(57)【要約】  互いに離間した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。第１照明領域（Ｍ１）を照明する第１照明系と、第２照明領域（Ｍ２）を照明する第２照明系とを備えた照明光学装置。第１照明系は、第１照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさを変化させる第１可変系（１１，１３，１４）を有し、第２照明系は、第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさを変化させる第２可変系（２１，２３，２４）を有する。第１可変系および第２可変系は、第１照明系の照明瞳での光強度分布と第２照明系の照明瞳での光強度分布とを互いに独立に変化させる。
2008007633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１照明光路を有し、第１照明領域を照明する第１照明系と、前記第１照明光路と独立した第２照明光路を有し、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照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさを変化させる第１可変系を有し、
前記第２照明系は、前記第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさを変化させる第２可変系を有し、
前記第１可変系および前記第２可変系は、前記第１照明系の照明瞳での光強度分布と前記第２照明系の照明瞳での光強度分布とを互いに独立に変化させることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記第１照明系は、前記第１照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第１偏光設定部を有し、
前記第２照明系は、前記第２照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第２偏光設定部を有し、
前記第１偏光設定部および前記第２偏光設定部は、前記第１照明領域を照明する光の偏光状態と前記第２照明領域を照明する光の偏光状態とを互いに独立に変化させ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可変系は、前記第１照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる第１形状変更系を有し、
前記第２可変系は、前記第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる第２形状変更系を有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】
前記第１形状変更系は、前記第１照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させるために、入射光を回折させて所望の光強度分布を形成する複数の交換可能な回折光学素子を有し、
前記第２形状変更系は、前記第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させるために、入射光を回折させて所望の光強度分布を形成する複数の交換可能な回折光学素子を有することを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記第１形状変更系は、前記第１照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させるために、前記第１照明系の光軸に沿った間隔が可変に構成された２つのプリズム部材を有し、
前記第２形状変更系は、前記第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させるために、前記第２照明系の光軸に沿った間隔が可変に構成された２つのプリズム部材を有することを特徴とする請求項３または４に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記第１可変系は、前記第１照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させる第１変倍系を有し、
前記第２可変系は、前記第２照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させる第２変倍系を有す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。
【請求項７】
前記第１変倍系は、前記第１照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させるために、前記第１照明系の光軸に沿って移動可能な複数の光学素子を有し、
前記第２変倍系は、前記第２照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させるために、前記第２照明系の光軸に沿って移動可能な複数の光学素子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。
【請求項８】
前記第１偏光設定部は、前記第１照明領域を照明する光の偏光状態を所望の方向に偏光する直線偏光状態に設定する第１偏光部材を有し、
前記第２偏光設定部は、前記第２照明領域を照明する光の偏光状態を所望の方向に偏光する直線偏光状態に設定する第２偏光部材を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記第１照明系は、前記第１照明領域を照明する光を均一化する第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、前記第２照明領域を照明する光を均一化する第２オプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
入射光を分岐し、分岐した一方の光を前記第１照明光路へ導き且つ分岐した他方の光を前記第２照明光路へ導く光分岐部材を備えてい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。
【請求項１１】
第１照明光路を有し、第１照明領域を照明する第１照明系と、前記第１照明光路と独立した第２照明光路を有し、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照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第１偏光設定部を有し、
前記第２照明系は、前記第２照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第２偏光設定部を有し、
前記第１偏光設定部および前記第２偏光設定部は、前記第１照明領域を照明する光の偏光状態と前記第２照明領域を照明する光の偏光状態とを互いに独立に変化させ、
入射光を分岐し、分岐した一方の光を前記第１照明光路へ導き且つ分岐した他方の光を前記第２照明光路へ導く光分岐部材をさらに備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１２】
前記光分岐部材は、偏光ビームスプリッター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。
【請求項１３】
前記光分岐部材へ前記入射光を供給する共通の光源を備えていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記第１照明系および前記第２照明系は、前記第１照明領域および前記第２照明領域を同時に照明することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記第１照明系および前記第２照明系は、前記第１照明領域および前記第２照明領域を非同時に照明することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記第１照明系に照明光を供給する第１光源と、前記第２照明系に照明光を供給する第２光源とに対して、照明光の供給タイミングを制御する制御信号を送出することを特徴とする請求項１５に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記第１照明領域と前記第２照明領域とは空間的に分離されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１８】
前記第１照明光路と前記第２照明光路とは空間的または時間的に分離されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１９】
前記第１照明系により照明される第１物体の像と、前記第２照明系により照明される第２物体の像とを、所定面上で近接または重畳させて形成する投影光学系に対して照明光を導くことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１９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。
【請求項２１】
前記第１照明領域に入射する光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照明領域に入射する光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２０に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記第１可変系と前記第２可変系とを独立に制御する制御部と、前記感光性基板の露光情報を入力する入力部とを備え、
前記制御部は、前記入力部からの情報に基づいて、前記第１可変系と前記第２可変系とを独立に制御することを特徴とする請求項２０または２１に記載の露光装置。
【請求項２３】
請求項２０乃至２２のいずれか１項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。
【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、例えば互いに離間した２つのマスク上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。【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、互いに離間した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、互いに離間した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。
【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、第１照明光路を有し、第１照明領域を照明する第１照明系と、前記第１照明光路と独立した第２照明光路を有し、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照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさを変化させる第１可変系を有し、
前記第２照明系は、前記第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさを変化させる第２可変系を有し、
前記第１可変系および前記第２可変系は、前記第１照明系の照明瞳での光強度分布と前記第２照明系の照明瞳での光強度分布とを互いに独立に変化させ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、第１照明光路を有し、第１照明領域を照明する第１照明系と、前記第１照明光路と独立した第２照明光路を有し、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照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第１偏光設定部を有し、
前記第２照明系は、前記第２照明領域を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第２偏光設定部を有し、
前記第１偏光設定部および前記第２偏光設定部は、前記第１照明領域を照明する光の偏光状態と前記第２照明領域を照明する光の偏光状態とを互いに独立に変化させ、
入射光を分岐し、分岐した一方の光を前記第１照明光路へ導き且つ分岐した他方の光を前記第２照明光路へ導く光分岐部材をさらに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】
本発明の第１形態にかかる照明光学装置では、第１照明領域を照明する第１照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさと、第２照明領域を照明する第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状または大きさとを互いに独立に変化させる。その結果、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、互いに離間した第１照明領域および第２照明領域を個別に照明することができる。【００１２】
本発明の第２形態にかかる照明光学装置では、第１照明領域を照明する光の偏光状態を設定する第１偏光設定部と、第２照明領域を照明する光の偏光状態を設定する第２偏光設定部とを、光分岐部材によって分岐される光路のそれぞれに配置している。その結果、光分岐部材の偏光特性があったとしても、互いに離間した第１照明領域および第２照明領域を個別に任意の偏光状態で照明することができる。【００１３】
その結果、本発明の露光装置では、互いに離間した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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】図１の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図３】（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マスクのパターン像と第２マスクのパターン像とがウェハ上に重なって形成される様子を示す図である。
【図４】第１実施形態の構成に基づいて得られる効果の一例を説明する図である。
【図５】第１変形例の構成を概略的に示す図である。
【図６】第２変形例の構成を概略的に示す図である。
【図７】第３変形例の構成を概略的に示す図である。
【図８】第４変形例の構成を概略的に示す図である。
【図９】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１０】第５変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１１】第６変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１２】第７変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１３】第８変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１４】第９変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１５】第１０変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１６】第１１変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１７】第１２変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１８】屈折系と偏向ミラーとからなる投影光学系の構成を示す図である。
【図１９】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２０】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２１】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】
【００１５】
５  制御部
１０，２０  偏光設定部
１１，２１  回折光学素子
１３，２３  円錐アキシコン系
１４，２４  ズームレンズ
１５，２５  マイクロフライアイレンズ
Ｍ１，Ｍ２  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。【００１７】
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、ハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３を透過した光束は、第１マスクＭ１上の第１照明領域を照明する第１照明系へ導かれる。一方、ハーフミラー３で反射された光束は、光路折り曲げ反射鏡４で反射された後、第２マスクＭ２上の第２照明領域を照明する第２照明系へ導かれる。なお、ここでいうハーフミラーとは、入射光を分割する光量比が１：１のものには限定されない。また、本実施形態においては、入射光を振幅分割するハーフミラー３に変えて、入射光を偏光分割する偏光ビームスプリッターを用いてもよい。【００１８】
第１照明系と第２照明系とは互いにほぼ同じ基本構成を有するため、主として第１照明系に着目して構成および作用を説明する。この説明に際して、第１照明系に対応する第２照明系の記述を括弧内に示す。ハーフミラー３を透過して第１照明系へ導かれた第１光束（ハーフミラー３で反射されて第２照明系へ導かれた第２光束）は、第１偏光設定部１０（第２偏光設定部２０）および回折光学素子１１（２１）を介して、アフォーカルレンズ１２（２２）に入射する。回折光学素子１１（２１）は、第１照明系（第２照明系）の照明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１１（２１）の交換は、制御部５からの指令に基づいて動作する駆動部（不図示）により行われる。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１１および第２照明系の光路中に配置された回折光学素子２１がともに輪帯照明用の回折光学素子であるものとする。【００１９】
第１偏光設定部１０（第２偏光設定部２０）は、光の入射側から順に、光軸ＡＸ１（ＡＸ２）を中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する１／４波長板１０ａ（２０ａ）と、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する直線偏光の偏光方向を変化させる１／２波長板１０ｂ（２０ｂ）と、照明光路に対して挿脱自在なデポラライザ（非偏光化素子）１０ｃ（２０ｃ）とを備えている。第１偏光設定部１０（第２偏光設定部２０）は、デポラライザ１０ｃ（２０ｃ）を照明光路から退避させた状態で、光源１からの光を所望の偏光方向を有する直線偏光の光に変換して回折光学素子１１（２１）へ入射させる機能を有し、デポラライザ１０ｃ（２０ｃ）を照明光路中に設定した状態で、光源１からの光を実質的に非偏光の光に変換して回折光学素子１１（２１）へ入射させる機能を有する。第１偏光設定部１０（第２偏光設定部２０）の制御は、制御部５からの指令に基づいて動作する駆動部（不図示）により行われる。なお、偏光設定部の詳しい構成および作用については、米国特許公開第２００６／００５５８３４号公報などを参照することができる。【００２０】
アフォーカルレンズ１２（２２）は、前側レンズ群１２ａ（２２ａ）の前側焦点位置と回折光学素子１１（２１）の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群１２ｂ（２２ｂ）の後側焦点位置と図中破線で示す所定面ＦＰ１（ＦＰ２）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。【００２１】
具体的に、輪帯照明用の回折光学素子１１（２１）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）に輪帯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１１（２１）に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ１２（２２）の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ１２（２２）から射出される。前側レンズ群１２ａ（２２ａ）と後側レンズ群１２ｂ（２２ｂ）との間の光路中において、アフォーカルレンズ１２（２２）の瞳面またはその近傍には、アキシコン系１３（２３）が配置されている。以下、説明を簡単にするために、第１照明系中のアキシコン系１３および第２照明系中のアキシコン系２３がともに円錐アキシコン系であるものとする。円錐アキシコン系１３（２３）の構成および作用については後述する。【００２２】
アフォーカルレンズ１２（２２）を介した光束は、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）１４（２４）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）１５（２５）に入射する。マイクロフライアイレンズ１５（２５）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。【００２３】
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。【００２４】
所定面ＦＰ１（ＦＰ２）の位置はズームレンズ１４（２４）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１５（２５）の入射面はズームレンズ１４（２４）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１４（２４）は、所定面ＦＰ１（ＦＰ２）とマイクロフライアイレンズ１５（２５）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１２（２２）の瞳面とマイクロフライアイレンズ１５（２５）の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。【００２５】
したがって、マイクロフライアイレンズ１５（２５）の入射面には、アフォーカルレンズ１２（２２）の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸ１（ＡＸ２）を中心とした輪帯状の照野（輪帯状の光強度分布）が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ１４（２４）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１５（２５）を構成する各微小レンズは、第１マスクＭ１（第２マスクＭ２）上において照明すべき第１照明領域（第２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露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。【００２６】
マイクロフライアイレンズ１５（２５）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、すなわち光軸ＡＸ１（ＡＸ２）を中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ１５（２５）の後側焦点面またはその近傍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１６（２６）を介した後、マスクブラインド１７（２７）を重畳的に照明する。【００２７】
こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１７（２７）には、マイクロフライアイレンズ１５（２５）を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド１７（２７）の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１８（２８）の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成された第１マスクＭ１（第２マスクＭ２）上の第１照明領域（第２照明領域）を重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１８（２８）は、マスクブラインド１７（２７）の矩形状開口部の像を第１マスクＭ１（第２マスクＭ２）上に形成することになる。結像光学系１８（２８）は、前側レンズ群１８ａ（２８ａ）と後側レンズ群１８ｂ（２８ｂ）とからなり、２つのレンズ群１８ａ（２８ａ）と１８ｂ（２８ｂ）との間には光路折り曲げ反射鏡ＰＭ１（ＰＭ２）が配置されている。なお、図面の明瞭化のために、参照符号１８，２８の図示を省略している。【００２８】
第１マスクＭ１は第１マスクステージＭＳ１上に保持され、第２マスクＭ２は第２マスクステージＭＳ２上に保持されている。さらに詳細には、第２マスクＭ２は、第１マスクＭ１からＹ方向に沿って間隔を隔てて配置され、且つＺ方向に沿って第１マスクＭ１と同じ高さ位置に配置されている。第１マスクＭ１上の第１照明領域を通過した第１光束および第２マスクＭ２上の第２照明領域を通過した第２光束は、いわゆる双頭型の投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ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。第１実施形態では、図２に概略的に示すように、ビームスプリッターを用いて第１マスクＭ１のパターン像と第２マスクＭ２のパターン像とを合致させてウェハＷ上に形成するタイプの双頭型の投影光学系ＰＬを用いている。【００２９】
マイクロフライアイレンズ１５の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（第１照明系の照明瞳）に輪帯状の光強度分布を形成した第１光束は、図３（ａ）に示すように、第１マスクＭ１上においてＹ方向に細長く延びる矩形状の第１照明領域ＩＲ１を形成する。マイクロフライアイレンズ２５の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（第２照明系の照明瞳）に輪帯状の光強度分布を形成した第２光束は、図３（ｂ）に示すように、第２マスクＭ２上においてＹ方向に細長く延びる矩形状の第２照明領域ＩＲ２を形成する。このとき、第１照明系および第２照明系は、第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２を同時に照明する。【００３０】
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輪帯照明され、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輪帯照明される。こうして、図３（ｃ）に示すように、投影光学系ＰＬの矩形状の有効結像領域ＥＲ、すなわちＹ方向に細長く延びる矩形状の領域ＥＲには、第１照明領域ＩＲ１の光により照明された第１マスクＭ１のパターン像と第２照明領域ＩＲ２の光により照明された第２マスクＭ２のパターン像とが重ねて形成される。【００３１】
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。【００３２】
円錐アキシコン系１３（２３）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１３ａ（２３ａ）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１３ｂ（２３ｂ）とから構成されている。そして、第１プリズム部材１３ａ（２３ａ）の凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材１３ｂ（２３ｂ）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１３ａ（２３ａ）および第２プリズム部材１３ｂ（２３ｂ）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１３ａ（２３ａ）の凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材１３ｂ（２３ｂ）の凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコン系６中の第１プリズム部材１３ａ（２３ａ）と第２プリズム部材１３ｂ（２３ｂ）との光軸ＡＸ１（ＡＸ２）に沿った間隔の変化は、制御部５からの指令に基づいて動作する駆動部（不図示）により行われる。【００３３】
以下、輪帯状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系１３（２３）の作用およびズームレンズ１４（２４）の作用を説明する。ここで、第１プリズム部材１３ａ（２３ａ）の凹円錐状屈折面と第２プリズム部材１３ｂ（２３ｂ）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１３（２３）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１３ａ（２３ａ）の凹円錐状屈折面と第２プリズム部材１３ｂ（２３ｂ）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、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１４（２４）は、光軸ＡＸ１（ＡＸ２）に沿って移動可能な複数の光学素子を有し、輪帯状の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１４（２４）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、輪帯状の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１４（２４）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。ズームレンズ１４（２４）の焦点距離の変化は、制御部５からの指令に基づいて動作する駆動部（不図示）により行われる。このように、円錐アキシコン系１３（２３）およびズームレンズ１４（２４）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】
輪帯照明用の回折光学素子１１（２１）に代えて、複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、複数極照明（２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。具体的に、例えば２極照明用（または４極照明用）の回折光学素子は、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に２極状（または４極状）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、２極照明用（または４極照明用）の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１５（２５）の入射面に、たとえば光軸ＡＸに関して対称な２つ（または４つ）の照野からなる２極状（または４極状）の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ１５（２５）の後側焦点面またはその近傍には、その入射面に形成された照野と同じ２極状（または４極状）の二次光源が形成される。【００３６】
また、輪帯照明用の回折光学素子１１（２１）に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールド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、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１５（２５）の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ１５（２５）の後側焦点面またはその近傍には、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。【００３７】
例えば４極照明の場合、制御部５は、円錐アキシコン系１３（２３）に代えて（あるいは円錐アキシコン系１３（２３）に加えて）、角錐アキシコン系（不図示）をアフォーカルレンズ１２（２２）の瞳面またはその近傍に設定する。例えば２極照明の場合、制御部５は、円錐アキシコン系１３（２３）に代えて（あるいは円錐アキシコン系１３（２３）に加えて）、Ｖ溝アキシコン系（不図示）をアフォーカルレンズ１２（２２）の瞳面またはその近傍に設定する。ここで、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。なお、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号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００４／０２６３８１７号公報などを参照することができる。【００３８】
第１実施形態において、回折光学素子１１を含む複数の交換可能な回折光学素子が第１照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる第１形状変更系を構成し、回折光学素子２１を含む複数の交換可能な回折光学素子が第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる第２形状変更系を構成している。同様に、円錐アキシコン系１３や角錐アキシコン系やＶ溝アキシコン系が第１照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる第１形状変更系を構成し、円錐アキシコン系２３や角錐アキシコン系やＶ溝アキシコン系が第２照明系の照明瞳での光強度分布の形状を変化させる第２形状変更系を構成している。また、ズームレンズ１４が第１照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させる第１変倍系を構成し、ズームレンズ２４が第２照明系の照明瞳での光強度分布の大きさを変化させる第２変倍系を構成している。【００３９】
第１実施形態では、感光性基板の露光情報、すなわちステップ・アンド・スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報などが、キーボードのような入力部６を介して制御部５に入力される。制御部５は、入力部６からの情報に基づいて、第１照明系中への回折光学素子の交換配置と第２照明系中への回折光学素子の交換配置とを独立に制御する。また、制御部５は、入力部６からの情報に基づいて、第１照明系中のアキシコン系の間隔調整と第２照明系中のアキシコン系の間隔調整とを独立に制御する。また、制御部５は、入力部６からの情報に基づいて、第１照明系中のズームレンズ１４の焦点距離調整と第２照明系中のズームレンズ２４の焦点距離調整とを独立に制御する。こうして、第１形状変更系および第１変倍系並びに第２形状変更系および第２変倍系は、第１照明系の照明瞳での光強度分布と第２照明系の照明瞳での光強度分布とを互いに独立に変化させる。【００４０】
さらに、制御部５は、入力部６からの情報に基づいて、第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第１偏光設定部１０と、第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定する第２偏光設定部２０とを独立に制御する。こうして、第１偏光設定部１０および第２偏光設定部２０は、第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１を照明する光の偏光状態と、第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２を照明する光の偏光状態とを互いに独立に変化させる。【００４１】
以上のように、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、第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１および第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２を個別に照明することができる。【００４２】
また、第１実施形態の露光装置では、ハーフミラー３によって分割された複数の光路のそれぞれに偏光設定部１０，２０を配置しているため、ハーフミラー３の偏光特性（たとえばハーフミラー３によって分割された光の間での偏光状態が互いに異なるような特性）があったとしても、第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１および第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２を任意の偏光状態のもとで個別に照明することができる。なお、ハーフミラー３に代えて偏光ビームスプリッターを用いた場合には、この効果は顕著に現れる。【００４３】
その結果、第１実施形態の露光装置では、互いに離間した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２つのマスクＭ１およびＭ２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。【００４４】
以下、図４を参照して、第１実施形態の構成に基づいて得られる効果の一例を説明する。第１実施形態の露光装置では、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第１マスクＭ１のパターンおよび第２マスクＭ２のパターンをそれぞれ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上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。【００４５】
具体的には、たとえば第１マスクＭ１においてＹ方向に沿って細長く延びる一方向パターンが支配的である場合、第１照明系中に配置される回折光学素子などの作用により、図４（ａ）に示すようなＸ方向２極照明を行う。そして、第１偏光設定部１０の作用により、第１照明系の照明瞳において光軸ＡＸ１を挟んでＸ方向に間隔を隔てて形成される２極状の二次光源を形成する光束（二次光源を通過する光束）を、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定する。その結果、最終的な被照射面としてのウェハ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り、ウェハＷ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。また、これに限定されることなく、第１照明系の照明瞳において光軸ＡＸ１を中心とする比較的小さい円形状の二次光源を形成し、この円形状の二次光源を形成する光束をＺ方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定しても同様の効果が得られる。【００４６】
同様に、たとえば第２マスクＭ２においてＸ方向に沿って細長く延びる一方向パターンが支配的である場合、第２照明系中に配置される回折光学素子などの作用により、図４（ｂ）に示すようなＺ方向２極照明を行う。そして、第２偏光設定部２０の作用により、第２照明系の照明瞳において光軸ＡＸ２を挟んでＺ方向に間隔を隔てて形成される２極状の二次光源を形成する光束を、Ｘ方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定する。その結果、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り、ウェハＷ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。また、これに限定されることなく、第２照明系の照明瞳において光軸ＡＸ２を中心とする比較的小さい円形状の二次光源を形成し、この円形状の二次光源を形成する光束をＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定しても同様の効果が得られる。【００４７】
なお、上述の第１実施形態では、第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とがＺ方向に沿って同じ高さ位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、図５の第１変形例に示すように、第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とをＺ方向に沿って互いに異なる高さ位置に配置することもできる。また、図６の第２変形例に示すように、第２照明系中の光路折り曲げ反射鏡ＰＭ２の配置を省略し、第２マスクＭ２をＸＺ平面に沿って保持することもできる。図５の第１変形例や図６の第２変形例では、図１の第１実施形態に比して、２つのマスクステージを配置するためのスペース、および走査露光に際して２つのマスクステージを移動させるためのスペースを確保し易い。【００４８】
また、上述の第１実施形態では、第１照明系中の第１偏光設定部１０の作用により第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１を照明する光の偏光状態を所望の偏光状態に設定し、第２照明系中の第２偏光設定部２０の作用により第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２を照明する光の偏光状態を所望の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、図７に示すように、ハーフミラー３に代えて偏光ビームスプリッター３Ａを配置し、第１偏光設定部１０および第２偏光設定部２０の配置を省略する変形例も可能である。【００４９】
図７の第３変形例では、偏光ビームスプリッター３Ａと整形光学系２との間の光路中にデポラライザ（非偏光化素子）３Ｂが固定的に配置されている。また、偏光ビームスプリッター３Ａと回折光学素子１１との間の光路および光路折り曲げ反射鏡４と回折光学素子２１との間の光路に対してデポラライザ３Ｃおよび３Ｄが挿脱自在に配置されている。したがって、偏光ビームスプリッター３Ａには実質的に非偏光状態の光が入射し、偏光ビームスプリッター３Ａを透過したＰ偏光の光（すなわちＺ方向に沿って直線偏光する光）が第１照明系へ導かれ、偏光ビームスプリッター３Ａで反射されたＳ偏光の光（すなわちＸ方向に沿って直線偏光する光）が第２照明系へ導かれる。【００５０】
デポラライザ３Ｃおよび３Ｄがともに照明光路から退避している場合、第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１はＹ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明され、第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２はＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明される。デポラライザ３Ｃだけが照明光路中に配置されている場合、第１照明領域ＩＲ１は非偏光状態の光で照明され、第２照明領域ＩＲ２はＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明される。デポラライザ３Ｄだけが照明光路中に配置されている場合、第１照明領域ＩＲ１はＹ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明され、第２照明領域ＩＲ２は非偏光状態の光で照明される。その結果、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ができ、ひいては第１照明領域ＩＲ１および第２照明領域ＩＲ２をそれぞれ所望の偏光状態の光で照明することができる。【００５１】
なお、図７の第３変形例では、第１照明系中に回折光学素子１１およびマイクロフライアイレンズ１５が配置され、第２照明系中に回折光学素子２１およびマイクロフライアイレンズ２５が配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図８の第４変形例に示すように、１つの回折光学素子ＤＯと１つのマイクロフライアイレンズＭＦとの対の姿勢を変化させることにより、第１照明領域ＩＲ１の照明と第２照明領域ＩＲ２の照明とを切り換える構成も可能である。図８の第４変形例は、図７の第３変形例に類似しているが、デポラライザ３Ｃ，３Ｄとマスクブラインド１７，２７との間の光路中の構成だけが図７の第３変形例と相違している。図８では、図面の明瞭化のために、制御部５および入力部６の図示を省略している。【００５２】
図８の第４変形例では、デポラライザ３Ｃの挿入位置の直後に第１シャッターＳＨ１が設けられ、デポラライザ３Ｄの挿入位置の直後に第２シャッターＳＨ２が設けられている。第１シャッターＳＨ１および第２シャッターＳＨ２は、光路に沿って入射する光束を必要に応じて遮る機能を有する。シャッターＳＨ１，ＳＨ２とマスクブラインド１７，２７との間の光路中には、光源側から順に、回折光学素子ＤＯと、共通の変倍光学系ＺＬと、マイクロフライアイレンズＭＦと、共通のコンデンサー光学系ＣＬとが配置されている。回折光学素子ＤＯは図７の回折光学素子１１または２１に対応する光学部材であり、マイクロフライアイレンズＭＦは図７のマイクロフライアイレンズ１５または２５に対応する光学部材である。【００５３】
共通の変倍光学系ＺＬは図７のズームレンズ１４，２４に対応する光学部材であり、共通のコンデンサー光学系ＣＬは図７のコンデンサー光学系１６，２６に対応する光学部材である。上述したように、回折光学素子ＤＯとマイクロフライアイレンズＭＦとの対は、図示を省略した首振り機構の作用により、図中実線で示す第１姿勢と図中破線で示す第２姿勢との間で切り換え可能に構成されている。回折光学素子ＤＯとマイクロフライアイレンズＭＦとの対が第１姿勢に設定された場合、偏光ビームスプリッター３Ａを透過した光は、第１シャッターＳＨ１を通過した後、回折光学素子ＤＯ、共通の変倍光学系ＺＬ、マイクロフライアイレンズＭＦ、共通のコンデンサー光学系ＣＬ、マスクブラインド２７などを介して、第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２を照明する。このとき、第２シャッターＳＨ２は光束の通過を遮ることにより有害光の発生を回避する。【００５４】
一方、回折光学素子ＤＯとマイクロフライアイレンズＭＦとの対が第２姿勢に設定された場合、偏光ビームスプリッター３Ａで反射された光は、第２シャッターＳＨ２を通過した後、回折光学素子ＤＯ、共通の変倍光学系ＺＬ、マイクロフライアイレンズＭＦ、共通のコンデンサー光学系ＣＬ、マスクブラインド１７などを介して、第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１を照明する。このとき、第１シャッターＳＨ１は光束の通過を遮ることにより有害光の発生を回避する。【００５５】
図８の第４変形例では、偏光ビームスプリッター３ＡからシャッターＳＨ１を経由し、第２マスクＭＳ２上の第２照明領域ＩＲ２に至る第１照明光路と、偏光ビームスプリッター３ＡからシャッターＳＨ２を経由し、第１マスクＭＳ１上の第１照明領域ＩＲ１に至る第２照明光路とは、その一部（回折光学素子ＤＯ、共通の変倍光学系ＺＬ、マイクロフライアイレンズＭＦ、共通のコンデンサー光学系ＣＬ）において時間的に分離されている。【００５６】
このように、図８の第４変形例では、第１照明領域ＩＲ１と第２照明領域ＩＲ２とを同時に照明することはできないが、図７の第３変形例と同様に、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ができる。【００５７】
なお、図８の第４変形例の要部構成、すなわちシャッターＳＨ１，ＳＨ２から共通のコンデンサー光学系ＣＬまでの構成を、例えば図１の第１実施形態、図５の第１変形例、図６の第２変形例に適用することもできる。なお、図７の第３変形例や図８の第４変形例においても、図５の第１変形例に示すように第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とをＺ方向に沿って互いに異なる高さ位置に配置する構成や、図６の第２変形例に示すように第２マスクＭ２をＸＺ平面に沿って保持する構成を適用することができる。【００５８】
図９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、図１の第１実施形態と類似の構成を有するが、被照射面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内面反射型のロッドインテグレータを用いている点が第１実施形態と基本的に相違している。図９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。【００５９】
図９の第２実施形態では、第１実施形態の波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ１５，２５に代えて、内面反射型のオプティカルインテグレータとしてのロッドインテグレータ４２，５２を配置している。ロッドインテグレータ４１，５１の設置に関連して、整形光学系２とハーフミラー３との間の光路中にデポラライザ３１を配置するとともに、偏光設定部１０，２０、アフォーカルレンズ１２，２２、ズームレンズ１４，２４、およびコンデンサー光学系１６，２６の配置を省略している。また、第１照明系中の結像光学系１８の前側レンズ群１８ａと後側レンズ群１８ｂとの間の光路に対して挿脱自在に構成された第１偏光板４２を設け、第２照明系中の結像光学系２８の前側レンズ群２８ａと後側レンズ群２８ｂとの間の光路に対して挿脱自在な第２偏光板５２を設けている。第１偏光板４２および第２偏光板５２の照明光路に対する挿脱は、制御部５からの指令に基づいて動作する駆動部（不図示）により行われる。【００６０】
第２実施形態では、光源１からの光が、整形光学系２により所要の断面形状に変換され、デポラライザ３１により非偏光状態の光に変換された後、ハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３を透過した光は、第１照明系へ導かれ、回折光学素子１１およびアフォーカルレンズ４１を介して、ロッドインテグレータ４２に入射する。一方、ハーフミラー３で反射された光は、光路折り曲げ反射鏡４で反射されて第２照明系へ導かれ、回折光学素子２１およびアフォーカルレンズ５１を介して、ロッドインテグレータ５２に入射する。アフォーカルレンズ４１（５１）は、前側レンズ群４１ａ（５１ａ）と、後側レンズ群４１ｂ（５１ｂ）とを有する。ここで、前側レンズ群４１ａ（５１ａ）の後側焦点位置と後側レンズ群４１ｂ（５１ｂ）の前側焦点位置とはほぼ一致しており、前側レンズ群４１ａ（５１ａ）と、後側レンズ群４１ｂ（５１ｂ）とは全体としてアフォーカル光学系を構成している。【００６１】
ロッドインテグレータ４２，５２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、ロッドインテグレータ４２，５２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に平行な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。ロッドインテグレータ４２，５２によりその入射側に形成された二次光源からの光束は、その射出面において重畳された後、結像光学系１８，２８に入射する。【００６２】
すなわち、第１照明系中のロッドインテグレータ４２からの光束は、結像光学系１８を介して、第１マスクＭ１上の第１照明領域ＩＲ１を照明する。ここで、結像光学系１８の前側レンズ群１８ａと後側レンズ群１８ｂとの間の光路に第１偏光板４２が挿入されている場合、例えばＺ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光だけが第１偏光板４２を通過し、第１照明領域ＩＲ１はＹ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明される。一方、結像光学系１８の光路から第１偏光板４２が退避している場合、第１照明領域ＩＲ１は非偏光状態の光で照明される。【００６３】
同様に、第２照明系中のロッドインテグレータ５２からの光束は、結像光学系２８を介して、第２マスクＭ２上の第２照明領域ＩＲ２を照明する。ここで、結像光学系２８の前側レンズ群２８ａと後側レンズ群２８ｂとの間の光路に第２偏光板５２が挿入されている場合、例えばＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光だけが第２偏光板５２を通過し、第２照明領域ＩＲ２はＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の光で照明される。一方、結像光学系２８の光路から第２偏光板５２が退避している場合、第２照明領域ＩＲ２は非偏光状態の光で照明される。【００６４】
第２実施形態の照明光学装置においても、第１実施形態と同様に、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、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。なお、前側レンズ群４１ａ（５１ａ）の光路中に前述のアキシコン系（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（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４１（５１）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（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。【００６５】
上述の第２実施形態では、第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とがＺ方向に沿って同じ高さ位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、図１０の第５変形例に示すように、第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とをＺ方向に沿って互いに異なる高さ位置に配置することもできる。また、図１１の第６変形例に示すように、第２照明系中の光路折り曲げ反射鏡ＰＭ２の配置を省略し、第２マスクＭ２をＸＺ平面に沿って保持することもできる。図１０の第５変形例や図１１の第６変形例では、図９の第２実施形態に比して、２つのマスクステージを配置するためのスペース、および走査露光に際して２つのマスクステージを移動させるためのスペースを確保し易い。【００６６】
また、上述の第２実施形態では、光分岐部材としてハーフミラー３を用い、共通の光源１からの光をハーフミラー３で分岐し、分岐した一方の光を第１照明系へ導き且つ分岐した他方の光を第２照明系へ導いている。しかしながら、これに限定することなく、図１２に示すように、ハーフミラー３に代えて偏光ビームスプリッター３Ａを配置する変形例も可能である。図１２の第７変形例では、偏光ビームスプリッター３Ａを透過した光が第１照明系へ導かれ、偏光ビームスプリッター３Ａで反射され且つ光路折り曲げ反射鏡４で反射された光が第２照明系へ導かれる。なお、図１２の第７変形例においても、図１０の第５変形例に示すように第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とをＺ方向に沿って互いに異なる高さ位置に配置する構成や、図１１の第６変形例に示すように第２マスクＭ２をＸＺ平面に沿って保持する構成を適用することができる。【００６７】
また、上述の第２実施形態では、第１照明系中に１つのロッドインテグレータ４２を配置し、第２照明系中に１つのロッドインテグレータ５２を配置している。換言すれば、ロッドインテグレータ４２，５２よりも前側において共通の光源１からの光束を分岐し、分岐した一方の光束を一方のロッドインテグレータ４２に入射させ、分岐した他方の光束を他方のロッドインテグレータ５２に入射させている。しかしながら、これに限定されることなく、図１３の第８変形例に示すように３本のロッド６１ａ，６１ｂ，６１ｃと偏光ビームスプリッター６２との組合せによりロッドインテグレータ中において光束を分岐したり、図１４の第９変形例に示すように４本のロッド６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄとプリズム型ハーフミラー６４と直角プリズム６５との組合せによりロッドインテグレータ中において光束を分岐したりすることができる。【００６８】
図１３の第８変形例では、例えば図９のアフォーカルレンズ４１または５１に対応する光学系を介してロッド６１ａに入射した光が、ロッド６１ａの内部を伝搬した後、偏光ビームスプリッター６２に入射する。偏光ビームスプリッター６２を透過した光は、ロッド６１ｂの内部を伝搬した後、マスクブラインド１７を介して射出される。偏光ビームスプリッター６２で反射された光は、ロッド６１ｃの内部を伝搬した後、マスクブラインド２７を介して射出される。すなわち、ロッド６１ａとロッド６１ｂとが第１照明系中のロッドインテグレータを構成し、ロッド６１ａとロッド６１ｃとが第２照明系中のロッドインテグレータを構成している。【００６９】
図１４の第９変形例では、例えば図９のアフォーカルレンズ４１または５１に対応する光学系を介してロッド６３ａに入射した光が、ロッド６３ａの内部を伝搬した後、プリズム型ハーフミラー６４に入射する。プリズム型ハーフミラー６４を透過した光は、ロッド６３ｂの内部を伝搬した後、マスクブラインド１７を介して射出される。プリズム型ハーフミラー６４で反射された光は、ロッド６３ｃの内部を伝搬し、直角プリズム６５で反射され、ロッド６３ｄの内部を伝搬した後、マスクブラインド２７を介して射出される。すなわち、ロッド６３ａとロッド６３ｂとが第１照明系中のロッドインテグレータを構成し、ロッド６３ａとロッド６３ｃとロッド６３ｄとが第２照明系中のロッドインテグレータを構成している。【００７０】
また、上述の第１実施形態および第２実施形態では、第１照明系の光路に沿って入射する光束を光路折り曲げ反射鏡ＰＭ１により反射して第１マスクＭ１へ導き、第１照明系とは独立したの第２照明系の光路に沿って入射する光束を光路折り曲げ反射鏡ＰＭ２により反射して第２マスクＭ２へ導く構成を採用している。しかしながら、これに限定されることなく、図１５の第１０変形例に示すように共通の光路に沿って入射する光束をハーフミラー６６で分岐し、ハーフミラー６６を透過した光を光路折り曲げ反射鏡６７で反射して第１マスクＭ１へ導き、ハーフミラー６６で反射された光を第２マスクＭ２へ導く構成も可能である。この場合、図１５に示すように第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とを互いに異なる高さ位置に配置したり、あるいは第１マスクＭ１と第２マスクＭ２とを互いに同じ高さ位置に配置したりすることができる。【００７１】
ところで、二重露光を同時に行う際に２種類の照明状態でコヒーレンシィが高いと、ウェハ上に形成されるパターンが光の干渉の影響を受け易い。そこで、図１６の第１１変形例に示すように、第１照明系７１および第２照明系７２に対してそれぞれレーザ光源７１ａおよび７２ａを設け、レーザ光源７１ａと７２ａとの間でパルス発光のタイミングを時間的にずらせることにより、第１照明系７１の第１照明光路と第２照明系７２の第２照明光路とを時間的に分離し、二重露光の時間的コヒーレンシィを低減させることができる。ひいては、投影光学系ＰＬを介してウェハＷ上にマスクＭ１，Ｍ２のパターンを良好に形成することができる。【００７２】
また、図１７の第１２変形例に示すように、射出光の偏光方向が互いに異なる２つのレーザ光源７３，７４と２つの露光機本体７５，７６とをハーフミラー７７を介して組み合わせて用いる場合にも、レーザ光源７３と７４との間でパルス発光のタイミングを時間的にずらせることにより、２つの照明光で時間的コヒーレンシィを低減することができる。図１７の第１２変形例では、例えばレーザ光源７３から射出されたＰ偏光の光がハーフミラー７７に入射し、レーザ光源７４から射出されたＳ偏光の光がハーフミラー７７に入射する。そして、ハーフミラー７７を透過したレーザ光源７３からのＰ偏光の光およびハーフミラー７７で反射されたレーザ光源７４からのＳ偏光の光が露光機本体７５に入射し、ハーフミラー７７で反射されたレーザ光源７３からのＰ偏光の光およびハーフミラー７７を透過したレーザ光源７４からのＳ偏光の光が露光機本体７６に入射する。なお、図１６の第１１変形例および図１７の第１２変形例において、複数のレーザ光源７１ａ，７２ａおよび７３，７４のパルス発光のタイミングを決定するためのトリガ信号を、露光機本体内の制御部から各レーザ光源７１ａ，７２ａおよび７３，７４へ送ればよい。【００７３】
なお、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。【００７４】
また、上述の各実施形態では、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、同一マスク上の２つの照明領域のパターン像を感光性基板上に形成することもできる。また、上述の各実施形態では、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を合致させて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おいて並列的に形成することもできる。この場合、例えば図１８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１９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。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。【００７５】
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。【００７６】
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。【００７７】
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。【００７８】
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２０のフローチャートを参照して説明する。【００７９】
先ず、図２０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。【００８０】
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。【００８１】
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２１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２１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。【００８２】
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。【００８３】
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。【００８４】
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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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