることができる。光 源 1から Z方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、 X方向に沿って細長く延びた 矩形状の断面を有し、一対のレンズ 2aおよび 2bからなるビームエキスパンダー 2に 入射する。各レンズ 2aおよび 2bは、図 1の紙面内(YZ平面内)において負の屈折力 および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー 2に入射し た光束は、図 1の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整 形される。
[0021] 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、 1Z4波長板 4a、 1Z2波長板 4b、デボラライザ (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、ァフォーカルレンズ 6に入射する。ここで、 1Z4波長板 4a、 1Z2波長板 4b、およびデボラライザ 4cは、 後述するように、偏光状態切換部 4を構成している。ァフォーカルレンズ 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ァフォーカル系(無焦 点光学系)である。
[0022] 一般に、回折光学素子は、基板に露光光 (照明光)の波長程度のピッチを有する段 差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有 する。具体的には、輪帯照明用の回折光学素子 5は、矩形状の断面を有する平行光 束が入射した場合に、そのファーフィールド (またはフラウンホーファー回折領域)に 輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。
[0023] 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、ァ 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 つてァフォーカルレンズ 6から射出される。なお、ァフォーカルレンズ 6の前側レンズ 群 6aと後側レンズ群 6bとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円 錐アキシコン系 8が配置されて 、るが、その詳細な構成および作用については後述 する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系 8の作用を無視して、基本 的な構成および作用を説明する。
[0024] ァフォーカルレンズ 6を介した光束は、 σ値可変用のズームレンズ 9および偏光変 換素子 10を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ (ま たはフライアイレンズ) 11に入射する。偏光変換素子 10の構成および作用について は後述する。マイクロフライアイレンズ 11は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正 屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレン ズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することに よって構成される。
[0025] ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構 成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに 隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ( 微小屈折面)が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。し力しながら、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。
[0026] 所定面 7の位置はズームレンズ 9の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフラ ィアイレンズ 11の入射面はズームレンズ 9の後側焦点位置の近傍に配置されて 、る 。換言すると、ズームレンズ 9は、所定面 7とマイクロフライアイレンズ 11の入射面とを 実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはァフォーカルレンズ 6の瞳面とマイ クロフライアイレンズ 11の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
[0027] したがって、マイクロフライアイレンズ 11の入射面上には、ァフォーカルレンズ 6の瞳 面と同様に、たとえば光軸 ΑΧを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状 の照野の全体形状は、ズームレンズ 9の焦点距離に依存して相似的に変化する。マ イク口フライアイレンズ 11を構成する各微小レンズは、マスク Μ上において形成すベ き照野の形状 (ひ 、てはウェハ W上にぉ 、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。
[0028] マイクロフライアイレンズ 11に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に 分割され、その後側焦点面またはその近傍 (ひいては照明瞳)には、入射光束によつ 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カゝらなる二次光源が形成される。マイクロフライア ィレンズ 11の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、ビー ムスプリッター 12aおよびコンデンサー光学系 13を介した後、マスクブラインド 14を重 畳的に照明する。
[0029] こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド 14には、マイクロフライアイレンズ 11 を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。 なお、ビームスプリツター 12aを内蔵する偏光モニター 12の内部構成および作用に っ 、ては後述する。マスクブラインド 14の矩形状の開口部(光透過部)を介した光束 は、結像光学系 15の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク Mを 重畳的に照明する。
[0030] すなわち、結像光学系 15は、マスクブラインド 14の矩形状開口部の像をマスク M 上に形成することになる。マスク Mのパターンを透過した光束は、投影光学系 PLを介 して、感光性基板であるゥヱハ W上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影 光学系 PLの光軸 AXと直交する平面 (XY平面)内においてゥ 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。
[0031] なお、偏光状態切換部 4において、 1Z4波長板 4aは、光軸 AXを中心として結晶 光学軸が回転自在に構成されて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換す る。また、 1Z2波長板 4bは、光軸 AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成さ れて、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。また、デボラライザ 4cは、相補的な 形状を有する楔形状の水晶プリズムと楔形状の石英プリズムとにより構成されている 。水晶プリズムと石英プリズムとは、一体的なプリズム糸且立体として、照明光路に対し て揷脱自在に構成されて 、る。 [0032] 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 れらの光源力も射出される光は典型的には 95%以上の偏光度を有し、 1Z4波長板 4aにはほぼ直線偏光の光が入射する。しカゝしながら、光源 1と偏光状態切換部 4との 間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光 の偏光面が P偏光面または S偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射に より直線偏光が楕円偏光に変わる。
[0033] 偏光状態切換部 4では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の 光が入射しても、 1Z4波長板 4aの作用により変換された直線偏光の光が 1Z2波長 板 4bに入射する。 1Z2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、 1Z2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。
[0034] また、 1Z2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、 1Z2波長板 4bに入射した直線偏光の光は偏光 面が 90度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、デボラライザ 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。
[0035] 偏光状態切換部 4では、デボラライザ 4cが照明光路中に位置決めされたときに水 晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 45度の角度をなす ように構成されている。ちなみに、水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の 偏光面に対して 0度または 90度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに 入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、 1Z2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、 1Z2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。
[0036] 偏光状態切換部 4では、上述したように、直線偏光の光が 1Z2波長板 4bに入射す る力 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 1Z2波長板 4bに入射す るものとする。デボラライザ 4cを照明光路中に位置決めした場合、 1Z2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、 1Z2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ボラライザ 4cの水晶プリズムに入射す る。水晶プリズムの結晶光学軸は入射する Z方向偏光の偏光面に対して 45度の角度 をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射した Z方向偏光の光は非偏光 状態の光に変換される。
[0037] 水晶プリズムを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペ ンセータとしての石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子 5に入射する。 一方、 1Z2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、 1Z2波長板 4bに入射した Z方向偏光の光は偏光面 力^ 0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)の光になってデボラライザ 4cの水晶プリズムに入 射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射する X方向偏光の偏光面に対しても 45度 の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射した X方向偏光の光は 非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子 5 に入射する。
[0038] これに対し、デボラライザ 4cを照明光路力 退避させた場合、 1Z2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、 1Z2波長板 4bに入射した Z方向偏光の光は偏光面が変化することな く Z方向偏光のまま通過し、 Z方向偏光状態で回折光学素子 5に入射する。一方、 1 Z2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、 1Z2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
[0039] 以上のように、偏光状態切換部 4では、デボラライザ 4cを照明光路中に挿入して位 置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子 5に入射させることができる。 また、デボラライザ 4cを照明光路力 退避させ且つ 1Z2波長板 4bの結晶光学軸を 入射する Z方向偏光の偏光面に対して 0度または 90度の角度をなすように設定する ことにより、 Z方向偏光状態の光を回折光学素子 5に入射させることができる。さらに、 デボラライザ 4cを照明光路から退避させ且つ 1Z2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。
[0040] 換言すれば、偏光状態切換部 4では、 1Z4波長板 4aと 1Z2波長板 4bとデポララ ィザ 4cとからなる偏光状態切換部の作用により、回折光学素子 5への入射光の偏光 状態 (ひいてはマスク Mおよびウェハ Wを照明する光の偏光状態)を直線偏光状態と 非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光状態の場合には互いに直交す る偏光状態間 (Z方向偏光と X方向偏光との間)で切り換えることができる。
[0041] さらに、偏光状態切換部 4では、 1Z2波長板 4bおよびデボラライザ 4cをともに照明 光路から退避させ、且つ 1Z4波長板 4aの結晶光学軸を入射する楕円偏光に対して 所定の角度をなすように設定することにより、円偏光状態の光を回折光学素子 5に入 射させることができる。また、一般的には、 1Z2波長板 4bの作用により、回折光学素 子 5への入射光の偏光状態を、任意方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定 することちでさる。
[0042] 次に、円錐アキシコン系 8は、光源側力も順に、光源側に平面を向け且つマスク側 に凹円錐状の屈折面を向けた第 1プリズム部材 8aと、マスク側に平面を向け且つ光 源側に凸円錐状の屈折面を向けた第 2プリズム部材 8bとから構成されている。そして 、第 1プリズム部材 8aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 8bの凸円錐状の屈折 面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第 1プリズム部材 8 a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。
[0043] ここで、第 1プリズム部材 8aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 8bの凸円錐状屈 折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系 8は平行平面板として機能 し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第 1プリズム 部材 8aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 8bの凸円錐状屈折面とを離間させると 、円錐アキシコン系 8は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、 円錐アキシコン系 8の間隔の変化に伴って、所定面 7への入射光束の角度は変化す る。
[0044] 図 2は、輪帯状の二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。
図 2を参照すると、円錐アキシコン系 8の間隔が零で且つズームレンズ 9の焦点距離 が最小値に設定された状態 (以下、「標準状態」 t ヽぅ)で形成された最も小さ!ヽ輪帯 状の二次光源 30aが、円錐アキシコン系 8の間隔を零力も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 1Z2:図中矢印で示す)が変化することなぐそ の外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源 30bに変化する。換言する と、円錐アキシコン系 8の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなぐそ の輪帯比(内径 Z外径)および大きさ (外径)がともに変化する。
[0045] 図 3は、輪帯状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。図 3 を参照すると、標準状態で形成された輪帯状の二次光源 30aが、ズームレンズ 9の焦 点距離を最小値力 所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡 大された輪帯状の二次光源 30cに変化する。換言すると、ズームレンズ 9の作用によ り、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなぐその幅および大きさ (外径)がと もに変化する。
[0046] 図 4は、図 1の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。図 4を参照 すると、偏光モニター 12は、マイクロフライアイレンズ 11とコンデンサー光学系 13との 間の光路中に配置された第 1ビームスプリツター 12aを備えている。第 1ビームスプリ ッター 12aは、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板 (すなわ ち素ガラス)の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路 力 取り出す機能を有する。
[0047] 第 1ビームスプリツター 12aにより光路力 取り出された光は、第 2ビームスプリツター 12bに入射する。第 2ビームスプリツター 12bは、第 1ビームスプリツター 12aと同様に 、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光 の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。そして、第 1ビ 一ムスプリッター 12aに対する P偏光が第 2ビームスプリツター 12bに対する S偏光に なり、且つ第 1ビームスプリツター 12aに対する S偏光が第 2ビームスプリツター 12bに 対する P偏光になるように設定されている。
[0048] また、第 2ビームスプリツター 12bを透過した光は第 1光強度検出器 12cにより検出 され、第 2ビームスプリツター 12bで反射された光は第 2光強度検出器 12dにより検出 される。第 1光強度検出器 12cおよび第 2光強度検出器 12dの出力は、それぞれ制 御部 (不図示)に供給される。制御部は、偏光状態切換部 4を構成する 1Z4波長板 4 a、 1Z2波長板 4bおよびデボラライザ 4cを必要に応じて駆動する。
[0049] 上述のように、第 1ビームスプリツター 12aおよび第 2ビームスプリツター 12bにおい て、 P偏光に対する反射率と S偏光に対する反射率とが実質的に異なっている。した がって、偏光モニター 12では、第 1ビームスプリツター 12aからの反射光力 例えば 第 1ビームスプリツター 12aへの入射光の 10%程度の S偏光成分 (第 1ビームスプリツ ター 12aに対する S偏光成分であって第 2ビームスプリツター 12bに対する P偏光成 分)と、例えば第 1ビームスプリツター 12aへの入射光の 1%程度の P偏光成分 (第 1ビ 一ムスプリッター 12aに対する P偏光成分であって第 2ビームスプリツター 12bに対す る S偏光成分)とを含むことになる。
[0050] また、第 2ビームスプリツター 12bからの反射光は、例えば第 1ビームスプリツター 12 aへの入射光の 10% X 1% = 0. 1%程度の P偏光成分 (第 1ビームスプリツター 12a に対する P偏光成分であって第 2ビームスプリツター 12bに対する S偏光成分)と、例 えば第 1ビームスプリツター 12aへの入射光の 1% X 10% = 0. 1%程度の S偏光成 分 (第 1ビームスプリツター 12aに対する S偏光成分であって第 2ビームスプリツター 1 2bに対する P偏光成分)とを含むことになる。
[0051] こうして、偏光モニター 12では、第 1ビームスプリツター 12aが、その反射特性に応 じて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路力 取り出す機能を有 する。その結果、第 2ビームスプリツター 12bの偏光特性による偏光変動の影響を僅 かに受けるものの、第 1光強度検出器 12cの出力(第 2ビームスプリツター 12bの透過 光の強度に関する情報、すなわち第 1ビームスプリツター 12aからの反射光とほぼ同 じ偏光状態の光の強度に関する情報)に基づいて、第 1ビームスプリツター 12aへの 入射光の偏光状態 (偏光度)を、ひいてはマスク Mへの照明光の偏光状態を検知す ることがでさる。
[0052] また、偏光モニター 12では、第 1ビームスプリツター 12aに対する P偏光が第 2ビー ムスプリッター 12bに対する S偏光になり且つ第 1ビームスプリツター 12aに対する S偏 光が第 2ビームスプリツター 12bに対する P偏光になるように設定されている。その結 果、第 2光強度検出器 12dの出力(第 1ビームスプリツター 12aおよび第 2ビームスプ リツター 12bで順次反射された光の強度に関する情報)に基づいて、第 1ビームスプリ ッター 12aへの入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第 1ビー ムスプリッター 12aへの入射光の光量(強度)を、ひいてはマスク Mへの照明光の光 量を検知することができる。
[0053] こうして、偏光モニター 12を用いて、第 1ビームスプリツター 12aへの入射光の偏光 状態を検知し、ひいてはマスク Mへの照明光が所望の非偏光状態、直線偏光状態ま たは円偏光状態になっている力否かを判定することができる。そして、制御部が偏光 モニター 12の検知結果に基づいてマスク M (ひいてはウェハ W)への照明光が所望 の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態になっていないことを確認した場合 、偏光状態切換部 4を構成する 1Z4波長板 4a、 1Z2波長板 4bおよびデボラライザ 4cを駆動調整し、マスク Mへの照明光の状態を所望の非偏光状態、直線偏光状態 または円偏光状態に調整することができる。
[0054] なお、輪帯照明用の回折光学素子 5に代えて、 4極照明用の回折光学素子 (不図 示)を照明光路中に設定することによって、 4極照明を行うことができる。 4極照明用 の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファー フィールドに 4極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、 4極照明用 の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ 11の入射面に、たとえば 光軸 AXを中心とした 4つの円形状の照野力もなる 4極状の照野を形成する。その結 果、マイクロフライアイレンズ 11の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形 成された照野と同じ 4極状の二次光源が形成される。
[0055] また、輪帯照明用の回折光学素子 5に代えて、円形照明用の回折光学素子 (不図 示)を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形 照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、フ ァーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照 明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ 11の入射面に、たと えば光軸 AXを中心とした円形状の照野力もなる 4極状の照野を形成する。その結果 、マイクロフライアイレンズ 11の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成 された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。
[0056] さらに、輪帯照明用の回折光学素子 5に代えて、他の複数極照明用の回折光学素 子 (不図示)を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明(2極照明、 8 極照明など)を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子 5に代えて、適 当な特性を有する回折光学素子 (不図示)を照明光路中に設定することによって、様 々な形態の変形照明を行うことができる。
[0057] 図 5は、図 1の偏光変換素子の構成を概略的に示す図である。また、図 6は、水晶 の旋光性について説明する図である。また、図 7は、偏光変換素子の作用により周方 向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。本実施形態 にかかる偏光変換素子 10は、マイクロフライアイレンズ 11の直前に、すなわち照明光 学装置(1一 PL)の瞳またはその近傍に配置されている。したがって、輪帯照明の場 合、偏光変換素子 10には光軸 AXを中心としたほぼ輪帯状の断面を有する光束が 入射することになる。
[0058] 図 5を参照すると、偏光変換素子 10は、全体として光軸 AXを中心とした輪帯状の 有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸 AXを中心とした円周方向に等分割 された 8つの扇形形状の基本素子により構成されて!、る。これらの 8つの基本素子に おいて、光軸 AXを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。す なわち、 8つの基本素子は、光の透過方向(Y方向)に沿った厚さ(光軸方向の長さ) が互いに異なる 4種類の基本素子 10A— 10Dを 2個づっ含んで!/、る。
[0059] 具体的には、第 1基本素子 10Aの厚さが最も大きぐ第 4基本素子 10Dの厚さが最 も小さぐ第 2基本素子 10Bの厚さは第 3基本素子 10Cの厚さよりも大きく設定されて いる。その結果、偏光変換素子 10の一方の面 (たとえば入射面)は平面状であるが、 他方の面 (たとえば射出面)は各基本素子 10A— 10Dの厚さの違いにより凹凸状に なっている。なお、偏光変換素子 10の双方の面 (入射面および射出面)をともに凹凸 状に形成することもできる。
[0060] また、本実施形態では、各基本素子 10A— 10Dが旋光性を有する光学材料である 結晶材料としての水晶により構成され、各基本素子 10A— 10Dの結晶光学軸が光 軸 AXとほぼ一致、すなわち入射光の進行方向とほぼ一致するように設定されている 。以下、図 6を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図 6を参照すると、 厚さ dの水晶からなる平行平面板状の光学部材 100が、その結晶光学軸と光軸 AXと がー致するように配置されている。この場合、光学部材 100の旋光性により、入射し た直線偏光の偏光方向が光軸 AX廻りに Θだけ回転した状態で射出される。
[0061] このとき、光学部材 100の旋光性による偏光方向の回転角(旋光角度) Θは、光学 部材 100の厚さ dと水晶の旋光能 pとにより、次の式 (a)で表わされる。
Θ =d- p (a)
一般に、水晶の旋光能 pは、波長依存性 (使用光の波長に依存して旋光能の値が 異なる性質:旋光分散)があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向 がある。「応用光学 II」の第 167頁の記述によれば、 250. 3nmの波長を有する光に 対する水晶の旋光能 /0は、 153. 9度 Zmmである。
[0062] 本実施形態において、第 1基本素子 10Aは、 Z方向に偏光方向を有する直線偏光 の光が入射した場合、 Z方向を Y軸廻りに + 180度回転させた方向すなわち Z方向 に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さ dAが設定されて 、る。した がって、この場合、図 7に示す輪帯状の二次光源 31のうち、一対の第 1基本素子 10 Aの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域 31 Aを通過する光束の偏 光方向は Z方向になる。
[0063] 第 2基本素子 10Bは、 Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、 Z方向を Y軸廻りに + 135度回転させた方向すなわち Z方向を Y軸廻りに 45度回転 させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さ dBが設定されて いる。したがって、この場合、図 7に示す輪帯状の二次光源 31のうち、一対の第 2基 本素子 10Bの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域 31Bを通過する 光束の偏光方向は Z方向を Y軸廻りに 45度回転させた方向になる。 [0064] 第 3基本素子 IOCは、 Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、 Z方向を Y軸廻りに + 90度回転させた方向すなわち X方向に偏光方向を有する直線 偏光の光を射出するように厚さ dCが設定されている。したがって、この場合、図 7〖こ 示す輪帯状の二次光源 31のうち、一対の第 3基本素子 10Cの旋光作用を受けた光 束が形成する一対の円弧状領域 31Cを通過する光束の偏光方向は X方向になる。
[0065] 第 4基本素子 10Dは、 Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、 Z方向を Y軸廻りに +45度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射 出するように厚さ dDが設定されている。したがって、この場合、図 7に示す輪帯状の 二次光源 31のうち、一対の第 4基本素子 10Dの旋光作用を受けた光束が形成する 一対の円弧状領域 31Dを通過する光束の偏光方向は Z方向を Y軸廻りに +45度回 転させた方向になる。
[0066] なお、別々に形成された 8つの基本素子を組み合わせて偏光変換素子 10を得るこ ともできるし、あるいは平行平面板状の水晶基板に所要の凹凸形状 (段差)を形成す ることにより偏光変換素子 10を得ることもできる。また、偏光変換素子 10を光路から 退避させることなく通常の円形照明を行うことができるように、偏光変換素子 10の有 効領域の径方向の大きさの 3Z10以上、好ましくは 1Z3以上の大きさを有し且つ旋 光性を有しない円形状の中央領域 10Eが設けられている。ここで、中央領域 10Eは 、たとえば石英のように旋光性を有しない光学材料により形成されていてもよいし、単 純に円形状の開口であってもよい。ただし、中央領域 10Eは偏光変換素子 10に必 須の要素ではない。なお、中央領域 10Eの大きさは周方向偏光状態である領域とそ うでな!/、領域との境界を決定する。
[0067] 本実施形態では、周方向偏光輪帯照明 (輪帯状の二次光源を通過する光束が周 方向偏光状態に設定された変形照明)に際して、 Z方向に偏光方向を有する直線偏 光の光を偏光変換素子 10に入射させる。その結果、マイクロフライアイレンズ 11の後 側焦点面またはその近傍には、図 7に示すように、輪帯状の二次光源 (輪帯状の照 明瞳分布) 31が形成され、この輪帯状の二次光源 31を通過する光束が周方向偏光 状態に設定される。周方向偏光状態では、輪帯状の二次光源 31を構成する円弧状 領域 31A— 31Dをそれぞれ通過する光束は、各円弧状領域 31A— 31Dの円周方 向に沿った中心位置における光軸 AXを中心とする円の接線方向とほぼ一致する偏 光方向を有する直線偏光状態になる。
[0068] こうして、本実施形態では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生する従来技術 とは異なり、偏光変換素子 10の旋光作用により、光量損失を実質的に発生させること なぐ周方向偏光状態の輪帯状の二次光源 31を形成することができる。換言すれば 、本実施形態の照明光学装置では、光量損失を良好に抑えつつ、周方向偏光状態 の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。さらに、本実施形態では、光学素子 の偏光作用を用いているため、偏光変換素子自体の製造が極めて容易であり、典型 的には各基本素子の厚み公差を極めて緩く設定することができるという優れた効果を 奏する。
[0069] なお、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく周方向偏光輪帯照明では 、最終的な被照射面としてのウェハ Wに照射される光が S偏光を主成分とする偏光状 態になる。ここで、 S偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線 偏光 (入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動して 、る偏光)のことである。ただし 、入射面とは、光が媒質の境界面 (被照射面:ウェハ Wの表面)に達したときに、その 点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。
[0070] その結果、周方向偏光輪帯照明では、投影光学系の光学性能 (焦点深度など)の 向上を図ることができ、ウェハ (感光性基板)上にお!、て高 、コントラストのマスクパタ 一ン像を得ることができる。すなわち、本実施形態の露光装置では、光量損失を良好 に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することのできる照明光 学装置を用いているので、適切な照明条件のもとで微細パターンを忠実に且つ高ス ループットで転写することができる。
[0071] ところで、本実施形態では、 X方向に偏光方向を有する直線偏光の光を偏光変換 素子 10に入射させることにより、図 8に示すように輪帯状の二次光源 32を通過する 光束を径方向偏光状態に設定し、径方向偏光輪帯照明 (輪帯状の二次光源を通過 する光束が径方向偏光状態に設定された変形照明)を行うことができる。径方向偏光 状態では、輪帯状の二次光源 32を構成する円弧状領域 32A— 32Dをそれぞれ通 過する光束は、各円弧状領域 32A— 32Dの円周方向に沿った中心位置における光 軸 AXを中心とする円の半径方法とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態に なる。
[0072] 径方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく径方向偏光輪帯照明では、最終 的な被照射面としてのウェハ Wに照射される光が P偏光を主成分とする偏光状態に なる。ここで、 P偏光とは、上述のように定義される入射面に対して平行な方向に偏光 方向を有する直線偏光 (入射面に平行な方向に電気ベクトルが振動して ヽる偏光) のことである。その結果、径方向偏光輪帯照明では、ウエノ、 Wに塗布されたレジスト における光の反射率を小さく抑えて、ウェハ (感光性基板)上において良好なマスク ノターン像を得ることができる。
[0073] なお、上述の実施形態では、偏光変換素子 10に入射する光束を、 Z方向に偏光方 向を有する直線偏光状態と X方向に偏光方向を有する直線偏光状態との間で切り換 えることにより、周方向偏光輪帯照明と径方向偏光輪帯照明とを実現している。しか しながら、これに限定されることなぐたとえば Z方向または X方向に偏光方向を有す る直線偏光状態の入射光束に対して、偏光変換素子 10を図 5に示す第 1状態と光 軸 AX廻りに 90度だけ回転させた第 2状態との間で切り換えることにより、周方向偏光 輪帯照明と径方向偏光輪帯照明とを実現することもできる。
[0074] また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ 11の直前に偏光変換素子 10 を配置している。しかしながら、これに限定されることなぐ一般に照明光学装置(1一 PL)の瞳またはその近傍に、たとえば投影光学系 PLの瞳またはその近傍や、結像 光学系 15の瞳またはその近傍や、円錐アキシコン系 8の直前(ァフォーカルレンズ 6 の瞳またはその近傍)などに偏光変換素子 10を配置することもできる。
[0075] ただし、投影光学系 PL中や結像光学系 15中に偏光変換素子 10を配置すると、偏 光変換素子 10の所要有効径が大きくなり易いため、高品質で大きい水晶基板を得る ことが困難である現状を考えるとあまり好ましくない。また、円錐アキシコン系 8の直前 に偏光変換素子 10を配置すると、偏光変換素子 10の所要有効径を小さく抑えること ができる力 最終的な被照射面であるウェハ Wまでの距離が長ぐその間の光路中に レンズの反射防止コートやミラーの反射膜のように偏光状態を変化させる要素が介在 し易いのであまり好ましくない。ちなみに、レンズの反射防止コートやミラーの反射膜 では、偏光状態 (P偏光と s偏光)や入射角度によって反射率に差が生じ易ぐひい ては光の偏光状態が変化し易い。
[0076] また、上述の実施形態では、偏光変換素子 10の少なくとも一方の面 (たとえば射出 面)が凹凸状に形成され、ひいては偏光変換素子 10が周方向に離散的 (不連続的) に変化する厚さ分布を有する。し力しながら、これに限定されることなぐ偏光変換素 子 10が周方向にほぼ不連続的に変化する厚さ分布を有するように、偏光変換素子 1 0の少なくとも一方の面 (たとえば射出面)を曲面状に形成することもできる。
[0077] また、上述の実施形態では、輪帯状の有効領域の 8分割に対応する 8つの扇形形 状の基本素子により偏光変換素子 10を構成している。し力しながら、これに限定され ることなぐたとえば円形状の有効領域の 8分割に対応する 8つの扇形形状の基本素 子により、あるいは円形状または輪帯状の有効領域の 4分割に対応する 4つの扇形 形状の基本素子により、あるいは円形状または輪帯状の有効領域の 16分割に対応 する 16つの扇形形状の基本素子により偏光変換素子 10を構成することもできる。す なわち、偏光変換素子 10の有効領域の形状、有効領域の分割数 (基本素子の数) などにつ!、て様々な変形例が可能である。
[0078] また、上述の実施形態では、水晶を用いて各基本素子 10A— 10Dを (ひいては偏 光変換素子 10を)形成している。し力しながら、これに限定されることなぐ旋光性を 有する他の適当な光学材料を用いて各基本素子を形成することもできる。この場合、 使用波長の光に対して 100度 Zmm以上の旋光能を有する光学材料を用いることが 好ましい。すなわち、旋光能の小さい光学材料を用いると、偏光方向の所要回転角 を得るために必要な厚さが大きくなり過ぎて、光量損失の原因になるので好ましくな い。
[0079] また、上述の実施形態において、偏光変換素子 10を照明光路に対して固定的に 設けたが、この偏光変換素子 10を照明光路に対して挿脱可能に設けても良い。また 、上述の実施形態では、ウェハ Wに対する S偏光と輪帯照明とを組み合わせた例を 示したが、ウエノ、 Wに対する S偏光と 2極や 4極などの多極照明および円形照明と組 み合わせても良い。なお、上述の実施形態において、マスク Mへの照明条件ゃゥェ ハ Wへの結像条件(開口数や収差等)は、例えばマスク Mのパターンの種類等に従 つて自動的に設定することができる。
[0080] 図 9は、複数の偏光変換素子を交換可能に設けた変形例を示す。なお、図 9の変 形例は図 1に示した実施形態と類似の構成を有するが、複数の偏光変換素子を交換 可能にするターレット 10Tを有する点で異なる。
[0081] 図 10は、図 9における交 «構としてのターレット 10Tに載置された複数種類の偏 光変換素子 10a— 10eを示す図である。図 9および図 10に示したように、この変形例 では、光軸 AXと平行な方向を軸として回転可能なターレット 10T上に複数種類の偏 光変換素子 10a— 10eを設け、ターレット 10Tの回転動作によりこれら複数種類の偏 光変換素子 10a— 10eを交換可能としている。なお、図 9では複数種類の偏光変換 素子 10a— 10eのうち、偏光変換素子 10a, 10bのみを図示している。なお、偏光変 換素子の交 構としてはターレット 10Tには限定されず、たとえばスライダでも良い
[0082] 図 11は、複数種類の偏光変換素子 10a— 10eのそれぞれの構成を示す図である。
図 11 (a)において、第 1の偏光変換素子 10aは、図 5に示した実施形態の偏光変換 素子 10と同じ構成を有する。図 11 (b)において、第 2の偏光変換素子 10bは、図 11 (a)に示した偏光変換素子 10aと類似した構成を有するが、中央領域 10Eに偏光解 消部材 104cが設けられている点で異なる。この偏光解消部材 104cは、図 1に示した デボラライザ 4cと同様の構成を有し、入射する直線偏光の光を非偏光状態の光に変 換する機能を有する。
[0083] 図 11 (c)において、第 3の偏光変換素子 10cは、図 11 (a)に示した偏光変換素子 1 Oaと類似した構成を有するが、中央領域 10Eの大きさが大きくなつている点 (第 1一 第 4基本素子 10A— 10Dの幅が狭くなつている点)で異なる。また、図 11 (d)におい て、第 4の偏光変換素子 10dは、図 11 (c)に示した偏光変換素子 10cと類似した構 成を有するが、中央領域 10Eに偏光解消部材 104cが設けられている点で異なる。
[0084] 図 11 (e)において、第 5の偏光変換素子 10eは、 8つの基本素子ではなぐ 6つの 基本素子 IOC, 10F, 10Gを組み合わせて構成されている。第 5の偏光変換素子 10 eは全体として光軸 AXを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領 域は光軸 AXを中心とした円周方向に等分割された 6つの扇形形状の基本素子 10C , 10F, 10Gにより構成されている。これら 6つの基本素子 IOC, 10F, 10Gにおいて 、光軸 AXを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。すなわち 、6つの基本素子 IOC, 10F, 10Gは、光の透過方向(Y方向)に沿った厚さ(光軸方 向の長さ)が互いに異なる 3種類の基本素子 IOC, 10F, 10Gを 2個ずつ含んでいる
[0085] ここで、基本素子 10Cは、図 7に示した第 3基本素子 10Cと同じ機能を有する部材 であるため、その機能の説明を省略する。基本素子 10Fは、 Z方向に偏光方向を有 する直線偏光が入射した場合、 Z方向を Y軸廻りに + 150度回転させた方向すなわ ち Z方向を Y軸廻りに 30度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射 出するように厚さ dFが設定されている。基本素子 10Gは、 Z方向に偏光方向を有す る直線偏光が入射した場合、 Z方向を Y軸廻りに + 30度回転させた方向に偏光方向 を有する直線偏光の光を射出するように厚さ dGが設定されている。なお、中央領域 1 0Eに代えて、偏光解消部材 104cを設けても良い。
[0086] また、図 10に戻って、ターレット 10Tには偏光変換素子が載置されない開口部 40 が設けられており、周方向偏光照明ではない偏光照明を行う場合や、大きな σ値( σ 値 =照明光学装置のマスク側開口数 Ζ投影光学系のマスク側開口数)のもとでの非 偏光照明を行う場合には、この開口部 40が照明光路中に位置する。
[0087] なお、上述では、ターレット 10Tに載置される偏光変換素子 10a— 10eの中央部に 、円形状の開口または旋光性を有しな 、材料力もなる中央領域 10Eある 、は偏光解 消部材 104cを設けた例のみ示したが、中央領域 10Eまたは偏光解消部材 104cを 設けない偏光変換素子 (扇形状の基本素子力 なる偏光変換素子)を載置しても良 い。
[0088] 図 12は、偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された二次光源の一 例を概略的に示す図である。なお、図 12では、理解を容易にするために偏光変換素 子も重ねて図示してある。
[0089] 図 12 (a)は、回折光学素子 5に代えて、ファーフィールド(またはフラウンホーファー 回折領域)に 8極状の光強度分布を形成する回折光学素子 (光束変換素子)が照明 光路に設置されるとともに、偏光変換素子 10aまたは 10bが照明光路に設置された 場合における 8極状の二次光源 33を示している。ここで、 8極状の二次光源 33を通 過する光束が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光状態では、 8極状の二次 光源 33を構成する 8つの円形領域 33A— 33Dをそれぞれ通る光束力 これら 8つの 円形領域 33A— 33Dを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら 8つの円形領域 33A— 33Dを結ぶ円の接線方向とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。 なお、図 12 (a)では、 8極状の二次光源 33を 8つの円形領域 33A— 33Dで構成した 例を示した力 8つの領域の形状は円形には限定されない。
[0090] 図 12 (b)は、回折光学素子 5に代えて、ファーフィールド(またはフラウンホーファー 回折領域)に 4極状の光強度分布を形成する回折光学素子 (光束変換素子)が照明 光路に設置されるとともに、偏光変換素子 10cまたは 10dが照明光路に設置された 場合における 4極状の二次光源 34を示している。ここで、 4極状の二次光源 34を通 過する光束が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光状態では、 4極状の二次 光源 34を構成する 4つの領域 34A、 34Cをそれぞれ通る光束が、これら 4つの領域 34A, 34Cを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら 4つの領域 34A, 34Cを結ぶ円の 接線方向とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。なお、図 12 (b)で は、 4極状の二次光源 34を 4つのほぼ楕円形状の領域 34A, 34Cで構成した例を示 したが、 4つの領域の形状はほぼ楕円形状には限定されない。
[0091] 図 12 (c)は、回折光学素子 5に代えて、ファーフィールド(またはフラウンホーファー 回折領域)に 6極状の光強度分布を形成する回折光学素子 (光束変換素子)が照明 光路に設置されるとともに、偏光変換素子 10eが照明光路に設置された場合におけ る 6極状の二次光源 35を示している。ここで、 6極状の二次光源 35を通過する光束 が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光状態では、 6極状の二次光源 35を構 成する 6つの領域 35C, 35F, 35Gをそれぞれ通る光束が、これら 6つの領域 35C, 35F, 35Gを結ぶ円の円周方向、すなわちこれら 6つの領域 35C, 35F, 35Gを結 ぶ円の接線方向とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。なお、図 1 2 (c)では、 6極状の二次光源 35を 4つのほぼ台形形状の領域 35C, 35F, 35Gで 構成した例を示したが、 6つの領域の形状はほぼ台形形状には限定されな 、。
[0092] また、上述の実施形態並びに変形例では、偏光変換素子が光軸廻りに固定されて いたが、偏光変換素子を光軸廻りに回転させても良い。図 13は、光軸 AX廻りに回転 可能に設けられた偏光変換素子 10fの構成を概略的に示す図である。
[0093] 図 13において、偏光変換素子 10fは、 4つの基本素子 10A, 10Cを組み合わせて 構成されている。偏光変換素子 10fは全体として光軸 AXを中心とした輪帯状の有効 領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸 AXを中心とした円周方向に等分割され た 4つの扇形形状の基本素子 10A, 10Cにより構成されている。これら 4つの基本素 子 10A, 10Cにおいて、光軸 AXを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特 性を有する。すなわち、 4つの基本素子 10A, 10Cは、光の透過方向(Y方向)に沿 つた厚さ(光軸方向の長さ)が互いに異なる 2種類の基本素子 10A, 10Cを 2個ずつ 含んでいる。
[0094] ここで、基本素子 10Aは、図 7に示した第 1基本素子 10Aと同じ機能を有する部材 であり、基本素子 10Cは、図 7に示した第 3基本素子 10Cと同じ機能を有する部材で あるため、その機能の説明を省略する。なお、中央領域 10Eに代えて、偏光解消部 材 104cを設けても良い。
[0095] この偏光変換素子 10fは光軸 AXを中心として回転可能となるように設けられており 、たとえば光軸 AXを中心として +45度または 45度だけ回転可能となっている。図 14は、偏光変換素子 10fの作用により周方向偏光状態に設定された二次光源の一 例を概略的に示す図である。なお、図 14では、理解を容易にするために偏光変換素 子 10fも重ねて図示してある。
[0096] 図 14 (a)は、回折光学素子 5に代えて、ファーフィールド(またはフラウンホーファー 回折領域)に 2極状の光強度分布を形成する回折光学素子 (光束変換素子)が照明 光路に設置されるとともに、偏光変換素子 10fが回転角 0度の状態 (基準状態)で照 明光路に設置された場合における 2極状の二次光源 36 (36A)を示している。ここで は、 2極状の二次光源 36 (36A)を通過する光束が縦方向偏光状態に設定される。
[0097] 図 14 (b)は、回折光学素子 5に代えて、ファーフィールド(またはフラウンホーファー 回折領域)に 4極状の光強度分布を形成する回折光学素子 (光束変換素子)が照明 光路に設置されるとともに、偏光変換素子 10fが回転角 0度の状態 (基準状態)で照 明光路に設置された場合における 4極状の二次光源 37を示している。ここでは、 4極 状の二次光源 37を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。なお、図 14 (b) における 4極状の光強度分布は紙面内上下方向(Z方向)及び左右方向(X方向)に 局在している。
[0098] 周方向偏光状態では、 4極状の二次光源 37を構成する 4つの円形領域 37A, 37 Cをそれぞれ通る光束が、これら 4つの円形領域 37A, 37Cを結ぶ円の円周方向、 すなわちこれら 4つの円形領域 37A, 37Cを結ぶ円の接線方向とほぼ一致する偏光 方向を有する直線偏光状態になる。なお、図 14 (b)では、 4極状の二次光源 37を 4 つの円形領域 37A, 37Cで構成した例を示したが、 4つの領域の形状は円形には限 定されない。
[0099] 図 14 (c)は、図 14 (b)の回折光学素子に代えて、ファーフィールド(またはフラウン ホーファー回折領域)に紙面内 +45度 (一 135度)方向及び紙面内 45度(+ 135 度)方向に局在する 4極状の光強度分布を形成する回折光学素子 (光束変換素子) が照明光路に設置され、且つ偏光変換素子 10fを回転角 +45度の状態 (基準状態 に対して時計回りに 45度だけ回転した状態)に回転させて照明光路に設置した場合 における 4極状の二次光源 38を示して!/、る。
[0100] 図 14 (c)では、偏光状態切換部 4中の 1Z2波長板 4bを光軸廻りに回転させて、偏 光変換素子 10fに対して、 +45度方向 (一 135度方向)に偏光方向を有する直線偏 光を入射させる。ここで、基本素子 10Aは入射した直線偏光の偏光方向を 180度士 n X 180度 (nは整数)だけ回転させる機能を有し、基本素子 10Cは入射した直線偏 光の偏光方向を 90度 ±nX 180度 (nは整数)だけ回転させる機能を有するため、 4 極状の二次光源 38を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。
[0101] 図 14 (c)に示した周方向偏光状態では、 4極状の二次光源 38を構成する 4つの円 形領域 38B, 38Dをそれぞれ通る光束力 これら 4つの円形領域 38B, 38Dを結ぶ 円の円周方向、すなわちこれら 4つの円形領域 38B, 38Dを結ぶ円の接線方向とほ ぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。なお、図 14 (c)では、 4極状の 二次光源 38を 4つの円形領域 38B, 38Dで構成した例を示した力 4つの領域の形 状は円形には限定されない。
[0102] このように、偏光状態切換部 4の偏光方向の変更動作と、偏光変換素子 10fの回転 動作とにより、 +45度 (-135度)方向及び- 45度(+ 135度)方向に局在する 4極状 の二次光源であっても、 0度(+ 180度)方向及び 90度(270度)すなわち縦横方向 に局在する 4極状の二次光源であっても、 0度(+ 180度)方向又は 90度(270度)す なわち縦横方向に局在する 2極状の二次光源であっても、周方向偏光状態を実現す ることがでさる。
[0103] また、光軸 AXを中心とした円周方向に等分割された 8つの扇型形状の基本素子か ら構成される偏光変換素子を、光軸 AX廻りに回転可能としても良い。図 15 (a)に示 すように、例えば上記 8分割の基本素子力 なる偏光変換素子 (たとえば偏光変換素 子 1 Oa)を + 45度だけ光軸 AX廻り〖こ回転させると、 8極状の二次光源 39を構成する 8つの円形領域 39A— 39Dをそれぞれ通る光束力 これら 8つの円形領域 39A— 3 9Dを結ぶ円の円周方向(これら 8つの円形領域 39A— 39Dを結ぶ円の接線方向) に対して 45度だけ回転された偏光方向を有する直線偏光状態になる。
[0104] また、 15 (b)に示すように、 8極状の二次光源を構成する 8つの円形領域をそれぞ れ通る光束が、これら 8つの円形領域を結ぶ円の円周方向(これら 8つの円形領域を 結ぶ円の接線方向)に対して + 45度だけ回転された方向に長軸を持つ楕円偏光で ある場合には、図 15 (a)に示したように偏光変換素子 (たとえば偏光変換素子 10a) を +45度だけ光軸 AX廻りに回転させることによって、図 15 (c)に示すように、ほぼ周 方向偏光状態を得ることができる。
[0105] 図 16は、偏光変換素子を照明光学装置の瞳近傍の位置のうち、円錐アキシコン系 8の直前の位置 (入射側近傍の位置)に配置した例を示す。この図 16の例では、ズ ームレンズ系 9の変倍作用によって、マイクロフライアイレンズ 11の入射面に投影され る中央領域 10Eの像の大きさと、マイクロフライアイレンズ 11の入射面に投影される 各基本素子 10A— 10Dの像の大きさとが変更され、円錐アキシコン系 8の動作によ つて、マイクロフライアイレンズ 11の入射面に投影される各基本素子 10A— 10Dの 像における光軸 AXを中心とする半径方向の幅が変更される。
[0106] したがって、図 16に示した変形例のように中央領域 10E (または偏光解消部材 104 c)を有する偏光変換素子を、変倍作用を有する光学系 (ズームレンズ 9)よりも光源 側に設ける場合には、中央領域 10Eの占める領域がズームレンズ 9の変倍によって 変更されることを考慮して、中央領域 10Eの大きさを定めれば良 ヽ。
[0107] また、図 16に示した変形例のように、中央領域 10E (または偏光解消部材 104c)を 有する偏光変換素子を、輪帯比を変更する作用を有する光学系(円錐アキシコン系
8)よりも光源側に設ける場合には、図 17に示すように、以下の条件式(1)および(2) の少なくとも一方の条件式を満足することが好ましい。
[0108] (1) (10in+ AA) /10out < 0. 75
(2) 0. 4< (10in+ AA) /10out
ただし、
lOin:偏光変換素子 10の中央領域 10Eの有効半径、
lOout:偏光変換素子 10の外側有効半径、
Δ A:輪帯比を変更する作用を有する光学系を通過した光束の内側半径の増加分、 である。
[0109] ここで、条件式(1)を満足しない場合には、偏光変換素子 10によって周方向偏光 状態に変換される輪帯状の領域の幅が狭くなり、小さい輪帯比のもとでの輪帯状また は多極状二次光源による周方向偏光照明を達成することができなくなるため好ましく ない。また、条件式 (2)を満足しない場合には、偏光変換素子 10の中央領域を通過 できる光束の径が著しく小さくなり、たとえば当該偏光変換素子 10を照明光路力も外 すことなぐ偏光状態を変えずに小 σ照明することができなくなるため好ましくない。
[0110] また、図 18に示すように、偏光変換素子を照明光学装置の瞳近傍の位置のうち、 マイクロフライアイレンズ 11よりもマスク側の位置、具体的にはマスクブラインド 14の 像をマスク上に投影する結像光学系 15の瞳位置の近傍に設けても良い。図 16およ び図 18に示した実施形態においても、図 9乃至図 11の実施形態と同様に複数の偏 光変換素子を交換可能としても良い。
[0111] また、上述の実施形態において、偏光変換素子 10よりもウェハ W側の光学系(照明 光学系や投影光学系)が偏光収差 (リタ一デーシヨン)を有して!/、る場合には、この偏 光収差に起因して偏光方向が変化することがある。この場合には、これらの光学系の 偏光収差の影響を考慮した上で、偏光変換素子 10により旋回される偏光面の方向 を設定すれば良い。また、偏光変換素子 10よりもウェハ W側の光路中に反射部材が 配置されている場合、この反射部材にて反射された偏光方向毎に位相差が生じるこ とがある。このとき、反射面の偏光特性に起因する光束の位相差を考慮した上で、偏 光変換素子 10により旋回される偏光面の方向を設定すれば良い。
[0112] 次に、偏光状態の評価手法の実施形態について説明する。本実施形態では、感 光性基板としてのウェハ Wを保持するウェハステージ (基板ステージ)の側方に取り付 け可能なウェハ面偏光モニター 90を用いて、感光性基板としてのウェハ Wに到達す る光束の偏光状態を検出する。なお、ウェハ面偏光モニター 90は、ウェハステージ内 に設けられても良いし、当該ウェハステージとは別体の計測ステージに設けられても 良い。
[0113] 図 19は、ウェハ Wを照明する光の偏光状態及び光強度を検出するためのウェハ面 偏光モニター 90の概略構成を示す図である。図 19に示すように、ウェハ面偏光モ- ター 90は、ウェハ Wの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材 91を 備えている。ピンホール部材 91のピンホール 91aを通過した光は、投影光学系 PLの 像面位置またはその近傍が前側焦点位置となるように配置されているコリメートレンズ 92を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡 93で反射された後、リレーレンズ系 94〖こ 入射する。リレーレンズ系 94を介したほぼ平行な光束は、移相子としての λ Z4板 95 および偏光子としての偏光ビームスプリツター 96を介した後、二次元 CCD97の検出 面 97aに達する。ここで、二次元 CCD97の検出面 97aは、投影光学系 PLの射出瞳 と光学的にほぼ共役、ひいては照明光学装置の照明瞳面と光学的にほぼ共役とな つている。
[0114] λ Ζ4板 95は、光軸を中心として回転可能に構成されており、この λ Ζ4板 95には 、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部 98が接続されている。こうし て、ウェハ Wに対する照明光の偏光度が 0でない場合には、設定部 98を介して λ Ζ 4板 95を光軸廻りに回転させることにより二次元 CCD97の検出面 97aにおける光強 度分布が変化する。したがって、ウェハ面偏光モニター 90では、設定部 98を用いて λ Z4板 95を光軸廻りに回転させながら検出面 97aにおける光強度分布の変化を検 出し、この検出結果力 回転移相子法により照明光の偏光状態を測定することがで きる。 [0115] なお、回転移相子法については、例えば鶴田著, 「光の鉛筆一光技術者のための 応用光学」,株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際 には、ピンホール部材 90 (ひいてはピンホール 90a)をウェハ面に沿って二次元的に 移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。こ のとき、ウェハ面偏光モニター 90では、二次元的な検出面 97aにおける光強度分布 の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光 状態の分布を測定することができる。
[0116] なお、ウェハ面偏光モニター 90では、移相子として λ Ζ4板 95に代えて λ Ζ2板を 用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、偏光状態、すなわち 4つ のスト一タスパラメーターを測定するためには、移相子と偏光子 (偏光ビームスプリツ ター 96)との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避さ せたりして、少なくとも 4つの異なる状態で検出面 97aにおける光強度分布の変化を 検出する必要がある。なお、本実施形態では移相子としての λ Z4板 95を光軸廻り に回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリツター 96を光軸廻りに回転させて も良ぐ移相子および偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作 に代えて、あるいはこの動作に加えて、移相子としての λ Ζ4板 95および偏光子とし ての偏光ビームスプリツター 96のうちの一方または双方を光路カも揷脱させても良い
[0117] また、ウェハ面偏光モニター 90では、反射鏡 93の偏光特性により光の偏光状態が 変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡 93の偏光特性は予めわかっているので 、所要の計算によって反射鏡 93の偏光特性の偏光状態への影響に基づいてウェハ 面偏光モニター 90の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定すること ができる。また、反射鏡に限らず、レンズなどの他の光学部品に起因して偏光状態が 変化してしまう場合でも同様に測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定 することができる。
[0118] 以下、照明光の瞳内における偏光状態の分布の評価について具体的に説明する 。まず瞳上の一点 (または微小領域)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する 光線の一本一本に対して特定偏光度 DSPを算出する。なお、以下の説明において は、図 1,図 16,図 18で用いた XYZ座標系を用いる。上述の瞳上の一点 (微小領域 )は二次元 CCD97の一画素に対応し、像面上の一点(微小領域)はピンホール 90a の XY座標に対応する。
[0119] この特定偏光度 DSPは、瞳上の一点(または微小領域)を通過し像面上の一点 (微 小領域)に到達する特定光線における X方向偏光(瞳上にぉ 、て X方向に振動方向 を持つ偏光)成分の強度を Ixとし、当該特定光線における Y方向偏光(瞳上におい て Y方向に振動方向を持つ偏光)成分の強度を Iyとするとき、
(3) DSP= (lx-Iy) / (lx + Iy)
で表される。なお、この特定偏光度 DSPは、全強度 Sに対する水平直線偏光強度マ
0
ィナス垂直直線偏光強度 s 1 (s 1 Zs )と同義である。
0
[0120] また、瞳上の一点 (または微小領域)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達す る特定光線における X方向偏光(瞳上において X方向に振動方向を持つ偏光)成分 の強度 Ix、および当該特定光線における Y方向偏光(瞳上において Y方向に振動方 向を持つ偏光)成分の強度 から、下式 (4) , (5)の通り、水平偏光 (パターン面内で 水平方向に延びたマスクパターンの回折光に対して S偏光となる偏光)についての適 正偏光率 RSP、および垂直偏光 (パターン面内で垂直方向に延びたマスクパターン h
の回折光に対して S偏光となる偏光)についての適正偏光率 RSPを定義することが できる。
[0121] (4) RSP =Ix/ (lx+Iy)
h
(5) RSP =Iy/ (lx + Iy)
ここで、理想的な非偏光照明のときには RSP , RSPはともに 50%となり、理想的な h
水平偏光のときには RSP力 100%となり、理想的な垂直偏光のときには RSP力 h
%となる。
[0122] また、瞳上の一点 (または微小領域)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達す る光線の一本一本に対して、下式 (6)—(9)で偏光度 Vを定義するとき、所定の有効 光源領域を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線束に対して、下式(10) の通り平均偏光度 V(Ave)を定義できる。
[0123] (6) V= (S 2 + S 2+S 2) 1 2/S =(S '2 +
1
(7) S ' =S /S
1 1 '
(8) S 2 ' =s 2 /s '
(9) s 3 ' =s 3 /s '
ただし、 Sは全強度であり、 Sは水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度であ
0 1
り、 Sは 45度直線偏光強度マイナス 135度直線偏光強度であり、 Sは右まわり円偏
2 3
光強度マイナス左まわり円偏光強度である。
(10) V(Ave)=∑[S (X, y)-V(x, y)]/∑S (x, y)
0 i i i i 0 i i
[0124] なお、(10)式において、 S (x, y)は所定の有効光源領域 (x, y)上の一点(また
0 i i i i
は微小領域)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線に対する全強度 s 0 であり、 V(x, y)は所定の有効光源領域 (X, y)上の一点 (または微小領域)を通過 し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線の偏光度である。
[0125] また、所定の有効光源領域を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線束 に対して、以下の(11)式で水平偏光に関する平均特定偏光率 RSP (Ave)を、(12) h
式でおよび垂直偏光に関する平均特定偏光率 RSP (Ave)を定義することができる。
[0126] (11) RSP (Ave) = Ix(Ave)/ (Ix + Iy) Ave
h
=∑[S (x, y)-RSP (x, y)]/∑S (x, y)
0 i i h i i 0 i i
(12) RSP (Ave) = Iy(Ave)/ (Ix + Iy) Ave
=∑[S (x, y)-RSP (x, y)]/∑S (x, y)
0 i i v i i 0 i i
[0127] ここで、 Ix(Ave)は所定の有効光源領域 (χ;, y.)を通過し像面上の一点 (微小領域) に到達する光線束における X方向偏光(瞳上にぉ 、て X方向に振動方向を持つ偏 光)成分の強度の平均、 Iy(Ave)は所定の有効光源領域 (X, y)を通過し像面上の一 点 (微小領域)に到達する光線束における Y方向偏光(瞳上において Y方向に振動 方向を持つ偏光)成分の強度の平均、 RSP (X, y)は所定の有効光源領域 (X, y) h i i i i 上の一点(または微小領域)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線の水 平偏光についての適正偏光率、 RSP (X, y)は所定の有効光源領域 (X, y)上の一 点(または微小領域)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線の垂直偏 光についての適正偏光率である。また、(Ix+Iy) Aveは前記所定の有効光源領域を 通過する全光束の強度の平均である。
[0128] ここで、理想的な非偏光照明のときには RSPh (Xi, y.) , RSP (x , y.)はともに 50%と なり、理想的な水平偏光のときには RSPh (Xi, が 100%となり、理想的な垂直偏光 のときには RSP (X , y.)力 ^100%となる。
[0129] そして、所定の有効光源領域 (X , y)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達す る光線束に対して、下式(13)の通り平均特定偏光度 DSP (Ave)を定義できる。 (13) DSP (Ave) = (Ιχ-Iy) Ave/ (Ix + Iy) Ave
= {∑ [Ix(x , y)-Iy(x , y)]/∑[lx(x , y)+Iy(x , y)] }
=S ' (Ave)
1
= {∑s 1 Z∑s o }
[0130] ここで、(Ix— Iy)Aveは、所定の有効光源領域 (x , y)を通過し像面上の一点 (微小 領域)に到達する光線束における X方向偏光成分の強度と所定の有効光源領域 (X , y)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線束における Y方向偏光成分 の強度との差の平均、 Ix(x , y)は所定の有効光源領域 (X , y)上の一点(または微 小領域)を通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線における X方向偏光成 分の強度、 Iy(x , y)は所定の有効光源領域 (χ , y)上の一点 (または微小領域)を 通過し像面上の一点 (微小領域)に到達する光線における Y方向偏光成分の強度、 S ' (Ave)は所定の有効光源領域 (X , y)における S '成分の平均である。
1 i i 1
[0131] (13)式において、理想的な非偏光照明のときには DSP (Ave)は 0となり、理想的な 水平偏光のときには DSP (Ave)が 1となり、理想的な垂直偏光のときには DSP (Ave) が- 1となる。
[0132] さて、本実施形態の照明光学装置、ひいては露光装置では、所定の有効光源領域 における平均特定偏光率 RSP (Ave) , RSP (Ave)が、
h v
RSP (Ave) > 70%, RSP (Ave) > 70%
h v
を満足するとき、その所定の有効光源領域内が直線偏光であると見なすことができる
。ここで、平均特定偏光率 RSP (Ave), RSP (Ave)が上記条件を満足しない場合に
h
は、周方向偏光輪帯照明や、周方向偏光四極照明、周方向偏光二極照明などにお いて、所定方向に偏光面を有する所望の直線偏光状態が実現されないため、特定 のピッチ方向を有する線幅の細いパターンに対する結像性能の向上を図ることがで きなくなってしまう。
[0133] なお、たとえば図 13に示した 4分割偏光変換素子 10fを用いて 4分割周方向偏光 輪帯照明を行う場合には、図 20に示すように、輪帯形状の二次光源 31を 4分割して 、各々の分割領域 31A1, 31A2, 31C1, 31C2毎に平均特定偏光率 RSP (Ave), h
RSP (Ave)を評価すれば良い。
[0134] 上述の実施形態に力かる露光装置では、照明光学装置によってマスク(レチクル) を照明し (照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを 感光性基板に露光する(露光工程)ことにより、マイクロデバイス(半導体素子、撮像 素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を製造することができる。以下、上述の実 施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形 成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例 にっき図 9のフローチャートを参照して説明する。
[0135] 先ず、図 9のステップ 301において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次の ステップ 302において、その 1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布され る。その後、ステップ 303において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上 のパターンの像がその投影光学系を介して、その 1ロットのウェハ上の各ショット領域 に順次露光転写される。その後、ステップ 304において、その 1ロットのウェハ上のフ オ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力 各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上の レイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造 される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有 する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
[0136] また、上述の実施形態の露光装置では、プレート (ガラス基板)上に所定のパターン
(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての 液晶表示素子を得ることもできる。以下、図 10のフローチャートを参照して、このとき の手法の一例につき説明する。図 10において、パターン形成工程 401では、上述の 実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板 (レジストが塗布された ガラス基板等)に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソ グラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形 成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程 等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフ ィルター形成工程 402へ移行する。
[0137] 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 イブのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する 。そして、カラーフィルター形成工程 402の後に、セル組み立て工程 403が実行され る。セル組み立て工程 403では、パターン形成工程 401にて得られた所定パターン を有する基板、およびカラーフィルター形成工程 402にて得られたカラーフィルター 等を用いて液晶パネル (液晶セル)を組み立てる。
[0138] セル組み立て工程 403では、例えば、パターン形成工程 401にて得られた所定パ ターンを有する基板とカラーフィルター形成工程 402にて得られたカラーフィルターと の間に液晶を注入して、液晶パネル (液晶セル)を製造する。その後、モジュール組 み立て工程 404にて、組み立てられた液晶パネル (液晶セル)の表示動作を行わせ る電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上 述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶 表示素子をスループット良く得ることができる。
[0139] 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)を用いている力 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レーザ光
2 源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明 光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスクやウェハ以外 の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することがで きることは明らかである。
[0140] また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を 1. 1 よりも大きな屈折率を有する媒体 (典型的には液体)で満たす手法、所謂液浸法を適 用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす 手法としては、国際公開番号 WO99Z49504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 ヽ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。
[0141] 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ぐ投 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 とが好ましぐたとえば KrFエキシマレーザ光や ArFエキシマレーザ光を露光光とす る場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光として F レーザ光を用いる場合は、液体としては Fレーザ光を透過可能な例えばフッ素系ォ ィルゃ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!、。
符号の説明
[0142] 1 光源
4 偏光状態切換部
4a 1Z4波長板
4b 1Z2波長板
4c デポラライザ
5 回折光学素子 (光束変換素子)
6 ァフォー力ノレレンズ
8 円錐アキシコン系
9 ズームレンズ
10 偏光変換素子
10A— 10D 各基本素子
11 マイクロフライアイレンズ
12 偏光モニター
12a ビームスプリツター 13 コンデンサー光学系
14 マスクブラインド
15 結像光学系
M マスク
PL 投影光学系
W ウェハ

Claims

請求の範囲
[I] 入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子において、
旋光性を有する光学材料により形成されて周方向に変化する厚さ分布を有すること を特徴とする偏光変換素子。
[2] 前記厚さ分布は、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、ほぼ周 方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光またはほぼ径方向に偏光方向を有 する径方向偏光状態の光に変換するように設定されていることを特徴とする請求項 1 に記載の偏光変換素子。
[3] 周方向に分割された複数の領域を有し、該複数の領域において隣り合う任意の 2つ の領域の厚さが互いに異なることを特徴とする請求項 1または 2に記載の偏光変換素 子。
[4] 前記複数の領域において対向する任意の 2つの領域は、互いにほぼ等しい旋光角 度を有することを特徴とする請求項 3に記載の偏光変換素子。
[5] 前記対向する任意の 2つの領域は、互いにほぼ等しい厚さを有することを特徴とする 請求項 4に記載の偏光変換素子。
[6] 前記複数の領域の各々は、ほぼ扇形形状を有することを特徴とする請求項 3乃至 5 の 、ずれか 1項に記載の偏光変換素子。
[7] 周方向にほぼ連続的に変化する厚さ分布を有することを特徴とする請求項 1または 2 に記載の偏光変換素子。
[8] 実質的に旋光性を有しない中央領域をさらに有することを特徴とする請求項 1乃至 7 の 、ずれか 1項に記載の偏光変換素子。
[9] 前記中央領域の径方向の大きさは、前記偏光変換素子の有効領域の径方向の大き さの 3Z10以上であることを特徴とする請求項 8に記載の偏光変換素子。
[10] 前記光学材料は結晶光学軸が入射光の進行方向に設定された結晶材料から形成さ れていることを特徴とする請求項 1乃至 9のいずれか 1項に記載の偏光変換素子。
[II] 照明光を供給するための光源と、該光源と被照射面との間の光路中に配置された請 求項 1乃至 10のいずれか 1項に記載の偏光変換素子とを備えていることを特徴とす る照明光学装置。
[12] 前記偏光変換素子は、前記照明光学装置の瞳またはその近傍に配置されていること を特徴とする請求項 11に記載の照明光学装置。
[13] 前記光源と前記偏光変換素子との間の光路中に配置されて、入射するほぼ直線偏 光状態の光の偏光方向を必要に応じて変化させるための位相部材をさらに備えてい ることを特徴とする請求項 11または 12に記載の照明光学装置。
[14] 前記位相部材は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に 構成された 1Z2波長板を有することを特徴とする請求項 13に記載の照明光学装置
[15] 前記光源と前記位相部材との間の光路中に配置されて、入射する楕円偏光状態の 光をほぼ直線偏光状態の光に変換するための第 2位相部材をさらに備えていること を特徴とする請求項 13または 14に記載の照明光学装置。
[16] 前記第 2位相部材は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自 在に構成された 1Z4波長板を有することを特徴とする請求項 15に記載の照明光学 装置。
[17] 前記中央領域の径方向の大きさは、前記偏光変換素子の有効領域の径方向の大き さの 3Z10以上であることを特徴とする請求項 11乃至 16のいずれ力 1項に記載の照 明光学装置。
[18] 前記中央領域の径方向の大きさは、前記偏光変換素子の有効領域の径方向の大き さの 1Z3以上であることを特徴とする請求項 17に記載の照明光学装置。
[19] 前記照明光学装置の瞳に形成される二次光源の輪帯比を変更する輪帯比変更光 学系をさらに備えていることを特徴とする請求項 11乃至 18のいずれか 1項に記載の 照明光学装置。
[20] 前記偏光変換素子は、前記光源と前記輪帯比変更光学系との間の光路中に配置さ れ、
(10in+ AA) /10out< 0. 75
0. 4< (10in+ AA) /10out
を満足することを特徴とする請求項 19に記載の照明光学装置。
ただし、 10in:前記偏光変換素子の中央領域の有効半径、
lOout:前記偏光変換素子の外側有効半径、
Δ A:前記輪帯比変更光学系を通過した光束の内側半径の増加分、
である。
[21] 前記光学材料は結晶光学軸が入射光の進行方向に設定された結晶材料から形成さ れていることを特徴とする請求項 11乃至 20のいずれか 1項に記載の照明光学装置。
[22] 光源力も供給される照明光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において 前記照明光学装置の照明瞳面または該照明瞳面と共役な面内に形成される光強 度分布における所定の有効光源領域での第 1方向偏光に関する平均特定偏光率を RSP (Ave)とし、第 2方向偏光に関する平均特定偏光率 RSP (Ave)とするとき、
h V
RSP (Ave)> 70%, RSP (Ave) > 70%
h v
を満足することを特徴とする照明光学装置。
ただし、
RSP (Ave) = Ix(Ave)/ (Ix + Iy) Ave
h
RSP (Ave) = Iy(Ave)/ (Ix + Iy) Ave
である。
ここで、 Ix(Ave)は所定の有効光源領域を通過し像面上の一点に到達する光線束に おける第 1方向偏光成分の強度の平均、 Iy(Ave)は前記所定の有効光源領域を通過 し像面上の一点に到達する光線束における第 2方向偏光成分の強度の平均、 (Ix+ Iy) Aveは前記所定の有効光源領域を通過する全光束の強度の平均である。
[23] 請求項 11乃至 22のいずれか 1項に記載の照明光学装置を備え、該照明光学装置 を介してマスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
[24] 請求項 11乃至 22のいずれか 1項に記載の照明光学装置を用いて、マスクのパター ンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法。
[25] 入射光の偏光状態を所定の偏光状態に変換する偏光変換素子の製造方法におい て、
旋光性を有する光学材料を準備する工程と、 前記光学材料に周方向に変化する厚さ分布を与える工程とを有することを特徴と する偏光変換素子の製造方法。
[26] 前記厚さ分布は、ほぼ単一方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光を、ほぼ周 方向に偏光方向を有する周方向偏光状態の光またはほぼ径方向に偏光方向を有 する径方向偏光状態の光に変換するように設定されていることを特徴とする請求項 2
5に記載の偏光変換素子の製造方法。
[27] 前記周方向に変化する厚さ分布を与える工程では、周方向に分割された複数の領 域において隣り合う任意の 2つの領域の厚さが互いに異なるような厚さ分布を与える ことを特徴とする請求項 25または 26に記載の偏光変換素子の製造方法。
[28] 前記複数の領域において対向する任意の 2つの領域は、互いにほぼ等しい旋光角 度を有することを特徴とする請求項 27に記載の偏光変換素子の製造方法。
[29] 前記対向する任意の 2つの領域は、互いにほぼ等しい厚さを有することを特徴とする 請求項 28に記載の偏光変換素子の製造方法。
[30] 前記周方向に変化する厚さ分布を与える工程では、周方向にほぼ連続的に変化す る厚さ分布を与えることを特徴とする請求項 25に記載の偏光変換素子の製造方法。
[31] 前記旋光性を有する光学材料を準備する工程では、前記光学材料を結晶光学軸が 入射光の進行方向になるように設定することを特徴とする請求項 25乃至 30の ヽずれ 力 1項に記載の偏光変換素子の製造方法。
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