(57)【要約】【課題】  第１領域の照明と第２領域の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行うことのできる照明光学装置。【解決手段】  光源（１）からの光に基づいて被照射面（Ｍ）を照明する本発明の照明光学装置は、光源からの光束に基づいて、射出光束を第１光路に沿って進行させる第１偏向部と、第２光路に沿って進行させる第２偏向部とを有し、第１光路および第２光路を切り換える光路切り換え部材（１２）と、第１光路に沿って被照射面上の第１照明領域に入射する第１光束および第２光路に沿って被照射面上の第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材（１３Ａ，１３Ｂ）とを備えている。【選択図】  図１
2008021767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束に基づいて、射出光束を第１光路に沿って進行させる第１偏向部と、第２光路に沿って進行させる第２偏向部とを有し、前記第１光路および前記第２光路を切り換える光路切り換え部材と、
前記第１光路に沿って前記被照射面上の第１照明領域に入射する第１光束および前記第２光路に沿って前記被照射面上の第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記第１偏向部は入射光束を反射して前記第１光路に沿って射出する第１反射面を有し、前記第２偏向部は入射光束を反射して前記第２光路に沿って射出する第２反射面を有し、前記光路切り換え部材は前記第１反射面および前記第２反射面のうちのいずれか一方の反射面だけを選択的に照明光路中に設定する設定部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。
【請求項３】
前記第１偏向部および前記第２偏向部は、照明瞳の位置またはその近傍の位置において入射光束を偏向することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記偏光変化部材は、前記光路切り換え部材と前記被照射面との間の光路中に配置された旋光子、波長板および非偏光化素子のうちの少なくとも１つ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。
【請求項５】
前記第１照明領域に入射する第１光束および前記第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の角度方向の光量分布を変化させる分布変更部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記分布変更部材は、前記光路切り換え部材と前記第１照明領域との間の光路中に配置された第１回折光学素子と、前記光路切り換え部材と前記第２照明領域との間の光路中に配置された第２回折光学素子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。
【請求項７】
光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束に基づいて、射出光束を第１光路に沿って進行させる第１偏向部と、第２光路に沿って進行させる第２偏向部とを有し、前記第１光路および前記第２光路を切り換える光路切り換え部材と、
前記第１光路に沿って前記被照射面上の第１照明領域に入射する第１光束および前記第２光路に沿って前記被照射面上の第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の角度方向の光量分布を変化させる分布変更部材とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項８】
前記分布変更部材は、前記光路切り換え部材と前記第１照明領域との間の光路中に配置された第１回折光学素子と、前記光路切り換え部材と前記第２照明領域との間の光路中に配置された第２回折光学素子とを有することを特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記第１回折光学素子および前記第２回折光学素子のうちの少なくとも一方は、前記被照射面の直前の位置において他の回折光学素子と交換可能に構成されていることを特徴とする請求項６または８に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９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。
【請求項１１】
第１パターンを有する第１マスクを保持する第１マスク保持部と、第２パターンを有する第２マスクを保持する第２マスク保持部とをさらに備え、
前記照明光学装置は、前記第１照明領域を前記第１パターン上に形成し、前記第２照明領域を前記第２パターン上に形成することを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
請求項１０または１１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー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。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィー工程において、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。
【０００３】
これに対し、スループットを向上させるために、２種類のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に重ね焼きして１つの合成パターンを形成する二重露光方式が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２１７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二重露光方式の露光装置では、例えばマスク上の第１パターン領域を第１の照明条件で照明して第１パターン領域のパターンを感光性基板上の１つのショット領域に転写した後に、マスク上の第２パターン領域を第２の照明条件で照明して第２パターン領域のパターンを感光性基板上の同一ショット領域に転写する。露光装置のスループットを向上させるには、第１パターン領域の照明と第２パターン領域の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行うことが求められる。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、第１領域の照明と第２領域の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行う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、第１領域の照明と第２領域の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行う照明光学装置を用いて、二重露光方式により微細パターンを感光性基板に高スループットで露光することのできる露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束に基づいて、射出光束を第１光路に沿って進行させる第１偏向部と、第２光路に沿って進行させる第２偏向部とを有し、前記第１光路および前記第２光路を切り換える光路切り換え部材と、
前記第１光路に沿って前記被照射面上の第１照明領域に入射する第１光束および前記第２光路に沿って前記被照射面上の第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束に基づいて、射出光束を第１光路に沿って進行させる第１偏向部と、第２光路に沿って進行させる第２偏向部とを有し、前記第１光路および前記第２光路を切り換える光路切り換え部材と、
前記第１光路に沿って前記被照射面上の第１照明領域に入射する第１光束および前記第２光路に沿って前記被照射面上の第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の角度方向の光量分布を変化させる分布変更部材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。
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照明光学装置では、照明光の偏光状態や照明瞳での光強度分布の形状または大きさなどをパラメータとする所要の照明条件で第１領域および第２領域を順次個別に照明することができ、ひいては第１領域の照明と第２領域の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行うことができる。その結果、本発明の露光装置では、第１領域の照明と第２領域の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行う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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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２は、図１の光路切り換え部材の構成および作用を説明する図である。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。
【００１３】
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。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、円形照明用の回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ４に入射する。
【００１４】
アフォーカルレンズ４は、前側レンズ群４ａの前側焦点位置と回折光学素子３の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群４ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面５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。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。
【００１５】
具体的に、円形照明用の回折光学素子３は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子３に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に円形状の光強度分布を形成した後、円形状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中において、アフォーカルレンズ４の瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系６が配置されている。円錐アキシコン系６の構成および作用については後述する。
【００１６】
アフォーカルレンズ４からの光束は、σ値（σ値＝照明系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ（変倍光学系）７を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）８に入射する。マイクロフライアイレンズ８は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。
【００１７】
ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００１８】
所定面５の位置はズームレンズ７の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面５とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
【００１９】
したがって、マイクロフライアイレンズ８の入射面には、アフォーカルレンズ４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野が形成される。この円形状の照野の全体形状は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ８を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において照明すべき照明領域の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき静止露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。
【００２０】
マイクロフライアイレンズ８に入射した光束は、多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした円形状の実質的な面光源からなる二次光源を形成する。マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系９を介した後、マスクブラインド１０を重畳的に照明する。
【００２１】
こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０には、マイクロフライアイレンズ８を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じて、例えばＸ方向に細長い矩形状の照野が形成される。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を通過した光束は、結像光学系１１（参照符号は不図示）の前側レンズ群１１ａを介して、光路切り換え部材１２に入射する。光路切り換え部材１２は、結像光学系１１の前側レンズ群１１ａと後側レンズ群１１ｂとの間の光路中において結像光学系１１の瞳位置またはその近傍位置に配置されている。以下、光路切り換え部材１２には、Ｘ方向に偏光するＸ方向直線偏光状態の光が入射するものとする。
【００２２】
図２を参照すると、光路切り換え部材１２は、入射光束を反射して第１光路に沿って射出する第１反射面１２ａと、入射光束を反射して第２光路に沿って射出する第２反射面１２ｂと、第１反射面１２ａおよび第２反射面１２ｂのうちのいずれか一方の反射面だけを選択的に照明光路中に設定する設定部１２ｃとにより構成されている。図２に示すように光路切り換え部材１２の第１反射面１２ａが照明光路中に設定されている場合、第１反射面１２ａに入射したＸ方向直線偏光状態の光束は、第１反射面１２ａで反射されて第１光路へ導かれる。
【００２３】
図２中実線で示すように第１光路に沿って導かれた第１光束は、結像光学系１１の後側レンズ群１１ｂおよび第１回折光学素子１３Ａを介して、図３に示すようにマスクＭ上の第１パターン領域ＰＡ１においてＸ方向に細長く延びる矩形状の第１照明領域ＩＲ１を重畳的に照明する。こうして、マスクＭの第１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照明される。光路切り換え部材１２と第１照明領域ＩＲ１との間の光路中においてマスクＭの直前に配置された第１回折光学素子１３Ａは、入射した第１光束を２つの光束に分割し、分割した２つの光束を、第１光路の光軸ＡＸ１を含んでＹＺ平面に平行な面に沿って互いに同じ角度だけ偏向させる機能を有する。
【００２４】
第１回折光学素子１３Ａが光路中に介在しないとき、第１光束は第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンをＸ方向直線偏光状態の光により円形照明する。これに対し、本実施形態では、第１回折光学素子１３Ａが第１照明領域ＩＲ１に入射する第１光束の角度方向の光量分布を変化させる分布変更部材として機能するため、第１光束は第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンをＸ方向直線偏光状態の光により２極照明することになる。これは、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図４（ａ）に示すように光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２極状でＸ方向直線偏光状態の二次光源を形成し、この二次光源からの光で第１照明領域ＩＲ１を照明することと光学的に等価である。
【００２５】
図２を再び参照すると、第２反射面１２ｂには、旋光子１４が取り付けられている。旋光子１４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５を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図５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。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）
【００２６】
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。具体的に、旋光子１４の厚さ（光軸方向の長さ）は、往復通過により直線偏光の光に９０度の旋光角度が付与されるように設定されている。
【００２７】
したがって、設定部１２ｃにより矢印Ｆ１の方向に光路切り換え部材１２を移動させて第２反射面１２ｂを照明光路中に設定すると、結像光学系１１の前側レンズ群１１ａからのＸ方向直線偏光状態の光束は、旋光子１４を介して第２反射面１２ｂに入射し、第２反射面１２ｂで反射されて旋光子１４を再び通過し、Ｙ方向直線偏光状態になって第２光路へ導かれる。図２中破線で示すように第２光路に沿って導かれた第２光束は、結像光学系１１の後側レンズ群１１ｂおよび第２回折光学素子１３Ｂを介して、図３に示すようにマスクＭ上の第２パターン領域ＰＡ２においてＸ方向に細長く延びる矩形状の第２照明領域ＩＲ２を重畳的に照明する。
【００２８】
こうして、マスクＭの第２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照明される。光路切り換え部材１２と第２照明領域ＩＲ２との間の光路中においてマスクＭの直前に配置された第２回折光学素子１３Ｂは、入射した第２光束を２つの光束に分割し、分割した２つの光束を、第２光路の光軸ＡＸ２を含んでＸＺ平面に平行な面に沿って互いに同じ角度だけ偏向させる。第２回折光学素子１３Ｂが光路中に介在しないとき、第２光束は第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンをＹ方向直線偏光状態の光により円形照明する。
【００２９】
これに対し、本実施形態では、第２回折光学素子１３Ｂが第２照明領域ＩＲ２に入射する第２光束の角度方向の光量分布を変化させる分布変更部材として機能するため、第２光束は第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンをＹ方向直線偏光状態の光により２極照明することになる。これは、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図４（ｂ）に示すように光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２極状でＺ方向直線偏光状態の二次光源を形成し、この二次光源からの光で第２照明領域ＩＲ２を照明することと光学的に等価である。
【００３０】
再び図１を参照すると、マスクステージＭＳによってＸＹ平面に沿って保持されたマスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１からの第１光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳによってＸＹ平面に沿って保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上に第１パターン領域ＰＡ１のパターン像を形成する。また、マスクＭ上の第２照明領域ＩＲ２からの第２光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上に第２パターン領域ＰＡ２のパターン像を形成する。
【００３１】
本実施形態では、マスクＭ上の第１照明領域ＩＲ１を照明し、投影光学系ＰＬに対してマスクＭ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パターン領域ＰＡ１のパターンを走査露光する。次いで、マスクＭ上の第２照明領域ＩＲ２を照明し、投影光学系ＰＬに対してマスクＭ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上の同じショット領域に第２パターン領域ＰＡ２のパターンを第１パターン領域ＰＡ１のパターンの上に重ねて走査露光する。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２回の走査露光すなわち二重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パターン領域ＰＡ１のパターンと第２パターン領域ＰＡ２のパターンとの合成パターンが逐次形成される。
【００３２】
円錐アキシコン系６は、光源側（光の入射側）から順に、光源側に平面を向け且つマスク側（光の射出側）に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材６ｂとにより構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材６ａおよび第２プリズム部材６ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００３３】
以下、輪帯状の二次光源（円形状の二次光源を含む広い概念）に着目して、円錐アキシコン系６の作用およびズームレンズ７の作用を説明する。第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系６は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、円形状の二次光源が輪帯状の二次光源になり、輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。
【００３４】
ズームレンズ７は、二次光源の全体形状を相似的（等方的）に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ７の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態では、第１反射面１２ａにより入射光束を反射して第１光路に沿って射出する第１位置と第２反射面１２ｂにより入射光束を反射して第２光路に沿って射出する第２位置との間で旋光子１４付きの光路切り換え部材１２の位置を切り換えるという単純な操作を行うだけで、Ｘ方向直線偏光状態での第１照明領域ＩＲ１の照明と、Ｙ方向直線偏光状態での第２照明領域ＩＲ２の照明とを迅速に切り換えることができる。また、第１照明領域ＩＲ１に入射する第１光束の角度方向の光量分布を変化させる分布変更部材としての第１回折光学素子１３Ａおよび第２照明領域ＩＲ２に入射する第２光束の角度方向の光量分布を変化させる分布変更部材としての第２回折光学素子１３Ｂの作用により、円形照明用の回折光学素子３を用いているにもかかわらず、第１照明領域ＩＲ１をＸ方向直線偏光状態で２極照明し且つ第２照明領域ＩＲ２をＹ方向直線偏光状態で２極照明することができる。
【００３６】
すなわち、本実施形態では、光路切り換え部材１２と回折光学素子１３Ａ，１３Ｂと旋光子１４との協働作用により、照明光の偏光状態や照明瞳での光強度分布の形状または大きさなどをパラメータとする所要の照明条件で第１パターン領域ＰＡ１および第２パターン領域ＰＡ２を順次個別に照明することができ、ひいては第１パターン領域ＰＡ１の照明と第２パターン領域ＰＡ２の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行うことができる。その結果、本実施形態の露光装置では、第１パターン領域ＰＡ１の照明と第２パターン領域ＰＡ２の照明との間で照明条件の切り換えを迅速に行う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。
【００３７】
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。
【００３８】
本実施形態では、第１パターン領域ＰＡ１のパターンの走査露光に際して、第１回折光学素子１３Ａが分布変更部材として機能するため、第１光束は第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンをＸ方向直線偏光状態の光により２極照明することになる。これは、上述したように、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図４（ａ）に示すようなＺ方向２極状でＸ方向直線偏光状態の二次光源を形成し、この二次光源からの光で第１照明領域ＩＲ１を照明することと光学的に等価である。こうして、第１照明領域ＩＲ１の光により照明された第１パターン領域ＰＡ１のパターンのうち、Ｘ方向に沿って細長く延びるＸ方向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。
【００３９】
また、第２パターン領域ＰＡ２のパターンの走査露光に際して、第２回折光学素子１３Ｂが分布変更部材として機能するため、第２光束は第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンをＹ方向直線偏光状態の光により２極照明することになる。これは、上述したように、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図４（ｂ）に示すようにＸ方向２極状でＺ方向直線偏光状態の二次光源を形成し、この二次光源からの光で第２照明領域ＩＲ２を照明することと光学的に等価である。こうして、第２照明領域ＩＲ２の光により照明された第２パターン領域ＰＡ２のパターンのうち、Ｙ方向に沿って細長く延びるＹ方向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。
【００４０】
なお、上述の実施形態では、光路切り換え部材１２が、入射光束を反射して第１光路に沿って射出する第１反射面１２ａと、入射光束を反射して第２光路に沿って射出する第２反射面１２ｂとを有する。しかしながら、これに限定されることなく、光路切り換え部材の具体的な構成については様々な変形例が可能である。一般に、光路切り換え部材は、光源からの光束に基づいて、射出光束を第１光路に沿って進行させる第１偏向部と、第２光路に沿って進行させる第２偏向部とを有し、第１光路および第２光路を切り換えるように構成される。
【００４１】
また、上述の実施形態では、マスクＭ上の第２照明領域ＩＲ２に入射する第２光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材として、光路切り換え部材１２の第２反射面１２ｂに取り付けられた旋光子１４を備えている。しかしながら、これに限定されることなく、旋光子（旋光素子）に代えて、波長板やデポラライザー（非偏光化素子；偏光解消素子）などを用いて偏光変化部材を構成することもできる。すなわち、被照射面上の第１照明領域に入射する第１光束および第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の偏光状態を変化させるように偏光変化部材を構成することが重要であり、偏光変化部材の具体的な構成、配置などについては様々な変形例が可能である。
【００４２】
また、上述の実施形態では、第１照明領域ＩＲ１に入射する第１光束の角度方向の光量分布を変化させる第１分布変更部材として、入射光束を２つの光束に分割して互いに同じ角度だけ偏向させる第１回折光学素子１３Ａを用い、第２照明領域ＩＲ２に入射する第２光束の角度方向の光量分布を変化させる第２分布変更部材として、入射光束を２つの光束に分割して互いに同じ角度だけ偏向させる第２回折光学素子１３Ｂを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、分布変更部材の具体的な構成については様々な変形例が可能である。すなわち、回折光学素子１３Ａおよび１３Ｂのうちの一方を光路から退避させたり、一方または双方を他の回折特性を有する回折光学素子と交換したりすることができる。
【００４３】
たとえば、第１回折光学素子１３Ａを他の回折特性を有する回折光学素子と交換することにより、円形照明用の回折光学素子３を介した光に基づいて、第１照明領域ＩＲ１を実質的に輪帯照明したり、実質的に２極以外の複数極照明したりすることができる。同様に、第２回折光学素子１３Ｂを他の回折特性を有する回折光学素子と交換することにより、円形照明用の回折光学素子３を介した光に基づいて、第２照明領域ＩＲ２を実質的に輪帯照明したり、実質的に２極以外の複数極照明したりすることができる。一般に、分布変更部材は、第１照明領域に入射する第１光束および第２照明領域に入射する第２光束のうちの少なくとも一方の光束の角度方向の光量分布を変化させるように構成される。
【００４４】
また、上述の実施形態では、円形照明用の回折光学素子３に代えて、輪帯照明用の回折光学素子や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、輪帯照明や複数極照明（２極照明、４極照明など）を行うことができる。すなわち、回折光学素子１３Ａ，１３Ｂを照明光路から退避させて、例えば輪帯照明、複数極照明などから選択された任意の照明形態で、第１照明領域および第２照明領域を互いに異なる偏光状態で照明することができる。あるいは、回折光学素子１３Ａおよび１３Ｂのうちの少なくとも一方を光路中に設定したり、一方または双方を他の回折特性を有する回折光学素子と交換したりして、様々な変形照明で第１照明領域および第２照明領域を照明することができる。
【００４５】
このとき、円錐アキシコン系６に代えて、Ｖ溝アキシコン系（不図示）や角錐アキシコン系（不図示）をアフォーカルレンズ４の瞳面またはその近傍に設定することもできる。ここで、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する。なお、Ｖ溝アキシコン系および角錐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。
【００４６】
また、上述の実施形態では、光路切り換え部材１２の第１反射面１２ａにより反射された第１光束および第２反射面１２ｂにより反射された第２光束がともに１つのマスクＭへ導かれ、このマスクＭ上に第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２をそれぞれ形成している。しかしながら、これに限定されることなく、光路切り換え部材１２の第１反射面１２ａで反射された第１光束により第１マスクＭ１（不図示）上に第１照明領域を形成し、第２反射面１２ｂで反射された第２光束により第２マスクＭ２（不図示）上に第２照明領域を形成することもできる。
【００４７】
この場合、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双頭型の投影光学系ＰＬに対して、第１マスクＭ１、第２マスクＭ２およびウェハＷを走査方向（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を逐次形成する。双頭型の投影光学系ＰＬとして、例えば図６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７に示すような反射屈折型で双頭型の投影光学系ＰＬや、図８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。
【００４８】
なお、上述の実施形態および各変形例では、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。
【００４９】
上述の実施形態および変形例にかかる照明光学装置および露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように組み立てることにより製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続などが含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は、温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００５０】
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９のフローチャートを参照して説明する。
【００５１】
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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１０のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１０において、パターン形成工程４０１では、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】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２】図１の光路切り換え部材の構成および作用を説明する図である。
【図３】（ａ）は第１光束がマスク上の第１パターン領域に形成する第１照明領域を、（ｂ）は第２光束がマスク上の第２パターン領域に形成する第２照明領域を示す図である。
【図４】（ａ）は第１光束が照明瞳に等価的に形成する２極状の二次光源を、（ｂ）は第２光束が照明瞳に等価的に形成する２極状の二次光源を示す図である。
【図５】水晶の旋光性について簡単に説明する図である。
【図６】屈折系と偏向ミラーとからなる双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図７】反射屈折型で双頭型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図８】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。
【図９】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１０】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。
【符号の説明】
【００５８】
１  光源
３  回折光学素子
４  アフォーカルレンズ
６  円錐アキシコン系
７  ズームレンズ
８  マイクロフライアイレンズ
９  コンデンサー光学系
１０  マスクブラインド
１１  結像光学系
１２  光路切り換え部材
１３Ａ，１３Ｂ  回折光学素子（分布変更部材）
１４  旋光子（偏光変化部材）
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008021767.tif 000008
【図７】
2008021767.tif 000009
【図８】
2008021767.tif 000010
【図９】
2008021767.tif 000011
【図１０】
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