(57)【要約】  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。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、光源と被照射面との間の光路中に配置されて、射出光束の光路を第１光路と第２光路との間で切り換える光路切り換え部材（３，４）と、第１光路と第２光路とを合成する光路合成部材（５）と、第１光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第１瞳分布形成部材（１２，１３，１５，１６，６）と、第２光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第２瞳分布形成部材（２２，２３，２５，２６，６）とを備えている。
2008007632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射面を照明する照明光学装置において、
射出する光束の光路を第１光路と第２光路との間で切り換える光路切り換え部材と、
前記第１光路と前記第２光路とを合成する光路合成部材と、
前記第１光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第１瞳分布形成部材と、
前記第２光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第２瞳分布形成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】
前記光路切り換え部材は、偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターに入射する光束の偏光状態を２つの直線偏光状態の間で切り換える偏光状態切り換え部材とを有し、
前記光路合成部材は、偏光ビームスプリッター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】
前記光路切り換え部材は、入射光束を前記第１光路に向かって反射する第１姿勢と入射光束を前記第２光路に向かって反射する第２姿勢との間で切り換え可能な反射鏡を有し、
前記光路合成部材は、偏光ビームスプリッターを有し、
前記第１光路および前記第２光路のうちの少なくとも一方の光路に配置されて、光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材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４】
前記光路切り換え部材は、入射光束を前記第１光路に向かって反射する第１姿勢と入射光束を前記第２光路に向かって反射する第２姿勢との間で切り換え可能な第１反射鏡を有し、
前記光路合成部材は、前記第１光路に沿って入射する光束を反射する第２反射鏡と、前記第２光路に沿って入射する光束を反射する第３反射鏡とを有し、
前記第１光路および前記第２光路のうちの少なくとも一方の光路に配置されて、光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材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５】
前記光路切り換え部材は、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反射面と、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反射面と、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。
【請求項６】
前記光路切り換え部材による前記第１光路と前記第２光路との切り換えに際して、光路中の光学部材は静止し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。
【請求項７】
前記光路切り換え部材は、入射光束を前記第１光路に沿って進む第１光束と前記第２光路に沿って進む第２光束とに分離する光束分離部材と、前記第１光束および前記第２光束のうちのいずれか一方の光束を必要に応じて遮るシャッター部材とを備えていることを特徴とする請求項１または６に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記光路切り換え部材に対して照明光を供給する光源をさらに備えてい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。
【請求項９】
被照射面を照明する照明光学装置において、
入射光束を第１光路に沿って進む第１光束と第２光路に沿って進む第２光束とに分離する光束分離部材と、
前記第１光路と前記第２光路とを合成する光路合成部材と、
前記第１光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第１瞳分布形成部材と、
前記第２光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第２瞳分布形成部材と、
前記第１光束および前記第２光束のうちのいずれか一方の光束を必要に応じて遮るシャッター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１０】
前記光束分離部材および前記光路合成部材は、偏光ビームスプリッターをそれぞれ有し、
前記シャッター部材は、前記第１光束を必要に応じて遮る第１シャッター部材と、前記第２光束を必要に応じて遮る第２シャッター部材とを有することを特徴とする請求項９に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記第１光路および前記第２光路のうちのいずれか一方の光路は、遅延光路を有することを特徴とする請求項９または１０に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記第１瞳分布形成部材は、前記照明瞳に形成される光強度分布の形状または大きさを変化させる第１変更部材を有し、
前記第２瞳分布形成部材は、前記照明瞳に形成される光強度分布の形状または大きさを変化させる第２変更部材を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記光路合成部材の後側に配置されたオプティカルインテグレータと、
前記第１光路および前記オプティカルインテグレータを通過した第１光束および前記第２光路および前記オプティカルインテグレータを通過した第２光束を前記被照射面上の同じ照明領域へ導く共通の導光光学系とを備えていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３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１５】
請求項１４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、被照射面を照明する照明光学装置において、
射出する光束の光路を第１光路と第２光路との間で切り換える光路切り換え部材と、
前記第１光路と前記第２光路とを合成する光路合成部材と、
前記第１光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第１瞳分布形成部材と、
前記第２光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第２瞳分布形成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、被照射面を照明する照明光学装置において、
入射光束を第１光路に沿って進む第１光束と第２光路に沿って進む第２光束とに分離する光束分離部材と、
前記第１光路と前記第２光路とを合成する光路合成部材と、
前記第１光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第１瞳分布形成部材と、
前記第２光路に配置されて、照明瞳に所定の光強度分布を形成する第２瞳分布形成部材と、
前記第１光束および前記第２光束のうちのいずれか一方の光束を必要に応じて遮るシャッター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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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２】（ａ）は第１光束がアフォーカルレンズの瞳面に形成する２極状の光強度分布を、（ｂ）は第２光束がアフォーカルレンズの瞳面に形成する２極状の光強度分布を示す図である。
【図３】（ａ）は第１光束が照明瞳に形成する２極状の二次光源を、（ｂ）は第２光束が照明瞳に形成する２極状の二次光源を示す図である。
【図４】偏向ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図５】（ａ）はマスク上に形成される第１照明領域を、（ｂ）はマスク上に形成される第２照明領域を示す図である。
【図６】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。
【図７】本発明の第３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８】本発明の第４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９】本発明の第５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１０】射出光束の光路を第１光路と第２光路との間で切り換える光路切り換え機構の構成例を概略的に示す図である。
【図１１】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１２】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１３】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１４】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１５】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】
【００１３】
１  光源
３  １／２波長板
４，５  偏光ビームスプリッター
６  マイクロフライアイレンズ
７  偏向ユニット
１１，２１  シャッター部材
１２，２２  回折光学素子
１５，２５  円錐アキシコン系
１６，２６  ズームレンズ
ＭＢ  マスクブラインド
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。【００１５】
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、光軸ＡＸ廻りに回転可能に構成された１／２波長板３を介して、偏光ビームスプリッター４に入射する。１／２波長板３は、整形光学系２から入射する直線偏光の光を任意の方向に偏光する直線偏光の光に変換して偏光ビームスプリッター４へ導く。【００１６】
偏光ビームスプリッター４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状態（以下、「Ｘ方向直線偏光状態」という）の光は第１光路へ導かれ、偏光ビームスプリッター４を透過したＰ偏光の光すなわちＺ方向に偏光する直線偏光状態（以下、「Ｚ方向直線偏光状態」という）の光は第２光路へ導かれる。偏光ビームスプリッター４で反射されて第１光路に沿って導かれた第１光束は、シャッター部材１１および２極照明用の回折光学素子１２を介して、アフォーカルレンズ１３に入射する。【００１７】
シャッター部材１１は、偏光ビームスプリッター４から回折光学素子１２へ向かう第１光束を必要に応じて遮る機能を有する。アフォーカルレンズ１３は、前側レンズ群１３ａの前側焦点位置と回折光学素子１２の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群１３ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面１４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。【００１８】
具体的に、２極照明用の回折光学素子１２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２極状の光強度分布を形成する機能を有する。さらに詳細には、回折光学素子１２に入射した第１光束は、図２（ａ）に示すように、アフォーカルレンズ１３の瞳面に、第１光路の光軸ＡＸ１を中心としてＹ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布、すなわちＹ方向２極状の光強度分布を形成した後、アフォーカルレンズ１３から射出される。前側レンズ群１３ａと後側レンズ群１３ｂとの間の光路中において、アフォーカルレンズ１３の瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系１５が配置されている。円錐アキシコン系の構成および作用については後述する。【００１９】
アフォーカルレンズ１３からの第１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）１６を介して、Ｘ方向直線偏光状態で偏光ビームスプリッター５に入射する。Ｘ方向直線偏光状態の第１光束は、偏光ビームスプリッター５で反射された後、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）６に入射する。マイクロフライアイレンズ６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。【００２０】
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。【００２１】
所定面１４の位置はズームレンズ１６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６の入射面はズームレンズ１６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１６は、所定面１４とマイクロフライアイレンズ６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１３の瞳面とマイクロフライアイレンズ６の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。【００２２】
したがって、マイクロフライアイレンズ６の入射面には、アフォーカルレンズ１３の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした２極状の照野が形成される。この２極状の照野の全体形状は、ズームレンズ１６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６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ＩＲ１，ＩＲ２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。【００２３】
マイクロフライアイレンズ６に入射した第１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は、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、すなわち図３（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つの実質的な面光源からなるＺ方向２極状の二次光源が形成される。Ｚ方向２極状の二次光源を通過する第１光束は、図３（ａ）において両方向矢印で示すように、Ｘ方向直線偏光状態である。【００２４】
一方、偏光ビームスプリッター４を透過して第２光路に沿って導かれた第２光束は、光路折り曲げ反射鏡ＰＭ１で反射されてＹ方向に偏光する直線偏光状態（以下、「Ｙ方向直線偏光状態」という）になり、光路折り曲げ反射鏡ＰＭ２で反射されて再びＺ方向直線偏光状態になって、シャッター部材２１に入射する。第２光路中に配置されたシャッター部材２１、アフォーカルレンズ２３、円錐アキシコン系２５、およびズームレンズ２６は、第１光路中のシャッター部材１１、アフォーカルレンズ１３、円錐アキシコン系１５、およびズームレンズ１６と同様の機能を有する。【００２５】
具体的に、第２光路中の２極照明用の回折光学素子２２に入射した第２光束は、図２（ｂ）に示すように、アフォーカルレンズ２３の瞳面に、第２光路の光軸ＡＸ２を中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布、すなわちＸ方向２極状の光強度分布を形成した後、アフォーカルレンズ２３から射出される。アフォーカルレンズ２３からの第２光束は、σ値可変用のズームレンズ２６を介して、Ｚ方向直線偏光状態で偏光ビームスプリッター５に入射する。Ｚ方向直線偏光状態の第２光束は、第１光路と第２光路とを合成する光路合成部材としての偏光ビームスプリッター５を透過した後、マイクロフライアイレンズ６に入射する。【００２６】
こうして、マイクロフライアイレンズ６の入射面には、アフォーカルレンズ２３の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした２極状の照野が形成される。この２極状の照野の全体形状は、ズームレンズ２６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６に入射した第２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、すなわち図３（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つの実質的な面光源からなるＸ方向２極状の二次光源が形成される。Ｘ方向２極状の二次光源を通過する第２光束は、図３（ｂ）において両方向矢印で示すように、Ｚ方向直線偏光状態である。【００２７】
マイクロフライアイレンズ６からの第１光束および第２光束は、その射出面近傍に配置された偏向ユニット７を介して、コンデンサー光学系８に入射する。偏向ユニット７は、図４に示すように、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４つの扇形形状の偏角プリズム部材７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄにより構成されている。これらの４つの偏角プリズム部材７Ａ〜７Ｄにおいて、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の偏角プリズム部材は互いに同じ特性を有する。【００２８】
偏角プリズム部材７Ａ，７Ｃは、回折光学素子１２によりマイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成されるＺ方向２極状の二次光源に対応する第１光束が通過する領域に設けられ、入射した第１光束を図１中斜め上向きに偏向する機能を有する。一方、偏角プリズム部材７Ｂ，７Ｄは、回折光学素子２２によりマイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成されるＸ方向２極状の二次光源に対応する第２光束が通過する領域に設けられ、入射した第２光束を図１中斜め下向きに偏向する機能を有する。【００２９】
偏向ユニット７を介して図１中斜め上向きに偏向された第１光束および図１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、マスクブラインドＭＢをそれぞれ重畳的に照明する。照明視野絞りとしてのマスクブラインドＭＢには、マイクロフライアイレンズ６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。具体的に、偏向ユニット７により図１中斜め上向きに偏向された第１光束はマスクブラインドＭＢの図１中上側にＸ方向に細長い矩形状の第１照野を形成し、偏向ユニット７により図１中斜め下向きに偏向された第２光束はマスクブラインドＭＢの図１中下側に同じくＸ方向に細長い矩形状の第２照野を形成する。【００３０】
マスクブラインドＭＢの矩形状の開口部（光透過部）を通過した第１光束は、結像光学系９（参照符号は不図示）の前側レンズ群９ａ、光路折曲げ反射鏡ＰＭ３、および結像光学系９の後側レンズ群９ｂを介して、図５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。第１光束は、光路折曲げ反射鏡ＰＭ３で反射されてもＸ方向直線偏光状態のままマスクＭに達する。すなわち、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２極照明される。【００３１】
一方、マスクブラインドＭＢの矩形状の開口部を通過した第２光束は、結像光学系９の前側レンズ群９ａ、光路折曲げ反射鏡ＰＭ３、および結像光学系９の後側レンズ群９ｂを介して、図５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。第２光束は、光路折曲げ反射鏡ＰＭ３での反射によりＺ方向直線偏光状態からＹ方向直線偏光状態に変換され、マスクＭに達する。すなわち、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２極照明される。第１照明領域ＩＲ１と第２照明領域ＩＲ２とは、例えば光軸ＡＸを通り且つＸ方向に平行な軸線に関して対称である。【００３２】
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。【００３３】
第１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。【００３４】
円錐アキシコン系１５，２５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１５ａ，２５ａ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１５ｂ，２５ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材１５ａ，２５ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材１５ｂ，２５ｂ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１５ａ，２５ａおよび第２プリズム部材１５ｂ，２５ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸ１，ＡＸ２に沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材１５ａ，２５ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材１５ｂ，２５ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。【００３５】
第１プリズム部材１５ａ，２５ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材１５ｂ，２５ｂ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１５，２５は平行平面板として機能し、形成される２極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１５ａ，２５ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材１５ｂ，２５ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、２極状の二次光源の幅（２極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２）を一定に保ちつつ、２極状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、２極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。【００３６】
ズームレンズ１６，２６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１６，２６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１６，２６の作用により、２極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１５，２５およびズームレンズ１６，２６の作用により、２極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。【００３７】
なお、円錐アキシコン系１５，２５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１３，２３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。【００３８】
第１実施形態では、光軸ＡＸ廻りに回転可能な１／２波長板３の作用により、偏光ビームスプリッター４に入射する光束の偏光状態を、偏光ビームスプリッター４の偏光分離面に対するＳ偏光とＰ偏光との間、すなわちＸ方向直線偏光状態とＺ方向直線偏光状態との間で切り換える。具体的に、第１パターン領域ＰＡ１のパターンの走査露光に際して、偏光状態切り換え部材としての１／２波長板３の作用により、偏光ビームスプリッター４にＳ偏光の光が入射するように設定する。その結果、１／２波長板３を介して偏光ビームスプリッター４に入射した光のすべては、その偏光分離面で反射されて第１光路へ導かれる。【００３９】
偏光ビームスプリッター４で反射されて第１光路へ導かれた光束は、マイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍の照明瞳にＺ方向２極状で且つＸ方向直線偏光状態の二次光源を形成した後に、第１照明領域ＩＲ１をＸ方向直線偏光状態で２極照明する。なお、偏光ビームスプリッター４の製造誤差などに依存して第２光路へ侵入する不要光がマスクＭに達することがないように、第２光路へ侵入した不要光をシャッター部材２１により遮ることが望ましい。あるいは、第２光路へ侵入した不要光をマスクブラインドＭＢにより遮ることもできる。【００４０】
次いで、第２パターン領域ＰＡ２のパターンの走査露光に際して、１／２波長板３を光軸ＡＸ廻りに所要角度だけ回転させて、偏光ビームスプリッター４にＰ偏光の光が入射するように設定する。その結果、１／２波長板３を介して偏光ビームスプリッター４に入射した光のすべては、その偏光分離面を透過して第２光路へ導かれる。偏光ビームスプリッター４を透過して第２光路へ導かれた光束は、マイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍の照明瞳にＸ方向２極状で且つＺ方向直線偏光状態の二次光源を形成した後に、第２照明領域ＩＲ２をＹ方向直線偏光状態で２極照明する。なお、偏光ビームスプリッター４の製造誤差などに依存して第１光路へ侵入する不要光がマスクＭに達することがないように、第１光路へ侵入した不要光をシャッター部材１１により遮ることが望ましい。あるいは、第１光路へ侵入した不要光をマスクブラインドＭＢにより遮ることもできる。【００４１】
以上のように、第１実施形態では、偏光ビームスプリッター４と、この偏光ビームスプリッター４に入射する光束の偏光状態を２つの直線偏光状態（上述の例ではＸ方向直線偏光状態とＺ方向直線偏光状態と）の間で切り換える偏光状態切り換え部材としての１／２波長板３とが、射出光束の光路を第１光路と第２光路との間で切り換える光路切り換え部材を構成している。したがって、偏光状態切り換え部材としての１／２波長板３を光軸ＡＸ廻りに所要角度だけ回転させ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２極照明と、Ｙ方向直線偏光状態での第２照明領域ＩＲ２の２極照明とを切り換えることができる。【００４２】
すなわち、第１実施形態の照明光学装置では、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。【００４３】
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。【００４４】
第１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、図３（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からの光により、第１照明領域ＩＲ１に対応するパターンを照明する。その結果、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。【００４５】
同様に、第２パターン領域ＰＡ２のパターンの走査露光に際して、図３（ｂ）に示すようなＸ方向２極状でＹ方向直線偏光状態の二次光源からの光により、第２照明領域ＩＲ２に対応するパターンを照明する。その結果、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。【００４６】
なお、第１実施形態では、偏向ユニット７の作用により、第１光束を図１中斜め上向きに偏向して第１照明領域ＩＲ１へ導き、第２光束を図１中斜め下向きに偏向して第１照明領域ＩＲ１から離間した第２照明領域ＩＲ２へ導いている。しかしながら、これに限定されることなく、偏向ユニット７の設置を省略して、例えば光軸ＡＸを中心とした第１照明領域を第１光束で照明し、光軸ＡＸに対して第１照明領域と同じ位置にある第２照明領域を第２光束で照明することもできる。ただし、第１光束は第１パターン領域ＰＡ１を照明し、第２光束は第２パターン領域ＰＡ２を照明する。【００４７】
図６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実施形態は、第１実施形態と類似の構成を有するが、整形光学系２と一対の回折光学素子１２，２２との間の構成、および偏向ユニット７の設置の有無が第１実施形態と相違している。図６では、図１の第１実施形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態の構成および作用を説明する。【００４８】
第２実施形態では、光源１から光軸ＡＸに沿って射出された光束が、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、切り換え反射鏡ＯＭに入射する。切り換え反射鏡ＯＭは、例えばピエゾ素子などにより駆動されて、整形光学系２からの入射光束を第１光路に向かって反射する第１姿勢（図６中実線で示す姿勢）と入射光束を第２光路に向かって反射する第２姿勢（図６中破線で示す姿勢）との間で切り換え可能である。第１姿勢に設定された切り換え反射鏡ＯＭで反射されて第１光路に導かれた第１光束は、第１光路と第２光路とに共通の共通光学系３１、および第１光路の光軸ＡＸ１廻りに回転可能に構成された１／２波長板３２Ａを介して、回折光学素子１２に入射する。【００４９】
１／２波長板３２Ａは、第１光路に配置されて光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材であって、整形光学系２から入射した直線偏光の光を、後段の偏光ビームスプリッター５の偏光分離面に対してＳ偏光の光すなわちＸ方向直線偏光の光に変換して回折光学素子１２へ導く。回折光学素子１２からの第１光束は、コア光学系３３Ａを介した後、Ｘ方向直線偏光状態のまま、偏光ビームスプリッター５に入射する。偏光ビームスプリッター５で反射されたＸ方向直線偏光状態の第１光束は、マイクロフライアイレンズ６に入射する。コア光学系３３Ａは、図１におけるアフォーカルレンズ１３、円錐アキシコン系１５、およびズームレンズ１６を含む光学系である。したがって、マイクロフライアイレンズ６に入射した第１光束は、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（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する。【００５０】
一方、第２姿勢に設定された切り換え反射鏡ＯＭで反射されて第２光路に導かれた第２光束は、共通の共通光学系３１、および第２光路の光軸ＡＸ２廻りに回転可能に構成された１／２波長板３２Ｂを介して、回折光学素子２２に入射する。１／２波長板３２Ｂは、第２光路に配置されて光束の偏光状態を変化させる偏光変化部材であって、整形光学系２から入射した直線偏光の光を、偏光ビームスプリッター５の偏光分離面に対してＰ偏光の光すなわちＹ方向直線偏光の光に変換して回折光学素子２２へ導く。【００５１】
回折光学素子２２からの第２光束は、コア光学系３３Ｂを介した後、光路折り曲げ反射鏡ＰＭ４により反射されてＺ方向直線偏光状態になり、偏光ビームスプリッター５に入射する。偏光ビームスプリッター５を透過したＺ方向直線偏光状態の第２光束は、マイクロフライアイレンズ６に入射する。コア光学系３３Ｂは、図１におけるアフォーカルレンズ２３、円錐アキシコン系２５、およびズームレンズ２６を含む光学系である。したがって、マイクロフライアイレンズ６に入射した第２光束は、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（ｂ）に示すようなＸ方向２極状でＺ方向直線偏光状態の二次光源を形成する。【００５２】
Ｚ方向２極状の二次光源からの第１光束は、コンデンサー光学系８、マスクブラインドＭＢ、および結像光学系９を介して、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（不図示）を重畳的に照明する。すなわち、マスクＭの第１パターン領域ＰＡ１のうち、第１照明領域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。一方、Ｘ方向２極状の二次光源からの第２光束は、コンデンサー光学系８、マスクブラインドＭＢ、および結像光学系９を介して、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（不図示）を重畳的に照明する。すなわち、マスクＭの第２パターン領域ＰＡ２のうち、第２照明領域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。【００５３】
第２実施形態では、偏向ユニット７の設置を省略しているため、例えば光軸ＡＸを中心とした第１照明領域を第１光束で照明し、光軸ＡＸに対して第１照明領域と同じ位置にある第２照明領域を第２光束で照明する。ただし、第１光束による第１照明領域の照明時と第２光束による第２照明領域の照明時とでマスクＭのＹ方向位置が異なるため、第１光束は第１パターン領域ＰＡ１を照明し、第２光束は第２パターン領域ＰＡ２を照明する。なお、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に偏向ユニット７を設置することができる。この場合、第１実施形態の場合と同様に、第１光束で第１照明領域ＩＲ１を照明し、第１照明領域ＩＲ１とは異なる位置にある第２照明領域ＩＲ２を第２光束で照明することになる。【００５４】
第２実施形態では、入射光束を第１光路に向かって反射する第１姿勢と入射光束を第２光路に向かって反射する第２姿勢との間で切り換え反射鏡ＯＭの姿勢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パターン領域ＰＡ１の２極照明と、Ｙ方向直線偏光状態での第２パターン領域ＰＡ２の２極照明とを切り換えることができる。すなわち、第２実施形態においても、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。【００５５】
なお、第２実施形態では、偏光変化部材としての１／２波長板３２Ａを第１光路に配置し、偏光変化部材としての１／２波長板３２Ｂを第２光路に配置している。しかしながら、例えば偏光ビームスプリッター５の偏光分離面に対してＳ偏光の光が共通光学系３１に入射するように設定することにより、１／２波長板３２Ｂの設置を省略することができる。同様に、偏光ビームスプリッター５の偏光分離面に対してＰ偏光の光が共通光学系３１に入射するように設定することにより、１／２波長板３２Ａの設置を省略することができる。【００５６】
また、第２実施形態では、例えば光路合成部材としての偏光ビームスプリッター５とマイクロフライアイレンズ６との間の光路に対してデポラライザ（偏光解消素子）３４を挿脱自在に設けることもできる。この場合、例えば第１パターン領域ＰＡ１のパターンの走査露光に際して、デポラライザ３４を照明光路中に設定し、第１パターン領域ＰＡ１を非偏光状態の光で照明することにより、例えば線幅の比較的大きい補助的パターンの像をウェハＷ上に良好に形成することができる。また、第２実施形態において、反射鏡ＯＭとして、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。【００５７】
図７は、本発明の第３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３実施形態は、第２実施形態と類似の構成を有するが、偏光ビームスプリッター５に代えて光路折り曲げ反射鏡ＰＭ５を用いている点が第２実施形態と基本的に相違している。図７では、図６の第２実施形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図６と同じ参照符号を付している。以下、第２実施形態との相違点に着目して、第３実施形態の構成および作用を説明する。【００５８】
第３実施形態では、回折光学素子１２からの第１光束が、コア光学系３３Ａを介した後、光路折り曲げ反射鏡ＰＭ５により反射されて、マイクロフライアイレンズ６に入射する。マイクロフライアイレンズ６に入射した第１光束は、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（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する。回折光学素子２２からの第２光束は、コア光学系３３Ｂを介した後、光路折り曲げ反射鏡ＰＭ４により反射されてＺ方向直線偏光状態になり、マイクロフライアイレンズ６に入射する。マイクロフライアイレンズ６に入射した第２光束は、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（ｂ）に示すようなＸ方向２極状でＺ方向直線偏光状態の二次光源を形成する。【００５９】
Ｚ方向２極状の二次光源からの第１光束は、コンデンサー光学系８、マスクブラインドＭＢ、および結像光学系９を介して、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。すなわち、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２極照明される。一方、Ｘ方向２極状の二次光源からの第２光束は、コンデンサー光学系８、マスクブラインドＭＢ、および結像光学系９を介して、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。すなわち、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２極照明される。第１照明領域ＩＲ１と第２照明領域ＩＲ２とは、例えば光軸ＡＸを通り且つＸ方向に平行な軸線に関して対称である。【００６０】
このように、第３実施形態では、第１光路に沿って入射する光束を反射する光路折り曲げ反射鏡ＰＭ５と、第２光路に沿って入射する光束を反射する光路折り曲げ反射鏡ＰＭ４とが、第１光路と第２光路とを合成する光路合成部材を構成している。なお、第３実施形態では、光路折り曲げ反射鏡ＰＭ４，ＰＭ５に代えて、例えばピエゾ素子などにより駆動される振動ミラーを用いることもできる。この場合、振動ミラーの作用により、ウェハＷ上でのパターン形成における干渉縞の影響を低減することができる。【００６１】
図８は、本発明の第４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４実施形態は、第２実施形態と類似の構成を有するが、整形光学系２と一対の１／２波長板３２Ａ，３２Ｂとの間の構成が第２実施形態と基本的に相違している。図８では、図６の第２実施形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図６と同じ参照符号を付している。以下、第２実施形態との相違点に着目して、第４実施形態の構成および作用を説明する。【００６２】
第４実施形態では、光源１から光軸ＡＸに沿って射出された光束が、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、１／４波長板３６を介して偏光ビームスプリッター３７に入射する。１／４波長板３６は、入射した直線偏光の光を円偏光の光に変換して偏光ビームスプリッター３７へ導く。したがって、偏光ビームスプリッター３７に入射した円偏光の光のうち、偏光ビームスプリッター３７を透過した光は第１光路へ導かれ、偏光ビームスプリッター３７で反射された光は第２光路へ導かれる。すなわち、偏光ビームスプリッター３７は、入射光束を第１光路に沿って進む第１光束と第２光路に沿って進む第２光束とに分離する光束分離部材を構成している。【００６３】
偏光ビームスプリッター３７を透過したＰ偏光状態すなわちＺ方向直線偏光状態の第１光束は、偏光ビームスプリッター３８を透過し、反射鏡３９，４０で順次反射された後、再び偏光ビームスプリッター３８に入射する。このように、偏光ビームスプリッター３８および一対の反射鏡３９，４０は、遅延光路（リターダー）を構成している。遅延光路を介してＹ方向直線偏光状態となった第１光束は、偏光ビームスプリッター３８を透過し、１／２波長板３２Ａを介してＸ方向直線偏光状態になり、回折光学素子１２に入射する。回折光学素子１２からの第１光束は、マイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（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する。【００６４】
偏光ビームスプリッター３７で反射されたＳ偏光状態すなわちＸ方向直線偏光状態の第２光束は、１／２波長板３２Ｂを介してＹ方向直線偏光状態になり、回折光学素子２２に入射する。回折光学素子２２からの第２光束は、マイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（ｂ）に示すようなＺ方向直線偏光状態の二次光源を形成する。なお、１／２波長板３２Ａと回折光学素子１２との間の光路中には第１光束を必要に応じて遮る第１シャッター部材４１Ａが設けられ、１／２波長板３２Ｂと回折光学素子２２との間の光路中には第２光束を必要に応じて遮る第２シャッター部材４１Ｂが設けられている。シャッター部材４１Ａ，４１Ｂの作用については後述する。【００６５】
Ｚ方向２極状の二次光源からの第１光束は、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（不図示）を重畳的に照明する。すなわち、マスクＭの第１パターン領域ＰＡ１のうち、例えば光軸ＡＸを中心とした第１照明領域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。一方、Ｘ方向２極状の二次光源からの第２光束は、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（不図示）を重畳的に照明する。すなわち、マスクＭの第２パターン領域ＰＡ２のうち、例えば光軸ＡＸを中心とした第２照明領域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。【００６６】
第４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２シャッター部材４１Ｂを閉じて第２光束の回折光学素子２２への入射を遮るとともに、第１シャッター部材４１Ａを開いて第１光束の回折光学素子１２への入射を許容する。一方、第２パターン領域ＰＡ２のパターンの走査露光に際して、第１シャッター部材４１Ａを閉じて第１光束の回折光学素子１２への入射を遮るとともに、第２シャッター部材４１Ｂを開いて第２光束の回折光学素子２２への入射を許容する。換言すると、シャッター部材４１Ａ，４１Ｂを開閉す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パターン領域ＰＡ１の２極照明と、Ｙ方向直線偏光状態での第２パターン領域ＰＡ２の２極照明とを切り換えることができる。【００６７】
なお、第４実施形態では、シャッター部材４１Ａ，４１Ｂをともに開くことにより、マスクＭ上において例えば光軸ＡＸを中心とした照明領域を、図３（ａ）に示すＺ方向２極状の二次光源と図３（ｂ）に示すＸ方向２極状の二次光源との合成からなる４極状の二次光源からの周方向直線偏光状態の光により照明することができる。このとき、偏光ビームスプリッター３７で分離されたＰ偏光の光とＳ偏光の光とのうち、偏光ビームスプリッター３７を透過したＰ偏光の光だけをリターダー３８〜４０を介して遅延させている。その結果、後段の偏光ビームスプリッター５で合成されるＰ偏光成分とＳ偏光成分との時間的コヒーレンシィが低減され、ひいては投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上にパターンを良好に形成することができる。【００６８】
図９は、本発明の第５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５実施形態は、第４実施形態と類似の構成を有するが、光源、整形光学系およびマイクロフライアイレンズが第１光路と第２光路とにそれぞれ配置されている点が第４実施形態と基本的に相違している。図９では、図８の第４実施形態における構成要素と同じ機能を果たす要素に、図８と同じ参照符号を付している。以下、第４実施形態との相違点に着目して、第５実施形態の構成および作用を説明する。【００６９】
第５実施形態では、第１光源１Ａから射出されたＳ偏光状態すなわちＸ方向直線偏光状態の第１光束が、第１整形光学系２Ａを介して回折光学素子１２に入射する。回折光学素子１２からの第１光束は、コア光学系４２Ａおよびズームレンズ１６を介して、第１マイクロフライアイレンズ６Ａに入射する。コア光学系４２Ａは、図１におけるアフォーカルレンズ１３および円錐アキシコン系１５を含む光学系である。したがって、第１マイクロフライアイレンズ６Ａに入射した第１光束は、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（ａ）に示す二次光源に対応して、Ｙ方向２極状でＸ方向直線偏光状態の二次光源を形成する。Ｙ方向２極状の二次光源からの第１光束は、光路合成部材としての偏光ビームスプリッター５で反射された後、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（不図示）を重畳的に照明する。すなわち、マスクＭの第１パターン領域ＰＡ１のうち、例えば光軸ＡＸを中心とした第１照明領域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。【００７０】
一方、第２光源１Ｂから射出されたＰ偏光状態すなわちＹ方向直線偏光状態の第２光束は、第２整形光学系２Ｂを介して回折光学素子２２に入射する。回折光学素子２２からの第２光束は、コア光学系４２Ｂ、反射鏡ＰＭ４およびズームレンズ２６を介して、Ｚ方向直線偏光状態で第２マイクロフライアイレンズ６Ｂに入射する。コア光学系４２Ｂは、図１におけるアフォーカルレンズ２３および円錐アキシコン系２５を含む光学系である。したがって、第２マイクロフライアイレンズ６Ｂに入射した第２光束は、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図３（ｂ）に示すようなＸ方向２極状でＺ方向直線偏光状態の二次光源を形成する。Ｘ方向２極状の二次光源からの第２光束は、偏光ビームスプリッター５を透過した後、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（不図示）を重畳的に照明する。すなわち、マスクＭの第２パターン領域ＰＡ２のうち、例えば光軸ＡＸを中心とした第２照明領域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。【００７１】
第５実施形態では、第４実施形態と同様に、第１パターン領域ＰＡ１のパターンの走査露光に際して、第２シャッター部材４１Ｂを閉じて第１シャッター部材４１Ａを開く。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１シャッター部材４１Ａを閉じて第２シャッター部材４１Ｂを開く。さらに、シャッター部材４１Ａ，４１Ｂをともに開いて、マスクＭ上において例えば光軸ＡＸを中心とした照明領域を、４極状の二次光源からの周方向直線偏光状態の光により照明する。【００７２】
上述の第４実施形態および第５実施形態では、光路切り換え部材による光路の切り換えに際して、光路中の光学部材（屈折部材、反射部材、回折部材、偏光部材）が静止した状態であるため、光学部材が移動することによる照明状態の変化を招かない利点がある。なお、第４実施形態および第５実施形態において、偏光ビームスプリッター３７に代えて、入射光を振幅分割して複数の光路に分岐する振幅分割型ビームスプリッターを用いてもよい。【００７３】
なお、上述の第１実施形態では１／２波長板３と偏光ビームスプリッター４とが光路切り換え部材を構成し、第２実施形態および第３実施形態では切り換え反射鏡ＯＭが光路切り換え部材を構成し、第４実施形態ではシャッター部材４１Ａ，４１Ｂと偏光ビームスプリッター３７とが光路切り換え部材を構成し、第５実施形態ではシャッター部材４１Ａ，４１Ｂが光路切り換え部材を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、射出光束の光路を第１光路と第２光路との間で切り換える光路切り換え機構について、例えば図１０に示すような構成例も可能である。図１０を参照すると、集光光学系５１を介した光束が、回折光学素子のような光束変換素子５２を介して、第１直角プリズム５３Ａに入射する。光束変換素子５２は、入射光束を一方向にだけ拡散する機能を有する。したがって、光軸ＡＸに沿って第１直角プリズム５３Ａに入射した光束は、その反射面５３Ａａにおいて傾斜方向に細長く延びる断面形状で反射され、第１光束となって第１光路の光軸ＡＸ１に沿って導かれる。【００７４】
第１直角プリズム５３Ａの反射面５３Ａａに入射する光束の断面が一方向に細長く延びているので、入射光束のエネルギ密度を十分小さく抑えて光照射による反射面５３Ａａの損傷を回避することができる。図１０に示す光路切り換え機構は、第１直角プリズム５３Ａと、第２直角プリズム５３Ｂと、第１直角プリズム５３Ａおよび第２直角プリズム５３Ｂを図中の矢印Ｆ１で示す方向に移動させて、第１直角プリズム５３Ａの反射面５３Ａａおよび第２直角プリズム５３Ｂの反射面５３Ｂａ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５４とを有する。したがって、設定部５４の作用により図中の第１直角プリズム５３Ａの位置へ第２直角プリズム５３Ｂを移動させて反射面５３Ｂａを照明光路中に設定すると、光軸ＡＸに沿って第２直角プリズム５３Ｂに入射した光束は、その反射面５３Ｂａにおいて傾斜方向に細長く延びる断面形状で反射され、第２光束となって第２光路の光軸ＡＸ２に沿って導かれる。【００７５】
なお、上述の各実施形態では、２極照明用の回折光学素子１２，２２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（３極照明、４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照明領域および第２照明領域をそれぞれ照明することができる。【００７６】
また、上述の各実施形態では、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。【００７７】
また、上述の各実施形態では、同一マスク上の２つの領域のパターン像を感光性基板上に形成している。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感光性基板上に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。このような双頭型の投影光学系としては、米国特許仮出願第６０／９０７，８２８号で提案されている光学系を用いることができる。【００７８】
また、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成するパターン形成装置を用いることができる。このようなパターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開平８−３１３８４２号公報、特開２００４−３０４１３５号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。【００７９】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。【００８０】
上述の実施形態の露光装置は、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で製造される。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等が含まれる。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。【００８１】
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。【００８２】
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。【００８３】
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。【００８４】
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。【００８５】
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。【００８６】
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。【００８７】
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。このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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