JPWO2013039240A1 - 照明光学装置、光学系ユニット、照明方法、並びに露光方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
光源から供給される照明光で被照射面としてのレチクル面を照明する照明装置であって、照明光から互いに偏光方向が直交する第１光束及び第２光束を分離する第１の偏光ビームスプリッターと、第２光束の光路に配置されて、第１光束及び第２光束の間の位相差分布を変えるために反射面の形状が可変のデフォーマブルミラーと、位相差分布が与えられた第１光束及び第２光束を合成する第２の偏光ビームスプリッターと、を備える。様々な偏光状態の分布を持つ光で被照射面を照明できる。
Description
本発明は、光源から供給される光で被照射面を照明する照明技術、光源から供給される光の偏光状態を変化させる光学技術、その照明技術又は光学技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
例えば半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程で使用されるステッパー又はスキャニングステッパー等の露光装置は、レチクル（マスク）を種々の照明条件で、かつ均一な照度分布で照明するために照明光学装置を備えている。従来の照明光学装置は、照明条件に応じて、照明光学系の瞳面上での光強度分布を円形領域、輪帯状の領域、又は複数極の領域等で強度が大きくなる分布に設定するために、交換可能な複数の回折光学素子(Diffractive Optical Element) 又は傾斜角可変の多数の微小なミラー要素を有する可動マルチミラー方式の空間光変調器(spatial light modulator）を有する強度分布設定光学系を備えていた。
最近では、より解像度を高めるために、例えば複数の光束をそれぞれ複屈折性結晶で偏光方向が直交する２つの光束（常光線及び異常光線）に分割し、分割された２つの光束を個別に反射して照明光学系の瞳面上の所定の領域に照射することによって、その瞳面上の各部分における光の偏光方向をその直交する偏光方向のいずれかに設定可能とした照明光学装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
従来の照明光学装置は、複数の光束をそれぞれ複屈折性結晶に通して一度偏光方向が直交する２つの光束に分割し、分割された２つの光束を個別に反射しているため、個別に設定可能な偏光方向が直交する偏光方向のいずれかに限定されていた。これに関して、例えば輪帯照明時に、輪帯状の光強度分布において偏光方向の分布を実質的に円周方向又は半径方向に設定するような用途では、少なくとも異なる４つの偏光方向の直線偏光を含む様々な偏光状態の分布を生成することが好ましい。しかしながら、従来の照明光学装置では、そのような偏光状態の分布を設定することができなかった。
本発明は、このような事情に鑑み、様々な偏光状態の分布を持つ光で被照射面を照明できるようにすることを目的とする。
本発明の第１の態様によれば、光源から供給される光で被照射面を照明する照明光学装置が提供される。この照明光学装置は、その光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離する分離光学系と、その第１光束及びその第２光束の少なくとも一方の光路に配置されて、その第１光束及びその第２光束の間の位相差分布を変える可変光学系と、位相差分布が変えられたその第１光束及びその第２光束を合成する合成光学系と、を備えるものである。
また、第２の態様によれば、光源から供給される光で被照射面を照明する照明光学装置が提供される。この照明光学装置は、その光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離する分離光学系と、その第１光束及びその第２光束の少なくとも一方の光路に配置されて、その第１光束及びその第２光束の間の位相差分布を変える可変光学系と、位相差分布が変えられたその第１光束及びその第２光束を合成する合成光学系と、その合成光学系によって合成された光束の光路に配置され、その合成された光束の偏光状態を変更する偏光状態可変素子と、を備えるものである。
また、第３の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、本発明の態様の照明光学装置を備え、その照明光学装置からの光をその露光光として用いる露光装置が提供される。
また、第４の態様によれば、光源から供給される光の偏光状態を変化させる光学系ユニットが提供される。この光学系ユニットは、その光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離する分離光学系と、その第１光束及びその第２光束の少なくとも一方の光路に配置されて、その第１光束及びその第２光束の間の位相差分布を変える可変光学系と、位相差分布が変えられたその第１光束及びその第２光束を合成する合成光学系と、その合成光学系によって合成された光束の光路に配置され、その合成された光束の偏光状態を変更する偏光状態可変素子と、を備えるものである。
また、第４の態様によれば、光源から供給される光の偏光状態を変化させる光学系ユニットが提供される。この光学系ユニットは、その光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離する分離光学系と、その第１光束及びその第２光束の少なくとも一方の光路に配置されて、その第１光束及びその第２光束の間の位相差分布を変える可変光学系と、位相差分布が変えられたその第１光束及びその第２光束を合成する合成光学系と、その合成光学系によって合成された光束の光路に配置され、その合成された光束の偏光状態を変更する偏光状態可変素子と、を備えるものである。
また、第５の態様によれば、光源から供給される光で被照射面を照明する照明方法が提供される。この照明方法は、その光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離することと、その第１光束及びその第２光束の間に可変の位相差分布を与えることと、可変の位相差分布が与えられたその第１光束及びその第２光束を合成することと、を含むものである。
また、第６の態様によれば、光源から供給される光で被照射面を照明する照明方法が提供される。この照明方法は、その光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離することと、その第１光束及びその第２光束の間の位相差分布を変えることと、位相差分布が変えられたその第１光束及びその第２光束を合成することと、その合成光学系によって合成された光束を偏光状態可変素子に通すことと、を含むものである。
また、第７の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、本発明の態様の照明方法を用いて、その被照射面へ向かう光をその露光光として用いるものである。
また、第８の態様によれば、本発明の態様の露光方法又は露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
また、第８の態様によれば、本発明の態様の露光方法又は露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
本発明の第１の態様の照明光学装置又は第５の態様の照明方法によれば、位相差分布が与えられた互いに偏光状態が異なる第１光束及びその第２光束が合成される。その合成後の２光束はその位相差分布に応じて、様々な可変の偏光状態の分布を持つ。従って、その合成後の２光束を用いることで、様々な偏光状態の分布を持つ光で被照射面を照明できる。
また、本発明の第２の態様の照明光学装置、第４の態様の光学系ユニット、又は第６の態様の照明方法によれば、位相差分布が与えられた互いに偏光状態が異なる２光束が合成されて偏光状態可変素子を通過する。これにより、その位相差分布に応じて例えば種々の偏光方向を持つ可変の偏光分布が得られる。従って、その偏光状態可変素子を通過した光を用いることによって、様々な偏光状態の分布を持つ光で被照射面を照明できる。
本発明の実施形態の一例につき図１〜図６を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、一例としてスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）である。図１において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬでレチクルＲ（マスク）のパターン面であるレチクル面Ｒａを照明する照明装置８を備えている。照明装置８は、照明光ＩＬを発生する光源１０と、光源１０からの照明光ＩＬでレチクル面Ｒａを照明する照明光学系ＩＬＳと、照明制御部３６とを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲを移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（基板）の表面に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系３５と、各種制御系等とを備えている。
図１は本実施形態に係る露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、一例としてスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）である。図１において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬでレチクルＲ（マスク）のパターン面であるレチクル面Ｒａを照明する照明装置８を備えている。照明装置８は、照明光ＩＬを発生する光源１０と、光源１０からの照明光ＩＬでレチクル面Ｒａを照明する照明光学系ＩＬＳと、照明制御部３６とを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲを移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（基板）の表面に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系３５と、各種制御系等とを備えている。
以下、投影光学系ＰＬの光軸に平行にＺ軸を設定し、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を設定して説明する。本実施形態では、露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転方向（傾斜方向）をθｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向として説明する。
光源１０としては、一例として波長１９３ｎｍに狭帯化されて、所定の時間的及び空間的なコヒーレンシィを有する直線偏光のレーザ光をパルス発光するＡｒＦエキシマレーザ光源が使用されている。なお、光源１０として、波長２４８ｎｍのレーザ光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源、又は固体レーザ光源（ＹＡＧレーザ、半導体レーザ等）から出力されるレーザ光の高調波を発生する高調波発生装置等も使用できる。
図１において、不図示の電源部によって制御される光源１０から発光されたレーザ光よりなる直線偏光の照明光ＩＬは、ビームエキスパンダ１１を含む伝達光学系、及び偏光方向を調整するための１／２波長板１２を経て、回折光学素子（ＤＯＥ: diffractive optical element)１３Ａに入射する。回折光学素子１３Ａは一例として輪帯照明用であり、回折光学素子１３Ａは、後述のフライアイレンズ２５の入射面２５Ｉに、図３（Ａ）に示すように、輪帯状の領域で強度が大きくなる光強度分布を形成する。なお、図３（Ａ）等において、点線の円周４９は、コヒーレンスファクタ（σ値）が１となる領域である。
図１において、回折光学素子１３Ａは、ターレット板３３に支持され、ターレット板３３には、他の異なる照明条件（通常照明、４極照明、２極照明等）用の回折光学素子１３Ｂ等も支持されている。主制御系３５の制御のもとで、照明制御部３６が駆動部３３ａを介してターレット板３３を回転して、照明条件に応じた回折光学素子を照明光路に設置することで、照明条件に応じた光強度分布が設定される。
回折光学素子１３Ａ（又は他の回折光学素子）を通過した照明光ＩＬは、偏光ユニット１５に入射する。偏光ユニット１５は、回折光学素子１３Ａからの照明光ＩＬを平行光に変換する入射光学系１４と、入射光学系１４を通過した照明光ＩＬからＰ偏光の第１光束ＩＬ１とＳ偏光の第２光束ＩＬ２とを分岐するプリズム型の第１の偏光ビームスプリッター（以下、第１ＰＢＳという。）１６とを有する。さらに、偏光ユニット１５は、第１ＰＢＳを透過した第１光束ＩＬ１を反射するミラー１７と、第１ＰＢＳ１６で反射された第２光束ＩＬ２を反射するデフォーマブルミラー１８と、ミラー１７で反射された第１光束ＩＬ１とデフォーマブルミラー１８で反射された第２光束ＩＬ２とを照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに沿って同軸に合成する第２の偏光ビームスプリッター（以下、第２ＰＢＳという。）２２と、その同軸に合成された光束ＩＬ１，ＩＬ２の光路に配置され、合成された光束ＩＬ１，ＩＬ２の偏光状態を可変する１／４波長板２３（偏光状態可変素子）とを有する。
言い換えると、第２ＰＢＳ２２は、第１光束ＩＬ１が通過する部分光学系（１７）によって折り曲げられた入射光学系１４の光軸を延長した軸と、第２光束ＩＬ２が通過する部分光学系（１８）によって折り曲げられた入射光学系１４の光軸を延長した軸とが交差する位置で第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２を合成するように配置されている。第２ＰＢＳの偏光分離・合成面が上記交差する位置に配置されても良い。ここで、第１光束ＩＬ１が通過する光路において第１ＰＢＳと第２ＰＢＳとの間に配置される光学系を第１部分光学系と称することができ、第２光束ＩＬ２が通過する光路において第１ＰＢＳと第２ＰＢＳとの間に配置される光学系を第２部分光学系と称することができる。
言い換えると、第２ＰＢＳ２２は、第１光束ＩＬ１が通過する部分光学系（１７）によって折り曲げられた入射光学系１４の光軸を延長した軸と、第２光束ＩＬ２が通過する部分光学系（１８）によって折り曲げられた入射光学系１４の光軸を延長した軸とが交差する位置で第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２を合成するように配置されている。第２ＰＢＳの偏光分離・合成面が上記交差する位置に配置されても良い。ここで、第１光束ＩＬ１が通過する光路において第１ＰＢＳと第２ＰＢＳとの間に配置される光学系を第１部分光学系と称することができ、第２光束ＩＬ２が通過する光路において第１ＰＢＳと第２ＰＢＳとの間に配置される光学系を第２部分光学系と称することができる。
デフォーマブルミラー１８は、第２光束ＩＬを反射するミラー１９と、ミラー１９を保持するホルダー２０と、ミラー１９の裏面にマトリクス状に配置された多数の伸縮可能な駆動素子２１（例えばピエゾ素子）とを有する。照明制御部３６が多数の駆動素子２１の伸縮量を制御することによって、ミラー１９の反射面の形状を照明光ＩＬの波長レベルの範囲内で変形させることができる。偏光ユニット１５の１／４波長板２３から射出される照明光ＩＬは、偏光方向の分布が様々に制御可能である（詳細後述）。
偏光ユニット１５から射出された照明光ＩＬは、第１レンズ系２４ａ及び第２レンズ系２４ｂよりなるリレー光学系２４を介してフライアイレンズ２５の入射面２５Ｉに入射する。リレー光学系２４によって、デフォーマブルミラー１８のミラー１９の反射面は入射面２５Ｉと光学的に共役である。フライアイレンズ２５は、多数のレンズエレメントをＺ方向及びＹ方向にほぼ密着するように配置したものであり、フライアイレンズ２５の射出面が照明光学系ＩＬＳの瞳面（以下、照明瞳面という）ＩＰＰ（射出瞳と共役な面）となる。フライアイレンズ２５の射出面（照明瞳面ＩＰＰ）には、波面分割によって多数の二次光源（光源像）よりなる面光源が形成される。
フライアイレンズ２５は、多数の光学系を並列に配置したものであるため、入射面２５Ｉの光強度分布がそのまま射出面である照明瞳面ＩＰＰに伝達される。言い換えると、入射面２５Ｉは照明瞳面ＩＰＰと等価な面であり、入射面２５Ｉに形成される照明光ＩＬの任意の光強度分布及び任意の偏光分布がそのまま照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布及び偏光分布となる。また、入射面２５Ｉは、レチクル面と光学的にほぼ共役でもある。なお、フライアイレンズ２５の代わりにマイクロレンズアレイを使用してもよい。
また、照明瞳面ＩＰＰに形成された面光源からの照明光ＩＬは、第１リレーレンズ２８、レチクルブラインド（視野絞り）２９、第２リレーレンズ３０、光路折り曲げ用のミラー３１、及びコンデンサー光学系３２を介して、レチクル面Ｒａの照明領域を均一な照度分布で照明する。ビームエキスパンダ１１、１／２波長板１２、回折光学素子１３Ａ等、偏光ユニット１５、及びリレー光学系２４からコンデンサー光学系３２までの光学系を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。照明光学系ＩＬＳの各光学部材は、不図示のフレームに支持されている。
照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷの一つのショット領域の露光領域に所定の投影倍率（例えば１／４、１／５等）で投影される。照明瞳面ＩＰＰは、投影光学系ＰＬの瞳面（射出瞳と共役な面）と共役である。ウエハＷは、リシコン等の基材の表面にフォトレジスト（感光材料）を所定の厚さで塗布したものを含む。
また、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベースの上面（ＸＹ平面に平行な面）に、Ｙ方向に一定速度で移動可能に、かつ少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向に移動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの２次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測情報に基づいて主制御系３５が、リニアモータ等を含む駆動系３７を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
一方、ウエハＷはウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージＷＳＴの上面に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴは、不図示のウエハベースの上面（ＸＹ平面に平行な面）でＸ方向、Ｙ方向に移動可能であるとともに、Ｙ方向に一定速度で移動可能である。ウエハステージＷＳＴの２次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測情報に基づいて主制御系３５が、リニアモータ等を含む駆動系３８を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。なお、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行うためのアライメント系（不図示）も備えられている。
次に、図１中の偏光ユニット１５について図２（Ａ）を参照して説明する。図２（Ａ）において、１／２波長板１２及び回折光学素子１３Ａを経た照明光ＩＬが、入射光学系１４を介して第１ＰＢＳ１６に入射する。その照明光ＩＬから、第１ＰＢＳ１６によって偏光方向がＸ方向のＰ偏光の第１光束ＩＬ１と、偏光方向がＹ方向のＳ偏光の第２光束ＩＬ２とが分岐される。この際に、互いに偏光方向が直交する直線偏光の第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２の強度比は、１／２波長板１２を光軸の回りに微小回転して、第１ＰＢＳ１６に入射する照明光ＩＬの偏光方向４０Ａ（図２（Ｂ）参照）を微調整することによって調整可能である。本実施形態では、第１光束ＩＬ１と第２光束ＩＬ２との強度比が１：１になるように１／２波長板１２を調整することが好ましい。
また、偏光ビームスプリッターは、通常Ｐ偏光とＳ偏光とを分離できる角度範囲が広くないため、第１ＰＢＳ１６に入射する照明光ＩＬは入射光学系１４によって平行光に変換されている。入射光学系１４は、同時に入射面２５Ｉに形成される光強度分布をデフォーマブルミラー１８のミラー１９の反射面に形成する働きをも有する。ミラー１９の反射面はリレー光学系２４によってフライアイレンズ２５の入射面２５Ｉと共役でもある。第１光束ＩＬ１はミラー１７で反射されて第２ＰＢＳ２２に向かい、第２光束ＩＬ２はデフォーマブルミラー１８のミラー１９で反射されて第２ＰＢＳ２２に向かう。
直線偏光の第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２は、第２ＰＢＳ２２にてＸ軸に平行な光軸ＡＸＩに沿って同軸に合成され、照明光ＩＬとして１／４波長板２３に入射する。この場合、１／４波長板２３に入射する第１光束ＩＬ１の偏光方向４０Ｂは、図２（Ｃ）に示すようにＺ方向であり、１／４波長板２３に入射する第２光束ＩＬ２の偏光方向４０Ｃは、図２（Ｄ）に示すようにＹ方向である。また、１／４波長板２３の進相軸（光学軸）４８の方向は、Ｙ軸に４５°で交差する方向、即ち偏光方向４０Ｂ，４０Ｃに４５°で交差する方向に設定されている。この結果、１／４波長板２３を通過する第１光束ＩＬ１は例えば偏光方向４１Ｂで示す右円偏光になり、１／４波長板２３を通過する第２光束ＩＬ１は例えば偏光方向４１Ｃで示す左円偏光になる。
さらに、１／４波長板２３に入射する第２光束ＩＬ２には、デフォーマブルミラー１８において第１光束ＩＬ１との間に位相差分布が付与されている。このように、１／４波長板２３を通過する第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２は、互いに逆方向の円偏光であり、かつ半径方向及び円周方向の各位置で位相差があるため、各位置を通過する照明光ＩＬは、その位相差に応じて様々な方向を向く直線偏光となる。言い換えると、１／４波長板２３を通過し、合成された第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２の光束断面における偏光状態は、互いに異なる方向を向く直線偏光を有する。従って、フライアイレンズ２５の入射面２５Ｉに入射する照明光ＩＬの偏光状態は、その位相差分布に応じて様々な偏光方向を向く直線偏光の光の集合となる。
このように様々な偏光方向を向く直線偏光の光が生成される過程につきジョーンズベクトルを用いて説明する。ジョーンズベクトルとは、対象とする光の直交する２方向の偏光成分よりなるベクトルである。先ず、図２（Ｂ）に示す入射する照明光ＩＬの偏光方向４０ＡがＹ軸に４５°で傾斜しているものとして、偏光方向４０Ａに平行な軸をｘ軸、ＸＹ平面内でｘ軸に直交する軸をｙ軸とする。このとき、入射する照明光ＩＬのｘ軸及びｙ軸の偏光成分よりなるジョーンズベクトルは、以下の式（１）の左辺のようになる。
−λ／２≦２1/2・δｔ＜λ／２ …（６）
なお、図２（Ａ）において、ミラー１９の反射面を点線の面Ａ１で示すように変形させると、反射光の位相が変化するとともに、変形量の微分値（局所的な傾斜の変化量）に応じて反射方向も変化する。しかしながら、本実施形態では、ミラー１９の反射面とフライアイレンズ２５の入射面２５Ｉとを共役に配置しているため、入射面２５Ｉで照明光ＩＬが到達する位置が変化せず、容易に所望の偏光分布を得ることができる。
なお、図２（Ａ）において、ミラー１９の反射面を点線の面Ａ１で示すように変形させると、反射光の位相が変化するとともに、変形量の微分値（局所的な傾斜の変化量）に応じて反射方向も変化する。しかしながら、本実施形態では、ミラー１９の反射面とフライアイレンズ２５の入射面２５Ｉとを共役に配置しているため、入射面２５Ｉで照明光ＩＬが到達する位置が変化せず、容易に所望の偏光分布を得ることができる。
具体的に、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの強度分布が、図３（Ａ）に示すように、輪帯状の領域で強度が大きくなる分布であるとする。このとき、第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２の入射面２５Ｉでの強度分布もそれぞれ図２（Ｃ）の輪帯状の領域４２Ａ及び図２（Ｄ）の輪帯状の領域４３Ａで強度が大きくなる分布となる。そして、デフォーマブルミラー１８によって、光束ＩＬ１，ＩＬ２間の位相差を領域４３Ａ内で円周方向φに次第に変化するように設定する。これによって、一例として、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態を、図３（Ｂ）に示すように、輪帯状の領域内で光軸ＡＸＩに対して半径方向４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ，…に偏光した直線偏光の集合となるように設定できる。また、別の例として、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態を、図３（Ｃ）に示すように、輪帯状の領域内で光軸ＡＸＩに対して円周方向４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，…に偏光した直線偏光の集合となるように設定できる。この他にも輪帯状の領域内での偏光状態を任意の偏光方向の分布に設定可能である。
また、図１で照明光路に回折光学素子１３Ｂが設置される場合には、フライアイレンズ２５の入射面２５Ｉにおける光強度分布は、図４（Ａ）に示すように円形領域で強度が大きくなる分布となる。この場合、デフォーマブルミラー１８で光束ＩＬ１，ＩＬ２間の位相差の分布を制御することによって、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態を、図４（Ｂ）に示すＺ軸に平行な方向４６Ａへの直線偏光、図４（Ｃ）に示すＹ軸に平行な方向４６Ｂへの直線偏光、又は他の任意の偏光方向の分布に設定できる。なお、図４（Ｂ）又は図４（Ｃ）に示すように、全面の偏光方向をＺ方向又はＹ方向に設定する場合には、図２（Ａ）で１／２波長板１２を回転して、偏光ユニット１５に入射する照明光ＩＬの偏光方向をＸ方向又はＹ方向に設定してもよい。さらに、デフォーマブルミラー１８でランダムな位相差分布を付与することで、実質的に非偏光状態を設定することも可能である。
また、照明条件として４極照明が選択されると、フライアイレンズ２５の入射面２５Ｉにおける光強度分布は、図５（Ａ）に示すように４箇所の領域４７Ａ〜４７Ｄ（又はこれらを９０°回転した領域）で強度が大きくなる分布となる。この場合にも、デフォーマブルミラー１８で光束ＩＬ１，ＩＬ２間の位相差の分布を制御することによって、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態を、図５（Ｂ）に示す円周方向４６Ｃの直線偏光、図５（Ｃ）に示す半径方向４６Ｄの直線偏光、又は他の任意の偏光方向の分布に設定できる。
次に、本実施形態の露光装置ＥＸによる照明方法を含む露光方法の一例につき、図６のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系３５によって制御される。
まず、図６のステップ１０２において、レチクルＲが図１のレチクルステージＲＳＴにロードされる。次のステップ１０４において、主制御系３５は、露光対象のレチクルＲのパターンに応じて、例えば露光データファイルから照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布の目標分布及び偏光状態の目標分布の情報（照明条件）を読み出す。そして、照明制御部３６を介して照明光路に回折光学素子１３Ａ，１３Ｂ等のいずれかの回折光学素子を設置することによって、入射面２５Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布（光量分布）を設定する。次のステップ１０６において、その偏光状態の目標分布に応じて、照明制御部３６を介してデフォーマブルミラー１８のミラー１９の反射面の形状を制御して、光束ＩＬ１，ＩＬ２間の位相差分布を設定する。これによって、入射面２５Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰの各位置における偏光方向の分布が設定される。
まず、図６のステップ１０２において、レチクルＲが図１のレチクルステージＲＳＴにロードされる。次のステップ１０４において、主制御系３５は、露光対象のレチクルＲのパターンに応じて、例えば露光データファイルから照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布の目標分布及び偏光状態の目標分布の情報（照明条件）を読み出す。そして、照明制御部３６を介して照明光路に回折光学素子１３Ａ，１３Ｂ等のいずれかの回折光学素子を設置することによって、入射面２５Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布（光量分布）を設定する。次のステップ１０６において、その偏光状態の目標分布に応じて、照明制御部３６を介してデフォーマブルミラー１８のミラー１９の反射面の形状を制御して、光束ＩＬ１，ＩＬ２間の位相差分布を設定する。これによって、入射面２５Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰの各位置における偏光方向の分布が設定される。
次のステップ１０８で、ウエハステージＷＳＴにフォトレジストが塗布されたウエハＷがロードされる。次に、光源１０からの照明光ＩＬの発光が開始され（ステップ１１０）、その後、照明光ＩＬが１／２波長板１２を介して偏光ユニット１５の第１ＰＢＳ１６に照射される（ステップ１１４）。次に、照明光ＩＬから第１ＰＢＳ１６によって第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２が分岐（分離）される（ステップ１１６）。そして、デフォーマブルミラー１８によって第２光束ＩＬ２の位相分布を制御することで、光束ＩＬ１，ＩＬ２間の位相差分布が制御される（ステップ１１８）。その後、光束ＩＬ１及びＩＬ２が第２ＰＢＳ２２によって同軸に合成され（ステップ１２０）、合成された照明光ＩＬが１／４波長板２３を通過することによって照明光ＩＬの偏光方向の分布が目標とする分布に設定される（ステップ１２２）。なお、図１のレチクルブラインド２９中の可変ブラインドの開閉によって、照明光ＩＬのウエハＷに対する照射は制御されている。
次のステップ１２４において、照明光ＩＬのもとで、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬによる像でウエハＷの一つのショット領域の一部を露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを介してレチクルＲ及びウエハＷをＹ方向に投影倍率を速度比として同期して移動することで、ウエハＷの当該ショット領域が走査露光される。次のステップ１２６で未露光のショット領域が残っている場合には、ステップ１２８でウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが走査開始位置にステップ移動し、次のステップ１２４で次のショット領域への走査露光が行われる。このようにしてステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの各ショット領域に対する露光が行われる。
ステップ１２６で未露光のショット領域がなくなったときに、ステップ１３０で照明光ＩＬの発光が停止され、ステップ１３２で次のウエハへの露光が行われる。このようにして、本実施形態によれば、目標とする任意の光強度分布で、かつ目標とする任意の偏光分布で、ウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像を高い解像度で露光することができる。
上述のように本実施形態の照明装置８は照明光学系ＩＬＳを備え、照明装置８は照明光ＩＬでレチクル面Ｒａを照明する。また、照明光学系ＩＬＳは偏光ユニット１５を有する。そして、偏光ユニット１５は、光源１０から供給される照明光ＩＬの偏光状態を変化させる光学系であって、照明光ＩＬから互いに偏光方向が直交する第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２を分離する第１ＰＢＳ１６と（ステップ１１６）、第２光束ＩＬ２の光路に配置されて、光束ＩＬ１，ＩＬ２間に可変の位相差分布を与えるデフォーマブルミラー１８と（ステップ１１８）、可変の位相差分布が与えられた光束ＩＬ１，ＩＬ２を同軸に合成する第２ＰＢＳ２２と（ステップ１２０）、を備えている。さらに、偏光ユニット１５は、その光束ＩＬ１，ＩＬ２を合成して得られた照明光ＩＬの光路に配置される１／４波長板２３を備えている。第２ＰＢＳ２２によって合成された光束ＩＬ１，ＩＬ２（照明光ＩＬ）を１／４波長板２３に通すことで、可変の位相差分布が付与された逆方向の２つの円偏光の光からその位相差分布に応じた偏光方向を持つ直線偏光の分布が生成される（ステップ１２２）。
本実施形態によれば可変の位相差分布が与えられた互いに偏光方向が直交する光束ＩＬ１，ＩＬ２が同軸に合成される。その２つの光束ＩＬ１，ＩＬ２を合成して得られる光束を、１／４波長板２３に通すことによって、可変の位相差分布が付与された逆方向の２つの円偏光の光が得られる。この２つの円偏光の光を合成した照明光ＩＬの偏光状態は、その可変の位相差分布に応じた様々な偏光方向を持つ直線偏光の分布となる。従って、様々な偏光方向の分布を持つ光でレチクル面Ｒａを照明できる。
なお、第２ＰＢＳ２２は、光束ＩＬ１，ＩＬ２を必ずしも同軸に合成する必要はない。また、仮に第１ＰＢＳ１６の代わりに、入射光から２つの逆回転する円偏光を分離する光学系を使用する場合には、１／４波長板２３を用いる必要はない。
また、１／４波長板２３の代わりに、１／２や１／８等の波長板、偏光子、施光子などの偏光状態を可変する素子を用いたり、これらの素子を組み合わせて偏光状態を可変してもよい。
また、本実施形態の露光装置ＥＸは、露光用の照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光装置において、照明装置８を備え、照明装置８からの照明光を照明光ＩＬとして使用している。この露光装置ＥＸによれば、レチクルＲのパターンに応じて最適な偏光方向の分布を持つ照明光ＩＬでそのパターンを照明できるため、種々のパターンの像をそれぞれ高い解像度でウエハＷに露光できる。
また、１／４波長板２３の代わりに、１／２や１／８等の波長板、偏光子、施光子などの偏光状態を可変する素子を用いたり、これらの素子を組み合わせて偏光状態を可変してもよい。
また、本実施形態の露光装置ＥＸは、露光用の照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光装置において、照明装置８を備え、照明装置８からの照明光を照明光ＩＬとして使用している。この露光装置ＥＸによれば、レチクルＲのパターンに応じて最適な偏光方向の分布を持つ照明光ＩＬでそのパターンを照明できるため、種々のパターンの像をそれぞれ高い解像度でウエハＷに露光できる。
なお、本実施形態では、以下のような変形が可能である。
先ず、デフォーマブルミラー１８の代わりに、それぞれ反射面の法線方向の位置が可変の多数の微小なミラー要素を有する可動マルチミラー方式の空間光変調器(ＳＬＭ:spatial light modulator）を使用してもよい。このような位相変調型の空間光変調器としては、例えば参考文献１「Yijian Chen et al., “Design and fabrication of tilting and piston micromirrors for maskless lithography,”Proc. of SPIE (米国) Vol. 5751, pp.1023-1037 (2005)」又は参考文献２「D. Lopez et al., “Two-dimensional MEMS array for maskless lithography and wavefront modulation,”Proc. of SPIE (米国) Vol. 6589, 65890S (2007)」に開示されているものを使用可能である。
先ず、デフォーマブルミラー１８の代わりに、それぞれ反射面の法線方向の位置が可変の多数の微小なミラー要素を有する可動マルチミラー方式の空間光変調器(ＳＬＭ:spatial light modulator）を使用してもよい。このような位相変調型の空間光変調器としては、例えば参考文献１「Yijian Chen et al., “Design and fabrication of tilting and piston micromirrors for maskless lithography,”Proc. of SPIE (米国) Vol. 5751, pp.1023-1037 (2005)」又は参考文献２「D. Lopez et al., “Two-dimensional MEMS array for maskless lithography and wavefront modulation,”Proc. of SPIE (米国) Vol. 6589, 65890S (2007)」に開示されているものを使用可能である。
また、照明光学系ＩＬＳ中の偏光ユニット１５の配置は、図１の配置に限定されることはなく、任意の偏光分布が必要な任意の位置に配置することが可能である。例えば、偏光ユニット１５を図１の回折光学素子１３Ａ（又は他の回折光学素子）の前（上流）に配置してもよい。これによって、回折光学素子１３Ａ等に入射する光の偏光方向を位置によって異ならすことができ、それぞれの偏光方向の光束を入射面２５Ｉ（ひいては照明瞳面ＩＰＰ）の任意の位置に回折することで、任意の偏光分布を持つ照明光学系ＩＬＳの射出瞳を形成できる。
また、図１の偏光ユニット１５の代わりに図７に示す第１変形例の偏光ユニット１５Ａを使用してもよい。なお、以下で参照する図７等において、図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図７において、偏光ユニット１５Ａは、図１のプリズム型の第１ＰＢＳ１６及び第２ＰＢＳ２２の代わりに、それぞれ偏光ビームスプリッター膜が塗布された平行平面板よりなる偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳという。）１６Ａ及び２２Ａを使用したものであり、これ以外の構成は偏光ユニット１５と同じである。平行平面板よりなるＰＢＳ１６Ａ，２２Ａは安価で耐久性も高いため、偏光ユニット１５Ａは低コストでメンテナンス間隔を広くできる。
また、図７の偏光ユニット１５Ａの代わりに図８に示す第２変形例の偏光ユニット１５Ｂを使用してもよい。図８において、偏光ユニット１５Ｂは、図７のＰＢＳ１６Ａを通常のハーフミラー６１と１／２波長板６２とで置き換えたものである。偏光ユニット１５Ｂにおいて、入射光学系１４からのＰ偏光の照明光ＩＬはハーフミラー６１で第１光束ＩＬ１と第２光束ＩＬ２とに分割され、第１光束ＩＬ１はミラー１７で反射されてＰ偏光としてＰＢＳ２２Ａに入射する。一方、第２光束ＩＬ２は、１／２波長板６２でＳ偏光に変換された後、デフォーマブルミラー１８で反射されてＰＢＳ２２Ａに入射して、第１光束ＩＬ１と同軸に合成される。この構成では、ＰＢＳが１つでよいため、さらに低コストである。
また、図１の偏光ユニット１５の代わりに図９に示す第３変形例の偏光ユニット１５Ｃを使用してもよい。図９において、偏光ユニット１５Ｃは、入射光学系１４からの照明光ＩＬを偏光方向が直交する第１光束ＩＬ１及び第２光束ＩＬ２に分離する断面形状が菱形状の第１のＰＢＳ１６Ｂと、光束ＩＬ１，ＩＬ２をそれぞれ反射するミラー１７及びデフォーマブルミラー１８と、反射された光束ＩＬ１，ＩＬ２を同軸に合成する断面形状が菱形状の第２のＰＢＳ２２Ｂとを有する。これ以外の構成は偏光ユニット１５と同じである。この偏光ユニット１５Ｃによれば、光路折り曲げ用のミラーが不要となり、照明光ＩＬの入射軸と射出軸とを同一軸上に配置できるため、製造（組立・調整）が容易である。
また、任意の位相差分布を付与するための光学系として、図１では反射型のデフォーマブルミラー１８が使用されているが、図１０（Ａ）の第４変形例の偏光ユニット１５Ｄで示すように、透過型の光学系を使用してもよい。図１０（Ａ）においては、図９のミラー１７及びデフォーマブルミラー１８の代わりに透過型の可変偏光素子６３が配置され、第１のＰＢＳ１６Ｂから射出される光束ＩＬ１，ＩＬ２は平行に可変偏光素子６３を介して第２のＰＢＳ２２Ｂに入射して、同軸に合成されている。
可変偏光素子６３は、図１０（Ｂ）に示すように、多数の微小なセグメント６３ａに分かれたガラス板と、各セグメント６３ａに光束にほとんど影響しないように設けられた発熱素子６３ｄと、任意のセグメント６３ａの発熱素子６３ｄに電流を供給するための横方向の信号ライン６３ｂ及び縦方向の信号ライン６３ｃとを有する。この場合、特定のセグメント６３ａのみを発熱素子６３ｄで加熱することで、その特定のセグメント６３ａの屈折率を変化させて、可変偏光素子６３を透過する光束の波面に任意の位相分布を与えることが可能である。従って、図１０（Ａ）において、可変偏光素子６３によって光束ＩＬ１，ＩＬ２間に可変の位相差分布を与えることによって、１／４波長板２３を透過した照明光の偏光分布を任意の偏光方向の分布とすることができる。
なお、透過型の可変偏光素子６３としては、特定のセグメント６３ａを発熱素子６３ｄで加熱する方式ではなく、外部から照射する赤外線で特定のセグメント６３ａを加熱して、その屈折率を変化させる方式を用いてもよい。
さらに、ガラス板の代わりに、電気光学効果を有する複数の素子を使用して、特定の素子に電界又は磁界を印加してその素子の屈折率（全体の屈折率分布）を変化させてもよい。
また、図１の偏光ユニット１５の代わりに図１１に示す第５変形例の偏光ユニット１５Ｅを使用してもよい。図１１において、偏光ユニット１５Ｅは、入射光学系１４からの照明光ＩＬを反射する２つの反射面を持つミラー６４と、反射された照明光ＩＬからＰ偏光の第１光束ＩＬ１とＳ偏光の第２光束ＩＬ２とを分離するＰＢＳ１６Ｂと、分離された光束ＩＬ１，ＩＬ２を逆方向の円偏光に変換する１／４波長板６５と、円偏光の光束ＩＬ１，ＩＬ２間に可変の位相差分布を付与して反射するデフォーマブルミラー１８とを有する。この場合、デフォーマブルミラー１８で反射された光束ＩＬ１，ＩＬ２は、１／４波長板６５を介してそれぞれＳ偏光及びＰ偏光となるため、ＰＢＳ１６Ｂで同軸に合成されてミラー６４で反射される。反射された光束は１／４波長板２３及びリレー光学系２４を介してフライアイレンズ２５に入射する。この偏光ユニット１５Ｅによれば、ＰＢＳ１６Ｂが一つでよく、さらに光束ＩＬ１，ＩＬ２間に正確に任意の位相差分布を付与できる。
さらに、ガラス板の代わりに、電気光学効果を有する複数の素子を使用して、特定の素子に電界又は磁界を印加してその素子の屈折率（全体の屈折率分布）を変化させてもよい。
また、図１の偏光ユニット１５の代わりに図１１に示す第５変形例の偏光ユニット１５Ｅを使用してもよい。図１１において、偏光ユニット１５Ｅは、入射光学系１４からの照明光ＩＬを反射する２つの反射面を持つミラー６４と、反射された照明光ＩＬからＰ偏光の第１光束ＩＬ１とＳ偏光の第２光束ＩＬ２とを分離するＰＢＳ１６Ｂと、分離された光束ＩＬ１，ＩＬ２を逆方向の円偏光に変換する１／４波長板６５と、円偏光の光束ＩＬ１，ＩＬ２間に可変の位相差分布を付与して反射するデフォーマブルミラー１８とを有する。この場合、デフォーマブルミラー１８で反射された光束ＩＬ１，ＩＬ２は、１／４波長板６５を介してそれぞれＳ偏光及びＰ偏光となるため、ＰＢＳ１６Ｂで同軸に合成されてミラー６４で反射される。反射された光束は１／４波長板２３及びリレー光学系２４を介してフライアイレンズ２５に入射する。この偏光ユニット１５Ｅによれば、ＰＢＳ１６Ｂが一つでよく、さらに光束ＩＬ１，ＩＬ２間に正確に任意の位相差分布を付与できる。
なお、上記の実施形態及びその変形例（以下、同様）において、偏光ビームスプリッター又は偏光ビームスプリッター膜が設けられたミラーの代わりにウォラストンプリズムを使用してもよい。
次に、実施形態の他の例につき図１２（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。図１２（Ａ）において、図１に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図１２（Ａ）は、本実施形態の露光装置の照明装置８Ａの要部を示す。照明装置８Ａは、光源１０と、光源１０から供給される直線偏光の照明光ＩＬから得られる任意の偏光状態の照明光で被照射面（図１のレチクル面Ｒａ）を照明する照明光学系ＩＬＳＡと、照明制御部３６Ａとを備えている。その他の構成は図１の露光装置ＥＸと同様である。
図１２（Ａ）は、本実施形態の露光装置の照明装置８Ａの要部を示す。照明装置８Ａは、光源１０と、光源１０から供給される直線偏光の照明光ＩＬから得られる任意の偏光状態の照明光で被照射面（図１のレチクル面Ｒａ）を照明する照明光学系ＩＬＳＡと、照明制御部３６Ａとを備えている。その他の構成は図１の露光装置ＥＸと同様である。
図１２（Ａ）において、光源１０から発光されたレーザ光よりなる直線偏光の照明光ＩＬは、ビームエキスパンダ１１及び１／２波長板１２を経て、可動マルチミラー方式の第１の空間光変調器（ＳＬＭ）７０のベース部材７２の上面に配置された多数の直交する２軸の回りの傾斜角が可変の微小なミラー要素７１のアレイに入射する。第１の空間光変調器７０としては、例えば米国特許第７，０９５，５４６号明細書、又は米国特許出願公開第２００５／００９５７４９号明細書等に開示されるものを用いることができる。照明制御部３６Ａから指示される照明条件に応じて、変調制御部３９Ａが空間光変調器７０の各ミラー要素７１の２軸の回りの傾斜角を制御することによって、照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布を大きさが可変の円形領域、輪帯領域、又は複数極（２極若しくは４極等）の領域等の任意の分布に設定できる。
空間光変調器７０のミラー要素７１のアレイで反射された照明光ＩＬは、偏光ユニット１５Ｆに入射する。偏光ユニット１５Ｆは、空間光変調器７０からの照明光ＩＬを平行光に変換する入射光学系１４と、入射光学系１４を通過した照明光ＩＬからＰ偏光の第１光束とＳ偏光の第２光束とを分岐する平板状の偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳという。）７６と、ＰＢＳ７６を透過した第１光束を反射する位相変調型の第２の空間光変調器（ＳＬＭ）７３と、ＰＢＳ７６で反射された第２光束と空間光変調器７３で反射されＰＢＳ７６を透過した第１光束とを光軸ＡＸＩに沿って合成した光束の光路に配置された１／４波長板２３とを有する。
図１２（Ｂ）に示すように、第２の空間光変調器７３は、ベース部材７５の表面に、それぞれその表面の法線方向の位置が可変となるように駆動部７７を介して多数の微小なミラー要素７４の２次元のアレイを支持して構成されている。また、ＰＢＳ７６のＰＢＳ膜７６ａは、空間光変調器７３のミラー要素７４のアレイに近接して配置されている。この場合、その法線方向における所定の基準面からの各ミラー要素７４の反射面の変位をδｔｆとすると、そのミラー要素７４で反射される第１光束の位相の変化量は、変位δｔｆに比例している。その位相の変化量は例えば±１８０°の範囲内である。照明制御部３６Ａからの制御のもとで、変調制御部３９Ｂが各駆動部７７を介して各ミラー要素７４で反射される光束の位相の変化量を制御する。なお、位相変調型の空間光変調器７３としては、例えば上述の参考文献１又は参考文献２に開示されているものを使用可能である。
偏光ユニット１５Ｆから射出された照明光ＩＬは、リレー光学系２４及びミラー１７を介してマイクロレンズアレイ２５Ｍの入射面ＦＰ４に入射する。マイクロレンズアレイ２５Ｍの射出面（照明瞳面ＩＰＰ）には、波面分割によって多数の二次光源（光源像）よりなる面光源が形成される。入射面ＦＰ４は、照明瞳面ＩＰＰと等価である。リレー光学系２４によって、第２の空間光変調器７３のミラー要素７４のアレイの平均的な反射面ＦＰ２は、入射面ＦＰ４と光学的にほぼ共役である。また、入射光学系１４によって、第１の空間光変調器７０のミラー要素７１のアレイの平均的な反射面ＦＰ１は、第２の空間光変調器７３の反射面ＦＰ２と光学的にほぼフーリエ変換の関係にある。さらに、リレー光学系２４のレンズ系２４ａ，２４ｂの間に、第１の空間光変調器７０の反射面ＦＰ１と光学的にほぼ共役な面ＦＰ３が形成されている。照明光学系ＩＬＳＡは、ビームエキスパンダ１１、１／２波長板１２、第１の空間光変調器７０、偏光ユニット１５からマイクロレンズアレイ２５Ｍまでの光学系、及び図１の第１リレーレンズ２８からコンデンサー光学系３２までの光学系を含んで構成されている。
本実施形態において、図１２（Ｂ）に示すように、ＰＢＳ７６に入射する２つの照明光ＩＬＡ，ＩＬＢを考えると、照明光ＩＬＡ，ＩＬＢのうちのＳ偏光の第２光束ＩＬＡ２，ＩＬＢ２はＰＢＳ７６のＰＢＳ膜７６ａで反射されて１／４波長板２３に向かう。一方、照明光ＩＬＡ，ＩＬＢのうちのＰ偏光の第１光束ＩＬＡ１，ＩＬＢ１はＰＢＳ７６を透過し、空間光変調器７３の対応するミラー要素７４で反射され、ＰＢＳ７６を透過して１／４波長板２３に向かう。この場合、ミラー要素７４の変位δｔｆに応じて、互いに偏光方向が直交する光束ＩＬＡ１，ＩＬＡ２間及び光束ＩＬＢ１，ＩＬＢ２間には互いに異なる任意の位相差が付与できる。従って、光束ＩＬＡ１，ＩＬＡ２及び光束ＩＬＢ１，ＩＬＢ２を合成した光束ＩＬＡＳ，ＩＬＢＳが１／４波長板２３を通過することによって、図１の実施形態と同様に、光束ＩＬＡＳ，ＩＬＢＳはそれぞれ空間光変調器７３で付与された位相差に応じた方向に偏光する直線偏光となる。また、空間光変調器７３の反射面ＦＰ２は、照明瞳面ＩＰＰと等価な入射面ＦＰ４とほぼ共役であるため、各ミラー要素７４の変位を互いに独立に制御することによって、照明瞳面ＩＰＰにおける照明光ＩＬの偏光方向の分布を任意の分布に容易に制御できる。
また、上記の実施形態では、偏光ユニット１５Ｆは、第１の空間光変調器７０の下流側に配置されている。しかしながら、偏光ユニット１５Ｆは、空間光変調器７０の上流側に配置してもよい。
また、上記の実施形態ではオプティカルインテグレータとして図１の波面分割型のインテグレータであるフライアイレンズ２５等が使用されている。しかしながら、オプティカルインテグレータとしては、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型インテグレータを用いることもできる。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、この電子デバイスは、図１３に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法によりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、この電子デバイスは、図１３に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法によりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
言い換えると、上記のデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて、マスクのパターンを介して基板（ウエハＷ）を露光する工程と、その露光された基板を処理する工程（即ち、基板のレジストを現像し、そのマスクのパターンに対応するマスク層をその基板の表面に形成する現像工程、及びそのマスク層を介してその基板の表面を加工（加熱及びエッチング等）する加工工程）と、を含んでいる。
このデバイス製造方法によれば、マスクにパターンに応じて照明光（露光光）の偏光状態を容易に最適化できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
なお、本発明は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている液浸型露光装置にも適用できる。さらに、本発明は、コンデンサー光学系を使用しない照明光学装置にも適用可能である。さらに、本発明は、投影光学系を用いないプロキシミティ方式等の露光装置にも適用することができる。
なお、本発明は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている液浸型露光装置にも適用できる。さらに、本発明は、コンデンサー光学系を使用しない照明光学装置にも適用可能である。さらに、本発明は、投影光学系を用いないプロキシミティ方式等の露光装置にも適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＭＯＳ型、ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイス（電子デバイス）の製造プロセスにも広く適用できる。
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。
また、本願に記載した上記公報、各国際公開パンフレット、米国特許、又は米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２０１１年９月１６日付け提出の米国仮特許出願第６１／５３５，６５４号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
また、本願に記載した上記公報、各国際公開パンフレット、米国特許、又は米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２０１１年９月１６日付け提出の米国仮特許出願第６１／５３５，６５４号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
ＥＸ…露光装置、ＩＬＳ…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、８…照明装置、１０…光源、１２…１／２波長板、１３Ａ，１３Ｂ…回折光学素子(DOE) 、１５，１５Ａ〜１５Ｅ…偏光ユニット、１６，２２…ＰＢＳ（偏光ビームスプリッター）、１８…デフォーマブルミラー、２３…１／４波長板、２４…リレー光学系、２５…フライアイレンズ、３６…照明制御部
Claims (24)
- 光源から供給される光で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離する分離光学系と、
前記第１光束及び前記第２光束の少なくとも一方の光路に配置されて、前記第１光束及び前記第２光束の間の位相差分布を変える可変光学系と、
位相差分布が変えられた前記第１光束及び前記第２光束を合成する合成光学系と、
を備えることを特徴とする照明光学装置。 - 前記合成光学系によって合成された光束の光路に配置され、前記合成された光束の偏光状態を変更する偏光状態可変素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
- 光源から供給される光で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離する分離光学系と、
前記第１光束及び前記第２光束の少なくとも一方の光路に配置されて、前記第１光束及び前記第２光束の間の位相差分布を変える可変光学系と、
位相差分布が変えられた前記第１光束及び前記第２光束を合成する合成光学系と、
前記合成光学系によって合成された光束の光路に配置され、前記合成された光束の偏光状態を変更する偏光状態可変素子と、
を備えることを特徴とする照明光学装置。 - 前記可変光学系は、前記第１光束が通過する第１部分光学系と、前記第２光束が通過する第２部分光学系とを備え、
前記合成光学系は、前記第１部分光学系の前記合成光学系側の光軸と、前記第２部分光学系の前記合成光学系側の光軸とが交差する位置に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明光学装置。 - 前記合成光学系は、前記第１光束及び前記第２光束を合成する合成面を備え、
該合成面は前記交差する位置に配置されることを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。 - 前記可変光学系は、前記第１光束及び前記第２光束の一方の位相差分布を変えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記偏光状態可変素子は、前記第１光束及び前記第２光束を互いに逆方向の円偏光状態に変更し、
前記合成された前記第１光束及び前記第２光束の光束断面における偏光状態は、互いに異なる方向を向く直線偏光を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の照明光学装置。 - 前記偏光状態可変素子は、１／４波長板であることを特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
- 前記可変光学系は、前記第１光束又は前記第２光束の光路に配置されて、反射面の形状が部分的に変形可能な反射部材を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記分離光学系及び前記合成光学系の少なくとも一方は偏光ビームスプリッターであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記分離光学系は、前記光源から供給される光を分割するハーフミラーと、該ハーフミラーで分割された一方の光束の光路に配置されて前記光束の偏光方向を回転する光学素子とを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記第１光束及び前記第２光束は偏光方向が互いに直交した直線偏光であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記分離光学系に入射する光の光路に配置されて、前記光の偏光方向を調整する波長板を備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明光学装置。
- 前記分離光学系に入射する光の光路に配置されて、前記照明光学装置の照明光路における所定の位置に光の光量分布を形成する光量分布形成光学系と、
前記合成光学系によって合成された光束の光路に配置され、前記合成された光束を波面分割して前記光の光量分布と等価な光量分布を持つ面光源を形成する面光源形成光学系と、
を備えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明光学装置。 - 前記可変光学系は、前記照明光学装置の射出瞳又はこの射出瞳と共役な面と等価な面の近傍に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
- 前記可変光学系は、前記第１光束又は前記第２光束の光路中であって前記照明光学装置の射出瞳又はこの射出瞳と共役な面と等価な面の近傍に配置されて、反射面の形状が部分的に変形可能な反射部材を含むことを特徴とする請求項１５に記載の照明光学装置。
- 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の照明光学装置を備え、
前記照明光学装置からの光を前記露光光として用いることを特徴とする露光装置。 - 光源から供給される光の偏光状態を変化させる光学系ユニットであって、
前記光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離する分離光学系と、
前記第１光束及び前記第２光束の少なくとも一方の光路に配置されて、前記第１光束及び前記第２光束の間の位相差分布を変える可変光学系と、
位相差分布が変えられた前記第１光束及び前記第２光束を合成する合成光学系と、
前記合成光学系によって合成された光束の光路に配置され、前記合成された光束の偏光状態を変更する偏光状態可変素子と、
を備えることを特徴とする光学系ユニット。 - 前記可変光学系は、前記第１光束又は前記第２光束の光路に配置されて、反射面の形状が部分的に変形可能な反射部材を含むことを特徴とする請求項１８に記載の光学系ユニット。
- 光源から供給される光で被照射面を照明する照明方法において、
前記光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離することと、
前記第１光束及び前記第２光束の間に可変の位相差分布を与えることと、
可変の位相差分布が与えられた前記第１光束及び前記第２光束を合成することと、
を含む照明方法。 - 前記合成された光束を波長板に通すことを含む請求項２０に記載の照明方法。
- 光源から供給される光で被照射面を照明する照明方法において、
前記光源から供給される光から互いに偏光状態が異なる第１光束及び第２光束を分離することと、
前記第１光束及び前記第２光束の間の位相差分布を変えることと、
位相差分布が変えられた前記第１光束及び前記第２光束を合成することと、
前記合成光学系によって合成された光束を偏光状態可変素子に通すことと、
を含む照明方法。 - 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の照明方法を用いて、前記被照射面へ向かう光を前記露光光として用いることを特徴とする露光方法。 - 請求項２３に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
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