WO2007119514A1 - 照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

　簡素な構成およびコンパクトな形態を有し、互いに離間した２つの領域を個別に照明することのできる照明光学装置。照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置されて、入射光束を第１光束と第２光束とに分割して第１照明領域と第２照明領域とを形成するための光束分割部材（７）と、第１光束を第１照明領域へ導く第１導光光学系（８，１０，１３）と、第２光束を第１照明領域から離間した第２照明領域へ導く第２導光光学系（８，１０）とを備えている。

Description

明 細 書

照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に半導 体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィーェ 程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関するものである。

背景技術

[0002] 半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィー工程にぉ 、て、マスク (またはレ チクル)のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板 (フォトレジストが塗布さ れたウェハ、ガラスプレート等)上に投影露光する露光装置が使用されている。通常 の露光装置では、 1種類のパターンを感光性基板上の 1つのショット領域 (単位露光 領域）に形成している。

[0003] これに対し、スループットを向上させるために、 2種類のパターンを感光性基板上の 同一ショット領域に重ね焼きして 1つの合成パターンを形成する二重露光方式が提 案されて!ヽる (特許文献 1を参照)。

[0004] 特許文献 1 :特開 2000— 21748号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 特許文献 1に開示された二重露光方式の露光装置では、互いに離間した 2つの領 域を個別に照明する照明光学装置が必要である。ただし、互いに同じ構成を有する 2つの照明系により二重露光用の照明光学装置を構成すると、装置が大型化してし まつ。

[0006] 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成およびコンパクト な形態を有し、互いに離間した 2つの領域を個別に照明することのできる照明光学装 置を提供することを目的とする。本発明は、互いに離間した 2つの領域を個別に照明 する照明光学装置を用いて、二重露光方式により微細パターンを感光性基板に高ス ループットで露光することのできる露光装置を提供することを目的とする。 課題を解決するための手段

[0007] 前記課題を解決するために、本発明の第 1形態では、照明光学装置において、 照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置されて、入射光束を第 1光束と第 2光 束とに分割して第 1照明領域と第 2照明領域とを形成するための光束分割部材と、 前記第 1光束を前記第 1照明領域へ導く第 1導光光学系と、

前記第 2光束を前記第 1照明領域から離間した前記第 2照明領域へ導く第 2導光 光学系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。

[0008] 本発明の第 2形態では、入射する光を第 1光束と第 2光束とに分割して第 1照明領 域と第 2照明領域とを形成する光束分割部材と、

前記第 1光束を前記第 1照明領域へ導く第 1導光光学系と、

前記第 2光束を前記第 1照明領域から分離した前記第 2照明領域へ導く第 2導光 光学系と、

光源からの光を前記光束分割部材へ導く共通光学系とを備え、

前記共通光学系は、前記第 1照明領域での第 1照明条件と前記第 2照明領域での 第 2照明条件とを可変にする可変手段を有することを特徴とする照明光学装置を提 供する。

[0009] 本発明の第 3形態では、入射する光を第 1光束と第 2光束とに分割して第 1照明領 域と第 2照明領域とを形成する光束分割部材と、

前記第 1光束を前記第 1照明領域へ導く第 1導光光学系と、

前記第 2光束を前記第 1照明領域から分離した前記第 2照明領域へ導く第 2導光 光学系と、

光源と前記光束分割部材との間の光路に配置されて、前記第 1照明領域での第 1 照明条件と前記第 2照明領域での第 2照明条件とをそれぞれ設定する設定部材とを 有することを特徴とする照明光学装置を提供する。

[0010] 本発明の第 4形態では、第 1形態、第 2形態または第 3形態の照明光学装置を備え

、該照明光学装置により照明された所定のパターンを感光性基板に露光することを 特徴とする露光装置を提供する。

[0011] 本発明の第 5形態では、第 4形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前 記感光性基板に露光する露光工程と、

前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす るデバイス製造方法を提供する。

発明の効果

[0012] 本発明の照明光学装置では、照明瞳またはその近傍において光束を分割している ので、分割された直後の 2つの光束を、共通の光学系を介して、互いに離間した 2つ の領域へ導くことが可能である。その結果、光路の共通化により簡素な構成およびコ ンパタトな形態を実現しつつ、互いに離間した 2つの領域を個別に照明することがで きる。したがって、本発明の露光装置では、互いに離間した 2つの領域を個別に照明 する照明光学装置を用いて、二重露光方式により微細パターンを感光性基板に高ス ループットで露光することができ、ひ 、てはデバイスを高スループットで製造すること ができる。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]本発明の第 1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]第 1実施形態においてコンデンサー光学系から光軸に沿って光束分割部材を 見た図である。

[図 3]図 2の線 A— Aに沿った部分断面図である。

圆 4] (a)は第 1偏向部材を介した第 1光束が照明瞳に形成する円形状の光強度分 布を、 (b)は第 2偏向部材を介した第 2光束が照明瞳に形成する円形状の光強度分 布を模式的に示す図である。

[図 5] (a)は第 1マスクに形成される矩形状の第 1照明領域を、 (b)は第 2マスクに形成 される矩形状の第 2照明領域を、 (c)は第 1照明領域により照明された第 1マスクのパ ターン像および第 2照明領域により照明された第 2マスクのパターン像を示す図であ る。

[図 6]第 1光束または第 2光束が照明瞳に形成する円形状の光強度分布の偏光状態 を周方向偏光状態に設定した様子を示す図である。

[図 7]第 1実施形態の変形例に力かる光束分割部材の構成を概略的に示す図である 圆 8] (a)は第 1偏向部材を介した第 1光束が照明瞳に形成する輪帯状の光強度分 布を、 (b)は第 2偏向部材を介した第 2光束が照明瞳に形成する円形状の光強度分 布を模式的に示す図である。

圆 9] (a)は第 1光束により照明瞳に形成された輪帯状の光強度分布の偏光状態を、 (b)は第 2光束により照明瞳に形成された円形状の光強度分布の偏光状態を示す図 である。

圆 10]第 1実施形態の変形例に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。 圆 11]第 1実施形態の変形例においてマスクに形成される 2つの矩形状の照明領域 を示す図である。

圆 12]本発明の第 2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 13]第 2実施形態において結像光学系の射出側から光軸に沿って光束分割部材 を見た図である。

[図 14]図 13の線 A— Aに沿った部分断面図および線 B— Bに沿った部分断面図であ る。

[図 15] (a)は第 1光束により照明瞳に形成された Z方向 2極状の光強度分布を、 (b) は第 2光束により照明瞳に形成された X方向 2極状の光強度分布を示す図である。 圆 16]第 2実施形態の変形例にかかる光束分割部材および偏光可変部材の構成を 概略的に示す図である。

圆 17]第 2実施形態の変形例に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。 圆 18]ビーム形状可変部 4の構成の様子を示す図である。

[図 19] (a)は回折光学素子 41の構成を示す図であり、 (b)は回折光学素子 41の第 1 回折領域 41Aにより照明瞳に形成される光強度分布を示す図であり、 (c)は回折光 学素子 41の第 2回折領域 41Bにより照明瞳に形成される光強度分布を示す図であ る。

[図 20] (a)は回折光学素子 141の構成を示す図であり、 (b)は回折光学素子 141の 第 1回折領域 141Aにより照明瞳に形成される光強度分布を示す図であり、 (c)は回 折光学素子 141の第 2回折領域 141Bにより照明瞳に形成される光強度分布を示す 図である。 [図 21]変形例に力かるビーム形状可変部 4の構成の様子を示す図である。

[図 22] (a)は回折光学素子 41および偏光可変部材 43の構成を示す図であり、 (b)は 回折光学素子 41の第 1回折領域 41Aにより照明瞳に形成される光強度分布を示す 図であり、 (c)は回折光学素子 41の第 2回折領域 41Bにより照明瞳に形成される光 強度分布を示す図である。

[図 23]屈折系と偏向ミラーとからなる双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図 である。

[図 24]反射屈折型で双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。

[図 25]ビームスプリツターを用いる双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図で ある。

[図 26]マイクロデバイスとして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 27]マイクロデバイスとして液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。 符号の説明

1 光源

2 ビーム送光系

3 偏光状態可変部

4 ビーム形状可変部

5 フライアイレンズ

6, 16, 16' 偏光可変部材

7, 17, 17' 光束分割部材

8 コンデンサー光学系

10 結像光学系

13 リレー光学系

M, Ml, M2 マスク

PL 投影光学系

W ウェハ

発明を実施するための最良の形態 [0015] 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、本発明の第 1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 1において、感光性基板 であるウェハ Wの法線方向に沿って Z軸を、ウェハ Wの面内において図 1の紙面に平 行な方向に Y軸を、ウェハ Wの面内において図 1の紙面に垂直な方向に X軸をそれ ぞれ設定している。図 1を参照すると、第 1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。

[0016] 光源 1として、たとえば約 193nmの波長を有する光を供給する ArFエキシマレーザ 光源や約 248nmの波長を有する光を供給する KrFエキシマレーザ光源を用いるこ とができる。光源 1から射出されたほぼ平行光束は、周知の構成を有するビーム送光 系 2を介して所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、偏光状態可変部 3 に入射する。ビーム送光系 2は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有す る光束に変換しつつ偏光状態可変部 3へ導くとともに、後段の偏光状態可変部 3へ 入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

[0017] 偏光状態可変部 3は、後述のフライアイレンズ (またはマイクロフライアイレンズ) 5に 入射する照明光の偏光状態を変化させる機能を有する。具体的に、偏光状態可変 部 3は、光源側から順に、たとえば水晶により形成された 1Z2波長板と、水晶により 形成された偏角プリズムすなわち水晶プリズムと、石英ガラスにより形成された偏角プ リズムすなわち石英プリズムとにより構成されている。 1Z2波長板、水晶プリズムおよ び石英プリズムは、光軸 AXを中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。水晶 プリズムは偏光解消作用を有し、石英プリズムは水晶プリズムの偏角作用による光線 の曲がりを補正する機能を有する。

[0018] 偏光状態可変部 3では、 1Z2波長板の結晶光学軸の方向および水晶プリズムの 結晶光学軸の方向を適宜設定することにより、ビーム送光系 2から入射した直線偏光 の光を振動方向の異なる直線偏光に変換したり、入射した直線偏光の光を非偏光の 光に変換したり、入射した直線偏光の光を変換することなくそのまま射出したりする。 偏光状態可変部 3により必要に応じて偏光状態が変換された光束は、ビーム形状可 変部 4を介して、フライアイレンズ 5に入射する。

[0019] ビーム形状可変部 4は、たとえば回折光学素子や変倍光学系などを含み、フライア ィレンズ 5の入射面に形成される照野の大きさおよび形状を、ひいてはフライアイレン ズ 5の後側焦点面 (照明瞳）に形成される面光源の大きさおよび形状を変化させる機 能を有する。フライアイレンズ 5に入射した光束は多数の微小レンズ要素により二次 元的に分割され、光束が入射した各微小レンズ要素の後側焦点面には小光源がそ れぞれ形成される。

[0020] こうして、フライアイレンズ 5の後側焦点面には、多数の小光源力もなる実質的な面 光源が形成される。フライアイレンズ 5からの光束は、その射出面の近傍に配置され た偏光可変部材 (偏光設定部材、偏光部材) 6および光束分割部材 7を介して、コン デンサ一光学系 8に入射する。光束分割部材 7は、入射光束を第 1方向に沿って進 む第 1光束と第 2方向に沿って進む第 2光束とに分割する機能を有するが、その構成 および作用につ ヽては後述する。

[0021] 偏光可変部材 6は、上記第 1光束 (厳密には第 1光束に対応する光束)および上記 第 2光束 (厳密には第 2光束に対応する光束)のうちの少なくとも一方の偏光状態を 変化させる機能を有するが、その構成および作用については後述する。光束分割部 材 7を介して図中斜め上向きに偏向された第 1光束および図中斜め下向きに偏向さ れた第 2光束は、コンデンサー光学系 8を介した後、第 1マスクブラインド 9を重畳的 に照明する。照明視野絞りとしての第 1マスクブラインド 9には、フライアイレンズ 5を構 成する各微小レンズ要素の形状に応じた矩形状の照野が形成される。

[0022] 第 1マスクブラインド 9の矩形状の開口部（光透過部）を通過した第 2光束は、結像 光学系 10および光路折曲げ反射鏡 11を介して、第 2マスク M2を重畳的に照明する 。一方、第 1マスクブラインド 9の矩形状の開口部を通過した第 1光束は、結像光学系 10を介して、第 2マスクブラインド 12を重畳的に照明する。第 2マスクブラインド 12に おいても、第 1マスクブラインド 9と同様に、フライアイレンズ 5を構成する各微小レンズ 要素の形状に応じた矩形状の照野が形成される。

[0023] 第 2マスクブラインド 12の矩形状の開口部を通過した第 1光束は、リレー光学系 13 および光路折曲げ反射鏡 14を介して第 1マスク Mlを重畳的に照明する。第 1マスク Mlを透過した第 1光束および第 2マスク M2を透過した第 2光束は、いわゆる双頭型 の投影光学系 PLを介して、ウェハ (感光性基板) W上に第 1マスク Mlのパターン像 および第 2マスク M2のパターン像をそれぞれ形成する。双頭型の投影光学系 PLは 、互いに離間した 2つの有効視野と、 1つの有効結像領域とを有する光学系である。

[0024] 図 2は、第 1実施形態においてコンデンサー光学系から光軸に沿って光束分割部 材を見た図である。また、図 3は、図 2の線 A— Aに沿った部分断面図である。図 2お よび図 3を参照すると、偏光可変部材 6は、フライアイレンズ 5を構成する各微小レン ズ要素 5a (各波面分割領域）に対応するように縦横に且つ稠密に配置された 2種類 の旋光部材 6a, 6bにより構成されている。同様に、光束分割部材 7は、フライアイレ ンズ 5を構成する各微小レンズ要素 5aに対応するように縦横に且つ稠密に配置され た 2種類の偏向部材 7a, 7bにより構成されている。なお、図面の明瞭化のために、図 2ではフライアイレンズ 5の各波面分割領域に対応するように配置された旋光部材 6a , 6bおよび偏向部材 7a, 7bの数を実際よりも少なく表示している。

[0025] 旋光部材 6a, 6bは、旋光性を有する光学材料である水晶により形成され、外形形 状が矩形状の平行平面板の形態を有し、その結晶光学軸が Y方向に沿って設定さ れている。この場合、旋光部材 6a, 6bの旋光性により、入射した直線偏光の偏光方 向が Y軸廻りに所定角度だけ回転した状態で射出される。具体的に、図 2において 矩形状のハッチング領域で示す第 1旋光部材 6a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が設定されて 、る。

[0026] 一方、図 2において矩形状の白抜き領域で示す第 2旋光部材 6b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が設 定されている。換言すると、第 1旋光部材 6aは入射した縦偏光の光を横偏光の光に 変換する機能を有し、第 2旋光部材 6bは入射した直線偏光の光の偏光状態を変化 させることなく通過させる機能を有する。

[0027] 偏向部材 7a, 7bは、例えば石英により形成され、外形形状が矩形状で断面形状が 楔状の偏向プリズムの形態を有する。具体的に、図 2において矩形状のハッチング領 域で示す第 1偏向部材 7aは、図 3に示すように、第 1旋光部材 6aに対応するように配 置され、 Y方向に沿って入射した光線を図中斜め上向きの方向に偏向するように構 成されている。一方、図 2において矩形状の白抜き領域で示す第 2偏向部材 7bは、 第 2旋光部材 6bに対応するように配置され、 Y方向に沿って入射した光線を図中斜 め下向きの方向に偏向するように構成されている。なお、第 1実施形態では、図 2に 示すように、第 1偏向部材 7aおよび第 2偏向部材 7bがそれぞれ市松模様を形成する ように配置されている。

[0028] 以下、偏光状態可変部 3およびビーム形状可変部 4の作用により、図 2中破線で示 すような円形状の断面を有し且つ Z方向に偏光方向を有する直線偏光の光束がフラ ィアイレンズ 5から偏光可変部材 6に入射する場合について例示的に考える。この場 合、第 1旋光部材 6aを介して X方向に偏光方向を有する X方向直線偏光状態に変 換され且つ第 1偏向部材 7aを介して図 1中斜め上向きの方向に偏向された第 1光束 は、結像光学系 10の瞳またはその近傍に、ひいてはリレー光学系 13の瞳またはそ の近傍の照明瞳の位置に、図 4 (a)に模式的に示すような円形状の光強度分布を形 成する。この円形状の光強度分布を形成する光束は、照明瞳において X方向直線偏 光状態 (第 1マスク Ml上における X方向直線偏光状態に対応）にある。

[0029] 一方、第 2旋光部材 6bを介して Z方向に偏光方向を有する Z方向直線偏光状態を 維持し且つ第 2偏向部材 7bを介して図 1中斜め下向きの方向に偏向された第 2光束 は、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳の位置に、図 4 (b)に模式的に示 すような円形状の光強度分布を形成する。この円形状の光強度分布を形成する光束 は、照明瞳にぉ ヽて Z方向直線偏光状態 (第 2マスク M2上における Y方向直線偏光 状態に対応）にある。なお、図 4 (a)においてノ、ツチングを施した矩形状の領域 20aは 第 1旋光部材 6aおよび第 1偏向部材 7aを通過した光束に対応する光領域であり、図 4 (b)にお 、てハッチングを施した矩形状の領域 20bは第 2旋光部材 6bおよび第 2偏 向部材 7bを通過した光束に対応する光領域である。また、図 4 (a)および (b)におい て、両方向矢印は光の偏光方向を示し、破線で示す円はフライアイレンズ 5から偏光 可変部材 6に入射する光束の断面に対応している。

[0030] リレー光学系 13の瞳またはその近傍の照明瞳に円形状の光強度分布を形成した 第 1光束は、図 5 (a)に示すように、第 1マスク Ml上において X方向に細長く延びる 矩形状の照明領域 IR1を形成する。また、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照 明瞳に円形状の光強度分布を形成した第 2光束は、図 5 (b)に示すように、第 2マス ク M2上において X方向に細長く延びる矩形状の照明領域 IR2を形成する。図 5 (a) および (b)において両方向矢印で示すように、第 1照明領域 IR1を形成する光束は X 方向直線偏光状態であり、第 2照明領域 IR2を形成する光束は Y方向直線偏光状態 である。

[0031] すなわち、第 1マスク Mlのパターン領域 PA1のうち、第 1照明領域 IR1に対応する ノターンが、 X方向直線偏光状態の光により円形照明される。また、第 2マスク M2の パターン領域 PA2のうち、第 2照明領域 IR2に対応するパターンが、 Y方向直線偏光 状態の光により円形照明される。こうして、図 5 (c)に示すように、投影光学系 PLの有 効結像領域 ER内にぉ 、て X方向に細長く延びる矩形状の第 1領域 ER1には第 1照 明領域 IR1により照明された第 1マスク Mlのパターン像が形成され、有効結像領域 ER内において同じく X方向に細長く延びる矩形状の外形形状を有し且つ第 1領域 E R 1と Y方向に並んで位置する第 2領域 ER2には第 2照明領域 IR2により照明された 第 2マスク M2のパターン像が形成される。

[0032] 第 1実施形態では、投影光学系 PLに対して第 1マスク Ml、第 2マスク M2およびゥ ェハ Wを Y方向に沿って同期的に移動させつつ、ウェハ W上の 1つのショット領域に 、第 1マスク Mlのパターンと第 2マスク M2のパターンとを重ねて走査露光して 1つの 合成パターンを形成する。そして、投影光学系 PLに対してウェハ Wを XY平面に沿つ て二次元的にステップ移動させつつ、上述の重ね走査露光を繰り返すことにより、ゥ ェハ W上の各ショット領域に、第 1マスク Mlのパターンと第 2マスク M2のパターンと の合成パターンが逐次形成される。

[0033] 以上のように、第 1実施形態では、フライアイレンズ 5の射出面の近傍 (すなわち照 明瞳またはその近傍）に配置された光束分割部材 7の作用により、フライアイレンズ 5 からの入射光束が、図 1中斜め上向きの方向（第 1方向）に沿って進む第 1光束と、図 1中斜め下向きの方向（第 2方向）に沿って進む第 2光束とに分割される。光束分割 部材 7を介して分離された第 1光束は、コンデンサー光学系 8と結像光学系 10とリレ 一光学系 13とからなる第 1導光光学系を介して、第 1照明領域 IR1へ導かれる。

[0034] 一方、光束分割部材 7を介して分離された第 2光束は、コンデンサー光学系 8と結 像光学系 10とからなる第 2導光光学系を介して、第 1照明領域 IR1から離間した第 2 照明領域 IR2へ導かれる。すなわち、光束分割部材 7を経た直後の第 1光束および 第 2光束は、コンデンサー光学系 8と結像光学系 10とからなる共通の光学系を介して 、第 1照明領域 IR1および第 2照明領域 IR2へそれぞれ導かれる。ただし、第 1光束 は、共通の光学系（8, 10)を介して第 2光束から分離された後、リレー光学系 13を介 して第 1照明領域 IR1へ導かれる。

[0035] このように、第 1実施形態の照明光学装置（1〜14)では、照明瞳またはその近傍に おいて光束を分割しているので、分割された直後の 2つの光束を、共通の光学系（8 , 10)を介して、互いに離間した 2つの領域 IR1, IR2へ導くことができる。その結果、 光路の共通化により簡素な構成およびコンパクトな形態を実現しつつ、互いに離間し た 2つの領域 IR1, IR2を個別に照明することができる。したがって、第 1実施形態の 露光装置では、互いに離間した 2つの領域 IR1, IR2を個別に照明する照明光学装 置を用いて、二重露光方式により微細パターンをウェハ Wに高スループットで露光す ることがでさる。

[0036] また、第 1実施形態では、光束分割部材 7に近接して配置された偏光可変部材 6の 作用により、光束分割部材 7を経て分割される第 1光束および第 2光束のうち、第 1光 束の偏光状態だけを変化させ、第 2光束の偏光状態をそのまま維持させている。そ の結果、偏光可変部材 6の作用により、第 1照明領域 IR1と第 2照明領域 IR2とを互 いに異なる偏光状態の光で照明すること、すなわち偏光状態に関して互いに異なる 照明条件で 2つの照明領域 IR1, IR2を個別に照明することができる。

[0037] なお、上述の第 1実施形態では、第 1光束が照明瞳に形成する円形状の光強度分 布の偏光状態を X方向直線偏光状態に設定し、第 2光束が照明瞳に形成する円形 状の光強度分布の偏光状態を Y方向直線偏光状態に設定している。しかしながら、 これに限定されることなぐ例えば図 6に示すように、第 1光束または第 2光束が照明 瞳に形成する円形状の光強度分布の偏光状態を周方向偏光状態に設定することも できる。周方向偏光状態では、図中両方向矢印で示すように、照明瞳に形成される 円形状の光強度分布を通過する光の偏光状態が円周方向に振動する直線偏光状 態に設定される。一般に、偏光可変部材 6を構成する旋光部材の種類数、各種旋光 部材の旋光特性、各種旋光部材の配置、偏光可変部材 6に入射する光の偏光状態 などを変化させることにより、第 1光束または第 2光束が照明瞳に形成する光強度分 布の偏光状態について様々な形態を実現することができる。

[0038] また、上述の第 1実施形態では、第 1光束および第 2光束が照明瞳に円形状の光 強度分布を形成している。しカゝしながら、これに限定されることなぐ光束分割部材 7 を構成する第 1偏向部材 7aおよび第 2偏向部材 7bの配置、光束分割部材 7に入射 する光束の断面形状などを変化させることにより、第 1光束や第 2光束が照明瞳に形 成する光強度分布の外形形状にっ 、て様々な形態を実現することができる。以下、 一例として、第 1光束が照明瞳に輪帯状の光強度分布を形成し、第 2光束が照明瞳 に円形状の光強度分布を形成する光束分割部材の変形例を説明する。

[0039] 図 7は、第 1実施形態の変形例に力かる光束分割部材の構成を概略的に示す図で ある。図 7に示す光束分割部材 7において、矩形状のハッチング領域で示す第 1偏向 部材 7aは Y方向に沿って入射した光線を図 1中斜め上向きの方向に偏向するように 構成され、矩形状の白抜き領域で示す第 2偏向部材 7bは Y方向に沿って入射した 光線を図 1中斜め下向きの方向に偏向するように構成されている。また、図 7におい て、破線で示す大きな円はフライアイレンズ 5から偏光可変部材 6に入射する光束の 断面を示し、破線で示す小さな円は大きな円と同心である。

[0040] 図 7に示す変形例では、第 2偏向部材 7bが破線で示す小さな円に対応するように 光束分割部材 7の中央部分に集中的に配置され、この一群の第 2偏向部材 7bを包 囲するように第 1偏向部材 7aが配置されている。したがって、円形状の断面を有する 光束がフライアイレンズ 5から偏光可変部材 6を介して光束分割部材 7に入射する場 合、第 1偏向部材 7aを介して図 1中斜め上向きの方向に偏向された第 1光束は、リレ 一光学系 13の瞳またはその近傍の照明瞳の位置に、図 8 (a)に模式的に示すような 輪帯状の光強度分布を形成する。一方、第 2偏向部材 7bを介して図 1中斜め下向き の方向に偏向された第 2光束は、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳の位 置に、図 8 (b)に模式的に示すような円形状の光強度分布を形成する。

[0041] 図 8 (a)においてハッチングを施した矩形状の領域 21aは第 1偏向部材 7aを通過し た光束に対応する光領域であり、図 8 (b)においてハッチングを施した矩形状の領域 21bは第 2偏向部材 7bを通過した光束に対応する光領域である。また、図 8 (a)およ び (b)において、破線で示す大きな円はフライアイレンズ 5から光束分割部材 7に入 射する光束の断面に対応している。こうして、図 7に示す変形例では、リレー光学系 1 3の瞳またはその近傍の照明瞳に輪帯状の光強度分布を形成した第 1光束は、第 1 マスク Ml上の第 1照明領域 IR1を輪帯照明する。また、結像光学系 10の瞳またはそ の近傍の照明瞳に円形状の光強度分布を形成した第 2光束は、第 2マスク M2上の 第 2照明領域 IR2を円形照明する。

[0042] 上述したように、図 7に示す変形例にぉ 、て、偏光可変部材 6を構成する旋光部材 の種類数、各種旋光部材の旋光特性、各種旋光部材の配置、偏光可変部材 6に入 射する光の偏光状態などを変化させることにより、第 1光束または第 2光束が照明瞳 に形成する光強度分布の偏光状態にっ 、て様々な形態が可能である。具体的には 、図 9 (a)に示すように、第 1光束が照明瞳に形成する輪帯状の光強度分布の偏光 状態を、例えば周方向偏光状態に設定することができる。また、図 9 (b)に示すように 、第 2光束が照明瞳に形成する円形状の光強度分布の偏光状態を、例えば Z方向直 線偏光状態 (または X方向直線偏光状態、非偏光状態など）に設定することができる

[0043] また、上述の第 1実施形態では、第 1光束が第 1マスク Ml上の第 1照明領域 IR1を 形成し、第 2光束が第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2を形成している。しかしなが ら、これに限定されることなぐ第 1光束が形成する第 1照明領域 IR1と第 2光束が形 成する第 2照明領域 IR2とを、 1つの共通マスク上において並列的に配置させる露光 装置の変形例も可能である。図 10は、第 1実施形態の変形例に力かる露光装置の 構成を概略的に示す図である。

[0044] 図 10の変形例にかかる露光装置は、図 1に示す実施形態の露光装置と類似の構 成を有する。実際に、光源 1から結像光学系 10までの構成は、図 10の変形例と図 1 の実施形態とで全く同じである。し力しながら、図 10の変形例では、結像光学系 10を 介した第 1光束および第 2光束を共通のマスク Mに向かって反射するための光路折 曲げ反射鏡 15が結像光学系 10の直後に設けられている点、および投影光学系 PL として例えば通常の屈折光学系を用いている点が、図 1の実施形態と基本的に相違 している。以下、図 1の実施形態との相違点に着目して、図 10の変形例を説明する。

[0045] 図 10の変形例では、光束分割部材 7を介して分離された第 1光束が、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳の位置に例えば円形状の光強度分布を形成した 後、光路折曲げ反射鏡 15を介して、図 11 (a)に示すように、共通のマスク M上にお いて X方向に細長く延びる矩形状の照明領域 IR1を形成する。一方、光束分割部材 7を介して分離された第 2光束は、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳の位 置に例えば円形状の光強度分布を形成した後、光路折曲げ反射鏡 15を介して、図 1Kb)に示すように、共通のマスク M上において X方向に細長く延びる矩形状の照 明領域 IR2を形成する。すなわち、図 10の変形例では、共通のマスク Mの第 1パタ ーン領域 PA1の一部を覆うように第 1照明領域 IR1が形成され、第 1パターン領域 P A1と Y方向に沿って隣り合う第 2パターン領域 PA2の一部を覆うように第 2照明領域 IR2が形成される。

[0046] こうして、図 10の変形例においても図 1の実施形態の場合と同様に、図 5 (c)に示 すように、投影光学系 PLの有効結像領域 ER内にぉ 、て X方向に細長く延びる矩形 状の第 1領域 ER1には第 1照明領域 IR1により照明された第 1パターン像が形成され 、有効結像領域 ER内にお 、て同じく X方向に細長く延びる矩形状の外形形状を有 し且つ第 1領域 ER1と Y方向に並んで位置する第 2領域 ER2には第 2照明領域 IR2 により照明された第 2パターン像が形成される。図 10の変形例では、光束分割部材 7 により分割された直後の 2つの光束を導く光路の共通化が最大限になされており、図 1の実施形態よりも簡素な構成およびコンパクトな形態を実現することができる。

[0047] 図 12は、本発明の第 2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。第 2実施形態にかかる露光装置は、図 1の実施形態の露光装置と類似の構成を 有する。し力しながら、第 2実施形態では、偏光可変部材の配置および構成並びに 光束分割部材の配置および構成が、図 1の実施形態と相違している。以下、図 1の実 施形態との相違点に着目して、第 2実施形態を説明する。第 2実施形態の露光装置 では、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳の位置に、偏光可変部材 16と光 束分割部材 17とが互 ヽに近接するように配置されて 、る。

[0048] 図 13は、第 2実施形態において結像光学系の射出側から光軸に沿って光束分割 部材を見た図である。図 14は、図 13の線 A— Aに沿った部分断面図および線 B— B に沿った部分断面図である。図 13および図 14を参照すると、光束分割部材 17は、 2 つの偏向部材 17aと 2つの偏向部材 17bとにより構成されている。具体的に、偏向部 材 17a, 17bは、図 1の実施形態における偏向部材 7a, 7bと同様に、例えば石英に より形成された偏向プリズムの形態を有する。ただし、偏向部材 17a, 17bは、光軸 A Xを通る 2つの線分により光軸 AXを中心とする円を 4等分して得られる扇形の外形形 状を有する。

[0049] 図 13において扇形のハッチング領域で示す第 1偏向部材 17aは、図 14 (a)に示す ように、 Y方向に沿って入射した光線を図中斜め上向きの方向に偏向するように構成 されている。一方、図 13において扇形の白抜き領域で示す第 2偏向部材 17bは、図 14 (b)に示すように、 Y方向に沿って入射した光線を図中斜め下向きの方向に偏向 するように構成されている。一対の第 1偏向部材 17aおよび一対の第 2偏向部材 17b は、それぞれ光軸 AXを挟んで対向するように配置されて 、る。

[0050] 偏光可変部材 16は、 2つの旋光部材 16aと 2つの旋光部材 16bとにより構成されて いる。旋光部材 16a, 16bは、図 1の実施形態における旋光部材 6a, 6bと同様に、旋 光性を有する光学材料である水晶により形成された平行平面板の形態を有し、その 結晶光学軸が Y方向に沿って設定されている。ただし、旋光部材 16a, 16bは、偏向 部材 17a, 17bと同様に、光軸 AXを通る 2つの線分により光軸 AXを中心とする円を 4等分して得られる扇形の外形形状を有する。

[0051] 具体的に、図 13において扇形のハッチング領域で示す第 1旋光部材 16aは、図 14

(a)に示すように第 1偏向部材 17aに対応して配置され、 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が設定されて 、る。 一方、図 13において扇形の白抜き領域で示す第 2旋光部材 16bは、図 14 (b)に示 すように第 2偏向部材 17bに対応して配置され、 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が設定されて 、る。換言 すると、第 1旋光部材 16aは入射した縦偏光の光を横偏光の光に変換する機能を有 し、第 2旋光部材 16bは入射した直線偏光の光の偏光状態を変化させることなく通過 させる機能を有する。

[0052] 以下、偏光状態可変部 3およびビーム形状可変部 4の作用により、図 13中破線で 示すような 4つの楕円形状の断面を有する光束力 なる 4極状の光束が、 Z方向に偏 光方向を有する Z方向直線偏光状態で、偏光可変部材 16に入射する場合について 例示的に考える。この場合、第 1旋光部材 16aを介して X方向直線偏光状態に変換 され且つ第 1偏向部材 17aを介して図 12中斜め上向きの方向に偏向された第 1光束 は、光束分割部材 17の射出面、すなわち照明瞳の位置に、図 15 (a)に示すような上 下 2つの楕円形状の断面を有する光束 22aからなる Z方向 2極状の光強度分布を形 成する。

[0053] 一方、第 2旋光部材 16bを介して Z方向直線偏光状態を維持し且つ第 2偏向部材 1 7bを介して図 12中斜め下向きの方向に偏向された第 2光束は、光束分割部材 17の 射出面、すなわち照明瞳の位置に、図 15 (b)に示すような左右 2つの楕円形状の断 面を有する光束 22bからなる X方向 2極状の光強度分布を形成する。なお、図 15 (a) および (b)において、両方向矢印は光の偏光方向を示し、破線で示す円および 2つ の線分は偏向部材 17aおよび 17bの外形に対応している。

[0054] 結像光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳に Z方向 2極状の光強度分布を形成 した第 1光束は、図 5 (a)に示すように、第 1マスク Ml上において X方向に細長く延び る矩形状の照明領域 IR1を形成する。また、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照 明瞳に X方向 2極状の光強度分布を形成した第 2光束は、図 5 (b)に示すように、第 2 マスク M2上にぉ ヽて X方向に細長く延びる矩形状の照明領域 IR2を形成する。すな わち、第 1マスク Mlのパターン領域 PA1のうち、第 1照明領域 IR1に対応するパター ンが、 X方向直線偏光状態の光により 2極照明される。また、第 2マスク M2のパター ン領域 PA2のうち、第 2照明領域 IR2に対応するパターンが、 Y方向直線偏光状態 の光により 2極照明される。

[0055] こうして、図 12の第 2実施形態の露光装置においても、図 1の実施形態と同様に、 投影光学系 PLに対して第 1マスク M 1、第 2マスク M2およびウェハ Wを Y方向に沿つ て同期的に移動させつつ、ウェハ W上の 1つのショット領域に、第 1マスク Mlのパタ 一ンと第 2マスク M2のパターンとを重ねて走査露光することにより 1つの合成パター ンが形成される。そして、投影光学系 PLに対してウエノ、 Wを XY平面に沿って二次元 的にステップ移動させつつ、上述の重ね走査露光を繰り返すことにより、ウェハ W上 の各ショット領域に、第 1マスク Mlのパターンと第 2マスク M2のパターンとの合成パ ターンが逐次形成される。

[0056] なお、上述の第 2実施形態では、第 1光束が照明瞳に形成する Z方向 2極状の光強 度分布の偏光状態を X方向直線偏光状態に設定し、第 2光束が照明瞳に形成する X方向 2極状の光強度分布の偏光状態を Z方向直線偏光状態に設定して 、る。しか しながら、これに限定されることなぐ偏光可変部材 16を構成する旋光部材の種類数 、各種旋光部材の旋光特性、各種旋光部材の配置、偏光可変部材 16に入射する光 の偏光状態などを変化させることにより、第 1光束または第 2光束が照明瞳に形成す る光強度分布の偏光状態について様々な形態を実現することができる。特に、第 1照 明領域 IR1と第 2照明領域 IR2との各々に対する照明条件の 1つである偏光照明状 態を可変にするには、偏光可変部材 16は、ターレット等の交換装置によって、各照 明領域 (IRl, IR2)に対してそれぞれ別の偏光照明状態を実現する偏光可変部材と 交換可能に設けることが良い。

[0057] また、上述の第 2実施形態では、第 1光束および第 2光束が照明瞳に 2極状の光強 度分布を形成している。しカゝしながら、これに限定されることなぐ光束分割部材 17を 構成する第 1偏向部材 17aおよび第 2偏向部材 17bの形状および配置、光束分割部 材 17に入射する光束の断面形状などを変化させることにより、第 1光束や第 2光束が 照明瞳に形成する光強度分布の外形形状について様々な形態を実現することがで きる。また、第 1照明領域 IR1および第 2照明領域 IR2における照明条件を可変とす るために、第 1光束および第 2光束が照明瞳に形成する光強度分布 (照明形状等)を 変更する際には、光束分割部材 17は、ターレット等の交換装置によって、各照明領 域 (IRl, IR2)に対してそれぞれ別の照明条件状態を実現する光束分割部材と交換 可能に設けることが良い。

[0058] また、上述の第 2実施形態では、光束分割部材 17が 2種類の偏向部材 17aと 17bと により構成されている。し力しながら、これに限定されることなぐ例えば一対の扇形の 第 1偏向部材 17aにより実質的に構成された光束分割部材 17'および一対の扇形の 第 1旋光部材 16aにより構成された偏光可変部材 16'を用いて、上述の第 2実施形 態と同様の作用効果を得ることができる。

[0059] 図 16は、第 2実施形態の変形例に力かる光束分割部材および偏光可変部材の構 成を概略的に示す図である。図 16に示す光束分割部材 17'において、扇形のハツ チング領域で示す一対の第 1偏向部材 17aは Y方向に沿って入射した光線を図 12 中斜め上向きの方向に偏向するように構成され、扇形の白抜き領域で示す一対の光 通過部 17cは Y方向に沿って入射した光線を偏向することなく通過させるように構成 されている。一方、偏光可変部材 16'は、一対の第 1偏向部材 17aに対応するように 配置された一対の扇形の第 1旋光部材 16aにより構成されている。

[0060] 図 16の変形例では、第 1旋光部材 16aを介して Z方向直線偏光状態から X方向直 線偏光状態に変換され、且つ第 1偏向部材 17aを介して図 12中斜め上向きの方向 に偏向された第 1光束が、光束分割部材 17'の射出面、すなわち照明瞳の位置に、 図 15 (a)に示すような上下 2つの楕円形状の断面を有する光束 22aからなる Z方向 2 極状の光強度分布を形成する。一方、 Z方向直線偏光状態を維持したまま光通過部 17cを直進した第 2光束は、光束分割部材 17'の射出面、すなわち照明瞳の位置に 、図 15 (b)に示すような左右 2つの楕円形状の断面を有する光束 22bからなる X方向 2極状の光強度分布を形成する。

[0061] こうして、図 16の変形例においても、第 2実施形態と同様に、結像光学系 10の瞳ま たはその近傍の照明瞳に Z方向 2極状の光強度分布を形成した第 1光束は、図 5 (a) に示すように、第 1マスク Ml上において X方向に細長く延びる矩形状の照明領域 IR 1を形成する。また、結像光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳に X方向 2極状の 光強度分布を形成した第 2光束は、図 5 (b)に示すように、第 2マスク M2上において X方向に細長く延びる矩形状の照明領域 IR2を形成する。

[0062] なお、図 16の変形例では、一対の扇形の第 1旋光部材 16aにより偏光可変部材 16

'を構成している力 これに限定されることなぐ一対の扇形の光通過部 17cに対応す るように一対の扇形の第 2旋光部材 16bを付設することもできる。さらに、偏光可変部 材 16 'を構成する旋光部材の種類数、各種旋光部材の旋光特性、各種旋光部材の 配置、偏光可変部材 16'に入射する光の偏光状態などを変化させることにより、第 1 光束または第 2光束が照明瞳に形成する光強度分布の偏光状態について様々な形 態を実現することができる。

[0063] また、上述の第 2実施形態では、第 1実施形態と同様に、第 1光束が第 1マスク Ml 上の第 1照明領域 IR1を形成し、第 2光束が第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2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第 1光束が形成する第 1照明 領域 IR1と第 2光束が形成する第 2照明領域 IR2とを、 1つの共通マスク上において 並列的に配置させる露光装置の変形例も可能である。図 17は、第 2実施形態の変形 例に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。

[0064] 図 17の変形例に力かる露光装置は、図 12に示す実施形態の露光装置と類似の構 成を有する。し力しながら、図 17の変形例では、結像光学系 10を介した第 1光束お よび第 2光束を共通のマスク Mに向かって反射するための光路折曲げ反射鏡 18が 結像光学系 10の直後に設けられている点、および投影光学系 PLとして例えば通常 の屈折光学系を用いている点が、図 12の実施形態と基本的に相違している。以下、 図 12の実施形態との相違点に着目して、図 17の変形例を説明する。

[0065] 図 17の変形例では、光束分割部材 17 (17' )を介して分離された第 1光束が、結像 光学系 10の瞳またはその近傍の照明瞳の位置に例えば 2極状の光強度分布を形成 した後、光路折曲げ反射鏡 18を介して、図 11 (a)に示すように、共通のマスク M上に おいて X方向に細長く延びる矩形状の照明領域 IR1を形成する。一方、光束分割部 材 17 (17' )を介して分離された第 2光束は、結像光学系 10の瞳またはその近傍の 照明瞳の位置に例えば 2極状の光強度分布を形成した後、光路折曲げ反射鏡 18を 介して、図 11 (b)に示すように、共通のマスク M上において X方向に細長く延びる矩 形状の照明領域 IR2を形成する。こうして、図 17の変形例においても図 10の変形例 と同様に、共通のマスク Mの第 1パターン領域 PA1の一部を覆うように第 1照明領域 I R1が形成され、第 1パターン領域 PA1と Y方向に沿って隣り合う第 2パターン領域 P A2の一部を覆うように第 2照明領域 IR2が形成される。

[0066] ところで、図 12〜図 16にて示した実施形態において、第 1マスク Ml上の第 1照明 領域 IR1と第 2マスク M2上の第 2照明領域 IR2とをそれぞれ異なる所定の照明条件 のもとで照明しているが、双方の照明領域での照明条件を変更することが可能である

。図 18は、第 1照明領域 IR1と第 2照明領域 IR2との各照明条件を独立に変更する 可変手段 (可変部材)として機能するビーム形状可変部 4の構成を示す図である。図 18に示すように、ビーム形状可変部 4は、回折光学素子 41と、変倍光学系 42とを有 し、回折光学素子 41は、ターレット等の交換装置によって、各照明領域 (IR1, IR2) に対してそれぞれ別の照明条件を実現する別の回折光学素子と交換可能に構成さ れている。

[0067] ここで、回折光学素子 41は、例えば、図 19 (a)に示すように、第 1回折領域 41Aと 第 2回折領域 41Bとを有する。第 1回折領域 41Aを照明する光 LBは、この第 1回折 領域 41Aにて回折作用を受けて、光束分割部材 17の射出面、すなわち照明瞳の位 置には、図 19 (b)に示すような上下 2つの扇形形状の断面を有する光束 (LB1, LB 2)からなる Z方向の 2極状の光強度分布を形成する。このとき、 Z方向の 2極状の光 強度分布は、図 19 (b)に示すように、偏光可変手段としての偏光可変部材 16での第 1旋光部材 16a (図 13および図 14を参照）により X方向に直線偏光する光に変換さ れる。そして、第 1マスク Mlの第 1照明領域 IR1に対応するパターンは、 X方向の直 線偏光状態の光 (照明瞳では扇形断面を有する光）により 2極照明される。

[0068] また、第 2回折領域 41Bを照明する光 LBは、この第 2回折領域 41Bにて回折作用 を受けて、光束分割部材 17の射出面、すなわち照明瞳の位置には、図 19 (c)に示 すような左右 2つの扇形形状の断面を有する光束 (LB3, LB4)からなる X方向の 2極 状の光強度分布を形成する。このとき、 X方向の 2極状の光強度分布は、図 19 (c)に 示すように、偏光可変手段としての偏光可変部材 16での第 2旋光部材 16b (図 13お よび図 14を参照）により Z方向に直線偏光する光に変換される。そして、第 2マスク M 2の第 2照明領域 IR2に対応するパターンは、 Y方向の直線偏光状態の光 (照明瞳 では扇形断面を有する光）により 2極照明される。

[0069] ここで、第 1照明領域 IR1と第 2照明領域 IR2との各照明条件の変更は、図 18に示 す回折光学素子 41の交換または変倍光学系 42によって達成される。まず、ターレツ ト等の交換装置によって、回折光学素子 41を、各照明領域 (IR1, IR2)に対してそ れぞれ別の照明条件を実現する別の回折光学素子 141と交換する。回折光学素子 141は、例えば、図 20 (a)に示すように、第 1回折領域 141Aと第 2回折領域 141Bと を有する。第 1回折領域 141Aを照明する光 LBは、この第 1回折領域 141Aにて回 折作用を受けて、光束分割部材 17の射出面、すなわち照明瞳の位置には、図 20 (b )に示すような上下 2つの円形形状の断面を有する光束 (LB11, LB12)からなる Z方 向の 2極状の光強度分布を形成する。

[0070] このとき、 Z方向の 2極状の光強度分布は、図 20 (b)に示すように、偏光可変部材 1 6の第 1旋光部材 16a (図 13および図 14を参照）により X方向に直線偏光する光に変 換される。そして、第 1マスク Mlの第 1照明領域 IR1に対応するパターンは、 X方向 の直線偏光状態の光 (照明瞳では円形断面を有する光）により 2極照明される。この 場合、回折光学素子 41が光路内に配置されていたときとは 2極照明時の照明瞳での 光の断面形状が異なるため、別の照明条件のもとで、第 1マスク Mlの第 1照明領域 I R1に対応するパターンは照明される。

[0071] また、回折光学素子 141の第 2回折領域 141Bを照明する光 LBは、この第 2回折 領域 141Bにて回折作用を受けて、光束分割部材 17の射出面、すなわち照明瞳の 位置には、図 20 (c)に示すような左右 2つの円形形状の断面を有する光束 (LB13, LB14)からなる X方向の 2極状の光強度分布を形成する。このとき、 X方向の 2極状 の光強度分布は、図 20 (c)に示すように、偏光可変部材 16の第 2旋光部材 16b (図 13および図 14を参照）により Z方向に直線偏光する光に変換される。そして、第 2マ スク M2の第 2照明領域 IR2に対応するパターンは、 Y方向の直線偏光状態の光 (照 明瞳では円形断面を有する光）により 2極照明される。この場合、回折光学素子 41が 光路内に配置されていたときとは 2極照明時の照明瞳での光の断面形状が異なるた め、別の照明条件のもとで、第 2マスク M2の第 2照明領域 IR2に対応するパターンは 照明される。

[0072] 次に、変倍光学系 42による照明条件の変更は、変倍光学系 42を構成する移動可 能な複数のレンズを、光軸 AXに沿って移動させることにより行うことができる。すなわ ち、複数のレンズを光軸 AXに沿って移動させて、図 19および図 20に示されるように 照明瞳に形成される光強度分布を拡大または縮小することにより、第 1照明領域 IR1 と第 2照明領域 IR2との各照明条件の変更を行うことができる。 [0073] なお、図 18〜図 20の構成は、図 17に示される実施形態にそのまま適用できること は言うまでもない。また、以上の図 1〜図 11に示した実施形態において、照明条件の 変更のために、図 18に示すように、ビーム形状可変部 4の回折光学素子 41の交換 や変倍光学系 42の変倍を行うようにしても良いことは言うまでもない。図 1〜図 6に示 す実施形態では、照明条件の変更のために、照明瞳に所望の光強度分布を形成す る回折光学素子 41を交換可能に構成すれば良い。

[0074] また、図 7〜図 9に示す実施形態では、円形照明を形成するために円形光束を形 成する回折光学素子をビーム形状可変部 4内に配置した例を示している力 図 19お よび図 20に示すように、所望の輪帯照明を形成するために輪帯光束を形成する第 1 回折領域と、円形照明を形成するために円形光束を形成する第 2回折領域とを有す る回折光学素子を、ビーム形状可変部 4内に配置されるべき回折光学素子としても 良い。これにより、第 1照明領域 IR1と第 2照明領域 IR2との各照明条件の変更を行う ことができる。

[0075] ところで、図 18〜図 20に示した実施形態の変形例にて、図 21および図 22に示す 構成とすることも可能である。この場合、図 12〜図 16に示した各実施形態における 偏光可変部材 16を単なる光透過性の部材として構成することが好ましい。図 21では 、図 18の回折光学素子 41の入射側に偏光可変部材 43が配置され、この偏光可変 部材 43は偏光素子または旋光性の素子で構成されている。

[0076] ここで、偏光可変部材 43は、図 22 (a)に示すように、回折光学素子 41の第 1回折 領域 41Aに対応する第 1偏光可変領域 43A、および回折光学素子 41の第 2回折領 域 41Bに対応すると第 2偏光可変領域 43Bとを有する。第 1偏光可変領域 43Aを照 明する光 LBは、この第 1偏光可変領域 43Aにて偏光作用により X方向に偏光する直 線偏光の光に変換される。その後、この直線偏光する光は、第 1回折領域 41Aにて 回折作用を受けて、光束分割部材 17の射出面、すなわち照明瞳の位置には、図 22 (b)に示すような上下 2つの扇形形状の断面を有する光束 (LB1, LB2)力 なる Z方 向の 2極状の光強度分布を形成する。そして、第 1マスク Mlの第 1照明領域 IR1に 対応するパターンは、 X方向の直線偏光状態の光 (照明瞳では扇形断面を有する光 )により 2極照明される。 [0077] また、第 2偏光可変領域 43Bを照明する光 LBは、この第 2偏光可変領域 43Bにて 偏光作用により Z方向に偏光する直線偏光の光に変換される。その後、この直線偏 光する光は、第 2回折領域 41Bにて回折作用を受けて、光束分割部材 17の射出面 、すなわち照明瞳の位置には、図 22 (c)に示すような左右 2つの扇形形状の断面を 有する光束 (LB3, LB4)からなる X方向の 2極状の光強度分布を形成する。そして、 第 2マスク M2の第 2照明領域 IR2に対応するパターンは、 Y方向の直線偏光状態の 光 (照明瞳では扇形断面を有する光）により 2極照明される。

[0078] 図 21および図 22に示した変形例では、偏光可変部材 43を回折光学素子 41の入 射側に配置した例を示したが、回折光学素子 41の射出側に偏光可変部材 43を配 置することも可能である。また、回折光学素子 41の第 1回折領域および第 2回折領域 をそれぞれ所定の厚さを持つ水晶等の旋光性の材料で構成し、回折光学素子 41〖こ 偏光可変部材 43の機能を兼用させることも可能である。

[0079] なお、上述の各実施形態および変形例では、旋光部材を用いて偏光可変部材を 構成しているが、これに限定されることなぐ例えば波長板を用いて偏光可変部材を 構成することもできる。また、上述の各実施形態および変形例では、光束分割部材の 直前に偏光可変部材を配置しているが、これに限定されることなぐ偏光可変部材ぉ よび光束分割部材の配置にっ 、ては様々な形態が可能である。

[0080] 図 18〜図 22に示した各実施の形態においても、第 1照明領域 IR1と第 2照明領域 IR2との各々に対する照明条件の 1つである偏光照明状態を可変にするには、偏光 可変部材 16は、ターレット等の交換装置によって、各照明領域 (IRl, IR2)に対して それぞれ別の偏光照明状態を実現する偏光可変部材と交換可能に設けることが良 い。また、第 1照明領域 IR1および第 2照明領域 IR2における照明条件を可変とする ために、第 1光束および第 2光束が照明瞳に形成する光強度分布 (照明形状等)を 変更する際には、光束分割部材 17は、ターレット等の交換装置によって、各照明領 域 (IRl, IR2)に対してそれぞれ別の照明条件状態を実現する光束分割部材と交換 可能に設けることが良い。

[0081] また、上述の各実施形態および変形例では、 2種類のパターンを感光性基板 (ゥェ ノ、）上の同一ショット領域に重ね焼きして 1つの合成パターンを形成する二重露光に 関連して本発明を説明している。し力しながら、これに限定されることなぐ 3種類以上 のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして 1つの合成パターンを 形成する多重露光に対しても同様に本発明を適用することができる。

[0082] また、上述の各実施形態および変形例では、感光性基板上の 1つのショット領域に 、第 1パターンと第 2パターンとを重ねて走査露光することにより 1つの合成パターン 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第 1パターンを感光性基板 上の第 1ショット領域に走査露光または一括露光し、第 2パターンを感光性基板上の 第 2ショット領域に走査露光または一括露光することもできる。

[0083] また、上述の各実施形態および変形例では、第 1マスクの第 1照明領域のパターン 像と第 2マスクの第 2照明領域のパターン像とが感光性基板上において並列的に形 成されている。し力しながら、これに限定されることなぐ第 1マスクの第 1照明領域の ノターン像と第 2マスクの第 2照明領域のパターン像とを合致させて感光性基板上に 形成する投影光学系を用いて、感光性基板上の 1つのショット領域に、第 1パターン と第 2パターンとを重ねて走査露光または一括露光することにより 1つの合成パターン を形成することちできる。

[0084] また、図 1の実施形態および図 12の実施形態では、 1つの投影光学系を用いて、 2 つのマスク上のパターンを 1つの感光性基板に露光している。し力しながら、これに限 定されることなぐ一対 (一般には複数)の投影光学系を用いて、各マスクパターンを 、対応する感光性基板に露光することもできる。

[0085] また、図 1の実施形態および図 12の実施形態では、屈折系と偏向ミラーとからなる 双頭型の投影光学系を用いている。し力しながら、これに限定されることなぐ例えば 図 23に示すように屈折系と偏向ミラーとからなる別のタイプの双頭型の投影光学系 P Lや、図 24に示すような反射屈折型で双頭型の投影光学系 PLを用いることができる 。また、第 1マスクのパターン像と第 2マスクのパターン像とを合致させて感光性基板 上に形成する投影光学系として、図 25に示すようなビームスプリツターを用いる双頭 型の投影光学系 PLを用いることができる。

[0086] 以上の各実施形態では、光源から光束分割部材までの光路に配置されている光学 系は、全て共通光学系であるが、光束分割部材から被照射面 (第 1および第 2照明 領域)までの光路に配置される光学系（コンデンサー光学系や結像光学系）は、少な くとも一部を共通光学系とすることができる。さらには、光束分割部材により分岐され た光を被照射面 (第 1および第 2照明領域)へそれぞれ独立の光学系によって導くこ とも可能である。

[0087] 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、本実施形 態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成す ることによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につ き図 26のフローチャートを参照して説明する。

[0088] 先ず、図 26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、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上の パターンの像がその投影光学系を介して、その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に 順次露光転写される。その後、ステップ 304において、その 1ロットのウェハ上のフォト レジストの現像が行われた後、ステップ 305において、その 1ロットのウェハ上でレジス トパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応す る回路パターン力 各ウェハ上の各ショット領域に形成される。

[0089] 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。なお、 ステップ 301〜ステップ 305では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジスト を塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っている力 これらの工程に先 立って、ウェハ上にシリコンの酸ィ匕膜を形成後、そのシリコンの酸ィ匕膜上にレジストを 塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない

[0090] また、本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 27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 27において、パターン形成工程 401では、本実施形態 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ェ 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。

[0091] 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されたり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。

[0092] 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。

[0093] なお、上述の各実施形態では、光源として KrFエキシマレーザ光源または ArFェキ シマレーザ光源を用いている力 これに限定されることなぐ例えば Fレーザ光源の

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ように他の適当な光源を用いる露光装置に対して本発明を適用することもできる。ま た、上述の各実施形態では、露光装置に搭載されてマスクを照明する照明光学装置 を例にとって本発明を説明しているが、マスク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。

Claims

請求の範囲

[1] 照明光学装置において、

照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置されて、入射光束を第 1光束と第 2光 束とに分割して第 1照明領域と第 2照明領域とを形成するための光束分割部材と、 前記第 1光束を前記第 1照明領域へ導く第 1導光光学系と、

前記第 2光束を前記第 1照明領域から離間した前記第 2照明領域へ導く第 2導光 光学系とを備えていることを特徴とする照明光学装置。

[2] 前記第 1光束および前記第 2光束のうちの少なくとも一方の偏光状態を変化させるた めの偏光可変部材を備えていることを特徴とする請求項 1に記載の照明光学装置。

[3] 前記偏光可変部材は、前記光束分割部材に近接して配置されて 、ることを特徴とす る請求項 2に記載の照明光学装置。

[4] 前記第 1導光光学系と前記第 2導光光学系とは、前記光束分割部材を経た直後の 前記第 1光束および前記第 2光束を導くための共通の光学系を有することを特徴とす る請求項 1乃至 3のいずれ力 1項に記載の照明光学装置。

[5] 前記第 1導光光学系は、前記共通の光学系を介して分離された前記第 1光束を前記 第 1照明領域へ導くリレー光学系を有することを特徴とする請求項 4に記載の照明光 学装置。

[6] 波面分割型のオプティカルインテグレータを備え、

前記光束分割部材は、前記オプティカルインテグレータの射出面の近傍に配置さ れていることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれか 1項に記載の照明光学装置。

[7] 前記光束分割部材は、前記オプティカルインテグレータの各波面分割領域に対応す るように配置された複数の偏向部材を有することを特徴とする請求項 6に記載の照明 光学装置。

[8] 前記偏光可変部材は、前記オプティカルインテグレータの各波面分割領域に対応す るように配置された複数の旋光部材を有することを特徴とする請求項 6または 7に記 載の照明光学装置。

[9] オプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータの後側に配置された結 像光学系とを備え、 前記光束分割部材は、前記結像光学系の瞳の位置またはその近傍の位置に配置 されていることを特徴とする請求項 1乃至 5のいずれ力 1項に記載の照明光学装置。

[10] 前記光束分割部材は、入射光束の一部を偏向して第 1方向に沿って進む前記第 1 光束に変換する偏向部材と、入射光束の一部を偏向することなく通過させる光通過 部とを有することを特徴とする請求項 9に記載の照明光学装置。

[11] 前記偏光可変部材は、前記偏向部材に対応して設けられた旋光部材を有することを 特徴とする請求項 10に記載の照明光学装置。

[12] 前記光束分割部材は、入射光束の一部を偏向して第 1方向に沿って進む前記第 1 光束に変換する第 1偏向部材と、入射光束の一部を偏向して第 2方向に沿って進む 前記第 2光束に変換する第 2偏向部材とを有することを特徴とする請求項 9に記載の 照明光学装置。

[13] 前記偏光可変部材は、前記第 1偏向部材および前記第 2偏向部材のうちの少なくと も一方に対応して設けられた旋光部材を有することを特徴とする請求項 12に記載の 照明光学装置。

[14] 光源からの光を前記光束分割部材へ導く共通光学系を備えることを特徴とする請求 項 1乃至 13のいずれか 1項に記載の照明光学装置。

[15] 前記共通光学系は、前記第 1照明領域での第 1照明条件と前記第 2照明領域での 第 2照明条件とを可変にする可変手段を有することを特徴とする請求項 14に記載の 照明光学装置。

[16] 入射する光を第 1光束と第 2光束とに分割して第 1照明領域と第 2照明領域とを形成 する光束分割部材と、

前記第 1光束を前記第 1照明領域へ導く第 1導光光学系と、

前記第 2光束を前記第 1照明領域から分離した前記第 2照明領域へ導く第 2導光 光学系と、

光源からの光を前記光束分割部材へ導く共通光学系とを備え、

前記共通光学系は、前記第 1照明領域での第 1照明条件と前記第 2照明領域での 第 2照明条件とを可変にする可変手段を有することを特徴とする照明光学装置。

[17] 前記光源と前記可変手段との間の光路または前記可変手段と前記光束分割部材と の間の光路に、前記第 1照明領域にて所望の偏光状態に設定すると共に、前記第 2 照明領域にて所望の偏光状態に設定する偏光可変手段を配置することを特徴とす る請求項 16に記載の照明光学装置。

[18] 入射する光を第 1光束と第 2光束とに分割して第 1照明領域と第 2照明領域とを形成 する光束分割部材と、

前記第 1光束を前記第 1照明領域へ導く第 1導光光学系と、

前記第 2光束を前記第 1照明領域から分離した前記第 2照明領域へ導く第 2導光 光学系と、

光源と前記光束分割部材との間の光路に配置されて、前記第 1照明領域での第 1 照明条件と前記第 2照明領域での第 2照明条件とをそれぞれ設定する設定部材とを 有することを特徴とする照明光学装置。

[19] 前記第 1導光光学系と前記第 2導光光学系とは、前記光束分割部材を経た直後の 前記第 1光束および前記第 2光束を導くための共通の光学系を有することを特徴とす る請求項 18に記載の照明光学装置。

[20] 前記設定部材は、前記第 1照明領域での前記第 1照明条件と前記第 2照明領域で の前記第 2照明条件とをそれぞれ可変とする可変部材を有することを特徴とする請求 項 18に記載の照明光学装置。

[21] 前記設定部材は、前記第 1照明領域を第 1偏光照明状態に設定すると共に前記第 2 照明領域を第 2偏光照明状態に設定する偏光設定部材を有することを特徴とする請 求項 18に記載の照明光学装置。

[22] 前記設定部材は、照明瞳での光強度分布を変化させて前記第 1照明領域での照明 条件を変化させると共に、前記第 2照明領域での照明条件を変化させることを特徴と する請求項 18に記載の照明光学装置。

[23] 前記設定部材は、入射光を回折させて前記照明瞳に所望の光強度分布を形成する 回折光学素子と、前記照明瞳での光強度分布を変化させる変倍光学系とを有するこ とを特徴とする請求項 22に記載の照明光学装置。

[24] 前記設定部材は、前記光束分割部材に対して光源側に近接して配置された偏光部 材を有することを特徴とする請求項 18に記載の照明光学装置。

[25] 前記光束分割部材は、照明瞳またはその近傍に配置されることを特徴とする請求項

18乃至 24のいずれか 1項に記載の照明光学装置。

[26] 請求項 1乃至 25のいずれか 1項に記載の照明光学装置を備え、該照明光学装置に より照明された所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。

[27] 前記第 1照明領域により照明された第 1マスクのパターン像および前記第 2照明領域 により照明された第 2マスクのパターン像を前記感光性基板に投影するための投影 光学系を備えていることを特徴とする請求項 26に記載の露光装置。

[28] 請求項 26または 27に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性 基板に露光する露光工程と、

前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とす るデバイス製造方法。