JP2008047745A

JP2008047745A - Optical illumination apparatus, exposure apparatus and device manufacturing method

Info

Publication number: JP2008047745A
Application number: JP2006222907A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Tanaka; 裕久田中
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-08-18
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2008-02-28

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical illumination apparatus capable of individually illuminating two regions at predetermined illumination conditions, using two inner-reflection optical integrators juxtaposed. <P>SOLUTION: A first illumination system for illuminating a first illumination region (IR1) has an inner-reflection first optical integrator (7A) having a predetermined first cross section, and a second illumination system for illuminating a second illumination region (IR2) has an inner-reflection second optical integrator (7B) having a predetermined second cross section. One side of the first optical integrator is disposed in non-parallel to two adjacent sides of cross sections of the second optical integrator. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

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工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関するものである。 The present invention relates to an illumination optical apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method, and more particularly to an illumination optical apparatus suitable for an exposure apparatus for manufacturing devices such as semiconductor elements, imaging elements, liquid crystal display elements, and thin film magnetic heads in a lithography process. It is about.

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おいて、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。 In a photolithography process for manufacturing a semiconductor element or the like, a pattern image of a mask (or reticle) is projected and exposed onto a photosensitive substrate (a wafer coated with a photoresist, a glass plate, etc.) via a projection optical system. An exposure apparatus is used. In a normal exposure apparatus, one type of pattern is formed in one shot area (unit exposure area) on the photosensitive substrate.

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いる（特許文献１を参照）。 On the other hand, in order to improve the throughput, a double exposure method has been proposed in which two types of patterns are overprinted on the same shot region on the photosensitive substrate to form one composite pattern (see Patent Document 1). reference).

特開２０００−２１７４８号公報JP 2000-21748 A

二重露光方式の露光装置では、２つの領域を個別に照明すること、例えば転写パターンの特性に応じた所要の照明条件で個別に照明することが重要である。一方、マスク上の照度を均一化し、ひいては感光性基板上の照度を均一化するためのオプティカルインテグレータとして、フライアイレンズやマイクロフライアイレンズのような波面分割型のオプティカルインテグレータ以外に、ロッドインテグレータのような内面反射型のオプティカルインテグレータが知られている。 In the double exposure type exposure apparatus, it is important to individually illuminate the two regions, for example, individually under the required illumination conditions according to the characteristics of the transfer pattern. On the other hand, as an optical integrator for uniformizing the illuminance on the mask and thus the illuminance on the photosensitive substrate, in addition to the wavefront division type optical integrator such as the fly-eye lens and the micro fly-eye lens, Such an internal reflection type optical integrator is known.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、並列配置された２つの内面反射型のオプティカルインテグレータを用いて、２つの領域を所要の照明条件で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。また、本発明は、２つの領域を所要の照明条件で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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and illumination optics capable of individually illuminating two regions under required illumination conditions using two internal reflection type optical integrators arranged in parallel. An object is to provide an apparatus. The present invention also provides an exposure apparatus that can expose a fine pattern to a photosensitive substrate with a high throughput by a double exposure method using an illumination optical apparatus that individually illuminates two regions under required illumination conditions. The purpose is to do.

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、第１照明領域を照明する第１照明系と、第２照明領域を照明する第２照明系とを備えた照明光学装置であって、
前記第１照明系は、所定の第１断面を有する内面反射型の第１オプティカルインテグレータを有し、
前記第２照明系は、所定の第２断面を有する内面反射型の第２オプティカルインテグレータを有し、
前記第１オプティカルインテグレータの断面の一辺は、前記第２オプティカルインテグレータの断面の隣り合う２つの辺に対して非平行に配置されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。 In order to solve the above-described problem, according to a first aspect of the present invention, there is provided an illumination optical apparatus including a first illumination system that illuminates a first illumination area and a second illumination system that illuminates a second illumination area. ,
The first illumination system includes an inner reflection type first optical integrator having a predetermined first cross section,
The second illumination system includes an internal reflection type second optical integrator having a predetermined second cross section,
One side of the cross section of the first optical integrator is arranged non-parallel to two adjacent sides of the cross section of the second optical integrator.

本発明の第２形態では、矩形状の第１照明領域を照明する第１照明系と、矩形状の第２照明領域を照明する第２照明系とを備えた照明光学装置であって、
前記第１照明系は、前記第１照明領域の一辺の方向に対応する第１方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布と前記第１方向と直交する第２方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布とからなる４極状の光強度分布を前記第１照明系の照明瞳に形成する第１瞳強度分布形成部材を有し、
前記第２照明系は、前記第１方向と所定角度をなす第３方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布と前記第３方向と直交する第４方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布とからなる４極状の光強度分布を前記第２照明系の照明瞳に形成する第２瞳強度分布形成部材を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an illumination optical apparatus that includes a first illumination system that illuminates a rectangular first illumination area, and a second illumination system that illuminates a rectangular second illumination area,
The first illumination system has two light intensity distributions spaced along a first direction corresponding to a direction of one side of the first illumination region and a distance along a second direction orthogonal to the first direction. A first pupil intensity distribution forming member that forms a quadrupole light intensity distribution consisting of two separated light intensity distributions on the illumination pupil of the first illumination system;
The second illumination system includes two light intensity distributions spaced along a third direction that forms a predetermined angle with the first direction, and two spaced apart along a fourth direction orthogonal to the third direction. There is provided an illumination optical apparatus comprising a second pupil intensity distribution forming member that forms a quadrupole light intensity distribution consisting of two light intensity distributions on an illumination pupil of the second illumination system.

本発明の第３形態では、第１形態または第２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。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus of the first or second aspect, and exposing a pattern illuminated by the illumination optical apparatus onto a photosensitive substrate.

本発明の第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記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。 In the fourth embodiment of the present invention, using the exposure apparatus of the third embodiment, an exposure step of exposing the pattern to the photosensitive substrate;
And a developing process for developing the photosensitive substrate that has undergone the exposure process.

本発明の照明光学装置では、並列配置された２つの内面反射型のオプティカルインテグレータを用いて、照明瞳での光強度分布の形状または大きさをパラメータとする所要の照明条件で、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、２つの領域を所要の照明条件で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、ひいては良好なデバイスを高スループットで製造することができる。 In the illumination optical device of the present invention, two regions are formed under required illumination conditions using two internal reflection type optical integrators arranged in parallel as parameters of the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil. Can be individually illuminated. Therefore, in the exposure apparatus of the present invention, a fine pattern can be exposed to a photosensitive substrate with a high throughput by a double exposure method using an illumination optical apparatus that individually illuminates two regions under a required illumination condition. As a result, a good device can be manufactured with high throughput.

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の法線方向に沿ってＹ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Ｚ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。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Y axis along the normal direction of the wafer W, which is a photosensitive substrate, the Z axis in the direction parallel to the plane of FIG. 1 in the plane of the wafer W, and the plane of the wafer W in FIG. The X axis is set in the direction perpendicular to the paper surface. Referring to FIG. 1, the exposure apparatus of this embodiment includes a light source 1 for supplying exposure light (illumination light).

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などを用いることができる。光源１から光軸ＡＸに沿って射出された光束は、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大された後、偏光ビームスプリッター３に入射する。偏光ビームスプリッター３を透過したＰ偏光の光すなわちＹ方向に偏光する直線偏光の光は、光路折り曲げ反射鏡４により反射されてＺ方向に偏光する直線偏光の光となり、第１照明系の光軸ＡＸ１に沿って回折光学素子５Ａに入射する。 As the light source 1, for example, an ArF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of about 193 nm, a KrF excimer laser light source that supplies light having a wavelength of about 248 nm, or the like can be used. A light beam emitted from the light source 1 along the optical axis AX is expanded into a light beam having a required cross-sectional shape by the shaping optical system 2 and then enters the polarization beam splitter 3. The P-polarized light transmitted through the polarizing beam splitter 3, that is, linearly polarized light polarized in the Y direction, is reflected by the optical path bending reflecting mirror 4 and becomes linearly polarized light polarized in the Z direction, and the optical axis of the first illumination system The light enters the diffractive optical element 5A along AX1.

一方、偏光ビームスプリッター３で反射されたＳ偏光の光すなわちＸ方向に偏光する直線偏光の光は、第２照明系の光軸ＡＸ２に沿って回折光学素子５Ｂに入射する。回折光学素子５Ａは、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１を照明する第１照明系の光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。回折光学素子５Ｂは、マスクＭ上の第２照明領域ＩＲ２を照明する第２照明系の光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。 On the other hand, S-polarized light reflected by the polarization beam splitter 3, that is, linearly-polarized light polarized in the X direction, enters the diffractive optical element 5B along the optical axis AX2 of the second illumination system. The diffractive optical element 5A is configured to be detachable with respect to the optical path of the first illumination system that illuminates the first illumination region IR1 on the mask M, and forms another light intensity distribution in the far field. It is configured to be interchangeable. The diffractive optical element 5B is configured to be detachable with respect to the optical path of the second illumination system that illuminates the second illumination region IR2 on the mask M, and forms another light intensity distribution in the far field. It is configured to be interchangeable.

以下、説明を簡単にするために、第１照明系の光路中に配置された回折光学素子５Ａおよび第２照明系の光路中に配置された回折光学素子５Ｂがともに４極照明用の回折光学素子であるものとする。回折光学素子５Ａで回折された光は、アフォーカルレンズ６を介して、第１照明系のロッドインテグレータ７Ａに入射する。回折光学素子５Ｂで回折された光は、アフォーカルレンズ６を介して、第２照明系のロッドインテグレータ７Ｂに入射する。なお、アフォーカルレンズ６の瞳位置またはその近傍位置には旋光ユニット８が配置されているが、その構成および作用については後述する。 Hereinafter, for the sake of simplicity, the diffractive optical element 5A disposed in the optical path of the first illumination system and the diffractive optical element 5B disposed in the optical path of the second illumination system are both diffractive optics for quadrupole illumination. It shall be an element. The light diffracted by the diffractive optical element 5A enters the rod integrator 7A of the first illumination system via the afocal lens 6. The light diffracted by the diffractive optical element 5B enters the rod integrator 7B of the second illumination system via the afocal lens 6. The optical rotation unit 8 is disposed at or near the pupil position of the afocal lens 6, and the configuration and operation thereof will be described later.

第１照明系と第２照明系とに共通のアフォーカルレンズ６は、前側レンズ群６ａの前側焦点位置と回折光学素子５Ａ，５Ｂの位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群６ｂの後側焦点位置と一対のロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂの入射面７Ａａ，７Ｂａの位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。すなわち、アフォーカルレンズ６は、回折光学素子５Ａ，５Ｂの回折面とロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂの入射面７Ａａ，７Ｂａとを光学的に共役にするリレー光学系を構成している。 The afocal lens 6 common to the first illumination system and the second illumination system is such that the front focal position of the front lens group 6a substantially coincides with the position of the diffractive optical elements 5A and 5B and the rear side of the rear lens group 6b. This is an afocal system (non-focal optical system) set so that the focal position and the positions of the incident surfaces 7Aa and 7Ba of the pair of rod integrators 7A and 7B substantially coincide with each other. That is, the afocal lens 6 constitutes a relay optical system that optically conjugates the diffractive surfaces of the diffractive optical elements 5A and 5B and the incident surfaces 7Aa and 7Ba of the rod integrators 7A and 7B.

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。一対の回折光学素子５Ａおよび５Ｂは、図２（ａ）に示すように、照明光学装置の光軸ＡＸを挟んでＺ方向に並んで配置されている。第１照明系の回折光学素子５Ａは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、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）に十字型４極状の光強度分布を形成する機能を有する。 In general, a diffractive optical element is formed by forming a step having a pitch of the wavelength of exposure light (illumination light) on a substrate, and has a function of diffracting an incident beam to a desired angle. As shown in FIG. 2A, the pair of diffractive optical elements 5A and 5B are arranged side by side in the Z direction with the optical axis AX of the illumination optical device interposed therebetween. The diffractive optical element 5A of the first illumination system has a function of forming a cross-shaped quadrupole light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. .

具体的に、回折光学素子５Ａに入射したほぼ平行光束は、図２（ｂ）に示すように、アフォーカルレンズ６の瞳面に、第１照明系の光軸ＡＸ１を中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布２０ａ，２０ｃと、光軸ＡＸ１を中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布２０ｂ，２０ｄとからなる十字型４極状の光強度分布を形成する。光強度分布２０ａ〜２０ｄを形成する光は、図中両方向矢印で示すように、Ｚ方向に偏光するＺ方向直線偏光状態である。 Specifically, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 5A is spaced in the Z direction on the pupil plane of the afocal lens 6 about the optical axis AX1 of the first illumination system as shown in FIG. 2B. A cross-shaped quadrupole light intensity distribution is formed, which includes two light intensity distributions 20a and 20c spaced apart from each other and two light intensity distributions 20b and 20d spaced apart in the X direction around the optical axis AX1. The light that forms the light intensity distributions 20a to 20d is in the Z-direction linearly polarized state that is polarized in the Z direction, as indicated by the double-directional arrows in the figure.

第２照明系の回折光学素子５Ｂは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、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Ｘ字型４極状の光強度分布を形成する機能を有する。具体的に、回折光学素子５Ｂに入射したほぼ平行光束は、図２（ｃ）に示すように、アフォーカルレンズ６の瞳面に、第２照明系の光軸ＡＸ２を中心として、＋Ｚ方向および＋Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた２つの光強度分布２０ｅ，２０ｇと、光軸ＡＸ２を中心として、＋Ｚ方向および−Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた２つの光強度分布２０ｆ，２０ｈとからなるＸ字型４極状の光強度分布を形成する。光強度分布２０ｅ〜２０ｈを形成する光は、図中両方向矢印で示すように、Ｘ方向に偏光するＸ方向直線偏光状態である。 The diffractive optical element 5B of the second illumination system has a function of forming an X-shaped quadrupole light intensity distribution in the far field (or Fraunhofer diffraction region) when a parallel light beam having a rectangular cross section is incident. Have. Specifically, as shown in FIG. 2C, the substantially parallel light beam incident on the diffractive optical element 5B is formed on the pupil plane of the afocal lens 6 in the + Z direction around the optical axis AX2 of the second illumination system. Two light intensity distributions 20e and 20g spaced apart from each other in the direction of 45 degrees with the + X direction, and two lights separated from each other in the direction of 45 degrees with the + Z direction and the -X direction around the optical axis AX2. An X-shaped quadrupole light intensity distribution consisting of the intensity distributions 20f and 20h is formed. The light that forms the light intensity distributions 20e to 20h is in the X-direction linearly polarized state that is polarized in the X direction, as indicated by the double arrows in the figure.

ロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂは、照明領域ＩＲ１，ＩＲ２を照明する光の照度を均一化する内面反射型のオプティカルインテグレータである。ロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂは、例えば石英や蛍石のような光学材料からなる内面反射型のロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面に沿って内面反射数に応じた数の光源像を形成する。ここで、形成される光源像のほとんどは虚像であるが、中心（集光点）の光源像のみが実像となる。すなわち、図３（ａ）に示すように、ロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂに入射した光束は内面反射により角度方向に分割され、集光点を通りその入射面７Ａａ，７Ｂａに平行な面（ロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂの瞳面）に沿って多数の光源像からなる二次光源が形成される。 The rod integrators 7A and 7B are internal reflection type optical integrators that uniformize the illuminance of light that illuminates the illumination regions IR1 and IR2. The rod integrators 7A and 7B are inner surface reflection type rods made of an optical material such as quartz or fluorite, for example. The rod integrators 7A and 7B pass through the condensing point using total reflection at the boundary surface between the inside and the outside, that is, the inner surface. A number of light source images corresponding to the number of internal reflections is formed along a plane parallel to the incident surface. Here, most of the light source images to be formed are virtual images, but only the light source image at the center (condensing point) is a real image. That is, as shown in FIG. 3 (a), the light beams incident on the rod integrators 7A and 7B are divided in the angular direction by internal reflection, and pass through the condensing points and are parallel to the incident surfaces 7Aa and 7Ba (rod integrators 7A). , 7B pupil plane), a secondary light source consisting of a large number of light source images is formed.

第１照明系のロッドインテグレータ７Ａは、図４に示すように、例えば光軸ＡＸ１を中心とした矩形状の断面（ひいては矩形状の射出面７Ａｂ）を有し、この矩形状の断面の隣り合う２つの辺がＸ方向およびＺ方向にそれぞれ平行になるような姿勢で位置決めされている。一方、第２照明系のロッドインテグレータ７Ｂは、図４に示すように、例えば光軸ＡＸ２を中心とした正方形状の断面（ひいては正方形状の射出面７Ｂｂ）を有し、この正方形状の断面を規定する一対の対角線がＸ方向およびＺ方向にそれぞれ平行になるような姿勢で位置決めされている。換言すれば、ロッドインテグレータ７Ｂは、通常姿勢で位置決めされたロッドインテグレータ７ＡをＹ軸廻りに４５度回転させたような回転姿勢で位置決めされている。 As shown in FIG. 4, the rod integrator 7A of the first illumination system has, for example, a rectangular cross section (as a result, a rectangular exit surface 7Ab) centered on the optical axis AX1, and the rectangular cross sections are adjacent to each other. The two sides are positioned so as to be parallel to the X direction and the Z direction, respectively. On the other hand, as shown in FIG. 4, the rod integrator 7B of the second illumination system has, for example, a square cross section centered on the optical axis AX2 (as a result, the square exit surface 7Bb). The positioning is performed in such a posture that a pair of defined diagonal lines are parallel to the X direction and the Z direction, respectively. In other words, the rod integrator 7B is positioned in a rotational posture such that the rod integrator 7A positioned in the normal posture is rotated 45 degrees around the Y axis.

例えばＸ方向に偏光するＸ方向直線偏光状態の光がロッドインテグレータ７Ａに入射する場合、ロッド内の全反射により位相飛びが発生し、図３（ｂ）の瞳面内偏光分布に示すように、反射面に直角な方向以外では偏光状態が変化する。図３（ｂ）において、両方向矢印は光が矢印方向に偏光する直線偏光状態であることを示し、円は光が円偏光状態であることを示し、楕円は光が楕円偏光状態であることを示している。上述したように、ロッドインテグレータ７Ａは矩形状の断面を有し、その反射面はＸＹ平面またはＸＺ平面に平行である。 For example, when light in the X direction linearly polarized state that is polarized in the X direction is incident on the rod integrator 7A, a phase jump occurs due to total reflection in the rod, and as shown in the polarization distribution in the pupil plane of FIG. The polarization state changes except in a direction perpendicular to the reflecting surface. In FIG. 3B, a double-headed arrow indicates that the light is in a linearly polarized state where light is polarized in the direction of the arrow, a circle indicates that the light is in a circularly polarized state, and an ellipse indicates that the light is in an elliptically polarized state. Show. As described above, the rod integrator 7A has a rectangular cross section, and the reflection surface thereof is parallel to the XY plane or the XZ plane.

したがって、ロッドインテグレータ７Ａの瞳面内においてＸ方向に沿った中央領域（図中の水平中央領域）では光の偏光状態が変化することなくＸ方向直線偏光状態のままであり、Ｚ方向に沿った中央領域（図中の鉛直中央領域）においても光の偏光状態が変化することなくＸ方向直線偏光状態のままである。すなわち、ロッドインテグレータ７Ａの瞳面内のＸ方向に沿った中央領域およびＺ方向に沿った中央領域では入射光の偏光状態が変化することなく実質的に維持される。一方、ロッドインテグレータ７ＡをＹ軸廻りに４５度回転させたような姿勢で位置決めされたロッドインテグレータ７Ｂの瞳面内では、図３（ｂ）におけるＸ方向に沿った中央領域およびＺ方向に沿った中央領域をＹ軸廻りに４５度回転させた領域において入射光の偏光状態が変化することなく実質的に維持される。 Therefore, in the central region (horizontal central region in the figure) along the X direction in the pupil plane of the rod integrator 7A, the polarization state of the light remains unchanged and remains in the X-direction linearly polarized state, and along the Z direction. Even in the central region (vertical central region in the figure), the polarization state of light remains unchanged and remains in the X-direction linear polarization state. That is, the polarization state of incident light is substantially maintained without changing in the central region along the X direction and the central region along the Z direction in the pupil plane of the rod integrator 7A. On the other hand, in the pupil plane of the rod integrator 7B positioned in a posture such that the rod integrator 7A is rotated 45 degrees around the Y axis, the central region along the X direction and the Z direction in FIG. In the region where the central region is rotated 45 degrees around the Y axis, the polarization state of the incident light is substantially maintained without change.

こうして、第１照明系のロッドインテグレータ７Ａに入射した光束は、図５（ａ）に示すように、回折光学素子５Ａを介した光束がアフォーカルレンズ６の瞳面に形成する十字型４極状の光強度分布２０ａ〜２０ｄに対応して、二次光源として十字型４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄを形成する。一方、第２照明系のロッドインテグレータ７Ｂに入射した光束は、図５（ｂ）に示すように、回折光学素子５Ｂを介した光束がアフォーカルレンズ６の瞳面に形成するＸ字型４極状の光強度分布２０ｅ〜２０ｈに対応して、二次光源としてＸ字型４極状の光強度分布２１ｅ〜２１ｈを形成する。なお、十字型４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄおよびＸ字型４極状の光強度分布２１ｅ〜２１ｈを形成する光の偏光状態については後述する。 In this way, the light beam incident on the rod integrator 7A of the first illumination system has a cruciform quadrupole shape formed on the pupil plane of the afocal lens 6 by the light beam that passes through the diffractive optical element 5A as shown in FIG. Corresponding to the light intensity distributions 20a to 20d, cruciform quadrupolar light intensity distributions 21a to 21d are formed as secondary light sources. On the other hand, the light beam incident on the rod integrator 7B of the second illumination system is an X-shaped quadrupole formed on the pupil plane of the afocal lens 6 by the light beam via the diffractive optical element 5B as shown in FIG. The X-shaped quadrupole light intensity distributions 21e to 21h are formed as secondary light sources corresponding to the light intensity distributions 20e to 20h. The polarization state of light forming the cross-shaped quadrupole light intensity distributions 21a to 21d and the X-shaped quadrupole light intensity distributions 21e to 21h will be described later.

ロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂによりその入射側に形成された二次光源２１ａ〜２１ｄ，２１ｅ〜２１ｈからの光束は、その射出面７Ａｂ，７Ｂｂの近傍に配置されたマスクブラインド９Ａ，９Ｂを重畳的に照明する。照明視野絞りとしてのマスクブラインド９Ａおよび９Ｂの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、前側レンズ群１０ａと後側レンズ群１０ｂとからなる結像光学系１０の集光作用を受けた後、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２をそれぞれ重畳的に照明する。すなわち、第１照明系と第２照明系とに共通の結像光学系１０は、マスクブラインド９Ａの矩形状開口部の像を第１照明領域ＩＲ１に形成し、マスクブラインド９Ｂの矩形状開口部の像を第２照明領域ＩＲ２に形成する。 The light beams from the secondary light sources 21a to 21d and 21e to 21h formed on the incident side by the rod integrators 7A and 7B illuminate the mask blinds 9A and 9B arranged in the vicinity of the exit surfaces 7Ab and 7Bb in a superimposed manner. To do. The light flux that passes through the rectangular openings (light transmitting portions) of the mask blinds 9A and 9B as the illumination field stop has a condensing function of the imaging optical system 10 including the front lens group 10a and the rear lens group 10b. After receiving, the first illumination area IR1 and the second illumination area IR2 on the mask M are illuminated in a superimposed manner. That is, the imaging optical system 10 common to the first illumination system and the second illumination system forms an image of the rectangular opening of the mask blind 9A in the first illumination region IR1, and the rectangular opening of the mask blind 9B. Are formed in the second illumination region IR2.

このとき、ロッドインテグレータ７Ａからの光束は、前側レンズ群１０ａと後側レンズ群１０ｂとの間の結像光学系１０の瞳面に、図５（ａ）に示すような十字型４極状の光強度分布を形成する。また、ロッドインテグレータ７Ｂからの光束は、結像光学系１０の瞳面に、図５（ｂ）に示すようなＸ字型４極状の光強度分布を形成する。なお、図４に示すように、マスクブラインド９Ａの開口部９Ａａは光軸ＡＸ１を中心としてＺ方向に細長い矩形状の外形形状を有し、マスクブラインド９Ｂの開口部９Ｂａは光軸ＡＸ２を中心としてＺ方向に細長い矩形状の外形形状を有する。マスクブラインド９Ａの開口部９Ａａおよびマスクブラインド９Ｂの開口部９Ｂａは、第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２に対応して互いに同じ大きさを有する。 At this time, the light beam from the rod integrator 7A has a cross-shaped quadrupole shape as shown in FIG. 5A on the pupil plane of the imaging optical system 10 between the front lens group 10a and the rear lens group 10b. A light intensity distribution is formed. Further, the light beam from the rod integrator 7B forms an X-shaped quadrupole light intensity distribution as shown in FIG. 5B on the pupil plane of the imaging optical system 10. As shown in FIG. 4, the opening 9Aa of the mask blind 9A has a rectangular outer shape elongated in the Z direction with the optical axis AX1 as the center, and the opening 9Ba of the mask blind 9B has the optical axis AX2 as the center. It has a rectangular outer shape elongated in the Z direction. The opening 9Aa of the mask blind 9A and the opening 9Ba of the mask blind 9B have the same size corresponding to the first illumination region IR1 and the second illumination region IR2.

マスクステージＭＳにより保持されたマスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１を通過した第１光束および第２照明領域ＩＲ２を通過した第２光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳにより保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上に、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたパターン像および第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたパターン像を形成する。さらに詳細には、ロッドインテグレータ７Ａの入射側の照明瞳（第１照明系の照明瞳）に図５（ａ）に示すような十字型４極状の光強度分布を形成した第１光束は、結像光学系１０の瞳面に同じく十字型４極状の光強度分布を形成した後、図６（ａ）に示すように、マスクＭ上においてＺ方向に細長く延びる矩形状の第１照明領域ＩＲ１を照明する。 The first light flux that has passed through the first illumination region IR1 and the second light flux that has passed through the second illumination region IR2 on the mask M held by the mask stage MS are held by the wafer stage WS via the projection optical system PL. On the wafer (photosensitive substrate) W, a pattern image illuminated by the light in the first illumination region IR1 and a pattern image illuminated by the light in the second illumination region IR2 are formed. More specifically, the first light flux that forms a cross-shaped quadrupole light intensity distribution as shown in FIG. 5A on the illumination pupil (illumination pupil of the first illumination system) on the incident side of the rod integrator 7A is as follows: After forming a cross-shaped quadrupole light intensity distribution on the pupil plane of the imaging optical system 10 as shown in FIG. 6A, a rectangular first illumination area extending elongated in the Z direction on the mask M as shown in FIG. Illuminate IR1.

ロッドインテグレータ７Ｂの入射側の照明瞳（第２照明系の照明瞳）に図５（ｂ）に示すようなＸ字型４極状の光強度分布を形成した第２光束は、結像光学系１０の瞳面に同じくＸ字型４極状の光強度分布を形成した後、図６（ａ）に示すように、マスクＭ上においてＺ方向に細長く延びる矩形状の第２照明領域ＩＲ２を照明する。第１照明領域ＩＲ１と第２照明領域ＩＲ２とは互いに同じ大きさを有し、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に並んで形成される。そして、マスクＭのパターン領域ＰＡのうち、第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンが十字型４極照明され、第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンがＸ字型４極照明される。こうして、図６（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの矩形状の有効結像領域ＥＲには、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ１と第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ２とがＺ方向に並んで形成される。 The second luminous flux in which an X-shaped quadrupole light intensity distribution as shown in FIG. 5B is formed on the illumination pupil (illumination pupil of the second illumination system) on the incident side of the rod integrator 7B is formed by the imaging optical system. After an X-shaped quadrupole light intensity distribution is formed on the ten pupil planes, a rectangular second illumination region IR2 elongated in the Z direction on the mask M is illuminated as shown in FIG. To do. The first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 have the same size and are formed side by side in the Z direction with the optical axis AX interposed therebetween. In the pattern area PA of the mask M, the pattern corresponding to the first illumination area IR1 is illuminated with a cross-shaped quadrupole, and the pattern corresponding to the second illumination area IR2 is illuminated with an X-shaped quadrupole. Thus, as shown in FIG. 6B, in the rectangular effective imaging region ER of the projection optical system PL, the pattern image IM1 of the mask M illuminated by the light of the first illumination region IR1 and the second illumination region. A pattern image IM2 of the mask M illuminated by the light of IR2 is formed side by side in the Z direction.

本実施形態では、投影光学系ＰＬに対してマスクＭおよびウェハＷをＸ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照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターンと第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭ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ＸＺ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照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターンと第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターンとの合成パターンが逐次形成される。 In the present embodiment, one shot area on the wafer W is illuminated with light from the first illumination area IR1 while the mask M and the wafer W are moved synchronously along the X direction with respect to the projection optical system PL. The pattern of the mask M and the pattern of the mask M illuminated by the light in the second illumination region IR2 are overlapped and scanned to form one composite pattern. Then, the above-described overlap scanning exposure is repeated while moving the wafer W two-dimensionally along the XZ plane with respect to the projection optical system PL, whereby each shot region on the wafer W is exposed to the first illumination region IR1. A combined pattern of the pattern of the mask M illuminated by the light and the pattern of the mask M illuminated by the light in the second illumination region IR2 is sequentially formed.

図７は、旋光ユニットの構成を概略的に示す図である。図７を参照すると、旋光ユニット８は、光軸ＡＸを中心とした円形状の有効領域を有し、この円形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つの扇形形状の旋光部材８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ，８Ｆ，８Ｇ，８Ｈにより構成されている。これらの８つの旋光部材８Ａ〜８Ｈにおいて、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の旋光部材は互いに同じ特性を有する。すなわち、８つの旋光部材８Ａ〜８Ｈ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種類の旋光部材を２個づつ含んでいる。その結果、旋光ユニット８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）は各旋光部材８Ａ〜８Ｈの厚さの違いにより凹凸状になっている。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of the optical rotation unit. Referring to FIG. 7, the optical rotation unit 8 has a circular effective area centered on the optical axis AX, and this circular effective area is equally divided in the circumferential direction about the optical axis AX. It is composed of two fan-shaped optical rotation members 8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F, 8G, and 8H. In these eight optical rotation members 8A to 8H, a pair of optical rotation members facing each other across the optical axis AX have the same characteristics. That is, each of the eight optical rotation members 8A to 8H includes two four types of optical rotation members having different thicknesses (lengths in the optical axis direction) along the light transmission direction (Y direction). As a result, one surface (for example, the incident surface) of the optical rotation unit 8 is planar, but the other surface (for example, the emission surface) is uneven due to the difference in thickness of the optical rotation members 8A to 8H.

各旋光部材８Ａ〜８Ｈは、旋光性を有する光学材料である水晶により構成され、その結晶光学軸が光軸ＡＸとほぼ一致するように設定されている。以下、図８を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図８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とが一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。 Each of the optical rotation members 8A to 8H is made of quartz which is an optical material having optical activity, and the crystal optical axis thereof is set so as to substantially coincide with the optical axis AX. Hereinafter, with reference to FIG. 8, the optical rotation of the crystal will be briefly described. Referring to FIG. 8, a parallel flat plate-like optical member 100 made of quartz having a thickness d is arranged so that the crystal optical axis thereof coincides with the optical axis AX. In this case, due to the optical rotation of the optical member 100, the incident linearly polarized light is emitted in a state where the polarization direction is rotated by θ around the optical axis AX.

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ρとにより、次の式（１）で表わされる。
θ＝ｄ・ρ （１）
一般に、水晶の旋光能ρ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ρは、１５３．９度／ｍｍである。 At this time, the rotation angle (optical rotation angle) θ in the polarization direction due to the optical rotation of the optical member 100 is expressed by the following formula (1) by the thickness d of the optical member 100 and the optical rotation ρ of the crystal.
θ = d · ρ (1)
In general, the optical rotation ρ of quartz has a wavelength dependency (a property in which the value of optical rotation varies depending on the wavelength of the light used: optical rotation dispersion), and specifically, it tends to increase as the wavelength of the light used decreases. is there. According to the description on page 167 of “Applied Optics II”, the optical rotation power ρ of quartz with respect to light having a wavelength of 250.3 nm is 153.9 degrees / mm.

旋光部材８Ａ，８Ｃは、回折光学素子５Ａによりアフォーカルレンズ６の瞳面に形成される光強度分布２０ａ，２０ｃに対応するＺ方向直線状態の光束が通過する領域に設けられ、入射光の偏光方向を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Ｘ方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。したがって、図５（ａ）に示す十字型４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄのうち、旋光部材８Ａ，８Ｃの旋光作用を受けた光束が形成する一対の光強度分布２１ａ，２１ｃを通過する光束はＸ方向直線偏光状態になる。 The optical rotatory members 8A and 8C are provided in a region through which a light beam in a Z-direction linear state corresponding to the light intensity distributions 20a and 20c formed on the pupil plane of the afocal lens 6 by the diffractive optical element 5A passes. The thickness is set so as to emit X-direction linearly polarized light having a polarization direction in the direction rotated by +90 degrees around the Y axis, that is, in the X direction. Therefore, among the cross-shaped quadrupolar light intensity distributions 21a to 21d shown in FIG. 5A, the light beams that pass through the optical rotation action of the optical rotation members 8A and 8C pass through a pair of light intensity distributions 21a and 21c. The light beam is in the X-direction linearly polarized state.

旋光部材８Ｂ，８Ｄは、回折光学素子５Ａによりアフォーカルレンズ６の瞳面に形成される光強度分布２０ｂ，２０ｄに対応するＺ方向直線状態の光束が通過する領域に設けられ、入射光の偏光方向を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Ｚ方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。したがって、図５（ａ）に示す十字型４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄのうち、旋光部材８Ｂ，８Ｄの旋光作用を受けた光束が形成する一対の光強度分布２１ｂ，２１ｄを通過する光束はＺ方向直線偏光状態になる。 The optical rotation members 8B and 8D are provided in a region through which a light beam in the Z-direction linear state corresponding to the light intensity distributions 20b and 20d formed on the pupil plane of the afocal lens 6 by the diffractive optical element 5A passes. The thickness is set so as to emit light in the Z direction linearly polarized light having the polarization direction in the direction rotated by +180 degrees around the Y axis, that is, in the Z direction. Therefore, among the cross-shaped quadrupolar light intensity distributions 21a to 21d shown in FIG. 5A, the light beams that pass through the optical rotation action of the optical rotation members 8B and 8D pass through a pair of light intensity distributions 21b and 21d. The luminous flux is in the Z-direction linearly polarized state.

旋光部材８Ｅ，８Ｇは、回折光学素子５Ｂによりアフォーカルレンズ６の瞳面に形成される光強度分布２０ｅ，２０ｇに対応するＸ方向直線状態の光束が通過する領域に設けられ、入射光の偏光方向をＹ軸廻りに＋４５度回転させた方向すなわち＋Ｚ方向および−Ｘ方向と４５度をなす第１斜め方向に偏光方向を有する第１斜め方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。したがって、図５（ｂ）に示すＸ字型４極状の光強度分布２１ｅ〜２１ｈのうち、旋光部材８Ｅ，８Ｇの旋光作用を受けた光束が形成する一対の光強度分布２１ｅ，２１ｇを通過する光束は第１斜め方向直線偏光状態になる。 The optical rotatory members 8E and 8G are provided in a region through which a light beam in the X-direction linear state corresponding to the light intensity distributions 20e and 20g formed on the pupil plane of the afocal lens 6 by the diffractive optical element 5B passes. Thickness is set so as to emit light of a first obliquely linearly polarized light having a polarization direction in a direction rotated by +45 degrees around the Y axis, that is, a first oblique direction that forms 45 degrees with the + Z direction and the −X direction. Has been. Therefore, among the X-shaped quadrupole light intensity distributions 21e to 21h shown in FIG. 5 (b), the light passes through a pair of light intensity distributions 21e and 21g formed by the light beam subjected to the optical rotation of the optical rotation members 8E and 8G. The luminous flux to be in the first oblique direction linearly polarized state.

旋光部材８Ｆ，８Ｈは、回折光学素子５Ｂによりアフォーカルレンズ６の瞳面に形成される光強度分布２０ｆ，２０ｈに対応するＸ方向直線状態の光束が通過する領域に設けられ、入射光の偏光方向をＹ軸廻りに＋１３５度回転させた方向すなわち＋Ｚ方向および＋Ｘ方向と４５度をなす第２斜め方向に偏光方向を有する第２斜め方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。したがって、図５（ｂ）に示すＸ字型４極状の光強度分布２１ｅ〜２１ｈのうち、旋光部材８Ｆ，８Ｈの旋光作用を受けた光束が形成する一対の光強度分布２１ｆ，２１ｈを通過する光束は第２斜め方向直線偏光状態になる。 The optical rotation members 8F and 8H are provided in a region through which a light beam in the X-direction linear state corresponding to the light intensity distributions 20f and 20h formed on the pupil plane of the afocal lens 6 by the diffractive optical element 5B passes. The thickness is set to emit light of a second obliquely linearly polarized light having a polarization direction in a direction rotated by +135 degrees around the Y axis, that is, a second oblique direction forming 45 degrees with the + Z direction and the + X direction. ing. Therefore, among the X-shaped quadrupole light intensity distributions 21e to 21h shown in FIG. 5 (b), the light passes through a pair of light intensity distributions 21f and 21h formed by the light beam subjected to the optical rotation of the optical rotation members 8F and 8H. The light beam to be turned is in the second obliquely linearly polarized state.

このように、旋光ユニット８は、第１照明系と第２照明系とに共通のリレー光学系であるアフォーカルレンズ６の瞳位置またはその近傍位置に配置され、第１照明系の回折光学素子５Ａを介して形成された４つの光束の偏光方向を変更する４つの旋光部材８Ａ〜８Ｄと、第２照明系の回折光学素子５Ｂを介して形成された４つの光束の偏光方向を変更する４つの旋光部材８Ｅ〜８Ｈとを有する。旋光ユニット８の作用により、第１照明系の照明瞳での光束の偏光状態および第２照明系の照明瞳での光束の偏光状態がそれぞれ周方向直線偏光状態に設定される。なお、別々に形成された８つの旋光部材を組み合わせて旋光ユニット８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旋光ユニット８を得ることもできる。 In this way, the optical rotation unit 8 is disposed at or near the pupil position of the afocal lens 6 which is a relay optical system common to the first illumination system and the second illumination system, and is a diffractive optical element of the first illumination system. 4 to change the polarization direction of the four light beams formed through the four optical rotation members 8A to 8D for changing the polarization direction of the four light beams formed through 5A and the diffractive optical element 5B of the second illumination system. And two optical rotation members 8E to 8H. By the action of the optical rotation unit 8, the polarization state of the light beam at the illumination pupil of the first illumination system and the polarization state of the light beam at the illumination pupil of the second illumination system are respectively set to the circumferential linear polarization state. In addition, the optical rotation unit 8 can be obtained by combining eight optically formed members separately formed, or the optical rotation unit 8 is obtained by forming a required concavo-convex shape (step) on a parallel flat plate-like crystal substrate. You can also.

一般に、露光装置では、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ように、所要の直線偏光状態の光でマスクＭのパターンを照明することが好ましい。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いる偏光）のことである。また、入射面は、光が媒質の境界面（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。このように、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ように所要の直線偏光状態の光でマスクパターンを照明することにより、投影光学系ＰＬ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Ｗ上においてコントラストの高いパターン像を得ることができる。 In general, in the exposure apparatus, it is preferable to illuminate the pattern of the mask M with light in a required linear polarization state so that the light irradiated onto the wafer W is in a polarization state mainly composed of S-polarized light. Here, the S-polarized light is linearly polarized light having a polarization direction in a direction perpendicular to the incident surface (polarized light having an electric vector oscillating in a direction perpendicular to the incident surface). Further, the incident surface is defined as a surface including the normal of the boundary surface at that point and the incident direction of light when the light reaches the boundary surface of the medium (the surface of the wafer W). Thus, the optical performance (focal point) of the projection optical system PL is obtained by illuminating the mask pattern with light in a required linearly polarized state so that the light irradiated onto the wafer W is in a polarization state mainly composed of S-polarized light. The depth and the like can be improved, and a pattern image with high contrast can be obtained on the wafer W.

本実施形態では、旋光ユニット８の作用により、図５（ａ）に示すように、ロッドインテグレータ７Ａの瞳面内に十字型４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄが周方向直線偏光状態で形成される。これは、図３（ｂ）に示したように、ロッドインテグレータ７Ａの瞳面内のＸ方向に沿った中央領域およびＺ方向に沿った中央領域、すなわち十字型４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄが形成される領域では、入射光の偏光状態が変化することなく実質的に維持されるからである。こうして、第１照明領域ＩＲ１は、十字型４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄからの周方向直線偏光状態の光により照明される。その結果、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターンのうち、例えばＸ方向やＺ方向に沿って細長く延びる縦横パターンが最終的な被照射面としてのウェハＷに結像する光はＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上においてコントラストの高いパターン像を得ることができる。 In the present embodiment, due to the action of the optical rotation unit 8, as shown in FIG. 5A, cross-shaped quadrupolar light intensity distributions 21a to 21d are formed in the circumferential linear polarization state in the pupil plane of the rod integrator 7A. Is done. As shown in FIG. 3B, this is because the central region along the X direction and the central region along the Z direction in the pupil plane of the rod integrator 7A, that is, the cross-shaped quadrupolar light intensity distributions 21a to 21a. This is because in the region where 21d is formed, the polarization state of the incident light is substantially maintained without being changed. Thus, the first illumination region IR1 is illuminated with the light in the circumferential linear polarization state from the cross-shaped quadrupole light intensity distributions 21a to 21d. As a result, among the patterns of the mask M illuminated by the light in the first illumination region IR1, for example, the light that forms a vertically and horizontally elongated pattern extending along the X direction or the Z direction on the wafer W as the final irradiated surface. Becomes a polarization state mainly composed of S-polarized light, and a pattern image with high contrast can be obtained on the wafer W.

同様に、旋光ユニット８の作用により、図５（ｂ）に示すように、ロッドインテグレータ７Ｂの瞳面内にＸ字型４極状の光強度分布２１ｅ〜２１ｈが周方向直線偏光状態で形成される。これは、ロッドインテグレータ７ＡをＹ軸廻りに４５度回転させたような姿勢で位置決めされたロッドインテグレータ７Ｂの瞳面内において、Ｘ字型４極状の光強度分布２１ｅ〜２１ｈが形成される領域では、入射光の偏光状態が変化することなく実質的に維持されるからである。こうして、第２照明領域ＩＲ２は、十字型４極状のＸ字型４極状の光強度分布２１ｅ〜２１ｈからの周方向直線偏光状態の光により照明される。その結果、第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターンのうち、例えばＸ方向やＺ方向と４５度をなす斜め方向に沿って細長く延びる斜めパターンが最終的な被照射面としてのウェハＷに結像する光はＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上においてコントラストの高いパターン像を得ることができる。 Similarly, due to the action of the optical rotation unit 8, as shown in FIG. 5B, X-shaped quadrupolar light intensity distributions 21e to 21h are formed in the circumferential linear polarization state in the pupil plane of the rod integrator 7B. The This is a region where X-shaped quadrupole light intensity distributions 21e to 21h are formed in the pupil plane of the rod integrator 7B positioned in a posture such that the rod integrator 7A is rotated 45 degrees around the Y axis. This is because the polarization state of incident light is substantially maintained without being changed. Thus, the second illumination region IR2 is illuminated with light in the circumferential linear polarization state from the cross-shaped quadrupole X-shaped quadrupole light intensity distributions 21e to 21h. As a result, among the patterns of the mask M illuminated by the light in the second illumination region IR2, for example, an oblique pattern extending elongated along an oblique direction forming 45 degrees with the X direction or the Z direction is used as the final irradiated surface. The light imaged on the wafer W is in a polarization state mainly composed of S-polarized light, and a pattern image with high contrast can be obtained on the wafer W.

本実施形態では、４極照明用の回折光学素子５Ａ，５Ｂに代えて、輪帯照明用の回折光学素子や円形照明用の回折光学素子や他の複数極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、輪帯照明や円形照明や複数極照明（２極照明、３極照明、５極照明など）を行うことができる。すなわち、例えば輪帯照明、円形照明、複数極照明などから選択された任意の照明形態で、第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２を独立に照明することができる。また、偏光ビームスプリッター３および旋光ユニット８の作用により、第１照明領域ＩＲ１を照明する光および第２照明領域ＩＲ２を照明する光をそれぞれ所要の偏光状態に設定することができる。 In this embodiment, instead of the diffractive optical elements 5A and 5B for quadrupole illumination, a diffractive optical element for annular illumination, a diffractive optical element for circular illumination, or another diffractive optical element for multipole illumination is used as an illumination optical path. By setting to the inside, annular illumination, circular illumination, and multipolar illumination (dipolar illumination, tripolar illumination, quinpole illumination, etc.) can be performed. That is, for example, the first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 can be independently illuminated in an arbitrary illumination mode selected from annular illumination, circular illumination, multipolar illumination, and the like. Further, by the action of the polarization beam splitter 3 and the optical rotation unit 8, the light for illuminating the first illumination region IR1 and the light for illuminating the second illumination region IR2 can be set to required polarization states, respectively.

また、本実施形態では、例えばアフォーカルレンズ６の前側レンズ群６ａの光路中にアキシコン系（円錐アキシコン系、角錐アキシコン系、Ｖ溝アキシコン系など）を配置して、第１照明系および第２照明系の照明瞳に形成される光強度分布の形状を変化させることができる。また、アフォーカルレンズ６をアフォーカルズームレンズとして構成することにより、第１照明系および第２照明系の照明瞳に形成される光強度分布の大きさを変化させることができる。 In the present embodiment, for example, an axicon system (cone axicon system, pyramid axicon system, V-groove axicon system, etc.) is arranged in the optical path of the front lens group 6a of the afocal lens 6, and the first illumination system and the second illumination system The shape of the light intensity distribution formed on the illumination pupil of the illumination system can be changed. Further, by configuring the afocal lens 6 as an afocal zoom lens, the magnitude of the light intensity distribution formed on the illumination pupils of the first illumination system and the second illumination system can be changed.

円錐アキシコン系は光軸を中心とする円錐体の側面に対応する形状の屈折面を有し、角錐アキシコン系は光軸を中心とする角錐体の側面に対応する形状の屈折面を有し、Ｖ溝アキシコン系は光軸を通る所定の軸線に関してほぼ対称なＶ字状の断面形状の屈折面を有する。円錐アキシコン系、角錐アキシコン系およびＶ溝アキシコン系の構成および作用については、特開２００２−２３１６１９号公報などを参照することができる。なお、ロッドインテグレータ７Ａ，７ＢとマスクＭとの間に光路折り曲げ反射鏡を配置する場合、この反射鏡に起因して光の偏光状態が実質的に変化することがないように、反射鏡のＰ−Ｓ反射率差（Ｐ偏光とＳ偏光との間の反射率差）およびＰ−Ｓ位相差（Ｐ偏光とＳ偏光との間に反射により発生する位相差）の設計に配慮が必要である。 The cone axicon system has a refracting surface having a shape corresponding to the side surface of the cone centered on the optical axis, and the pyramid axicon system has a refracting surface having a shape corresponding to the side surface of the pyramid centered on the optical axis, The V-groove axicon system has a refracting surface having a V-shaped cross section that is substantially symmetrical with respect to a predetermined axis passing through the optical axis. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-231619 can be referred to for the configuration and operation of the conical axicon system, the pyramid axicon system, and the V-groove axicon system. When an optical path bending reflecting mirror is disposed between the rod integrators 7A and 7B and the mask M, the reflection mirror P is not changed so that the polarization state of light does not substantially change due to the reflecting mirror. Consideration must be given to the design of -S reflectivity difference (reflectance difference between P-polarized light and S-polarized light) and PS phase difference (phase difference generated by reflection between P-polarized light and S-polarized light). .

以上のように、本実施形態の照明光学装置では、並列配置された２つの内面反射型のロッドインテグレータ７Ａ，７Ｂを用いて、照明瞳での光強度分布の形状または大きさ、照明光の偏光状態などをパラメータとする所要の照明条件で、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２を個別に照明することができる。その結果、本実施形態の露光装置では、２つの照明領域ＩＲ１およびＩＲ２を所要の照明条件で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マスクＭの微細パターンをウェハＷに高精度に且つ高スループットで露光することができる。 As described above, in the illumination optical apparatus according to the present embodiment, the shape or size of the light intensity distribution at the illumination pupil and the polarization of the illumination light using the two internal reflection type rod integrators 7A and 7B arranged in parallel. The first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 on the mask M can be individually illuminated under the required illumination conditions using the state and the like as parameters. As a result, in the exposure apparatus of the present embodiment, the fine pattern of the mask M is increased on the wafer W by the double exposure method using the illumination optical apparatus that individually illuminates the two illumination regions IR1 and IR2 under the required illumination conditions. It is possible to perform exposure with high accuracy and high throughput.

なお、上述の実施形態では、第１照明系と第２照明系とに共通のアフォーカルレンズ（リレー光学系）を用いているが、これに限定されることなく、第１照明系および第２照明系にそれぞれリレー光学系を個別配置することもできる。同様に、第１照明系と第２照明系とに共通の結像光学系を用いているが、これに限定されることなく、第１照明系および第２照明系にそれぞれ結像光学系を個別配置することもできる。 In the above-described embodiment, a common afocal lens (relay optical system) is used for the first illumination system and the second illumination system, but the first illumination system and the second illumination system are not limited to this. A relay optical system can also be individually arranged in the illumination system. Similarly, a common imaging optical system is used for the first illumination system and the second illumination system. However, the present invention is not limited to this, and the imaging optical system is provided for each of the first illumination system and the second illumination system. Individual placement is also possible.

また、上述の実施形態では、第１照明領域を照明する光を第１の偏光状態に設定し且つ第２照明領域を照明する光を第２の偏光状態に設定する偏光設定部として、複数の旋光子（旋光部材）から構成された旋光ユニットを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば複数の波長板（一般には移相子）を用いて偏光設定部を構成することもできる。すなわち、偏光設定部の構成については様々な形態が可能である。 In the above-described embodiment, a plurality of polarization setting units that set the light that illuminates the first illumination region to the first polarization state and set the light that illuminates the second illumination region to the second polarization state, An optical rotation unit composed of an optical rotator (optical rotation member) is used. However, the present invention is not limited to this, and the polarization setting unit can be configured using, for example, a plurality of wave plates (generally, phase shifters). That is, various configurations are possible for the configuration of the polarization setting unit.

また、上述の実施形態では、第１照明領域と第２照明領域とが走査方向（スキャン方向）であるＸ方向と直交するＺ方向に並ぶように形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、図９に示すようにマスクブラインド９Ａ，９Ｂの開口部９Ａａ，９ＢａがＸ方向に細長くなるように設定することにより、図１０（ａ）に示すように第１照明領域ＩＲ１と第２照明領域ＩＲ２とが走査方向であるＺ方向に並ぶように形成する変形例も可能である。この場合、図１０（ｂ）に示すように、投影光学系ＰＬの矩形状の有効結像領域ＥＲには、第１照明領域ＩＲ１の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ１と第２照明領域ＩＲ２の光により照明されたマスクＭのパターン像ＩＭ２とが走査方向であるＺ方向に並んで形成される。 In the above-described embodiment, the first illumination area and the second illumination area are formed so as to be aligned in the Z direction orthogonal to the X direction that is the scanning direction (scanning direction). However, the present invention is not limited to this, and by setting the openings 9Aa and 9Ba of the mask blinds 9A and 9B to be elongated in the X direction as shown in FIG. 9, as shown in FIG. A modification in which the first illumination region IR1 and the second illumination region IR2 are formed so as to be aligned in the Z direction that is the scanning direction is also possible. In this case, as shown in FIG. 10B, in the rectangular effective imaging region ER of the projection optical system PL, the pattern image IM1 of the mask M illuminated by the light of the first illumination region IR1 and the second illumination. A pattern image IM2 of the mask M illuminated by the light in the region IR2 is formed side by side in the Z direction which is the scanning direction.

なお、上述の実施形態では、第１照明領域に対応するパターンと第２照明領域に対応するパターンとを感光性基板（ウェハ）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。しかしながら、これに限定されることなく、３つ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。 In the above-described embodiment, the pattern corresponding to the first illumination area and the pattern corresponding to the second illumination area are baked on the same shot area on the photosensitive substrate (wafer) to form one composite pattern. The invention has been described in connection with double exposure. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is similarly applied to multiple exposure in which three or more patterns are overprinted on the same shot area on the photosensitive substrate to form one composite pattern. Can do.

また、上述の実施形態では、第１照明領域のパターン像と第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。しかしながら、これに限定されることなく、第１照明領域のパターン像と第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こともできる。 In the above-described embodiment, the pattern image of the first illumination area and the pattern image of the second illumination area are formed in parallel on the photosensitive substrate. However, the present invention is not limited to this, and the pattern image of the first illumination area and the pattern image of the second illumination area can be matched and formed on the photosensitive substrate.

また、上述の実施形態では、１つのマスク上に第１照明領域と第２照明領域とを互いに近接するように形成している。しかしながら、これに限定されることなく、第１マスク上に第１照明領域を形成し、第２マスク上に第２照明領域を形成することもできる。この場合、例えば図１１に示すように屈折系と偏向ミラーとからなる双頭型の投影光学系ＰＬや、図１２に示すような反射屈折型で双頭型の投影光学系ＰＬや、図１３に示すようなビームスプリッターを用いる双頭型の投影光学系ＰＬなどを用いることができる。 In the above-described embodiment, the first illumination area and the second illumination area are formed close to each other on one mask. However, the present invention is not limited to this, and the first illumination region can be formed on the first mask and the second illumination region can be formed on the second mask. In this case, for example, as shown in FIG. 11, a double-headed projection optical system PL composed of a refracting system and a deflecting mirror, a catadioptric double-headed projection optical system PL as shown in FIG. 12, or as shown in FIG. A double-head projection optical system PL using such a beam splitter can be used.

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。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１４のフローチャートを参照して説明する。 In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the illumination optical device illuminates the mask (reticle) (illumination process), and the projection optical system is used to expose the transfer pattern formed on the mask onto the photosensitive substrate (exposure). Step), a micro device (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. Hereinafter, referring to the flowchart of FIG. 14 for an example of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present embodiment. I will explain.

先ず、図１４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が、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。 First, in step 301 of FIG. 14, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the one lot of wafers. Thereafter, in step 303, using the exposure apparatus of the present embodiment, the image of the pattern on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system. Thereafter, in step 304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。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が、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。 Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In steps 301 to 305, a metal is deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, on the wafer. It is needless to say that after forming a silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and steps such as exposure, development, and etching may be performed.

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１５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１５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。 In the exposure apparatus of this embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 15, in a pattern forming process 401, a so-called photolithography process is performed in which the exposure pattern of this embodiment is used to transfer and expose a mask pattern onto a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist). By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step 402.

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列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。 Next, in the 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 three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter forming step 402, a cell assembly step 403 is executed. In the cell assembly step 403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401, the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the like.

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。 In the cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is obtained. ). Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, a liquid crystal display element having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.

なお、上述の実施形態では、光源としてＫｒＦエキシマレーザ光源またはＡｒＦエキシマレーザ光源を用いているが、これに限定されることなく、例えばＦ₂レーザ光源の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。 In the above-described embodiment, a KrF excimer laser light source or an ArF excimer laser light source is used as a light source. However, the present invention is not limited to this, and an exposure apparatus using another appropriate light source such as an F ₂ laser light source, for example. The present invention can also be applied to. In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking an example of an illumination optical apparatus that is mounted on an exposure apparatus and illuminates a mask. However, a general illumination optical apparatus for illuminating a surface to be irradiated other than the mask. It is clear that the present invention can be applied to the present invention.

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。It is a figure which shows schematically the structure of the exposure apparatus concerning embodiment of this invention. （ａ）は一対の回折光学素子が並んで配置されている様子を、（ｂ）および（ｃ）はアフォーカルレンズの瞳面に形成される光強度分布を示す図である。(A) is a figure which shows a mode that a pair of diffractive optical element is arranged side by side, (b) and (c) are figures which show the light intensity distribution formed in the pupil surface of an afocal lens. （ａ）はロッドインテグレータの作用を、（ｂ）はロッドインテグレータの瞳面内偏光分布を模式的に示す図である。(A) is a figure which shows the effect | action of a rod integrator, (b) is a figure which shows typically the polarization distribution in a pupil plane of a rod integrator. 本実施形態における一対のロッドインテグレータの射出面を結像光学系側から見た図である。It is the figure which looked at the emission surface of a pair of rod integrator in this embodiment from the imaging optical system side. （ａ）は第１照明系の照明瞳に形成される光強度分布を、（ｂ）は第２照明系の照明瞳に形成される光強度分布を示す図である。(A) is a figure which shows the light intensity distribution formed in the illumination pupil of a 1st illumination system, (b) is a figure which shows the light intensity distribution formed in the illumination pupil of a 2nd illumination system. （ａ）は第１照明領域と第２照明領域とが走査方向と直交する方向に並んで形成される様子を、（ｂ）は２つのパターン像がウェハ上で走査方向と直交する方向に並んで形成される様子を示す図である。(A) shows a state in which the first illumination area and the second illumination area are formed side by side in a direction orthogonal to the scanning direction, and (b) shows two pattern images arranged in a direction orthogonal to the scanning direction on the wafer. It is a figure which shows a mode that it forms with. 旋光ユニットの構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows the structure of an optical rotation unit roughly. 水晶の旋光性について簡単に説明する図である。It is a figure explaining simply the optical rotatory power of quartz. 変形例における一対のロッドインテグレータの射出面を結像光学系側から見た図である。It is the figure which looked at the exit surface of a pair of rod integrator in a modification from the imaging optical system side. （ａ）は変形例において第１照明領域と第２照明領域とが走査方向に並んで形成される様子を、（ｂ）は変形例において２つのパターン像がウェハ上で走査方向に並んで形成される様子を示す図である。(A) shows how the first illumination area and the second illumination area are formed side by side in the scanning direction in the modification, and (b) shows that two pattern images are formed side by side in the scanning direction on the wafer in the modification. It is a figure which shows a mode that it is performed. 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。It is a figure which shows roughly the structure of the double-headed type projection optical system which consists of a refraction system and a deflection | deviation mirror. 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。It is a figure which shows schematically the structure of a catadioptric type double-headed type projection optical system. ビームスプリッ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。It is a figure which shows schematically the structure of the double-headed projection optical system which uses a beam splitter. マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。It is a flowchart of the method at the time of obtaining the semiconductor device as a microdevice. マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。It is a flowchart of the method at the time of obtaining the liquid crystal display element as a microdevice.

符号の説明Explanation of symbols

１光源
３偏光ビームスプリッター
５Ａ，５Ｂ回折光学素子
６アフォーカルレンズ
７Ａ，７Ｂロッドインテグレータ（内面反射型のオプティカルインテグレータ）
８旋光ユニット
９Ａ，９Ｂマスクブラインド
１０結像光学系
Ｍマスク
ＰＬ投影光学系
Ｗウェハ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 3 Polarizing beam splitter 5A, 5B Diffractive optical element 6 Afocal lens 7A, 7B Rod integrator (inner surface reflection type optical integrator)
8 Optical Rotation Units 9A, 9B Mask Blind 10 Imaging Optical System M Mask PL Projection Optical System W Wafer

Claims

第１照明領域を照明する第１照明系と、第２照明領域を照明する第２照明系とを備えた照明光学装置であって、
前記第１照明系は、所定の第１断面を有する内面反射型の第１オプティカルインテグレータを有し、
前記第２照明系は、所定の第２断面を有する内面反射型の第２オプティカルインテグレータを有し、
前記第１オプティカルインテグレータの断面の一辺は、前記第２オプティカルインテグレータの断面の隣り合う２つの辺に対して非平行に配置されていることを特徴とする照明光学装置。 An illumination optical apparatus comprising a first illumination system that illuminates a first illumination area and a second illumination system that illuminates a second illumination area,
The first illumination system includes an inner reflection type first optical integrator having a predetermined first cross section,
The second illumination system includes an internal reflection type second optical integrator having a predetermined second cross section,
An illumination optical apparatus, wherein one side of the cross section of the first optical integrator is arranged non-parallel to two adjacent sides of the cross section of the second optical integrator.

前記第１照明系は、前記第１照明系の照明瞳に所望の光強度分布を形成するために入射光を回折させる第１回折光学素子と、該第１回折光学素子の回折面と前記第１オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役にする第１リレー光学系とを有し、
前記第２照明系は、前記第２照明系の照明瞳に所望の光強度分布を形成するために入射光を回折させる第２回折光学素子と、該第２回折光学素子の回折面と前記第２オプティカルインテグレータの入射面とを光学的に共役にする第２リレー光学系とを有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。 The first illumination system includes: a first diffractive optical element that diffracts incident light to form a desired light intensity distribution on an illumination pupil of the first illumination system; a diffractive surface of the first diffractive optical element; A first relay optical system that optically conjugates the incident surface of the one optical integrator;
The second illumination system includes a second diffractive optical element that diffracts incident light to form a desired light intensity distribution on the illumination pupil of the second illumination system, a diffraction surface of the second diffractive optical element, and the first The illumination optical apparatus according to claim 1, further comprising: a second relay optical system that optically conjugates the incident surface of the two-optical integrator.

前記第１リレー光学系および前記第２リレー光学系は、前記第１照明系と前記第２照明系とに共通のリレー光学系を有することを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。 The illumination optical apparatus according to claim 2, wherein the first relay optical system and the second relay optical system have a common relay optical system for the first illumination system and the second illumination system.

前記第１照明領域を照明する光を第１の偏光状態に設定し且つ前記第２照明領域を照明する光を第２の偏光状態に設定する偏光設定部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置。 And a polarization setting unit configured to set light illuminating the first illumination area to a first polarization state and setting light illuminating the second illumination area to a second polarization state. Item 4. The illumination optical device according to any one of Items 1 to 3.

前記第１回折光学素子は、前記第１オプティカルインテグレータの断面の一辺の方向に対応する第１方向に沿って間隔を隔てた２極状の光強度分布と前記第１方向と直交する第２方向に沿って間隔を隔てた２極状の光強度分布とを前記照明瞳に形成し、
前記第２回折光学素子は、前記第２オプティカルインテグレータの断面の一辺の方向に対応する第３方向に沿って間隔を隔てた２極状の光強度分布と前記第３方向と直交する第４方向に沿って間隔を隔てた２極状の光強度分布とを前記照明瞳に形成することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。 The first diffractive optical element includes a bipolar light intensity distribution spaced along a first direction corresponding to a direction of one side of the first optical integrator and a second direction orthogonal to the first direction. And a dipolar light intensity distribution spaced apart along the illumination pupil,
The second diffractive optical element includes a bipolar light intensity distribution spaced along a third direction corresponding to the direction of one side of the cross section of the second optical integrator, and a fourth direction orthogonal to the third direction. 5. The illumination optical apparatus according to claim 2, wherein the illumination pupil is formed with a dipolar light intensity distribution spaced apart along the illumination pupil.

前記偏光設定部は、前記共通のリレー光学系の瞳位置またはその近傍位置に配置された旋光ユニットを有し、
前記旋光ユニットは、前記第１回折光学素子を介して形成された４つの光束の偏光方向を変更する４つの旋光部材と、前記第２回折光学素子を介して形成された４つの光束の偏光方向を変更する４つの旋光部材とを有することを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。 The polarization setting unit has an optical rotation unit arranged at a pupil position of the common relay optical system or a position in the vicinity thereof,
The optical rotation unit includes four optical rotation members that change the polarization directions of the four light beams formed through the first diffractive optical element, and the polarization directions of the four light beams formed through the second diffractive optical element. The illumination optical apparatus according to claim 5, further comprising four optical rotation members that change the angle.

前記旋光ユニットは、前記第１照明系の照明瞳での光束の偏光状態および前記第２照明系の照明瞳での光束の偏光状態を周方向直線偏光状態に設定することを特徴とする請求項６に記載の照明光学装置。 The optical rotation unit sets the polarization state of the light beam at the illumination pupil of the first illumination system and the polarization state of the light beam at the illumination pupil of the second illumination system to a circumferential linear polarization state. 6. The illumination optical device according to 6.

前記第１照明系は、前記第１オプティカルインテグレータの射出面と前記第１照明領域とを光学的に共役にする第１結像光学系を有し、
前記第２照明系は、前記第２オプティカルインテグレータの射出面と前記第２照明領域とを光学的に共役にする第２結像光学系を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。 The first illumination system has a first imaging optical system that optically conjugates the exit surface of the first optical integrator and the first illumination area,
The second illumination system includes a second imaging optical system that optically conjugates the exit surface of the second optical integrator and the second illumination region. The illumination optical apparatus according to Item 1.

前記第１結像光学系および前記第２結像光学系は、前記第１照明系と前記第２照明系とに共通の結像光学系を有することを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。 The illumination according to claim 8, wherein the first imaging optical system and the second imaging optical system have a common imaging optical system for the first illumination system and the second illumination system. Optical device.

矩形状の第１照明領域を照明する第１照明系と、矩形状の第２照明領域を照明する第２照明系とを備えた照明光学装置であって、
前記第１照明系は、前記第１照明領域の一辺の方向に対応する第１方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布と前記第１方向と直交する第２方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布とからなる４極状の光強度分布を前記第１照明系の照明瞳に形成する第１瞳強度分布形成部材を有し、
前記第２照明系は、前記第１方向と所定角度をなす第３方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布と前記第３方向と直交する第４方向に沿って間隔を隔てた２つの光強度分布とからなる４極状の光強度分布を前記第２照明系の照明瞳に形成する第２瞳強度分布形成部材を有することを特徴とする照明光学装置。 An illumination optical apparatus comprising a first illumination system that illuminates a rectangular first illumination area, and a second illumination system that illuminates a rectangular second illumination area,
The first illumination system has two light intensity distributions spaced along a first direction corresponding to a direction of one side of the first illumination region and a distance along a second direction orthogonal to the first direction. A first pupil intensity distribution forming member that forms a quadrupole light intensity distribution consisting of two separated light intensity distributions on the illumination pupil of the first illumination system;
The second illumination system includes two light intensity distributions spaced along a third direction that forms a predetermined angle with the first direction, and two spaced apart along a fourth direction orthogonal to the third direction. An illumination optical apparatus, comprising: a second pupil intensity distribution forming member that forms a quadrupole light intensity distribution including two light intensity distributions on an illumination pupil of the second illumination system.

前記第１照明系は、所定の第１断面を有する内面反射型の第１オプティカルインテグレータを有し、該第１オプティカルインテグレータの断面の一辺は前記第１方向に対して平行に配置され、
前記第２照明系は、所定の第２断面を有する内面反射型の第２オプティカルインテグレータを有し、該第２オプティカルインテグレータの断面の一辺は前記第３方向に対して平行に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。 The first illumination system includes a first optical integrator of an internal reflection type having a predetermined first cross section, and one side of the cross section of the first optical integrator is arranged in parallel to the first direction,
The second illumination system has an internal reflection type second optical integrator having a predetermined second cross section, and one side of the cross section of the second optical integrator is arranged in parallel to the third direction. The illumination optical apparatus according to claim 10.

前記第１照明系の照明瞳での光束の偏光状態および前記第２照明系の照明瞳での光束の偏光状態を周方向直線偏光状態に設定する偏光設定部を備えていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の照明光学装置。 And a polarization setting unit configured to set a polarization state of the light beam at the illumination pupil of the first illumination system and a polarization state of the light beam at the illumination pupil of the second illumination system to a circumferential linear polarization state. The illumination optical apparatus according to claim 10 or 11.

請求項１乃至１２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。 An exposure apparatus comprising the illumination optical apparatus according to claim 1, wherein a photosensitive substrate is exposed to a pattern illuminated by the illumination optical apparatus.

請求項１３に記載の露光装置を用いて、前記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。 An exposure step of exposing the photosensitive substrate to the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 13;
And a developing step of developing the photosensitive substrate that has undergone the exposure step.