TWI510868B - An optical unit, an illumination optical device, an exposure device, and an element manufacturing method - Google Patents

An optical unit, an illumination optical device, an exposure device, and an element manufacturing method Download PDF

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Description

光學單元、照明光學裝置、曝光裝置、以及元件製造方法
本發明係關於光學單元、照明光學裝置、曝光裝置及元件製造方法。進一步詳言之，本發明係關於非常適合使用於為了以微影製程製造半導體元件、攝影元件、液晶顯示元件、薄膜磁頭等元件之曝光裝置的照明光學裝置。
此種典型的曝光裝置，從光源射出之光束經由作為光學積分器之複眼透鏡，形成由多數光源所構成之作為實質上面光源之二次光源(一般係於照明光瞳之既定光強度分布)。以下，將在照明光瞳之光強度分布稱為「照明光瞳亮度分布」。又，所謂照明光瞳，係定義為藉由照明光瞳與被照射面(曝光裝置時，為光罩或晶圓)間光學系統之作用，而使被照射面成為照明光瞳之傅立葉轉換面之位置。
來自二次光源之光束在被聚光透鏡聚光後，重疊照明於形成有既定圖案之光罩。透射過光罩之光經由投影光學系統成像於晶圓上，於晶圓上投影曝光(轉印)出光罩圖案。形成於光罩之圖案被高積體化，為了將此微細圖案正確的轉印至晶圓上，於晶圓上獲得均一之照度分布是不可或缺的。
先前，已提出一種可在不使用變焦光學系統之情形下，連續變化照明光瞳亮度分布(及照明條件)之照明光學裝置(參照特開2002-353105號公報)。特開2002-353105號 公報所揭示之照明光學裝置，則係使用排列成陣列狀且傾斜角及傾斜方向可個別驅動控制之多數個微小反射鏡元件所構成之可動多反射鏡(multi-mirror)，將入射光束分割為各反射面之微小單位並使其偏向，據以將光束之剖面轉換為所欲形狀或所欲大小，近而實現所欲照明光瞳亮度分布。
本發明之目的在提供一種可實現進一步使照明光瞳亮度分布之形狀、及大小更具有多樣性之照明條件的照明光學裝置。又，本發明之另一目的在提供一種可使用實現具有多樣性照明條件之照明光學裝置，在依據圖案特性實現之適當的照明條件下進行良好曝光的曝光裝置。
為解決前述課題，本發明之第1形態係提供一種光學單元，具備：光分割器，供將行進於入射光路之入射光束分割為複數條光束；第1空間光調變器，可配置在該複數條光束中之第1光束之光路；第2空間光調變器，可配置在該複數條光束中之第2光束之光路；以及光合成器，將經過該第1空間光調變器之光束與經過該第2空間光調變器之光束加以合成後，使其朝向射出光路；該第1空間光調變器及該第2空間光調變器中之至少一空間光調變器，具有二維排列、可個別控制之複數個光學元件；該光分割器側之該入射光路與該光合成器側之該射出光路，係延伸於相同方向。
本發明之第2形態係提供一種照明光學裝置，係根據 來自光源之光照明被照射面，其具備：第1形態之光學單元，以及根據經由該第1及第2空間光調變器之光束，於該照明光學裝置之照明光光瞳形成既定光強度分布的分布形成光學系。
本發明之第3形態係提供一種曝光裝置，其具備用以照明既定圖案之第2形態之照明光學裝置，將前述既定圖案曝光至感光性基板。
本發明之第4形態係提供一種元件製造方法，具備：使用第3形態之曝光裝置，將該既定圖案曝光至該感光性基板之曝光步驟；使轉印有該既定圖案之該感光性基板顯影，以將對應該既定圖案之形狀之光罩層形成於該感光性基板表面之顯影步驟；以及透過該光罩層將該感光性基板表面予以加工之加工步驟。
本發明之照明光學裝置，可針對照明光瞳亮度分布之形狀、及大小實現更具有多樣性之照明條件。又，本發明之曝光裝置，可使用實現具有更多樣性之照明條件之照明光學裝置，在依據光罩M之圖案特性所實現之適當照明條件下進行良好曝光，進而製造良好的元件。
根據所附圖式說明本發明之實施形態。圖1係概略顯示本發明實施形態之曝光裝置之構成的圖。圖2係概略顯示空間光調變單元之構成的圖。圖1中，係分別沿感光性基板之晶圓W之法線方向設定為Z軸、於晶圓W之面內將 與圖1之紙面平行之方向設定為Y軸、於晶圓W之面內將與圖1之紙面垂直之方向設定為X軸。
參照圖1，本實施形態之曝光裝置具備用以供應曝光用光(照明光)之光源1。作為光源1，可使用例如供應波長193nm之光的ArF準分子雷射光源、或供應波長248nm之光的KrF準分子雷射光源等。從光源1射出之光，在經由整形光學系統2被放大為所要剖面形狀之光束後，射入空間光調變單元3。
空間光調變單元3，如圖2所示，具備一對稜鏡構件31及32、與一對空間光調變器33及34。沿光軸AX射入空間光調變單元3之稜鏡構件31之入射面31a的光，在稜鏡構件31之內部傳輸後，射入稜鏡構件31與32之間形成之偏光分離膜35。被偏光分離膜35反射之s偏光之光，在稜鏡構件31之內部傳輸後，射入第1空間光調變器33。
第1空間光調變器33，具有二維排列之複數個反射鏡元件(一般為光學元件)33a、與個別驅動控制複數個反射鏡元件33a之姿勢之驅動部33b(圖1中未圖示)。同樣的，第2空間光調變器34，具有二維排列之複數個反射鏡元件34a、與個別驅動控制複數個反射鏡元件34a之姿勢之驅動部34b(圖1中未圖示)。驅動部33b、34b根據來自圖示省略之控制部之指令，個別驅動控制複數個反射鏡元件33a、34a之姿勢。
被第1空間光調變器33之複數個反射鏡元件33a反射之光，於稜鏡構件31內部傳輸後，以s偏光之狀態射入稜 鏡構件31與32之間形成之偏光分離膜36。經第1空間光調變器33被偏光分離膜36反射之光，於稜鏡構件31內部傳輸後，從稜鏡構件31之射出面31b往空間光調變單元3之外部射出。在第1空間光調變器33之所有反射鏡元件33a之反射面沿XY平面被定位之基準狀態下，沿光軸AX射入空間光調變單元3後經第1空間光調變器33之光，從空間光調變單元3沿光軸AX射出。
另一方面，透射過偏光分離膜35之p偏光之光，於稜鏡構件32之內部傳輸，在稜鏡構件32與氣體(空氣或惰性氣體)37之界面32a全反射後，射入第2空間光調變器34。被第2空間光調變器34之複數個反射鏡元件34a反射之光，於稜鏡構件32之內部傳輸，在稜鏡構件32與氣體37之界面32b被全反射後，以p偏光之狀態射入稜鏡構件31與32之間形成之偏光分離膜36。
經由第2空間光調變器34透射過偏光分離膜36之光，於稜鏡構件31內部傳輸後，從稜鏡構件31之射出面31b往空間光調變單元3之外部射出。在第2空間光調變器34之所有反射鏡元件34a之反射面沿XY平面被定位之基準狀態下，沿光軸AX射入空間光調變單元3後經第2空間光調變器34之光，從空間光調變單元3沿光軸AX射出。
如以上所述，於空間光調變單元3，在稜鏡構件31與32之間形成之偏光分離膜35，構成為將入射光束分割為2條光束(一般為複數條光束)之光分割器。又，在稜鏡構件31與32之間形成之偏光分離膜36，則構成為將經由第1 空間光調變器33之光束、與經由第2空間光調變器34之光束加以合成之光合成器。
從空間光調變單元3射出之光，射入無焦點透鏡。無焦點透鏡，係其前側焦點位置與第1空間光調變器33之複數個反射鏡元件33a之位置及第2空間光調變器34之複數個反射鏡元件34a之位置大致一致、且其後側焦點位置與圖中以虛線所示之既定面5之位置大致一致之方式設定之無焦點系統(無焦點光學系統)。
因此，經由第1空間光調變器33之s偏光之光束，在無焦點透鏡之光瞳面，形成例如以光軸AX為中心、於Z方向相距一間隔之2個圓形光強度分布所構成之Z方向2極狀之光強度分布後，以2極狀之角度分布從無焦點透鏡射出。另一方向，經由第2空間光調變器34之p偏光之光束，於無焦點透鏡之光瞳面、形成例如以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個圓形光強度分布所構成之X方向2極狀之光強度分布後，以2極狀之角度分布從無焦點透鏡射出。
在無焦點透鏡4之前側透鏡群4a與後側透鏡群4b間之光路中，於其光瞳面之位置或其附近位置，配置有圓錐旋轉三稜鏡(axicon)系6。關於圓錐旋轉三稜鏡系6之構成及作用留待後敘。經由無焦點透鏡之光束，經由σ值(σ值=照明光學裝置之光罩側孔徑數/投影光學系統之光罩側孔徑數)可變用變焦透鏡7射入柱狀微複眼透鏡8。
柱狀微複眼透鏡8，如圖3所示，係由配置在光源側之 第1複眼構件8a與配置在光罩側之第2複眼構件8b所構成。於第1複眼構件8a之光源側之面及第2複眼構件8b之光源側之面，分別以間距p1形成有排列於X方向之柱狀透鏡群8aa及8ba。於第1複眼構件8a之光罩側之面及第2複眼構件8b之光罩側之面，分別以間距p2(p2>p1)形成有排列於Z方向之柱狀透鏡群8ab及8bb。
著眼於柱狀微複眼透鏡8在X方向之折射作用(亦即於XY平面之折射作用)時，沿光軸AX射入之平行光束被形成在第1複眼構件8a之光源側之柱狀透鏡群8aa沿X方向以間距p1波面分割，於其折射面受到聚光作用後，於形成在第2複眼構件8b之光源側之柱狀透鏡群8ba中對應之柱狀透鏡之折射面受到聚光作用，而聚光於柱狀微複眼透鏡8之後側焦點面上。
著眼於柱狀微複眼透鏡8在Z方向之折射作用(亦即於YZ平面之折射作用)時，沿光軸AX射入之平行光束，被形成在第1複眼構件8a之光罩側之柱狀透鏡群8ab沿Z方向以間距p2波面分割，於其折射面受到聚光作用後，於形成在第2複眼構件8b之光罩側之柱狀透鏡群8bb中對應之柱狀透鏡之折射面受到聚光作用，而聚光於柱狀微複眼透鏡8之後側焦點面上。
如以上所述，柱狀微複眼透鏡8雖由柱狀透鏡群配置在兩側面之第1複眼構件8a與第2複眼構件8b所構成，但能發揮與在X方向具有p1尺寸、於Z方向具有p2尺寸之多數矩形微小折射面縱橫且稠密地一體形成之微複眼透鏡 相同之光學功能。柱狀微複眼透鏡8，可將起因於微小折射面之面形狀誤差的畸變(distortion)變化抑制得較小，例如可將以蝕刻加工一體形成之多數微小折射面之製造誤差對照度分布之影響抑制得較小。
既定面5之位置係配置在變焦透鏡7之前側焦點位置附近，柱狀微複眼透鏡8之入射面則配置在變焦透鏡7之後側焦點位置附近。換言之，變焦透鏡7將既定面5與柱狀微複眼透鏡8之入射面配置成實質上傅立葉轉換之關係，進而將無焦點透鏡之光瞳面與柱狀微複眼透鏡8之入射面配置成光學上大致共軛。
因此，於柱狀微複眼透鏡8之入射面上，與無焦點透鏡之光瞳面同樣的，形成例如以光軸AX為中心於Z方向相距一間隔之2個圓形光強度分布、與以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個圓形光強度分布所構成之4極狀照野。此4極狀照野之全體形狀，依存於變焦透鏡7之焦點距離而相似的變化。柱狀微複眼透鏡8中作為波面分割單位之矩形微小折射面，係與光罩M上待形成之照野形狀(及晶圓W上待形成之曝光區域之形狀)相似的矩形。
射入柱狀微複眼透鏡8之光束被二維分割，於其後側焦點面或其附近(及照明光瞳)，形成具有以入射光束形成之照野大致相同光強度分布的二次光源、亦即由形成以光軸AX為中心於Z方向相距一間隔之2個圓形之實質的面光源、與以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個圓形之實質的面光源所構成之4極狀二次光源(4極狀之照明光瞳 亮度分布)。來自形成於柱狀微複眼透鏡8之後側焦點面或其附近之二次光源之光束，捨入配置在其附近之數值孔徑9。
數值孔徑9，具有與形成在柱狀微複眼透鏡8之後側焦點面或其附近之4極狀二次光源之對應的4極狀開口部(光透射部)。數值孔徑9，其構成為相對照明光路插拔自如，且能與具有大小及形狀相異之開口部的複數個數值孔徑切換。數值孔徑之切換方式，可使用例如周知之轉塔(turret)方式及滑板(slide)方式等。數值孔徑9配置在與後述投影光學系統PL之入射光瞳面光學上大致共軛之位置，用以規定有助於二次光源之照明的範圍。
以數值孔徑9限制之來自二次光源之光，透過聚光光學系統10重疊照明光罩遮簾11。如此，於作為照明視野光闌之光罩遮簾11，形成對應柱狀微複眼透鏡8之波面分割單位之矩形微小折射面之形狀與焦點距離的矩形照野。經由光罩遮簾11之矩形開口部(光透射部)之光束，在受到成像光學系統12之聚光作用後，重疊照明形成有既定圖案之光罩M。亦即，成像光學系統12將光罩遮簾11之矩形狀開口部之像形成在光罩M上。
透射過保持在光罩載台MS上之光罩M之光束，經由投影光學系統PL，在晶圓載台WS上所保持之晶圓(感光性基板)W上形成光罩圖案之像。如此，在與投影光學系統PL之光軸AX正交之平面(XY平面)內一邊二維驅動控制晶圓載台WS及一邊二維驅動控制晶圓W、一邊進行一次曝光或 掃描曝光，據以在晶圓W之各曝光區域依序曝光出光罩M之圖案。
圓錐旋轉三稜鏡系6，係由依序從光源側算起，將平面朝向光源側且將凹圓錐狀之折射面朝向光罩側之第1稜鏡構件6a、以及將平面朝向光罩側且將凸圓錐狀折射面朝向光源側之第2稜鏡構件6b所構成。第1稜鏡構件6a之凹圓錐狀折射面與第2稜鏡構件6b之凸圓錐狀折射面，係以能彼此抵接之方式形成為互補。又，第1稜鏡構件6a及第2稜鏡構件6b中至少一方之構件構成為可沿光軸AX移動，第1稜鏡構件6a之凹圓錐狀折射面與第2稜鏡構件6b之凸圓錐狀折射面間之間隔可變。以下，為便於理解，著眼於4極狀或環帶狀二次光源，說明圓錐旋轉三稜鏡系6之作用及變焦透鏡7之作用。
在第1稜鏡構件6a之凹圓錐狀折射面與第2稜鏡構件6b之凸圓錐狀折射面彼此抵接之狀態下，圓錐旋轉三稜鏡系6發揮平行平面板之功能，對形成之4極狀或環帶狀二次光源並無影響。然而，當使第1稜鏡構件6a之凹圓錐狀折射面與第2稜鏡構件6b之凸圓錐狀折射面分離時，會保持4極狀或環帶狀二次光源之寬度(與4極狀二次光源外接之圓之直徑(外徑)、與內接之圓之直徑(內徑)之差之1/2；環帶狀二次光源之外徑與內徑之差之1/2)為一定、4極狀或環帶狀二次光源之外徑(內徑)會變化。亦即，4極狀或環帶狀二次光源之環帶比(內徑/外徑)及大小(外徑)會變化。
變焦透鏡7，具有將4極狀或環帶狀二次光源之全體形 狀以相似形狀(等方的)放大或縮小之功能。例如，藉由將變焦透鏡7之焦點距離從最小值放大至既定值，據以將4極狀或環帶狀二次光源之全體形狀相似的加以放大。換言之，藉由變焦透鏡7之作用，可在4極狀或環帶狀二次光源之環帶比不變的情況下，變化其寬度及大小(外徑)。如以上所述，可藉由圓錐旋轉三稜鏡系6及變焦透鏡7之作用，控制4極狀或環帶狀二次光源之環帶比與大小(外徑)。
本實施形態中，作為空間光調變器33、34，係使用可使例如二維排列之複數個反射鏡元件33a、34a之面向分別連續變化之空間光調變器。此空間光調變器，可使用例如特表平10-503300號公報及與此對應之歐洲專利公開第779530號公報、特開2004-78136號公報及與此對應之美國專利第6,900,915號公報、特表2006-524349號公報及與此對應之美國專利第7,095,546號公報、以及特開2006-113437號公報所揭示之空間光調變器。此外，亦可控制為使二維排列之複數個反射鏡元件33a、34a之面向具有分散的複數個階段。
第1空間光調變器33，藉由根據來自控制部之控制訊號作動之驅動部33b之作用，分別變化複數個反射鏡元件33a之姿勢，將各反射鏡元件33a分別設定為既定面向。被第1空間光調變器33之複數個反射鏡元件33a分別以既定角度反射之s偏光之光，如圖4所示，於無焦點透鏡之光瞳面，形成例如以光軸AX為中心、於Z方向相距一間隔之2個圓形的光強度分布41a及41b。形成光強度分布41a及41b 之光，如圖中兩方向箭頭所示具有沿X方向之偏光方向。
同樣的，第2空間光調變器34藉由根據來自控制部之控制訊號作動之驅動部34b之作用，分別變化複數個反射鏡元件34a之姿勢，將各反射鏡元件34a分別設定為既定面向。被第2空間光調變器34之複數個反射鏡元件34a分別以既定角度反射之p偏光之光，如圖4所示，於無焦點透鏡之光瞳面，形成例如以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個圓形的光強度分布41c及41d。形成光強度分布41c及41d之光，如圖中兩方向箭頭所示具有沿Z方向之偏光方向。當射入空間光調變單元3之光束之偏光狀態為圓偏光、或偏光方向係與X軸及Z軸成45度角度之直線偏光(以下，稱「45度直線偏光」)之情形時，4個光強度分布41a~41d之光強度彼此相等。
於無焦點透鏡之光瞳面形成4極狀之光強度分布41之光，於柱狀微複眼透鏡8之入射面、及柱狀微複眼透鏡8之後側焦點面或其附近之照明光瞳(配置數值孔徑9之位置)，形成對應光強度分布41a~41d之4極狀光強度分布。亦即，無焦點透鏡、變焦透鏡7及柱狀微複眼透鏡8，係構成根據經由第1空間光調變器33及第2空間光調變器34之光束，於照明光學裝置(2~12)之照明光瞳形成既定光強度分布之分布形成光學系統。再者，在與數值孔徑9光學共軛之其他照明光瞳位置、亦即在成像光學系統12之光瞳位置及投影光學系統PL之光瞳位置，亦形成對應光強度分布41a~41d之4極狀光強度分布。
曝光裝置，為了高精度且忠實的將光罩M之圖案轉印至晶圓W，在依據圖案特性之適當的照明條件下進行曝光。本實施形態中，形成對應圖4所示之4極狀光強度分布41之4極狀照明光瞳亮度分布，通過此4極狀照明光瞳亮度分布之光束被設定為周方向偏光(azimuthal polarization)狀態。在周方向偏光狀態、且根據4極狀照明光瞳亮度分布之周方向偏光4極照明，成為照射於最終被照射面之晶圓W之光，為以s偏光為主成分之偏光狀態。
此處，所謂s偏光，係指在與入射面垂直之方向具有偏光方向的直線偏光(在與入射面垂直之方向，電氣向量振動之偏光)。又，所謂入射面，係定義成光到達介質之交界面(被照射面：晶圓W之表面)時，包含在該點之交界面法線與光入射方向之面。其結果，當為周方向偏光4極照明時，投影光學系統之光學性能(焦深等)獲得提升，在晶圓(感光性基板)上獲得高對比之良好的光罩圖案。
本實施形態，由於係使用具備複數個反射鏡元件33a、34a之姿勢分別個別變化之一對空間光調變器33、34的空間光調變單元3，因此能隨意且迅速地變化因第1空間光調變器33之作用而形成於照明光瞳之s偏光狀態之第1光強度分布、與因第2空間光調變器34之作用而形成於照明光瞳之p偏光狀態之第2光強度分布所構成之照明光瞳亮度分布。換言之，本實施形態，可藉由分別變化偏光狀態彼此不同之第1光強度分布及第2光強度分布之形狀及大小，就照明光瞳亮度分布之形狀、大小及偏光狀態，實現 具有多樣性之照明條件。
如以上所述，本實施形態中根據來自光源1之光來照明作為被照射面之光罩M的照明光學裝置(2~12)，就照明光瞳亮度分布之形狀、大小及偏光狀態，實現具有多樣性之照明條件。又，本實施形態之曝光裝置(1~WS)，可使用實現具有多樣性照明條件之照明光學裝置(2~12)，依據光罩M之圖案特性在所實現之適當的照明條件下進行良好的曝光。
又，本實施形態，在空間光調變器33及34之基準狀態下，射入具有光分割器功能之偏光分離膜35之入射光束的進行方向、與從具有光合成器之功能之偏光分離膜36射出之射出光束之進行方向，大致平行(含一致)。換言之，在空間光調變器33及34之基準狀態下，射入空間光調變單元3之入射光束及從空間光調變單元3射出之光束之進行方向，與照明光學裝置之光軸AX一致(或平行)。如以上所述，由於在空間光調變單元3之上流與下流光路成為同軸(或平行)，因此可共用例如使用為形成照明光瞳亮度分布之繞射光學元件之習知照明光學裝置與光學系統。
又，本實施形態，第1空間光調變器33之複數個反射鏡元件33a係接近稜鏡構件31配置，第2空間光調變器34之複數個反射鏡元件34a則係接近稜鏡構件32配置。此場合，稜鏡構件31、32其發揮作為複數個反射鏡元件33a、34a之覆蓋構件的角色，可謀求空間光調變器33、34之耐久性的提升。
又，本實施形態中，亦可將空間光調變單元3設計成光對形成在稜鏡構件31與32間之偏光分離膜35的入射角θ(參照圖2)近似於布魯斯特角(Brewster's angle)。藉由此構成，可將p偏光在偏光分離膜35之反射率抑制得較小，而能提高偏光效率。又，偏光分離膜35、36不限制以電介質多層膜形成，亦可以是具有例如「具週期性光柵構造的偏光分離層」。作為此種「具週期性光柵構造的偏光分離層」，可使用將與第1方向平行之複數個金屬光柵，週期性排列於與第1方向正交之第2方向的線柵(wire grid)型偏光分離元件。關於此種技術，已揭示於例如特開2005-77819號公報及與此對應之美國專利第7,116,478號公報。
又，上述實施形態，係藉由一對稜鏡構件31及32、一對空間光調變器33及34構成空間光調變單元3。然而，不限定於此，空間光調變單元3之具體的構成可以有各種形態。
又，上述實施形態，在空間光調變單元3與柱狀微複眼透鏡8間之光路中配置有無焦點透鏡、圓錐旋轉三稜鏡系6及變焦透鏡7。然而，並不限定於此，亦可取代此等光學構件配置例如具有傅立葉轉換透鏡之功能的聚光光學系統。
又，上述實施形態，係藉由在稜鏡構件32與氣體37之界面32a(作為第1偏向面)的全反射，使經由偏光分離膜35(具光分割器功能)之p偏光的光偏向第2空間光調變器34。同樣的，藉由在稜鏡構件32與氣體37之界面32b的 全反射，將經由第2空間光調變器34之p偏光之光偏向具有光合成器功能之偏光分離膜36。然而，不限定於此，亦可於界面32a、32b設置反射膜。
又，上述說明中，係藉由第1空間光調變器33之作用形成Z方向2極狀之光強度分布41a、41b，藉由第2空間光調變器34之作用形成X方向2極狀之光強度分布41c、41d，據以形成4極狀之照明光瞳亮度分布。然而，如上所述，本實施形態中，照明光瞳亮度分布之形狀、大小及偏光狀態是可以有各種各樣的形態。以下，參照圖5，以示意方式顯示形成5極狀之照明光瞳亮度分布之例。
此例中，藉由第1空間光調變器33之作用，如圖5之左圖所示，於無焦點透鏡之光瞳面形成例如以光軸AX為中心於Z方向相距一間隔之2個圓形的光強度分布42a及42b、與以光軸AX為中心之圓形的光強度分布42c’。形成光強度分布42a、42b、42c’之光，如圖中兩方向箭頭所示，具有沿X方向之偏光方向。另一方面，藉由第2空間光調變器34之作用，如圖5之中央圖所示，於無焦點透鏡之光瞳面形成例如以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個圓形的光強度分布42d及42e，以及以光軸AX為中心之圓形的光強度分布42c"。形成光強度分布42d、42e、42c"之光，如圖中兩方向箭頭所示，具有沿Z方向之偏光方向。
其結果，於無焦點透鏡之光瞳面，如圖5之右圖所示，形成5極狀之光強度分布42a~42e。此處，以光軸AX為中心之圓形光強度分布42c係與光強度分布42c’、42c"重 疊形成。在對經第1空間光調變器33到達無焦點透鏡光瞳面之s偏光之光、與經第2空間光調變器34到達無焦點透鏡光瞳面之p偏光之光之間，賦予光源1之時間同調(coherent)長以上之光路長差的情形，如圖中兩方向箭頭所示，具有沿Z方向之偏光方向的光束與具有沿X方向之偏光方向的光束通過光強度分布42c之區域。
相對於此，經第1空間光調變器33到達無焦點透鏡光瞳面之s偏光之光、與經第2空間光調變器34到達無焦點透鏡光瞳面之p偏光之光之間沒有光路長差的情形，通過光強度分布42c之區域之光束的偏光狀態與射入空間光調變單元3之入射光束之偏光狀態一致。當射入空間光調變單元3之光束之偏光狀態為圓偏光或45度直線偏光的情形，4個周邊之光強度分布42a、42b、42d、42e之光強度變得彼此相等，中央之光強度分布42c之光強度則為2倍。
又，亦可使通過例如1/2波長板之光射入具有光分割器功能之偏光分離膜35。使配置在較偏光分離膜35靠近光源側之1/2波長板以光軸為中心旋轉，即能控制以偏光分離膜35分離之s偏光之強度與p偏光之強度的比。亦即，能控制到達無焦點透鏡光瞳面之s偏光之光之強度、與p偏光之光之強度的比。例如，亦可藉由控制1/2波長板之旋轉角以對偏光分離膜35成為s偏光、或控制1/2波長板之旋轉角以對偏光分離膜35成為p偏光，而僅使s偏光或p偏光之光到達無焦點透鏡之光瞳面。據此，即能將2極狀光強度分布(例如，圖4之光強度分布41a、41b)形成於無焦 點透鏡之光瞳面。
此外，上述實施形態中，位於光分割面之偏光分離膜35具有光分割器之功能，設在與偏光分離膜35不同位置之光合成面的偏光分離膜36具有光合成器之功能。然而，並不限定於此，亦可例如圖6所示，作成光分割器與光合成器具有共通之偏光分束器51的變形例。又，圖6之變形例所示之空間光調變單元3A，沿光軸AX射入偏光分束器51之光中、被偏光分離膜51a反射之s偏光之光，經由1/4波長板52而成為圓偏光，射入第1空間光調變器53。
被第1空間光調變器53之複數個反射鏡元件反射之光，經由1/4波長板52而成為p偏光，回到偏光分束器51。經由第1空間光調變器53射入偏光分束器51之p偏光之光，透射過偏光分離膜51a而從偏光分束器51射出。在第1空間光調變器53之基準狀態下，沿光軸AX射入空間光調變單元3A而經由第1空間光調變器53之光，從空間光調變單元3A沿光軸AX射出。
另一方面，透射過偏光分束器51之偏光分離膜51a之p偏光之光，經由1/4波長板54成為圓偏光，射入第2空間光調變器55。被第2空間光調變器55之複數個反射鏡元件反射之光，經由1/4波長板54成為s偏光，回到偏光分束器51。經由第2空間光調變器55射入偏光分束器51之s偏光之光，被偏光分離膜51a反射而從偏光分束器51射出。在第2空間光調變器55之基準狀態下，沿光軸AX射入空間光調變單元3A而經由第2空間光調變器55之光， 從空間光調變單元3A沿光軸AX射出。
又，上述說明中，作為具有二維排列可個別控制之複數個光學元件的空間光調變器，係使用可個別控制二維排列之複數個反射面之面向(角度：傾斜)之空間光調變器。然而，並不限定於此，亦可使用可個別控制例如二維排列之複數個反射面之高度(位置)的空間光調變器。作為此種空間光調變器，可使用例如特開平6-281869號公報及與此對應之美國專利第5,312,513號公報、以及特表2004-520618號公報及與此對應之美國專利第6,885,493號公報之圖1d所揭示之空間光調變器。此等空間光調變器，可藉由形成二維高度分布，而對入射光賦予與繞射面相同之作用。又，亦可根據例如特表2006-513442號公報及與此對應之美國專利第6,891,655號公報、及特表2005-524112號公報及與此對應之美國專利公開第2005/0095749號公報之揭示，將具有上述二維排列之複數個反射面之空間光調變器加以變形。
又，上述說明中，雖係使用具有複數個反射鏡元件之反射型空間光調變器、但不限定於此，亦可使用例如美國專利第5,229,872號公報所揭示之穿透型空間光調變器。圖7中概略顯示了具有穿透型空間光調變器之變形例之空間光調變單元之構成。如圖7之變形例所示之空間光調變單元3B，沿光軸AX射入具有光分割器功能之偏光分束器61之光中、被偏光分離膜61a反射之s偏光之光，射入第1空間光調變器62。
穿透第1空間光調變器62之複數個光學元件(稜鏡元件等)之光，被光路彎折反射鏡63偏向後，射入具有光合成器功能之偏光分束器64。經第1空間光調變器62而射入偏光分束器64之s偏光之光，被偏光分離膜64a反射而從偏光分束器64射出。在第1空間光調變器62之基準狀態下，沿光軸AX射入空間光調變單元3B之第1空間光調變器62的光，從空間光調變單元3B沿光軸AX射出。
穿透偏光分束器61之偏光分離膜61a之p偏光之光，射入第2空間光調變器65。穿透第2空間光調變器65之複數個光學元件之光，被光路彎折反射鏡66偏向後射入偏光分束器64。經由第2空間光調變器65射入偏光分束器64之p偏光之光，穿透偏光分離膜64a而從偏光分束器64射出。在第2空間光調變器65之基準狀態下，沿光軸AX射入空間光調變單元3B而經由第2空間光調變器65之光，從空間光調變單元3B沿光軸AX射出。
又，上述說明之構成，雖係將供應以直線偏光為主成分之偏光狀態之光源1之光，在一邊實質維持其偏光狀態下一邊導至空間光調變單元(3；3A；3B)，但亦可例如圖8所示，作成於空間光調變單元3之光源1側之光路，設置使射出光之偏光狀態可變的偏光控制部13的變形例。圖8中具有與圖1相同功能之構件係賦予相同符號。
圖8之變形例所示之偏光控制部13，接收經由整形光學系統2及光路彎折反射鏡之來自光源1之光，對空間光調變單元3射出所欲偏光狀態之光。此偏光控制部13，具 備：設置成可以例如光軸或與光軸平行之軸為中心旋轉之1/2波長板13A、與旋轉驅動此1/2波長板13A的旋轉驅動部13B。
透過旋轉驅動部13B旋轉調整1/2波長板13A，即能對例如空間光調變單元3，供應在XZ平面內相對X軸或Z軸具有45度方向之偏光方向(電場方向)的直線偏光。此時，被空間光調變單元3之偏光分離膜分離之s偏光之光(朝向第1空間光調變器33之光)與p偏光之光(朝向第2空間光調變器34之光)之光量大致相等。
此處，可藉由偏光控制部13內之1/2波長板13A之調整旋轉，將被空間光調變單元3之偏光分離膜分離之s偏光之光(朝向第1空間光調變器33之光)與p偏光之光(朝向第2空間光調變器34之光)間之光量比，設定為任意之光量比。例如在形成如圖4所示之4極狀光強度分布41a~41d之情形，可將以光軸AX為中心於Z方向相距一間隔之2個光強度分布41a、41b之光強度、與以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個光強度分布41c、41d之光強度之比，設定為所欲光量比。
如圖8所示之變形例中，可一邊以光瞳偏光分布測量裝置14測量照明光瞳偏光分布、一邊根據此測量結果控制偏光控制部13。此時，可視需要控制空間光調變單元中之各空間光調變器。此光瞳偏光分布測量裝置14，係設在用以保持晶圓W之晶圓載台WS內、或與該晶圓載台WS另行設置之測量載台內，用以測定射入晶圓W之照明光(曝光 用光)在光瞳內(開口內)之偏光狀態。關於偏光狀態測定部14之詳細構成及作用，已揭示於例如特開2005-5521號公報。
據此，即使在例如配置於照明光學系統內、或投影光學系統內之光路彎折反射鏡在每一偏光時有反射率差，亦能防止因此所造成之不良影響。又，圖8之變形例中，係藉由偏光控制部13調整對空間光調變單元3之偏光方向，但使光源1本身或空間光調變單元3繞光軸旋轉亦能獲得同樣效果。此外，此偏光控制部13亦能適用於圖6及圖7所示之變形例。
又，上述實施形態及圖6~圖8之變形例中，光分割器及光合成器具有偏光分離膜(35、36；51a；61a、64a)，但不限定於此，亦可是光分割器及光合成器具有將光束振幅分割之分離膜的構成。此場合，因第1空間光調變器之作用而形成於照明光瞳之第1光強度分布、與因第2空間光調變器之作用而形成於照明光瞳之第2光強度分布的偏光狀態雖相同，但藉由分別使第1光強度分布及第2光強度分布之形狀及大小變化，即能針對照明光瞳亮度分布之形狀及大小，實現多樣化之照明條件。
又，上述實施形態及圖6~圖8之變形例中，係使用偏光分離膜(35；51a；61a)將入射光束分割為2個光束，但不限定於此，亦可以是例如使用繞射光學元件將入射光束分割為2個光束之構成。圖9係概略顯示使用繞射光學元件作為光分割器之變形例之主要部位構成的圖。圖9之變形 例中，圖1之實施形態之空間光調變單元3，具有以繞射光學元件71、聚光透鏡72、一對1/2波長板73A、73B及一對空間光調變單元74a、74b加以置換之構成。
圖9之變形例中，經由整形光學系統2來自光源1之光束沿光軸AX射入作為光分割器之繞射光學元件71。繞射光學元件71，例如在具有矩形剖面之平行光束沿光軸AX射入之場合，具有在遠場(或夫朗和斐(Fraunhofer)繞射區域)形成以光軸AX為中心於Z方向相距一間隔之2個矩形光強度分布的功能。換言之，繞射光學元件71具有將入射光束分割為2個光束之功能。
被繞射光學元件71分割為2個光束中之第1光束，透過具有傅立葉轉換透鏡之機能的聚光透鏡72，射入可繞第1光束之光路之光軸AXa或繞與光軸AXa平行之軸線旋轉之1/2波長板73A。通過1/2波長板73A之直線偏光狀態之光，在經過空間光調變單元74a後，經由無焦點透鏡之前側透鏡群4a到達無焦點透鏡之光瞳面4c。另一方面，被繞射光學元件71分割之2個光束中之第2光束，經由聚光透鏡72，射入可繞第2光束之光路之光軸AXb或與光軸AXb平行之軸線旋轉之1/2波長板73B。通過1/2波長板73B之直線偏光狀態之光，經過空間光調變單元74b後，經由無焦點透鏡之前側透鏡群4a到達光瞳面4c。無焦點透鏡之前側透鏡群4a，係用以將經由空間光調變單元74a中之空間光調變器之光束、與經由空間光調變單元74b中之空間光調變器之光束，在光瞳面4c加以重疊之光學系統， 具有光合成器之機能。
以下，為簡化說明，係設配置在第1光束之光路中的空間光調變單元74a、與配置在第2光束之光路中的空間光調變單元74b具有彼此相同之構成。此外，於繞射光學元件71係射入具有沿Z方向及與X方向成45度方向之偏光方向的直線偏光狀態之平行光束，因1/2波長板73A之作用於空間光調變單元74a射入於X方向偏光之X方向直線偏光狀態(橫偏光狀態)之光，因1/2波長板73B之作用於空間光調變單元74b射入於Z方向偏光之Z方向直線偏光狀態(縱偏光狀態)之光。
以下，參照圖10及圖11，說明空間光調變單元74a之具體構成及作用。由於空間光調變單元74b與空間光調變單元74a基本上具有相同構成，因此省略針對空間光調變單元74b之具體構成及作用的重複說明。空間光調變單元74a，如圖10所示，具備：以例如螢石般之光學材料形成之稜鏡23B、以及靠近稜鏡23B之與XY平面平行之側面23Ba安裝之反射型空間光調變器23A。形成稜鏡23B之光學材料，不限定於螢石，可視光源1所供應之光之波長等，使用石英或其他光學材料。
稜鏡23B，具有將長方體之1個側面(與空間光調變器23A之安裝處之側面23Ba對向之側面)以凹成V字狀之側面23Bbb及23Bc加以置換所得之形態，因沿YZ平面之剖面形狀而亦稱為K稜鏡呼。稜鏡23B之凹成V字狀之側面23Bb及23Bc，係以交叉成鈍角之2個平面PN1 及PN2規定。2個平面PN1及PN2皆與YZ平面正交，沿YZ平面呈V字狀。
與2個平面PN1、PN2之切線(X方向延直線)P3相接之2個側面23Bb及23Bc之內面，具有反射面R1及R2之功能。亦即，反射面R1位於平面PN1上、反射面R2位於平面PN2上，反射面R1與R2所夾之角度為鈍角。作為一例，可設反射面R1與R2所夾角度為120度、與光軸AXa垂直之稜鏡23B之入射面IP與反射面R1所夾角度為60度、與光軸AXa垂直之稜鏡23B之射出面OP與反射面R2所夾角度為60度。
稜鏡23B，其空間光調變器23A靠近安裝之側面23Ba與光軸AXa為平行、且反射面R1位於光源1側(曝光裝置之上游側：圖10中左側)、反射面R2位於無焦點透鏡側(曝光裝置之下游側：圖10中右側)。進一步詳言之，反射面R1係相對光軸AXa斜設、反射面R2則係通過切線P3且在與XZ平面平行之面、與反射面R1對稱的相對光軸AXa斜設。稜鏡23B之側面23Ba，如後述般，係與排列空間光調變器23A之複數個反射鏡元件SE之面對向之光學面。
稜鏡23B之反射面R1將經由入射面IP入射之光反射向空間光調變器23A。空間光調變器23A配置在反射面R1與反射面R2間之光路中，將經由反射面R1射入之光加以反射。稜鏡23B之反射面R2，將經由空間光調變器23A後射入之光加以反射，透過射出面OP導向無焦點透鏡之前側透鏡群4a。圖10中，為使說明易於理解，係將光路展開成 在空間光調變單元74a之後側光軸AXa延伸為直線狀。又，圖10中顯示了將稜鏡23B以1個光學區塊形成為一體之例，但亦可使用複數個光學區塊來構成稜鏡23B。
空間光調變器23A，對經由反射面R1射入之光，賦予對應其入射位置之空間性調變後加以射出。空間光調變器23A，如圖11所示，具備二維排列之複數個微小反射鏡元件(光學元件)SE。為簡化說明及圖示，圖10及圖11中雖係顯示空間光調變器23A具備4×4=16個反射鏡元件SE之構成例，但實際上係具備遠多於16個之多數反射鏡元件SE。
參照圖10，沿著與光軸AXa平行之方向射入空間光調變單元23之光線群中，光線L1係射入複數個反射鏡元件SE中之反射鏡元件SEa、光線L2則射入與反射鏡元件Sea不同之反射鏡元件SEb。同樣的，光線L3射入與反射鏡元件SEa、SEb不同之反射鏡元件SEc、光線L4則射入與反射鏡元件SEa~Sec不同之反射鏡元件SEd。反射鏡元件SEa~SEd，將對應其位置之設定之空間性調變賦予光L1~L4。
空間光調變單元23，係構成為在空間光調變器23A之所有反射鏡元件SE之反射面被設定成與XY平面平行之基準狀態下，沿與光軸AXa平行之方向射入反射面R1之光線在經過空間光調變器23A後，被反射面R2反射向與光軸AXa平行之方向。又，空間光調變單元23，係構成為從稜鏡23B之入射面IP經反射鏡元件SEa~SEd至射出面OP為止之空氣換算長、與從相對於稜鏡23B未配置在光路中時之入射面IP之位置至相對於射出面OP之位置為止之空 氣換算長相等。此處，所謂空氣換算長，係指將光學系統中之光路長換算為在折射率1之空氣中之光路長者，折射率n之介質中之空氣換算長，係於該光路長乘以1/n者。
空間光調變器23A之複數個反射鏡元件SE所排列之面，係定位在聚光透鏡72之後側焦點位置或其附近，且定位在無焦點透鏡之前側焦點位置或其附近。因此，於空間光調變器23A係射入具有對應繞射光學元件71之特性之形狀(例如矩形狀)之剖面的光束。被空間光調變器23A之複數個反射鏡元件SEa~SEd反射而被賦予既定角度分布之光，於無焦點透鏡之光瞳面4c形成既定光強度分布SP1~SP4。亦即，無焦點透鏡之前側透鏡群4a，將空間光調變器23A之複數個反射鏡元件SEa~SEd對射出光所賦予之角度，轉換成在空間光調變器23A之遠視野區域(夫朗和斐繞射區域)之面4c上的位置。
參照圖1，在與無焦點透鏡之光瞳面4c(圖1中未圖示)光學共軛之位置或其附近，定位柱狀微複眼透鏡8之入射面。因此，柱狀微複眼透鏡8所形成之二次光源之光強度分布(亮度分布)，成為根據空間光調變器23A及無焦點透鏡之前側透鏡群4a在光瞳面4c形成之光強度分布SP1~SP4之分布。空間光調變器23A，如圖11所示，係包含將平面形狀之反射面朝上面之狀態、沿1個平面規則的、且二維排列之多數微小反射元件之反射鏡元件SE的可動多反射鏡。
各反射鏡元件SE為可動，其反射面之傾斜、亦即反射面之傾斜角及傾斜方向，係藉由根據來自控制部(未圖示) 之指令作動之驅動部23c(圖11中未圖示)之作用獨立的加以控制。各反射鏡元件SE，可以與其反射面平行之二方向、且彼此正交之二方向(X方向及Y方向)為旋轉軸，連續、或分散的旋轉所欲旋轉角度。亦即，對各反射鏡元件SE之反射面之傾斜可進行二維控制。
此外，使各反射鏡元件SE之反射面分散的旋轉之情形，最好是將旋轉角以複數個狀態(例如、...、-2.5度、-2.0度、...0度、+0.5度...+2.5度、...)進行切換控制。圖11中顯示了外形為正方形之反射鏡元件SE，但反射鏡元件SE之外形形狀不限定於正方形。不過，就光利用效率之觀點而言，可以是排列成使反射鏡元件SE之間隙較少之形狀(最密充填可能之形狀)。又，就光利用效率之觀點而言，亦可將相鄰2個反射鏡元件SE之間隔壓縮至所須最小限。
空間光調變器23A，藉由根據來自控制部之控制訊號作動之驅動部23c之作用，分別變化複數個反射鏡元件SE之姿勢，各反射鏡元件SE被分別設定為既定面向。被空間光調變器23A之複數個反射鏡元件SE分別以既定角度反射之光，透過無焦點透鏡及變焦透鏡7，在柱狀微複眼透鏡8之後側焦點位置或其附近之照明光瞳，形成複數極狀(4極狀、5極狀等)等之光強度分布(照明光瞳亮度分布)。此照明光瞳亮度分布，藉由變焦透鏡7之作用進行相似的(等方的)變化。
具體而言，被空間光調變單元74a中之空間光調變器23A之複數個反射鏡元件SE分別以既定角度反射之橫偏光 之光，如圖4所示，於無焦點透鏡之光瞳面4c，形成例如以光軸AX為中心於Z方向相距一間隔之2個圓形的光強度分布41a及41b。形成光強度分布41a及41b之光，如圖中兩方向箭頭所示，具有沿X方向之偏光方向。
同樣的，被空間光調變單元74b中之空間光調變器之複數個反射鏡元件分別以既定角度反射之縱偏光之光，如圖4所示，於無焦點透鏡之光瞳面4c，形成例如以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個圓形之光強度分布41c及41d。形成光強度分布41c及41d之光，如圖中兩方向箭頭所示，具有沿Z方向之偏光方向。
於無焦點透鏡之光瞳面4c形成4極狀光強度分布41之光，於柱狀微複眼透鏡8之入射面、及柱狀微複眼透鏡8之後側焦點面或其附近之照明光瞳(配置了數值孔徑9之位置)形成對應光強度分布41a~41d之4極狀光強度分布。進一步的，在與數值孔徑9光學共軛之另一照明光瞳位置、亦即在成像光學系統12之光瞳位置及投影光學系統PL之光瞳位置，亦形成對應光強度分布41a~41d之4極狀光強度分布。
或者，藉由空間光調變單元74a之作用，如圖5之左圖所示，在無焦點透鏡之光瞳面4c形成例如以光軸AX為中心於Z方向相距一間隔之2個圓形之光強度分布42a及42b、以及以光軸AX為中心之圓形之光強度分布42c’。形成光強度分布42a、42b、42c’之光，如圖中兩方向箭頭所示具有沿X方向之偏光方向。另一方面，藉由空間光調 變單元74b之作用，如圖5之中央圖所示，於無焦點透鏡之光瞳面4c形成例如以光軸AX為中心於X方向相距一間隔之2個圓形之光強度分布42d及42e、以及以光軸AX為中心之圓形之光強度分布42c"。形成光強度分布42d、42e、42c"之光，如圖中兩方向箭頭所示，具有沿Z方向之偏光方向。
其結果，於無焦點透鏡之光瞳面4c，如圖5之右圖所示，形成5極狀之光強度分布42a~42e。此處，以光軸AX為中心之圓形之光強度分布42c，係光強度分布42c’與42c"相重疊形成。經空間光調變單元74a到達無焦點透鏡之光瞳面4c之橫偏光之光、與經空間光調變單元74b到達無焦點透鏡之光瞳面之縱偏光之光之間，被賦予了光源1之時間同調長以上之光路長差的情形，如圖中兩方向箭頭所示具有沿Z方向之偏光方向之光束與具有沿X方向之偏光方向之光束，通過光強度分布42c之區域。
如以上所述，圖9之變形例，可使由空間光調變單元74a中之空間光調變器之作用而於照明光瞳形成之橫偏光狀態之第1光強度分布、與藉由空間光調變單元74b中之空間光調變器之作用而於照明光瞳形成之縱偏光狀態之第2光強度分布所構成之照明光瞳亮度分布，自在且迅速的變化。換言之，於圖9之變形例中亦與圖1之實施形態同樣的，藉由分別變化偏光狀態彼此相異之第1光強度分布及第2光強度分布之形狀及大小，可針對照明光瞳亮度分布之形狀、大小及偏光狀態，實現富有多樣性之照明條件。
圖9之變形例中，由於係使用繞射光學元件71作為光分割器，因此具有可提升射入空間光調變單元74a、74b中之空間光調變器之光強度之均一性的優點。此外，即使射入繞射光學元件71之光束之位置變動，剛出繞射光學元件71後之光束之角度亦不會變化，因此具有射入空間光調變單元74a、74b中之空間光調變器之光束之位置不易變動的優點。
圖9之變形例中，在具有矩形剖面之光束射入繞射光學元件71之場合，為謀求稜鏡23B之小型化、以及空間光調變單元74a及74b之小型化，可在矩形剖面之短邊方向分割入射光束。換言之，在以空間光調變單元74a、74b中之空間光調變器之有效區域之長手方向為法線之面內分割入射光束。一般而言，在射入繞射光學元件71之入射光束在剖面內沿與第1方正交之第2方向之大小，大於較沿第1方向之大小的剖面形狀之場合，藉由將入射光束分割於第1方向，能謀求空間光調變單元74a及74b之小型化。
又，圖9之變形例中，係使用繞射光學元件71將入射光束分割為2個光束。然而，不限定於此，亦可以是例如圖12所示，使用具有一對稜鏡構件76a與76b之稜鏡單元76來將入射光束分割為2個光束的構成。圖12之變形例具有與圖9之變形例類似之構成，僅有取代繞射光學元件71及聚光透鏡72配置稜鏡單元76之點，與圖9之變形例相異。圖12中，具有與圖9所示構成元件相同機能之元件，係賦予與圖9相同之參照符號。又，圖12所示變形例中， 由於係使用具有一對稜鏡構件76a與76b之稜鏡單元76將入射光束分割為2個光束，因此能謀求裝置之小型化。
於圖12之變形例中發揮光分割器之機能的稜鏡單元76，係由從光源側(圖中左側)起，依序將平面朝向光源側並將凹狀且V字形之折射面朝向光罩側(圖中右側)之第1稜鏡構件76a、與將平面朝向光罩側並將凸狀且V字形之折射面朝向光源側之第2稜鏡構件76b所構成。第1稜鏡構件76a之凹狀折射面由2個平面構成，其交線(稜線)沿X方向延伸。第2稜鏡構件76b之凸狀折射面，則與第1稜鏡構件76a之凹狀折射面形成為相輔。亦即，第2稜鏡構件76b之凸狀折射面亦由2個平面構成，其交線(稜線)延伸於X方向。圖12之變形例中，係以一對稜鏡構件76a與76b構成作為光分割器之稜鏡單元76，但亦可使用至少1個稜鏡來構成光分割器。進一步的，光分割器之具體構成可有各種形態。
又，圖9之變形例及圖12之變形例，於聚光透鏡72與空間光調變單元74a及74b間之光路中，分別設有1/2波長板73A及73B。然而，不限定於此，亦可在被繞射光學元件71或稜鏡單元76分割之2個光束中之第1光束之光路中的其他適當位置及第2光束之光路中之其他適當位置，分別設置1/2波長板73A及73B。
又，圖9之變形例及圖12之變形例中，於第1光束之光路中設有可繞既定軸線旋轉之1/2波長板73A，於第2光束之光路中設定可繞既定軸線旋轉之1/2波長板73B。 然而，不限定於此，亦可在至少一方之光路中將1/2波長板設置成能繞既定軸線旋轉或固定設置，或在至少一方之光路中將1/2波長板以外之偏光子或方位旋轉子設廠成能繞既定軸線旋轉或固定設置。
又，將1/2波長板(一般為偏光子或方位旋轉子)構成為對光路裝拆自如，不需要時使其從光路退避，即能謀求增加1/2波長板之使用壽命。同樣的，將1/2波長板(一般為偏光子或方位旋轉子)構成能與相同光路長之玻璃基板更換，亦能謀求增加1/2波長板之使用壽命。
又，亦可在1/2波長板外另加上可繞既定軸線旋轉之1/4波長板，據以將橢圓偏光調整為所欲直線偏光。此外，亦可在1/2波長板之外、或取代1/2波長板使用消偏器(depolarizer，非偏光化元件)來獲得所欲非偏光狀態之光。此外，如以上所述，亦可例如於一方之光路中插入所欲厚度之平行平面板，在第1光束與第2光束之間賦予時間同調長以上之光路長差，於照明光瞳將通過同一區域之光束予以非偏光化。再者，亦可藉由在第1光束與第2光束間賦予時間同調長以上之光路長差，將斑點(speckle)降低√(1/2)程度。
實施形態及變形例中之照明光學裝置，由於係使用具備複數個反射鏡元件之姿勢可分別個別變化之一對空間光調變器的光學單元(空間光調變單元)，因此可迅速且自如的變化由藉第1空間光調變器之作用形成於照明光瞳之第1偏光狀態之第1光強度分布、與藉第2空間光調變器之作 用形成於照明光瞳之第2偏光狀態之第2光強度分布所構成之照明光瞳亮度分布。換言之，藉由分別變化偏光狀態彼此互異之第1光強度分布及第2光強度分布之形狀及大小，即能針對照明光瞳亮度分布之形狀、大小及偏光狀態，實現富有多樣化之照明條件。
如上所述，實施形態及變形例之照明光學裝置，能針對照明光瞳亮度分布之形狀、大小及偏光狀態，實現富有多樣化之照明條件。又，實施形態及變形例之曝光裝置，可使用實現具有多樣化照明條件之照明光學裝置，在因應光罩M之圖案特性實現之適當照明條件下進行良好之曝光，以及製造良好的元件。
上述實施形態及各變形例中，亦可於使用空間光調變單元形成照明光瞳亮度分布時，一邊以光瞳亮度分布測量裝置測量照明光瞳亮度分布、一邊視此測量結果控制空間光調變單元中之各空間光調變器。此種技術，已揭示於例如特開2006-54328號公報及特開2003-22967號公報及與此對應之美國專利公開第2003/0038225號公報。
又，於上述實施形態中，可適用將投影光學系統與感光性基板間之光路中以具有大於1.1之折射率之媒質(典型而言，例如液體)加以充滿之手法，亦即使用所謂之液浸法。此場合，作為將投影光學系統與感光性基板間之光路中充滿液體之手法，可採用如國際公開號WO99/49504號公報所揭示之於局部充滿液體之手法、如特開平6-124873號公報所揭示之將保持曝光對象基板之載台於液槽中移動之 手法、以及在如特開平10-303114號公報所揭示之載台上形成既定深度之液體槽，於其中保持基板之手法等。
又，上述實施形態中，亦可取代光罩，而使用根據既定電子資料形成所欲圖案之可變圖案形成裝置。使用此種可變圖案形成裝置的話，即使圖案面為縱置，亦可使對同步精度之影響降至最低限。此外，作為可變圖案形成裝置，可使用例如包含根據既定電子資料驅動之複數個反射元件之DMD(電子、微反射鏡、元件)。使用DMD之曝光裝置，例如已揭示於特開2004-304135號公報、國際專利公開第2006/080285號小冊子、美國專利公開第2007/0296936號公報。又，除了DMD般之非發光型之反射型空間光調變器以外，亦可使用穿透型空間光調變器、或自發光型之影像顯示元件。此外，即使圖案面為橫置之場合，亦可使用可變圖案形成裝置。
本實施形態的曝光裝置，係藉由組裝各種次系統(含本案申請範圍中所列舉的各構成要素)，以能保持既定之機械精度、電氣精度、光學精度之方式所製造。為確保此等各種精度，於組裝前後，係進行對各種光學系統進行用以達成光學精度之調整、對各種機械系統進行用以達成機械精度之調整、對各種電氣系統進行用以達成電氣精度之調整。從各種次系統至曝光裝置之組裝製程，係包含機械連接、電路之配線連接、氣壓迴路之配管連接等。當然，從各種次系統至曝光裝置之組裝製程前，係有各次系統個別之組裝製程。當各種次系統至曝光裝置之組裝製程結束 後，即進行綜合調整，以確保曝光裝置整體之各種精度。此外，曝光裝置之製造最好是在溫度及清潔度等皆受到管理之潔淨室進行。
接著，說明使用上述實施形態之曝光裝置的元件製造方法。圖13係顯示半導體元件之製程的流程圖。如圖13所示，半導體元件之製程，係在將成為半導體元件之基板的晶圓W蒸鍍金屬膜(步驟S40)、於此蒸鍍之金屬膜上塗布感光性材料之光阻(步驟S42)。接著，使用上述實施形態之投影曝光裝置將形成於光罩(標線片)M之圖案轉印至晶圓W上之各照射區域(步驟S44：曝光步驟)，並進行結束此轉印之晶圓W之顯影、亦即進行圖案轉印後之光阻之顯影(步驟S46：顯影步驟)。之後，以步驟S46於晶圓W表面生成之光阻圖案為光罩，進行對晶圓W之表面的蝕刻等加工(步驟S48：加工步驟)。
此處，所謂光阻圖案，係指形成有對應以實施形態之投影曝光裝置轉印之圖案之形狀形成有凹凸的光阻層，該凹部貫通光阻層者。步驟S48，則透過此光阻圖案進行晶圓W之表面加工。以步驟S48進行之加工中，包含例如晶圓W之表面蝕刻或金屬膜等之成膜中之至少一方。又，步驟S44中，上述實施形態之投影曝光裝置，係以塗有光阻之晶圓W作為感光性基板、即板件P來進行圖案之轉印。
圖14係顯示液晶顯示元件等液晶元件之製程的流程圖。如圖14所示，液晶元件之製程，係依序進行圖案形成步驟(步驟S50)、彩色濾光片形成步驟(步驟S52)、單元組 裝步驟(步驟S54)及模組組裝步驟(步驟S56)。
步驟S50之圖案形成步驟，係於作為板件P之塗有光阻之玻璃基板上，使用上述實施形態之投影曝光裝置形成電路圖案及電極圖案等之既定圖案。此圖案形成步驟中，包含使用上述實施形態之投影曝光裝置將圖案轉印至光阻層的曝光步驟，圖案轉印後板件P之顯影、也就是進行玻璃基板上之光阻層之顯影以形成對應圖案之形狀之光阻層的顯影步驟，以及透過此顯影之光阻層對玻璃基板表面進行加工的加工步驟。
步驟S52之彩色濾光片形成步驟，係形成具有多數對應R(Red)、G(Green)、B(Blue)之3個點之組排列成矩陣狀、或將複數個R、G、B之3條濾光片之組排列於水平掃描線方向的彩色濾光片。
步驟S54之單元組裝步驟，係使用以步驟S50形成有既定圖案之玻璃基板、及以步驟S52所形成之彩色濾光片組裝液晶面板(液晶單元)。具體而言，在例如玻璃基板與彩色濾光片之間注入液晶以形成液晶面板。步驟S56之模組組裝步驟，則係對以步驟S54組裝之液晶面板安裝用以進行此液晶面板之顯示動作的電路及背光等各種零件。
又，本發明不限於半導體元件製造用之曝光裝置，亦能廣泛的適用於、例如用以製造形成為方型玻璃板之液晶顯示元件、或電漿顯示器等之顯示裝置用之曝光裝置，或用以製造攝影元件(CCD等)、微機器、薄膜磁頭及DNA晶片等各種元件之曝光裝置。再者，本發明亦能適用於使用微 影製程製造形成有各種元件之光罩圖案的光罩(光罩、標線片等)時之曝光步驟(曝光裝置)。
又，上述實施形態中，作為曝光用光雖係使用ArF準分子雷射光(波長：193nm)或KrF準分子雷射光(波長：248nm)，但不限定於此，本發明亦能適用於供應其他適刀之雷射光源、例如供應波長157nm之雷射光之F2 雷射光源等。
又，上述實施形態，雖係將本發明適用於曝光裝置中用以照明光罩之照明光學裝置，但不限定於此，本發明亦能適用於照明光罩以外之被照射面的一般照明光學裝置。
以上說明之實施形態，係為易於理解本發明所作之記載，並非為限定本發明所作之記載。因此，上述實施形態所揭露之各元件，旨在包含屬於本發明技術範圍之所有設計變更及均等物。此外，上述實施形態之各構成元件等，可作成各種之組合等。
1‧‧‧光源
2‧‧‧整形光學系統
3、3A、3B‧‧‧空間光調變單元
4‧‧‧無焦點透鏡
4a‧‧‧無焦點透鏡之前側透鏡群
4b‧‧‧無焦點透鏡之後側透鏡群
4c‧‧‧無焦點透鏡之光瞳面
6‧‧‧圓錐旋轉三稜鏡系
6a、6b‧‧‧第1、第2稜鏡構件
7‧‧‧σ值可變用變焦透鏡
8‧‧‧柱狀微複眼透鏡
8a、8b‧‧‧第1、第2複眼構件
9‧‧‧數值孔徑
10‧‧‧聚光光學系統
11‧‧‧光罩遮簾
12‧‧‧成像光學系統
13‧‧‧偏光控制部
13a‧‧‧1/2波長板
13b‧‧‧旋轉驅動部
23a‧‧‧空間光調變器
23b‧‧‧稜鏡
23c‧‧‧驅動部
31,32‧‧‧稜鏡構件
31a‧‧‧稜鏡構件之入射面
31b‧‧‧稜鏡構件之出射面
32a,32b‧‧‧稜鏡構件與氣體之界面
33,34‧‧‧第1、第2空間光調變器
33a、34a‧‧‧反射鏡元件
33b,34b‧‧‧驅動部
35,36‧‧‧偏光分離膜
37‧‧‧氣體
41a~41d‧‧‧2(4)極狀光強度分布
42a、42b、42c’‧‧‧圓形光強度分布
42d、42e、42c”‧‧‧圓形光強度分布
51、61、64‧‧‧偏光分束器
51a、61a、64a‧‧‧偏光分離膜
52、54‧‧‧1/4波長板
53、55‧‧‧第1、第2空間光調變器
62、65‧‧‧第1、第2空間光調變器
63‧‧‧光路彎折反射鏡
71‧‧‧繞射光學元件
72‧‧‧聚光透鏡
73A、73B‧‧‧1/2波長板
74A、74B‧‧‧空間光調變單元
76‧‧‧稜鏡單元
76a、76b‧‧‧稜鏡構件
AX、AXa‧‧‧光軸
L1~L4‧‧‧光線
M‧‧‧光罩
MS‧‧‧光罩載台
PL‧‧‧投影光學系統
PN1、PN2‧‧‧平面
R1、R2‧‧‧反射面
SE‧‧‧反射鏡元件
SEa~SEd‧‧‧反射鏡元件
W‧‧‧晶圓
WS‧‧‧晶圓載台
圖1，係概略顯示本發明實施形態之曝光裝置之構成的圖。
圖2，係概略顯示空間光調變單元之構成的圖。
圖3，係概略顯示柱面微複眼透鏡之構成的立體圖。
圖4，係以示意方式顯示本實施形態中形成於無焦點透鏡之光光瞳面之4極狀光強度分布的圖。
圖5，係以示意方式顯示本實施形態中形成之5極狀照 明光光瞳亮度分布之的圖。
圖6，係概略顯示光分割器與光合成器具有共通之偏光分束器之變形例之空間光調變單元之構成的圖。
圖7，係概略顯示具有透射型空間光調變器之變形例之空間光調變單元之構成的圖。
圖8，係概略顯示具有偏光控制部之變形例之曝光裝置之構成的圖。
圖9，係概略顯示使用繞射光學元件作為光分割器之變形例之主要部構成的圖。
圖10，係概略顯示圖9之空間光調變單元之構成的圖。
圖11，係圖9之空間光調變單元所具備之空間光調變器的部分立體圖。
圖12，係概略顯示使用稜鏡單元作為光分割器之變形例之主要部構成的圖。
圖13，係顯示半導體元件之製程的示流程圖。
圖14，係顯示液晶顯示元件等液晶元件之製程的流程圖。
3‧‧‧空間光調變單元
31,32‧‧‧稜鏡構件
31a‧‧‧稜鏡構件之入射面
31b‧‧‧稜鏡構件之出射面
32a,32b‧‧‧稜鏡構件與氣體之界面
33,34‧‧‧第1、第2空間光調變器
33a,34a‧‧‧反射鏡要素
33b,34b‧‧‧驅動部
35,36‧‧‧偏光分離膜
37‧‧‧氣體
AX‧‧‧光軸

Claims (35)

  1. 一種照明光學裝置，係以照明光照明形成有圖案之光罩，具備：光學積分器，配置於該照明光之光路；空間光調變器，包含沿既定面排列並設置於該光學積分器之入射側中的該照明光之光路的複數個反射面，且控制該複數個反射面，使該照明光學裝置之照明光瞳中的該照明光分布於從該照明光學裝置之光軸分離的區域；均一化光學元件，配置於該空間光調變器之入射側中的該照明光之光路，用於使該複數個反射面中的該照明光之強度均一化；偏光元件，配置於該均一化光學元件與該光學積分器之間的該照明光之光路，使該照明光之偏光狀態，從以既定之一方向作為偏光方向的直線偏光為主成分的直線偏光狀態，變換成包含偏光方向互為不同之第1直線偏光及第2直線偏光的直線偏光狀態；該偏光元件，以使來自該均一化光學元件之該照明光中射入於該複數個反射面中的一部分反射面的第1光束及射入於另一部分反射面的第2光束，分別成為以該第1直線偏光為主成分之偏光狀態及以該第2直線偏光為主成分之偏光狀態的方式，變換該照明光之偏光狀態；該空間光調變器，以使來自該偏光元件之該第1光束分布於該照明光瞳之第1區域，使來自該偏光元件之該第2光束分布於該照明光瞳之第2區域的方式，控制該複數個 反射面，且該第1區域及該第2區域係互為不同之區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之照明光學裝置，其中，該偏光元件，以該第1光束及該第2光束分別在該照明光瞳中成為周方向偏光狀態之方式，變換該照明光之偏光狀態。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之照明光學裝置，其中，該偏光元件，包含設置於該第1光束之光路並使該第1光束之偏光方向旋轉的第1構件。
  4. 如申請專利範圍第3項之照明光學裝置，其中，該第1構件，包含1/2波長板或旋轉子。
  5. 如申請專利範圍第3項之照明光學裝置，其中，該偏光元件，包含設置於該第2光束之光路並使該第2光束之偏光方向旋轉的第2構件。
  6. 如申請專利範圍第5項之照明光學裝置，其中，該第2構件，包含1/2波長板或旋轉子。
  7. 如申請專利範圍第5項之照明光學裝置，其中，該第1構件及該第2構件之至少一者，設置成可與相同光路長的玻璃基板交換。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之照明光學裝置，其中，在該均一化光學元件之入射側中的該照明光之光路包含設置成可變更該照明光之偏光狀態的偏光控制構件。
  9. 如申請專利範圍第8項之照明光學裝置，其中，該偏光控制構件，包含設置成可相對於與該光軸平行之軸旋轉的1/2波長板。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之照明光學裝置，其 中，該第1區域及該第2區域，包含於該照明光瞳中的多極狀區域或環帶狀區域。
  11. 如申請專利範圍第10項之照明光學裝置，其中，該第1區域，包含以該照明光瞳中的該光軸為中心於第1方向隔有間隔的2個區域；該第2區域，包含以該照明光瞳中的該光軸為中心於與該第1方向不同的第2方向隔有間隔的2個區域。
  12. 如申請專利範圍第1或2項之照明光學裝置，其中，該光學積分器係複眼透鏡；該複眼透鏡，以該複眼透鏡之後側焦點位置與該照明光瞳一致之方式設置於該光路。
  13. 如申請專利範圍第12項之照明光學裝置，其進一步具備透鏡系統，該透鏡系統係配置於該空間光調變器與該複眼透鏡之間的該照明光之光路，用於使該空間光調變器與該複眼透鏡之入射面成為傅立葉轉換之關係。
  14. 如申請專利範圍第13項之照明光學裝置，其中，該空間光調變器，以將該照明光在該複眼透鏡之入射面中分布成多極狀或環帶狀之方式控制該複數個反射面。
  15. 一種曝光裝置，係對基板曝光形成於光罩之圖案，具備：保持該基板並可移動的載台、照明該圖案之申請專利範圍第1至14項中任一項之照明光學裝置、以及將由該照明光學裝置所照明的該圖案之像形成於被保 持在該載台之該基板上的投影光學系統。
  16. 如申請專利範圍第15項之曝光裝置，其中，該照明光學裝置之該照明光瞳與該投影光學系統之入射光瞳，配置於相互共軛之位置。
  17. 如申請專利範圍第15項之曝光裝置，其中，該圖案之像，透過供應於保持在該載台之該基板與該投影光學系統之間的液體而形成於該基板上。
  18. 一種元件製造方法，包含：使用申請專利範圍第15至17項中任一項之曝光裝置將形成於光罩之圖案曝光於基板的動作、以及使曝光有該圖案之該基板顯影的動作。
  19. 一種照明方法，係以照明光照明形成有圖案之光罩，包含：藉由在該照明光之光路中較光學積分器更為入射側之光路中沿既定面排列、具有複數個反射面的空間光調變器，反射該照明光，藉由控制該複數個反射面，使該照明光分布於從照明光瞳上之光軸分離之區域的動作；藉由配置於該空間光調變器之入射側中的該照明光之光路的均一化光學元件，使該複數個反射面中的該照明光之強度均一化的動作；藉由配置於該均一化光學元件與該光學積分器之間的該照明光之光路的偏光元件，使該照明光之偏光狀態，從以既定之一方向作為偏光方向的直線偏光為主成分的直線偏光狀態，變換成包含偏光方向互為不同之第1直線偏光 及第2直線偏光的直線偏光狀態的動作；該照明光之偏光狀態，係以使來自該均一化光學元件之該照明光中射入於該複數個反射面中的一部分反射面的第1光束及射入於另一部分反射面的第2光束，分別成為以該第1直線偏光為主成分之偏光狀態及以該第2直線偏光為主成分之偏光狀態的方式變換；該複數個反射面，係以使來自該偏光元件之該第1光束及該第2光束分別分布於該照明光瞳之第1區域及第2區域的方式控制，且該第1區域及該第2區域係該照明光瞳上互為不同之區域。
  20. 如申請專利範圍第19項之照明方法，其中，該照明光之偏光狀態，以該第1光束及該第2光束分別在該照明光瞳中成為周方向偏光狀態之方式變換。
  21. 如申請專利範圍第19或20項之照明方法，其中，來自該均一化光學元件的該第1光束之偏光方向，藉由該偏光元件中設於該第1光束之光路的第1構件旋轉。
  22. 如申請專利範圍第21項之照明方法，其中，該第1構件，包含1/2波長板或旋轉子。
  23. 如申請專利範圍第21項之照明方法，其中，來自該均一化光學元件的該第2光束之偏光方向，藉由該偏光元件中設於該第2光束之光路的第2構件旋轉。
  24. 如申請專利範圍第23項之照明方法，其中，該第2構件，包含1/2波長板或旋轉子。
  25. 如申請專利範圍第19項之照明方法，其包含：藉 由該均一化光學元件之入射側中設於該照明光之光路的偏光控制構件，控制該照明光之偏光狀態的動作。
  26. 如申請專利範圍第25項之照明方法，其中，該偏光控制構件，包含設置成可相對於與該光軸平行之軸旋轉的1/2波長板。
  27. 如申請專利範圍第19或20項之照明方法，其中，該第1區域及該第2區域，包含於該照明光瞳中的多極狀區域或環帶狀區域。
  28. 如申請專利範圍第27項之照明方法，其中，該第1區域，包含以該照明光瞳中的該光軸為中心於第1方向隔有間隔的2個區域；該第2區域，包含以該照明光瞳中的該光軸為中心於與該第1方向不同的第2方向隔有間隔的2個區域。
  29. 如申請專利範圍第19項之照明方法，其中，該光學積分器，係複眼透鏡；該複眼透鏡，以該照明光瞳與該複眼透鏡之後側焦點位置一致之方式設置。
  30. 如申請專利範圍第29項之照明方法，其中，該空間光調變器與該複眼透鏡之入射面，為傅立葉轉換之關係。
  31. 如申請專利範圍第30項之照明方法，其中，該複數個反射面，以將該照明光在該複眼透鏡之入射面中分布成多極狀或環帶狀之方式控制。
  32. 一種曝光方法，係於基板曝光形成於光罩之圖案，包含： 藉由可移動之載台保持該基板的動作；使用申請專利範圍第19至31項中任一項之照明方法並藉由照明光照明該圖案的動作；以及將由該照明光所照明的該圖案之像，透過投影光學系統而形成於由該載台所保持之該基板上的動作。
  33. 如申請專利範圍第32項之曝光方法，其中，該照明光瞳與該投影光學系統之入射光瞳，配置於相互共軛之位置。
  34. 如申請專利範圍第32項之曝光方法，其包含對被保持於該載台之該基板與該投影光學系統之間的光路供應液體的動作；該圖案之像，透過該液體而形成於該基板上。
  35. 一種元件製造方法，包含：使用申請專利範圍第32至34項中任一項之曝光方法將形成於光罩之圖案曝光於基板的動作、以及使曝光有該圖案之該基板顯影的動作。
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