JP5158439B2 - 照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

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。

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。

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）。

特開２０００−２１７４８号公報

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う。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ク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、ひい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。

本発明の第１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。 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２の線Ａ−Ａに沿った部分断面図である。 （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。 （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。 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。 第１実施形態の変形例にかかる光束分割部材の構成を概略的に示す図である。 （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。 （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。 第１実施形態の変形例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 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。 本発明の第２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。 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。 （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。 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。 第２実施形態の変形例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 ビーム形状可変部４の構成の様子を示す図である。 （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。 （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。 変形例にかかるビーム形状可変部４の構成の様子を示す図である。 （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。 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。 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。 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。 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。 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，Ｍ１，Ｍ２ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

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。

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。

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１／２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。１／２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。

偏光状態可変部３では、１／２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。

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、フライアイレンズ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。

こうして、フライアイレンズ５の後側焦点面には、多数の小光源から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、コンデンサー光学系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いては後述する。

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。

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。

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Ｍ１を重畳的に照明する。第１マスクＭ１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Ｍ１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。

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。

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いる。

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。

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。

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イアイレンズ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Ｍ１上におけるＸ方向直線偏光状態に対応）にある。

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、照明瞳において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）においてハッ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）におい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。

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Ｍ１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。

すなわち、第１マスクＭ１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内において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Ｍ１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マスクＭ２のパターン像が形成される。

第１実施形態では、投影光学系ＰＬに対して第１マスクＭ１、第２マスクＭ２およびウェハ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Ｍ１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Ｍ１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。

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とリレー光学系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。

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。

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きる。

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。

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く、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。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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つい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。

図７は、第１実施形態の変形例にか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。

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、リレー光学系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。

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１３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Ｍ１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。

上述したように、図７に示す変形例において、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つい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。

また、上述の第１実施形態では、第１光束が第１マスクＭ１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く、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かかる露光装置の構成を概略的に示す図である。

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。しかしながら、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。

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。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ＰＡ１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。

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内において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。

図１２は、本発明の第２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。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。しかしながら、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とが互いに近接するように配置されている。

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。

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いる。

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。

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いる。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いる。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。

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からなる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。

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１７ｂ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。

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Ｍ１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、第１マスクＭ１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。

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Ｍ１、第２マスクＭ２およびウェハ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Ｍ１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に対してウェハ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Ｍ１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。

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いる。しかしながら、これに限定されることなく、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（ＩＲ１，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、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。しかしながら、これに限定されることなく、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（ＩＲ１，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。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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。

図１６は、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。図１６に示す光束分割部材１７’において、扇形のハッ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。

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。

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Ｍ１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。

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’を構成しているが、これに限定されることなく、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。

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Ｍ１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く、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かかる露光装置の構成を概略的に示す図である。

図１７の変形例にかかる露光装置は、図１２に示す実施形態の露光装置と類似の構成を有する。しかしながら、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。

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ＩＲ１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ＰＡ２の一部を覆うように第２照明領域ＩＲ２が形成される。

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Ｍ１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。

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，ＬＢ２）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Ｍ１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。

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。

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、ターレッ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。

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１６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Ｍ１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Ｍ１の第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンは照明される。

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。

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。

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。

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が、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。

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。

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）からなる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Ｍ１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。

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。

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に偏光可変部材４３の機能を兼用させることも可能である。

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く、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く、偏光可変部材および光束分割部材の配置については様々な形態が可能である。

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（ＩＲ１，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（ＩＲ１，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。

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（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。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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もできる。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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。

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。しかしながら、これに限定されることなく、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ＰＬ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ッ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。

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。

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２６のフローチャートを参照して説明する。

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が、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。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。

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。

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。

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。

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 (25)

1. 所定のパターンからの光を投影光学系を介して感光性基板に露光する露光装置と組合せて使用される照明光学装置であって、前記所定のパターン上の第１照明領域と第２照明領域とを照明する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光束とに分割して前記第１照明領域と前記第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、
   前記光束分割部材は、前記入射光束の一部を偏向して前記第１光束に変換する複数の第１偏向部材と、前記入射光束の前記一部とは異なる部分を偏向して前記第２光束に変換する複数の第２偏向部材とを備え、
   前記第１および第２偏向部材は市松状に配列され、
   前記第１照明領域に導かれる前記第１光束は前記照明瞳で第１の光強度分布を形成し、前記第２照明領域に導かれる前記第２光束は前記照明瞳で前記第１の光強度分布とは異なる第２の光強度分布を形成し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い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のいずれか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、
   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のいずれか１項に記載の照明光学装置。
10. 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、
    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１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
11. 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１０のいずれか１項に記載の照明光学装置。
12. 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１１に記載の照明光学装置。
13. 所定のパターンからの光を投影光学系を介して感光性基板に露光する露光装置と組合せて使用される照明光学装置であって、前記所定のパターン上の第１照明領域と第２照明領域とを照明する照明光学装置において、
    入射する光を第１光束と第２光束とに分割して前記第１照明領域と前記第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、
    前記光束分割部材は、前記入射光束の一部を偏向して前記第１光束に変換する複数の第１偏向部材と、前記入射光束の前記一部とは異なる部分を偏向して前記第２光束に変換する複数の第２偏向部材とを備え、
    前記第１および第２偏向部材は照明瞳の位置またはその近傍の位置に市松状に配列され、
    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し、
    前記第１照明条件は、前記照明瞳で第１の光強度分布を形成するものであり、前記第２照明条件は、前記照明瞳で前記第１の光強度分布とは異なる第２の光強度分布を形成するものであることを特徴とする照明光学装置。
14. 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１３に記載の照明光学装置。
15. 所定のパターンからの光を投影光学系を介して感光性基板に露光する露光装置と組合せて使用される照明光学装置であって、前記所定のパターン上の第１照明領域と第２照明領域とを照明する照明光学装置において、
    入射する光を第１光束と第２光束とに分割して前記第１照明領域と前記第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し、
    前記光束分割部材は、前記入射光束の一部を偏向して前記第１光束に変換する複数の第１偏向部材と、前記入射光束の前記一部とは異なる部分を偏向して前記第２光束に変換する複数の第２偏向部材とを備え、
    前記第１および第２偏向部材は照明瞳の位置またはその近傍の位置に市松状に配列され、
    前記第１照明条件は、前記照明瞳で第１の光強度分布を形成するものであり、前記第２照明条件は、前記照明瞳で前記第１の光強度分布とは異なる第２の光強度分布を形成するものであることを特徴とする照明光学装置。
16. 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１５に記載の照明光学装置。
17. 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１５に記載の照明光学装置。
18. 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１５に記載の照明光学装置。
19. 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１５に記載の照明光学装置。
20. 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１９に記載の照明光学装置。
21. 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１５に記載の照明光学装置。
22. 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１５乃至２１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
23. 請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、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。
24. 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２３に記載の露光装置。
25. 請求項２３または２４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。

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