WO2013042679A1 - 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

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 Download PDF

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WO2013042679A1
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optical
light
illumination
axis
polarization
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PCT/JP2012/073897
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小松田　秀基
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株式会社ニコン
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70091—Illumination settings, i.e. intensity distribution in the pupil plane or angular distribution in the field plane; On-axis or off-axis settings, e.g. annular, dipole or quadrupole settings; Partial coherence control, i.e. sigma or numerical aperture [NA]
    • G03F7/701—Off-axis setting using an aperture
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70566—Polarisation control

Definitions

  • the present invention relates to an illumination technique for illuminating a surface to be irradiated with light supplied from a light source, an optical technique for changing the polarization state of light supplied from the light source, an exposure technique using the illumination technique, and a device using the exposure technique. It relates to manufacturing technology.
  • an exposure apparatus such as a stepper or a scanning stepper used in a lithography process for manufacturing an electronic device (microdevice) such as a semiconductor element illuminates a reticle (mask) under various illumination conditions and with a uniform illuminance distribution.
  • an illumination optical device is provided.
  • the light intensity distribution on the pupil plane (surface conjugate with the exit pupil) of the illumination optical system is intensified in a circular area, an annular area, or a multipolar area, depending on the illumination conditions.
  • an object of the present invention is to illuminate a surface to be irradiated with light in a plurality of polarization states without using optical rotatory power.
  • an illumination optical device that illuminates an illuminated surface with light supplied from a light source.
  • the illumination optical device is disposed in an optical path of light supplied from the light source, has a first fast axis in a direction intersecting the optical axis, and the first optical path in a plane intersecting the optical axis.
  • a first polarizing plate having a first polarization optical element having a long distribution and a second fast axis arranged in the optical path of the light passing through the first polarization optical element and having a direction different from the first fast axis Are provided.
  • the illumination optical apparatus in the exposure apparatus that illuminates the pattern with the exposure light and exposes the substrate with the exposure light through the pattern and the projection optical system, the illumination optical apparatus according to the first aspect is provided.
  • An exposure apparatus that uses light from the illumination optical apparatus as the exposure light is provided.
  • the optical system unit which changes the polarization state of the light supplied from a light source is provided.
  • the optical system unit is disposed in an optical path of light supplied from the light source, has a first fast axis in a direction intersecting the optical axis, and the first optical path in a plane intersecting the optical axis.
  • a first polarizing plate having a first polarization optical element having a long distribution and a second fast phase axis arranged in the optical path of light passing through the first polarization optical element and having a direction different from the first fast phase axis Are provided.
  • the illumination method which illuminates a to-be-irradiated surface with the light supplied from a light source.
  • This illumination method has a first optical axis in a direction intersecting the optical axis, and a first optical path length distribution in a plane intersecting the optical axis.
  • the exposure method which illuminates a pattern with exposure light and exposes a board
  • This exposure method uses the light directed to the irradiated surface as the exposure light using the illumination method of the fourth aspect.
  • the pattern of the photosensitive layer is formed on the substrate using the exposure method of the fifth aspect or the exposure apparatus of the second aspect, and the substrate on which the pattern is formed is formed. And a device manufacturing method is provided.
  • the first polarizing optical element is arranged in a direction in which the first fast axis intersects the optical axis, the light supplied from the light source is birefringence of the first polarizing optical element.
  • a phase difference corresponding to the first optical path length distribution is given between the first polarization component and the second polarization component at a plurality of positions of the first polarization optical element.
  • the irradiated surface can be illuminated with light in a plurality of polarization states even when the incident angle of light from the light source is large without using optical rotation.
  • FIG. 1 A is a diagram showing the polarization unit 19 in FIG. 1
  • (B) is a diagram showing the polarization direction of the incident illumination light
  • (C) and (D) are the polarization element 20 and the quarter wavelength plate 23, respectively.
  • (A), (B), and (C) are figures which show the example of distribution of the thickness of the circumferential direction of the polarizing element 20, respectively.
  • A) is a figure which shows the light intensity distribution of annular illumination
  • (B) and (C) are figures which show the example of distribution of the polarization state at the time of annular illumination, respectively.
  • FIG. 1 is a figure which shows the light intensity distribution of normal illumination
  • FIG. 1 is a figure which shows the light intensity distribution of 4 pole illumination
  • FIG. 1 is a figure which shows the polarization direction of the incident illumination light
  • FIG. 1 is a figure which shows the polarization unit of the other example of embodiment
  • FIG. 1 is a figure which shows the polarization direction of the incident illumination light
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the direction of the fast axis of the second polarizing element and the quarter wavelength plate 23. It is a figure which shows the polarizing element of a modification. It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of an electronic device.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus EX according to the present embodiment.
  • the exposure apparatus EX is, for example, a scanning exposure type exposure apparatus (projection exposure apparatus) composed of a scanning stepper (scanner).
  • the exposure apparatus EX includes an illumination apparatus 8 that illuminates a reticle surface Ra, which is a pattern surface of a reticle R (mask), with exposure illumination light (exposure light) IL.
  • the illumination device 8 includes a light source 10 that generates illumination light IL, an illumination optical system ILS that illuminates the reticle surface Ra with the illumination light IL from the light source 10, and an illumination control unit 36.
  • the exposure apparatus EX further includes a reticle stage RST that moves the reticle R, a projection optical system PL that projects an image of the pattern of the reticle R onto the surface of the wafer W (substrate), a wafer stage WST that moves the wafer W, A main control system 35 composed of a computer that comprehensively controls the operation of the entire apparatus and various control systems are provided.
  • the Z axis is set in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL
  • the X axis is set in a direction parallel to the paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis
  • the Y axis is set in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.
  • An explanation will be given by setting an axis.
  • the scanning direction of the reticle R and the wafer W during exposure is a direction parallel to the Y axis (Y direction).
  • the rotational directions (inclination directions) around the axes parallel to the X axis, the Y axis, and the Z axis will be described as the ⁇ x direction, the ⁇ y direction, and the ⁇ z direction.
  • an ArF excimer laser light source that emits a pulse of linearly polarized laser light having a predetermined temporal and spatial coherency, which is narrowed to a wavelength of 193 nm, is used.
  • a KrF excimer laser light source that supplies laser light having a wavelength of 248 nm, or a harmonic generator that generates harmonics of laser light output from a solid-state laser light source (YAG laser, semiconductor laser, etc.) is also used. it can.
  • linearly polarized illumination light IL composed of laser light emitted from a light source 10 controlled by a power supply unit (not shown) is a transmission optical system including a beam expander 11, 1 / for adjusting the polarization direction.
  • a two-wavelength plate 12 second wavelength plate
  • an optical path bending mirror 13 Through a two-wavelength plate 12 (second wavelength plate) and an optical path bending mirror 13, a large number of microscopically variable tilt angles around two orthogonal axes of a spatial light modulator (SLM: spatial light modulator) 14
  • SLM spatial light modulator
  • the incident light is obliquely incident on the reflecting surface of the mirror element 16 at a predetermined small incident angle.
  • the spatial light modulator 14 includes a large number of mirror elements 16, a drive substrate unit 15 that supports and drives the mirror elements 16, and a control unit 17 that controls the drive substrate unit 15.
  • the spatial light modulator 14 forms a predetermined light intensity distribution on an incident surface 25I of a fly-eye lens 25 to be described later via a large number of mirror elements 16 according to illumination conditions.
  • the spatial light modulator 14 reflects the illumination light IL and has a large intensity on the incident surface 25I in the annular region as shown in FIG. A light intensity distribution is formed.
  • a dotted circle 49 is a region where the coherence factor ( ⁇ value) is 1.
  • the main control system 35 controls the operation of the controller 17 of the spatial light modulator 14 via the illumination controller 36 according to the illumination conditions.
  • a spatial light modulator for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-503300 and European Patent Publication No. 779530 corresponding thereto, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-78136 and US Patent No. 6, corresponding thereto. Those disclosed in the specification of No. 900,915 and the like can be used.
  • the illumination light IL reflected by the multiple mirror elements 16 of the spatial light modulator 14 enters the polarization unit 19 along the optical axis AXI of the illumination optical system ILS.
  • the polarization unit 19 includes an incident optical system 18 that converts the illumination light IL from the spatial light modulator 14 into parallel light, and a birefringent optical element that is disposed in the optical path of the illumination light IL that has passed through the incident optical system 18. And a quarter wavelength plate 23 (first wavelength plate) disposed in the optical path of the illumination light IL that has passed through the polarization element 20.
  • the polarization unit 19 has a turret plate 22 for exchanging the polarization element 20 with another polarization element 21 or the like.
  • the polarizing element 20 has a thickness distribution in a plane that intersects with the optical axis AXI (for example, vertical or substantially vertical) according to the distribution of the polarization state of the illumination light IL on the incident surface 25I (details will be described later).
  • the thickness distribution is also a distribution of the optical path length (for example, a length obtained by multiplying the refractive index in the fast axis direction by the thickness).
  • the polarizing element 20 has an optical path length along the path of light passing through the first position in the YZ plane perpendicular to the optical axis AXI, and in the YZ plane perpendicular to the optical axis AXI.
  • the optical path length distribution along the path of the light passing through the second position different from the first position is different from each other.
  • the polarizing element 20 is fixed to the turret plate 22, and the turret plate 22 is made of an optical element having birefringence similar to that of the polarizing element 20, and has a different thickness distribution and other various thickness distributions.
  • a plurality of polarizing elements (not shown) having the above are fixed.
  • quartz quartz (quartz: SiO 2 ) can be used.
  • magnesium fluoride (MgF 2 ), sapphire (aluminum oxide: Al 2 O 3 ), or the like can be used as an optical material having birefringence for the polarizing elements 20 and 21.
  • the illumination control unit 36 rotates the turret plate 22 via the drive unit 22a, and sets the polarizing element 20 and the like having a thickness distribution corresponding to the target polarization state distribution as the illumination optical path. Thereby, the distribution of the polarization direction of the illumination light IL emitted from the quarter wavelength plate 23 of the polarization unit 19 can be controlled in various ways (details will be described later).
  • the illumination light IL emitted from the polarization unit 19 is incident on the incident surface 25I of the fly-eye lens 25 through the relay optical system 24 including the first lens system 24a and the second lens system 24b.
  • the relay optical system 24 the central surface in the thickness direction of the polarizing element 20 is optically conjugate (or almost conjugate) with the incident surface 25I.
  • the fly-eye lens 25 has a large number of lens elements arranged in close contact with each other in the Z direction and the Y direction, and the exit surface of the fly-eye lens 25 is the pupil plane of the illumination optical system ILS (hereinafter referred to as the illumination pupil plane). ) IPP (surface conjugate with the exit pupil).
  • a surface light source including a large number of secondary light sources (light source images) is formed on the exit surface (illumination pupil plane IPP) of the fly-eye lens 25 by wavefront division.
  • the fly-eye lens 25 Since the fly-eye lens 25 has a large number of optical systems arranged in parallel, the light intensity distribution on the entrance surface 25I is directly transmitted to the illumination pupil plane IPP which is the exit surface.
  • the entrance plane 25I is a plane equivalent to the illumination pupil plane IPP, and the arbitrary light intensity distribution and the arbitrary polarization distribution of the illumination light IL formed on the entrance plane 25I are directly used as the light intensity distribution on the illumination pupil plane IPP and It becomes a polarization distribution.
  • the incident surface 25I is optically almost conjugate with the reticle surface. Note that a microlens array may be used instead of the fly-eye lens 25.
  • Illumination light IL from the surface light source formed on the illumination pupil plane IPP includes a first relay lens 28, a reticle blind (field stop) 29, a second relay lens 30, an optical path bending mirror 31, and a condenser optical system.
  • the illumination area of the reticle surface Ra is illuminated with a uniform illuminance distribution via the reference numeral 32.
  • the illumination optical system ILS includes the beam expander 11, the half-wave plate 12 (second wave plate), the spatial light modulator 14, the polarization unit 19, and the optical system from the relay optical system 24 to the condenser optical system 32. It is configured.
  • Each optical member of the illumination optical system ILS is supported by a frame (not shown).
  • the pattern in the illumination area of the reticle R is transferred to one shot area of the wafer W via the telecentric projection optical system PL on both sides (or one side on the wafer side).
  • the image is projected onto the exposure area at a predetermined projection magnification (for example, 1/4, 1/5, etc.).
  • the illumination pupil plane IPP is conjugate with the pupil plane (a plane conjugate with the exit pupil) of the projection optical system PL.
  • the wafer W includes a wafer having a photoresist (photosensitive material) coated at a predetermined thickness on the surface of a base material such as silicon.
  • the reticle R is attracted and held on the upper surface of the reticle stage RST, and the reticle stage RST is movable on the upper surface of the reticle base (not shown) (surface parallel to the XY plane) at a constant speed in the Y direction, and at least X It is mounted so as to be movable in the direction, the Y direction, and the ⁇ z direction.
  • the two-dimensional position of the reticle stage RST is measured by a laser interferometer (not shown). Based on this measurement information, the main control system 35 receives the position and speed of the reticle stage RST via a drive system 37 including a linear motor and the like. To control.
  • wafer W is sucked and held on the upper surface of wafer stage WST via a wafer holder (not shown), and wafer stage WST is moved in the X and Y directions on the upper surface of the wafer base (not shown) (a surface parallel to the XY plane). It can move and can move at a constant speed in the Y direction.
  • the two-dimensional position of wafer stage WST is measured by a laser interferometer (not shown), and based on this measurement information, main control system 35 moves the position and speed of wafer stage WST via drive system 38 including a linear motor and the like. To control.
  • An alignment system (not shown) for aligning the reticle R and the wafer W is also provided.
  • the incident optical system 18 is omitted.
  • the illumination light IL that has passed through the incident optical system 18 in FIG. 1 enters the polarizing element 20 having birefringence. Since the birefringence of the polarizing element 20 is less dependent on the incident angle of incident light, it is not always necessary to convert the incident light by the incident optical system 18 into parallel light.
  • the incident optical system 14 also has a function of simultaneously forming a light intensity distribution formed on the incident surface 25I of FIG. 1 on the central surface in the thickness direction of the polarizing element 20. The central surface is also conjugate with the incident surface 25I of the fly-eye lens 25 by the relay optical system 24 of FIG.
  • the polarizing element 20 has a fast axis (hereinafter referred to as the first axis) parallel to the direction intersecting the Y axis at 45 ° in a plane perpendicular to the optical axis AXI of the illumination optical system ILS. It is called a fast axis.) It has a fast axis 41A. Further, by controlling the rotation angle of the half-wave plate 12 of FIG. 1, the polarization direction 40A of the linearly polarized illumination light IL incident on the polarizing element 20 is parallel to the Z axis as shown in FIG. Yes, and intersects the first fast axis 41A at 45 °.
  • the first axis parallel to the direction intersecting the Y axis at 45 ° in a plane perpendicular to the optical axis AXI of the illumination optical system ILS. It is called a fast axis.
  • the polarization direction 40A of the linearly polarized illumination light IL incident on the polarizing element 20 is parallel to
  • the illumination light IL incident on the position P of the angle ⁇ in the circumferential direction around the optical axis AXI of the polarization element 20 is converted into the first polarization component 42A parallel to the first phase advance axis 41A and the first phase advance.
  • the light is divided into a second polarization component 42B parallel to the slow axis perpendicular to the axis 41A and passes through the polarization element 20.
  • the intensity ratio between the first polarization component 42A and the second polarization component 42B is approximately 1: 1.
  • the angle between the polarization direction 40A of the incident light and the first fast axis 41A may be within an angle range of 45 ° ⁇ 5 °.
  • the polarizing element 20 has a constant thickness t in the radial direction r in a plane perpendicular to the optical axis AXI and a position at an angle ⁇ in the circumferential direction.
  • the thickness t gradually changes.
  • the thickness t may vary depending on the position in the radial direction r.
  • the thickness t corresponding to the angle ⁇ changes continuously at a cycle of 180 ° as shown in FIG.
  • the polarizing element 20 can be manufactured by bonding the half surface portions 20a and 20b having the same shape.
  • a phase difference ⁇ corresponding to the thickness t is given between the first polarization component 42A and the second polarization component 42B emitted from the polarization element 20 that passes through the position P in FIG.
  • the phase of the first polarization component 42A is 0, and the phase of the second polarization component 42B is ⁇ .
  • the quarter-wave plate 23 has a fast axis (hereinafter referred to as a second fast axis) 48 parallel to the Z axis. Accordingly, the second fast axis 48 of the quarter wavelength plate 23 intersects the first fast axis 41A of the polarizing element 20 at 45 °. As a result, the first polarization component 42A passing through the quarter wavelength plate 23 becomes, for example, right circular polarization, and the second polarization component 42B passing through the quarter wavelength plate 23 becomes reverse left circular polarization.
  • the illumination light IL (the combined light of the polarization components 42A and 42B) emitted from the quarter-wave plate 23 through the position Q is In accordance with the phase difference ⁇ , the polarization direction is linearly polarized light having an angle ⁇ . Therefore, the polarization state of the illumination light IL incident on the incident surface 25I of the fly-eye lens 25 in FIG. 1 is linearly polarized light that has various polarization directions according to the phase difference distribution according to the thickness distribution of the polarizing element 20. It becomes a set of.
  • the angle between the first fast axis 41A of the polarizing element 20 and the second fast axis 48 of the quarter-wave plate 23 may be within an angle range of 45 ° ⁇ 5 °.
  • a process in which linearly polarized light having various polarization directions is generated will be described using Stokes vectors and Mueller matrices.
  • Stokes vector and Mueller matrix see, for example, the document “Edited By Michael Bass et al.: HANDBOOK OF OPTICS, Chapter 22: Polarimetry, pp. 22-8 to 22-14, USA (McGRAW-HILL, Inc. 1995)”. It is disclosed.
  • the four elements S0, S1, S2, and S3 of the Stokes vector can be expressed as follows.
  • S3 Difference intensity obtained by subtracting the intensity of the counterclockwise circularly polarized light component from the intensity of the clockwise circularly polarized light
  • the Stokes vector of the linearly polarized illumination light IL incident on the polarizing element 20 in FIG. Can be expressed as
  • the Mueller matrix representing the polarization action of the polarizing element 20 having an arbitrary thickness distribution is represented by the following equation (2).
  • t is a thickness determined by the polarizing element 20
  • b is a constant determined by the birefringence of the polarizing element 20.
  • the constant b is, for example, a difference between a refractive index for an electric field (polarized light) oscillating in the fast axis direction and a refractive index for an electric field (polarized light) oscillating in the slow axis direction.
  • the Mueller matrix representing the polarization action of the quarter-wave plate 23 at the rear stage of the polarizing element 20 is expressed by the following equation (3).
  • the Mueller matrix representing the polarization action of the optical element in which the polarizing element 20 and the quarter wavelength plate 23 are combined is as follows.
  • the distribution of the thickness t of the polarizing element 20 may change stepwise as shown in FIG. Further, for example, in a polarizing element for quadrupole illumination, the thickness t may change at a period of 90 ° as shown in FIG. Specifically, it is assumed that the intensity distribution of the illumination light IL on the incident surface 25I is a distribution in which the intensity increases in an annular region as shown in FIG. At this time, as an example, the polarization state of the illumination light IL on the incident surface 25I is changed in the annular region as shown in FIG. 4B by the distribution of the thickness t in the circumferential direction of the polarizing element 20.
  • the polarization state of the illumination light IL on the incident surface 25I can be changed as shown in FIG. It can be set to be a set of linearly polarized light polarized in the circumferential directions 45A, 45B, 45C,... With respect to the optical axis AXI within the band-like region.
  • the polarization state in the annular zone can be set to a distribution in an arbitrary polarization direction.
  • the light intensity distribution on the incident surface 25I of the fly-eye lens 25 is a circular region as shown in FIG.
  • the distribution increases in intensity.
  • the polarization state of the illumination light IL on the incident surface 25I is changed to a direction 46A parallel to the Z axis shown in FIG. It can be set to linearly polarized light, linearly polarized light in the direction 46B parallel to the Y-axis shown in FIG. It is also possible to set a substantially non-polarized state by making the thickness distribution of the polarizing element random.
  • the light intensity distribution on the entrance surface 25I of the fly-eye lens 25 has four regions 47A to 47D (or 90 ° of these as shown in FIG. 6A).
  • the distribution is such that the intensity increases in the rotated region.
  • the polarization state of the illumination light IL on the incident surface 25I is changed to the linearly polarized light in the circumferential direction 46C shown in FIG. It can be set to linearly polarized light in the radial direction 46D shown in FIG. 6C, or any other distribution of polarization directions.
  • step 102 of FIG. 7 the reticle R is loaded onto the reticle stage RST of FIG.
  • step 104 the main control system 35, for example, information on the target distribution of the light intensity distribution and the target distribution of the polarization state on the illumination pupil plane IPP (illumination conditions) from the exposure data file according to the pattern of the reticle R to be exposed. ).
  • the light intensity distribution (light quantity distribution) on the incident surface 25I and, consequently, the illumination pupil plane IPP is set by controlling the tilt angles of the many mirror elements 16 of the spatial light modulator 14 via the illumination control unit 36.
  • the turret plate 22 is rotated via the illumination control unit 36, and a polarizing element (here, referred to as the polarizing element 20) corresponding to the illumination optical path is installed. .
  • the distribution of the polarization direction at each position on the entrance surface 25I and thus the illumination pupil plane IPP is set.
  • the wafer W coated with the photoresist is loaded on the wafer stage WST.
  • emission of the illumination light IL from the light source 10 is started (step 110), and the illumination light IL is applied to the polarization element 20 of the polarization unit 19 via the half-wave plate 12 and the spatial light modulator 14.
  • Step 114 the first polarization component and the second polarization component that pass through the polarization element 20 pass through the quarter-wave plate 23, so that the distribution of the polarization direction of the illumination light IL is set to a target distribution (step). 116). Note that the irradiation of the illumination light IL to the wafer W is controlled by opening and closing the variable blind in the reticle blind 29 of FIG.
  • the reticle stage RST and the wafer stage are exposed while exposing a part of one shot region of the wafer W with an image of the projection optical system PL of a part of the pattern of the reticle R under the illumination light IL.
  • the shot area of the wafer W is scanned and exposed by moving the reticle R and the wafer W in the Y direction synchronously with the projection magnification being the speed ratio via the WST. If an unexposed shot area remains in the next step 120, the wafer W is stepped to the scanning start position via the wafer stage WST in step 126, and the next shot area is scanned in the next step 118. Exposure is performed. In this manner, each shot area of the wafer W is exposed by the step-and-scan method.
  • the emission of the illumination light IL is stopped in step 122, and the next wafer is exposed in step 124.
  • the image of the pattern of the reticle R can be formed with high resolution on the entire shot area of the wafer W with the desired light intensity distribution and the desired arbitrary polarization distribution. Can be exposed.
  • the illumination device 8 of the present embodiment includes the illumination optical system ILS, and the illumination device 8 illuminates the reticle surface Ra with the illumination light IL.
  • the illumination optical system ILS has a polarization unit 19.
  • the polarization unit 19 is an optical system that changes the polarization state of the illumination light IL supplied from the light source 10.
  • the polarization unit 19 is disposed in the optical path of the illumination light IL and has a first fast axis 41A in a direction intersecting the optical axis AXI (which may be vertical or substantially vertical) and in a plane perpendicular to the optical axis AXI.
  • a polarizing element 20 having a non-uniform thickness distribution (and thus an optical path length distribution) according to the target polarization distribution, and an optical path of light that has passed through the polarizing element 20, and a first fast axis 41A And a quarter-wave plate 23 having a second phase axis 48 having a different direction.
  • the illumination light IL from the light source 10 is passed through the polarization element 20 to form a light beam having a polarization state distribution according to the thickness distribution.
  • the polarization element 20 is arranged such that the first fast axis 41A is perpendicular (or almost perpendicular) to the optical axis AXI, the illumination light IL supplied from the light source 10 is polarized.
  • the first polarization component oscillates in the direction of the first fast axis 41A and the second polarization component oscillates in the direction of the slow axis orthogonal to the first fast axis 41A.
  • a phase difference corresponding to the thickness distribution is given between the first polarization component and the second polarization component. Therefore, light having passed through the plurality of positions further passes through the quarter-wave plate 23, whereby light having a plurality of different polarization directions is obtained. Therefore, the reticle surface Ra can be illuminated with light in a plurality of polarization states even when the incident angle of light from the light source is large without using optical rotation.
  • the exposure apparatus EX of the present embodiment is an exposure apparatus that illuminates the pattern of the reticle R with the illumination light IL for exposure and exposes the wafer W with the illumination light IL through the pattern and the projection optical system PL.
  • the apparatus 8 is provided, and the illumination light from the illumination apparatus 8 is used as the illumination light IL.
  • this exposure apparatus EX since the pattern can be illuminated with the illumination light IL having the distribution of the optimum polarization direction according to the pattern of the reticle R, images of various patterns can be exposed on the wafer W with high resolution.
  • the arrangement of the polarization unit 19 in the illumination optical system ILS is not limited to the arrangement shown in FIG. 1 and can be arranged at any position where an arbitrary polarization distribution is required.
  • the polarization unit 19 may be disposed in front (upstream) of the reflection surface of the spatial light modulator 14 of FIG.
  • the polarization direction of the light incident on the multiple mirrors 16 of the spatial light modulator 14 can be made different depending on the position, and the light flux in each polarization direction can be changed to an arbitrary position on the incident surface 25I (and thus the illumination pupil plane IPP).
  • the exit pupil of the illumination optical system ILS having an arbitrary polarization distribution can be formed.
  • FIG. 8A shows a polarization unit 19A of this embodiment.
  • the incident optical system 18 is omitted.
  • the polarization unit 19A can be used in place of the polarization unit 19 in the illumination optical system ILS of FIG.
  • the polarization unit 19A is disposed in the optical path of the first polarization element 20A having birefringence disposed in the optical path of the illumination light IL and the light that has passed through the first polarization element 20A. It has a quarter wavelength plate 23 and a second polarization element 20B having a birefringence disposed in the optical path between the first polarization element 20A and the quarter wavelength plate 23.
  • the polarizing elements 20A and 20B are arranged close to each other so as to face each other.
  • the polarization direction 40A of the incident illumination light IL is parallel to the Z axis (see FIG. 8B). As shown in FIG.
  • the first polarizing element 20A has a fast axis (hereinafter referred to as a first fast axis) 41A in a direction perpendicular to the optical axis AXI of the illumination optical system (not shown). In addition, it has a non-uniform thickness t1 distribution (and thus an optical path length distribution) corresponding to the target polarization distribution in a plane perpendicular to the optical axis AXI.
  • the first polarizing element 20A includes the optical path length along the path of light passing through the first position in the YZ plane perpendicular to the optical axis AXI, and the first in the YZ plane perpendicular to the optical axis AXI.
  • the optical path length distributions have different optical path lengths along the path of light passing through a second position different from the position.
  • the first fast axis 41A intersects the Y axis at 45 ° clockwise.
  • the second polarizing element 20B has a fast axis (hereinafter referred to as a third fast axis) 41B in a direction perpendicular to the optical axis AXI, and the optical axis AXI has the fast axis. It has a non-uniform thickness t2 distribution (and thus an optical path length distribution) corresponding to the target polarization distribution in the vertical plane.
  • the second polarizing element 20B includes the optical path length along the path of light passing through the first position in the YZ plane perpendicular to the optical axis AXI, and the first in the YZ plane perpendicular to the optical axis AXI.
  • the optical path length distributions have different optical path lengths along the path of light passing through a second position different from the position.
  • the third fast axis 41B intersects the Y axis at 45 ° counterclockwise. That is, the third fast axis 41B of the polarizing element 20B intersects the first fast axis 41A of the polarizing element 20A at 90 °.
  • the second fast axis 48 of the quarter wavelength plate 23 is parallel to the Z axis (see FIG. 8E)
  • the second fast axis 48 is the polarizing element. It intersects the fast axes 41A and 41B of 20A and 20B at 45 ° in the opposite direction.
  • the angle between the third phase advance axis 41B and the first phase advance axis 41A may be within an angle range of 90 ° ⁇ 5 °.
  • the angle between the second phase advance shaft 48 and the third phase advance shaft 41B may be within an angle range of 45 ° ⁇ 5 °.
  • the point of the polarizing element 20B facing the point P1 in the radial direction r and the circumferential direction ⁇ of the polarizing element 20A is P2
  • the thickness of the polarizing elements 20A and 20B in the optical axis AXI direction at the points P1 and P2 Are t1 and t2.
  • the average value of the thicknesses t1 and t2 is commonly t0, and the thicknesses t1 and t2 are expressed as follows.
  • the combined thickness of the polarizing elements 20A and 20B is made uniform, and an arbitrary value proportional to 2 ⁇ ⁇ t1 depending on the positions P1 and P2 between the two polarization components Can be provided. Therefore, by installing the polarization unit 19A in place of the polarization unit 19 of FIG. 1, it is possible to set a distribution of an arbitrary polarization direction on the incident surface 25I and, consequently, the illumination pupil plane IPP.
  • the thickness distribution (optical path length distribution) of the polarizing element 20 and the like is fixed.
  • a polarizing element 50 having a variable optical path length distribution may be used.
  • the polarizing element 50 includes electrodes 52 ⁇ / b> A, in which minute electro-optical elements 51 whose birefringence changes according to an electric field are arranged in a matrix, and the applied voltage can be individually controlled so as to sandwich the electro-optical elements 51. 52B is provided.
  • the electro-optical element 51 for example, a Pockels effect element such as BaTiO 3 or LiNbO 3 can be used.
  • the polarizing element 50 by controlling the voltage applied by each electro-optical element 51 and controlling the birefringence, a variable phase difference distribution can be given to the polarization components in two orthogonal directions. Therefore, by using the polarizing element 50 in place of the polarizing element 20 of FIG. 1, the mechanism portion such as the turret plate 22 can be omitted.
  • the spatial light modulator 14 is used to set the light intensity distribution (light quantity distribution) on the incident surface 25I or the illumination pupil plane IPP.
  • a light amount distribution setting optical system in which a diffractive optical element selected from a plurality of diffractive optical elements (DOE) is arranged in the illumination optical path may be used.
  • DOE diffractive optical elements
  • the polarization unit 19 and the like may be arranged at any position on the downstream side and the upstream side of the diffractive optical element.
  • the quarter wavelength plate 23 is used as a 1st wavelength plate, you may use combining wavelength plates, such as a 1/8 wavelength plate and a 1/16 wavelength plate, for example.
  • the first wave plate includes an optical member that imparts a phase difference of ⁇ / 2 (90 °) between a polarized light component related to a first direction and a polarized light component related to a second direction intersecting the first direction in incident light.
  • the 1/2 wavelength plate 12 is used as a 2nd wavelength plate, you may use combining wavelength plates, such as a 1/4 wavelength plate and a 1/8 wavelength plate, for example.
  • the second wave plate includes an optical member that imparts a phase difference of ⁇ (180 °) between the polarization component in the third direction and the polarization component in the fourth direction intersecting the third direction in the incident light.
  • the fly-eye lens 25 which is the wavefront division type integrator of FIG. 1 is used as an optical integrator.
  • the optical integrator a rod type integrator as an internal reflection type optical integrator can be used.
  • an electronic device microdevice
  • the electronic device has a function / performance design of the device as shown in FIG.
  • Step 221 to be performed Step 222 to manufacture a mask (reticle) based on this design step, Step 223 to manufacture a substrate (wafer) which is a base material of the device, Mask exposure by the exposure apparatus EX or the exposure method of the above-described embodiment Process of exposing pattern to substrate, process of developing exposed substrate, substrate processing step 224 including heating (curing) and etching process of developed substrate, device assembly step (dicing process, bonding process, packaging process, etc.) Including the process) 225, as well as the inspection step 226 etc. It is manufactured Te.
  • the device manufacturing method includes the steps of exposing the substrate (wafer W) through the mask pattern using the exposure apparatus EX or the exposure method of the above embodiment, and processing the exposed substrate. (I.e., developing the resist on the substrate and forming a mask layer corresponding to the mask pattern on the surface of the substrate; and processing the surface of the substrate through the mask layer (heating, etching, etc.) ) Processing step).
  • the polarization state of the illumination light can be easily optimized according to the pattern on the mask, so that the electronic device can be manufactured with high accuracy.
  • the present invention can also be applied to an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2007/242247 or European Patent Application Publication No. 1420298.
  • the present invention can be applied to an illumination optical apparatus that does not use a condenser optical system.
  • the present invention can also be applied to a proximity type exposure apparatus that does not use a projection optical system.
  • the present invention is not limited to the application to the manufacturing process of a semiconductor device.
  • a manufacturing process such as a liquid crystal display element and a plasma display, an imaging element (CMOS type, CCD, etc.), a micromachine, a MEMS ( Microelectromechanical systems), thin film magnetic heads, and various devices (electronic devices) such as DNA chips can be widely applied.
  • EX ... exposure device, ILS ... illumination optical system, R ... reticle, PL ... projection optical system, W ... wafer, 8 ... illumination device, 10 ... light source, 14 ... spatial light modulator (SLM), 18 ... incident optical system, DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 ... Polarizing unit, 20, 20A, 20B ... Polarizing element, 23 ... 1/4 wavelength plate, 24 ... Relay optical system, 25 ... Fly eye lens, 36 ... Illumination control part

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、光源から供給される照明光の光路に配置されるとともに、光軸に交差する方向に第１進相軸を有し、その光軸に交差する面内で第１の光路長分布を有する偏光素子と、その偏光素子を通過した光の光路に配置されるとともに、その第１進相軸と方向が異なる第２進相軸を有する波長板とを備える。旋光性を利用することなく、複数の偏光状態の光で被照射面を照明できる。

Description

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
　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（射出瞳と共役な面）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、照明光学系の瞳面上の位置によって異なる偏光状態の光で被照射面を照明可能な照明光学装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２００１／１９４０４号明細書
　位置によって異なる偏光状態の光を得るために、例えば水晶の旋光性を利用することを考えると、水晶の旋光性は入射光の角度依存性が大きく、入射する光束中の入射角の大きな部分では所望の偏光状態が得られないという問題があった。
　本発明は、このような事情に鑑み、旋光性を利用することなく、複数の偏光状態の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の光路に配置されるとともに、光軸に交差する方向に第１進相軸を有し、その光軸に交差する面内で第１の光路長分布を有する第１偏光光学素子と、その第１偏光光学素子を通過した光の光路に配置されるとともに、その第１進相軸と方向が異なる第２進相軸を有する第１波長板と、を備えるものである。
　また、第２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、第１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３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の光路に配置されるとともに、光軸に交差する方向に第１進相軸を有し、その光軸に交差する面内で第１の光路長分布を有する第１偏光光学素子と、その第１偏光光学素子を通過した光の光路に配置されるとともに、その第１進相軸と方向が異なる第２進相軸を有する第１波長板と、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を、光軸に交差する方向に第１進相軸を有し、その光軸に交差する面内で第１の光路長分布を有する偏光光学素子に通して、その第１の光路長分布に応じた偏光状態の分布を持つ光束を形成することと、その偏光光学素子を通過した光束をその第１進相軸と方向が異なる第２進相軸を有する第１波長板に通して、その第１の光路長分布に応じた偏光方向の分布を持つ光束を形成することと、を含むものである。
　また、第５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、第４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６の態様によれば、第５の態様の露光方法又は第２の態様の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。
　本発明の態様によれば、第１偏光光学素子は、第１進相軸が光軸に交差する方向に配置されているため、光源から供給される光はその第１偏光光学素子の複屈折性によって、その第１進相軸の方向の第１偏光成分と、その第１進相軸に直交する軸（遅相軸）の方向の第２偏光成分とに別れる。そして、その第１偏光光学素子の複数の位置において、その第１偏光成分とその第２偏光成分との間にはその第１の光路長分布に応じた位相差が付与されている。そのため、その複数の位置を通過した光がさらに第１波長板を通過することによって、複数の異なる偏光方向の分布を持つ光が得られる。従って、旋光性を利用することなく、光源からの光の入射角が大きい場合にも、複数の偏光状態の光で被照射面を照明できる。
実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）は図１中の偏光ユニット１９を示す図、（Ｂ）は入射する照明光の偏光方向を示す図、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ偏光素子２０及び１／４波長板２３の進相軸の方向を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ偏光素子２０の円周方向の厚さの分布の例を示す図である。 （Ａ）は輪帯照明の光強度分布を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ輪帯照明時の偏光状態の分布の例を示す図である。 （Ａ）は通常照明の光強度分布を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ通常照明時の偏光状態の分布の例を示す図である。 （Ａ）は４極照明の光強度分布を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ４極照明時の偏光状態の分布の例を示す図である。 照明方法を含む露光方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は実施形態の他の例の偏光ユニットを示す図、（Ｂ）は入射する照明光の偏光方向を示す図、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）はそれぞれ第１偏光素子、第２偏光素子、及び１／４波長板２３の進相軸の方向を示す図である。 変形例の偏光素子を示す図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
　本発明の実施形態の一例につき図１～図７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。
　以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ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、偏光方向を調整するための１／２波長板１２（第２波長板）、及び光路折り曲げ用のミラー１３を経て、空間光変調器（ＳＬＭ: spatial light modulator ）１４のそれぞれ直交する２軸の回りの傾斜角が可変の多数の微小なミラー要素１６の反射面に所定の小さい入射角で斜めに入射する。空間光変調器１４は、多数のミラー要素１６と、ミラー要素１６を支持して駆動する駆動基板部１５と、駆動基板部１５を制御する制御部１７とを有する。
　空間光変調器１４は、照明条件に応じて、多数のミラー要素１６を介して後述のフライアイレンズ２５の入射面２５Ｉに所定の光強度分布を形成する。一例として、輪帯照明を行う場合には、空間光変調器１４は、照明光ＩＬを反射してその入射面２５Ｉに、図４（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４（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。主制御系３５が、照明条件に応じて照明制御部３６を介して空間光変調器１４の制御部１７の動作を制御する。このような空間光変調器としては、例えば特表平１０－５０３３００号公報及びこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号明細書、特開２００４－７８１３６号公報及びこれに対応する米国特許第６，９００，９１５号明細書等に開示されているものを使用可能である。
　図１において、空間光変調器１４の多数のミラー要素１６で反射された照明光ＩＬは、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに沿って偏光ユニット１９に入射する。偏光ユニット１９は、空間光変調器１４からの照明光ＩＬを平行光に変換する入射光学系１８と、入射光学系１８を通過した照明光ＩＬの光路に配置される複屈折性を有する光学素子よりなる偏光素子２０と、偏光素子２０を通過した照明光ＩＬの光路に配置される１／４波長板２３（第１波長板）とを有する。さらに、偏光ユニット１９は、偏光素子２０を他の偏光素子２１等と交換するターレット板２２を有する。偏光素子２０は、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態の分布に応じて、光軸ＡＸＩに交差する（例えば、垂直またはほぼ垂直）面内での厚さ分布を有する（詳細後述）。なお、厚さ分布とは、言い換えれば光路長（例えば進相軸方向の屈折率に厚さを乗算した長さ）の分布でもある。また、別の言い方をすれば、偏光素子２０は、光軸ＡＸＩに垂直なＹＺ平面内における第１位置を通過する光の経路に沿った光路長と、この光軸ＡＸＩに垂直なＹＺ平面内における第１位置とは異なる第２位置を通過する光の経路に沿った光路長とが互いに異なる光路長分布を有している。　
　偏光素子２０はターレット板２２に固定され、ターレット板２２には、偏光素子２０と同様の複屈折性を有する光学素子よりなり、厚さ分布が異なる偏光素子２１、及び他の種々の厚さ分布を有する複数の偏光素子（不図示）が固定されている。偏光素子２０，２１用の複屈折性を有する光学材料としては例えば水晶（石英:ＳｉＯ2）が使用できる。その他に、偏光素子２０，２１用の複屈折性を有する光学材料としては、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）又はサファイア（酸化アルミニウム:Ａｌ2Ｏ3）等も使用できる。照明制御部３６が駆動部２２ａを介してターレット板２２を回転して、目標とする偏光状態の分布に応じた厚さ分布を持つ偏光素子２０等を照明光路に設定する。これによって、偏光ユニット１９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１９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、偏光素子２０の厚さ方向の中央の面は入射面２５Ｉと光学的に共役（又はほぼ共役）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（第２波長板）、空間光変調器１４、偏光ユニット１９、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１９について図２（Ａ）を参照して説明する。なお、図２（Ａ）では入射光学系１８を省略している。図２（Ａ）において、図１の入射光学系１８を経た照明光ＩＬが複屈折性を持つ偏光素子２０に入射する。偏光素子２０の複屈折性は、入射する光の入射角に対する依存性が低いため、必ずしも入射光学系１８で入射する光を平行光に変換する必要はない。入射光学系１４は、同時に図１の入射面２５Ｉに形成される光強度分布を偏光素子２０の厚さ方向の中央の面に形成する働きをも有する。その中央の面は、図１のリレー光学系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。
　偏光素子２０は、図２（Ｃ）に示すように、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに垂直な面内で、Ｙ軸に４５°で交差する方向に平行な進相軸（以下、第１進相軸という。）進相軸４１Ａを有する。また、図１の１／２波長板１２の回転角の制御によって、偏光素子２０に入射する直線偏光の照明光ＩＬの偏光方向４０Ａは、図２（Ｂ）に示すようにＺ軸に平行であり、第１進相軸４１Ａに４５°で交差している。この結果、偏光素子２０の光軸ＡＸＩを中心として円周方向に角度φの位置Ｐに入射する照明光ＩＬは、第１進相軸４１Ａに平行な第１偏光成分４２Ａと、第１進相軸４１Ａに垂直な遅相軸に平行な第２偏光成分４２Ｂとに分かれて偏光素子２０を通過する。第１偏光成分４２Ａと第２偏光成分４２Ｂとの強度比はほぼ１：１である。
　なお、実用的には、入射光の偏光方向４０Ａと第１進相軸４１Ａとの角度は４５°±５°の角度範囲内であればよい。
　また、図２（Ａ）に示すように、一例として、偏光素子２０は、光軸ＡＸＩに垂直な面内で半径方向ｒの厚さｔが一定で、円周方向に角度φの位置での厚さｔが次第に変化している。なお、厚さｔは半径方向ｒの位置によっても変化してもよい。その角度φに応じた厚さｔは、一例として図３（Ａ）に示すように、１８０°周期で連続的に変化している。この場合、偏光素子２０は、同じ形状の半面部２０ａ，２０ｂを貼り合わせて製造できる。この結果、図２（Ｃ）の位置Ｐを通過する偏光素子２０から射出される１偏光成分４２Ａと第２偏光成分４２Ｂとの間には厚さｔに応じた位相差δが付与される。なお、説明の便宜上、１偏光成分４２Ａの位相を０、第２偏光成分４２Ｂの位相をδとしている。
　位置Ｐから偏光素子２０を通過した照明光ＩＬは、図２（Ｄ）に示すように１／４波長板２３の対応する位置Ｑに入射する。１／４波長板２３は、Ｚ軸に平行な進相軸（以下、第２進相軸という。）４８を有する。従って、１／４波長板２３の第２進相軸４８は、偏光素子２０の第１進相軸４１Ａに対して４５°で交差している。この結果、１／４波長板２３を通過する第１偏光成分４２Ａは例えば右円偏光になり、１／４波長板２３を通過する第２偏光成分４２Ｂは逆回りの左円偏光になる。この際に、偏光成分４２Ａ，４２Ｂ間には位相差δがあるため、位置Ｑを通過して１／４波長板２３から射出される照明光ＩＬ（偏光成分４２Ａ，４２Ｂの合成光）は、その位相差δに応じて偏光方向が角度αの直線偏光となる。従って、図１のフライアイレンズ２５の入射面２５Ｉに入射する照明光ＩＬの偏光状態は、偏光素子２０の厚さ分布に応じた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。
　なお、実用的には、偏光素子２０の第１進相軸４１Ａと１／４波長板２３の第２進相軸４８との角度は４５°±５°の角度範囲内であればよい。
　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ストークスベクトル及びミュラー行列を用いて説明する。ストークスベクトル及びミュラー行列については、例えば文献”Edited By Michael Bass et al. : HANDBOOK OF OPTICS, Chapter 22: Polarimetry, pp. 22-8 to 22-14, 米国 (McGRAW-HILL, Inc. 1995)”に開示されている。
　先ず、ストークスベクトルの４つの要素Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は次のように表すことができる。
　Ｓ０：光束の全強度
　Ｓ１：光軸に垂直な面内の直交する軸をｘ軸及びｙ軸として、ｘ方向の直線偏光成分（横偏光）の強度からｙ方向の直線偏光成分（縦偏光）の強度を差し引いた差分強度
　Ｓ２：ｘ方向に４５°傾斜した方向の直線偏光成分（４５°偏光）の強度からそれに直交する方向の直線偏光成分（１３５°偏光）の強度を差し引いた差分強度
　Ｓ３：右回りの円偏光の強度から左回りの円偏光成分の強度を差し引いた差分強度
　このとき、図２（Ａ）の偏光素子２０に入射する直線偏光の照明光ＩＬのストークスベクトルは以下のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

　また、任意の厚さ分布を持つ偏光素子２０の偏光作用を表すミュラー行列は次の式（２）のようになる。なお、ｔは偏光素子２０の厚さ、ｂは偏光素子２０の複屈折性で決まる定数である。定数ｂは、例えば進相軸方向に振動する電場（偏光光）に対する屈折率と、遅相軸方向に振動する電場（偏光光）に対する屈折率との差分である。また、偏光素子２０の後段の１／４波長板２３の偏光作用を表すミュラー行列は次の式（３）のようになる。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002

　そこで、偏光素子２０と１／４波長板２３とを組み合わせた光学素子の偏光作用を表すミュラー行列は次のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

　この式（４）で式（１）の直線偏光の照明光ＩＬの偏光状態を変換すると、下記のようなストークスベクトルを持つ偏光方向の角度がｂｔの直線偏光の光束が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

　即ち、偏光素子２０の厚さｔを位置によって異ならしておくことによって、位置によって任意の方向に振動する直線偏光が得られる。
　なお、本実施形態によれば、従来技術のように旋光子を用いる場合と異なり、偏光素子２０に円偏光の光を入射しても、位置により異なる方向に振動する直線偏光の光束が得られる。
　なお、偏光素子２０の厚さｔの分布は、図３（Ｂ）に示すように階段状に変化してもよい。また、例えば４極照明用の偏光素子では、厚さｔは図３（Ｃ）に示すように、９０°周期で変化してもよい。
　具体的に、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの強度分布が、図４（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、一例として、偏光素子２０の円周方向の厚さｔの分布によって、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、偏光素子２０を円周方向の厚さｔの分布が異なる別の偏光素子と交換することによって、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態を、図４（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で空間光変調器１４によって通常照明の光強度分布を設定する場合には、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５（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、例えば偏光素子２０を別の偏光素子（不図示）と交換することによって、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態を、図５（Ｂ）に示すＺ軸に平行な方向４６Ａへの直線偏光、図５（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、偏光素子の厚さ分布をランダムにすることで、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６（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、図１の偏光素子２０を例えば偏光素子２１等と交換することによって、入射面２５Ｉにおける照明光ＩＬの偏光状態を、図６（Ｂ）に示す円周方向４６Ｃの直線偏光、図６（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７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７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を介して空間光変調器１４の多数のミラー要素１６の傾斜角を制御することによって、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を介してターレット板２２を回転して、照明光路に対応する偏光素子（ここでは偏光素子２０とする）を設置する。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）、照明光ＩＬが１／２波長板１２及び空間光変調器１４を介して偏光ユニット１９の偏光素子２０に照射される（ステップ１１４）。次に、偏光素子２０を通過する第１偏光成分及び第２偏光成分が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１１６）。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１１８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１２０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１２６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１１８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１２０で未露光のショット領域がなくなったときに、ステップ１２２で照明光ＩＬの発光が停止され、ステップ１２４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１９を有する。偏光ユニット１９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る。偏光ユニット１９は、照明光ＩＬの光路に配置されるとともに、光軸ＡＸＩに交差する方向（垂直またはほぼ垂直でもよい）に第１進相軸４１Ａを有し、光軸ＡＸＩに垂直な面内で目標とする偏光分布に応じた不均一な厚さ分布（ひいては光路長分布）を有する偏光素子２０と、偏光素子２０を通過した光の光路に配置されるとともに、第１進相軸４１Ａと方向が異なる第２進相軸４８を有する１／４波長板２３と、を備えている。
　また、照明装置８（偏光ユニット１９）を用いる照明方法は、光源１０からの照明光ＩＬを偏光素子２０に通して、その厚さ分布に応じた偏光状態の分布を持つ光束を形成するステップ１１４と、偏光素子２０を通過した光束を１／４波長板２３に通して、その厚さ分布に応じた偏光方向の分布を持つ光束を形成するステップ１１６とを含んでいる。
　本実施形態によれば、偏光素子２０は、第１進相軸４１Ａが光軸ＡＸＩに垂直（又はほぼ垂直）になるように配置されているため、光源１０から供給される照明光ＩＬは偏光素子２０の複屈折性によって、第１進相軸４１Ａの方向に振動する第１偏光成分と、第１進相軸４１Ａに直交する遅相軸の方向に振動する第２偏光成分とに別れる。そして、偏光素子２０の複数の位置において、その第１偏光成分とその第２偏光成分との間にはその厚さ分布に応じた位相差が付与されている。そのため、その複数の位置を通過した光がさらに１／４波長板２３を通過することによって、複数の異なる偏光方向の分布を持つ光が得られる。従って、旋光性を利用することなく、光源からの光の入射角が大きい場合にも、複数の偏光状態の光でレチクル面Ｒａを照明できる。
　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、照明光学系ＩＬＳ中の偏光ユニット１９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１９を図１の空間光変調器１４の反射面の前（上流）に配置してもよい。これによって、空間光変調器１４の多数のミラー１６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）の任意の位置に反射することで、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。
　次に、本発明の実施形態の他の例につき図８（Ａ）～（Ｅ）を参照して説明する。図８（Ａ）～（Ｅ）において、図１及び図２（Ａ）～（Ｄ）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８（Ａ）は、この実施形態の偏光ユニット１９Ａを示す。なお、図８（Ａ）では入射光学系１８が省略されている。偏光ユニット１９Ａは、図１の照明光学系ＩＬＳ中の偏光ユニット１９の代わりに使用可能である。
　図８（Ａ）において、偏光ユニット１９Ａは、照明光ＩＬの光路に配置された複屈折性を持つ第１の偏光素子２０Ａと、第１の偏光素子２０Ａを通過した光の光路に配置される１／４波長板２３と、第１の偏光素子２０Ａと１／４波長板２３との間の光路に配置されて複屈折性を持つ第２の偏光素子２０Ｂとを有する。この実施形態では、偏光素子２０Ａ，２０Ｂは対向するように近接して配置されている。この場合、入射する照明光ＩＬの偏光方向４０ＡはＺ軸に平行である（図８（Ｂ）参照）。第１の偏光素子２０Ａは、図８（Ｃ）に示すように、照明光学系（不図示）の光軸ＡＸＩに垂直な方向に進相軸（以下、第１進相軸という）４１Ａを有し、光軸ＡＸＩに垂直な面内で目標とする偏光分布に応じた不均一な厚さｔ１の分布（ひいては光路長分布）を有する。言い換えれば、第１の偏光素子２０Ａは、光軸ＡＸＩに垂直なＹＺ平面内における第１位置を通過する光の経路に沿った光路長と、この光軸ＡＸＩに垂直なＹＺ平面内における第１位置とは異なる第２位置を通過する光の経路に沿った光路長とが互いに異なる光路長分布を有している。第１進相軸４１ＡはＹ軸に対して時計回りに４５°で交差している。
　また、第２の偏光素子２０Ｂは、図８（Ｄ）に示すように、光軸ＡＸＩに垂直な方向に進相軸（以下、第３進相軸という）４１Ｂを有し、光軸ＡＸＩに垂直な面内で目標とする偏光分布に応じた不均一な厚さｔ２の分布（ひいては光路長分布）を有する。言い換えれば、第２の偏光素子２０Ｂは、光軸ＡＸＩに垂直なＹＺ平面内における第１位置を通過する光の経路に沿った光路長と、この光軸ＡＸＩに垂直なＹＺ平面内における第１位置とは異なる第２位置を通過する光の経路に沿った光路長とが互いに異なる光路長分布を有している。第３進相軸４１ＢはＹ軸に対して反時計回りに４５°で交差している。即ち、偏光素子２０Ｂの第３進相軸４１Ｂは、偏光素子２０Ａの第１進相軸４１Ａに対して９０°で交差している。
　また、１／４波長板２３の進相軸（以下、第２進相軸という）４８はＺ軸に平行であるため（図８（Ｅ）参照）、第２進相軸４８は、偏光素子２０Ａ，２０Ｂの進相軸４１Ａ，４１Ｂに対して逆方向に４５°で交差している。なお、実用的には、第３進相軸４１Ｂと第１進相軸４１Ａとの角度は９０°±５°の角度範囲内であればよい。これに応じて、第２進相軸４８と第３進相軸４１Ｂとの角度も４５°±５°の角度範囲内であればよい。
　この実施形態において、偏光素子２０Ａの半径方向ｒ及び円周方向φの点Ｐ１に対向する偏光素子２０Ｂの点をＰ２として、点Ｐ１，Ｐ２における偏光素子２０Ａ，２０Ｂの光軸ＡＸＩ方向の厚さをｔ１，ｔ２とする。また、厚さｔ１，ｔ２の平均値を共通にｔ０として、厚さｔ１，ｔ２を次のように表す。
　ｔ１＝ｔ０＋Δｔ１　…（６Ａ），　ｔ２＝ｔ０－Δｔ２　…（６Ｂ）
　このとき、進相軸４１Ａ，４１Ｂが直交しているため、第１進相軸４１Ａの方向の偏光成分を第１偏光成分として、第１進相軸４１Ａに直交する方向の偏光成分を第２偏光成分とすると、第１偏光成分及び第２偏光成分の位相差は、（Δｔ１＋Δｔ２）に比例する。従って、例えば、Δｔ１＝Δｔ２に設定することによって、偏光素子２０Ａ，２０Ｂを合わせた厚さを均一にして、かつその２つの偏光成分間に位置Ｐ１，Ｐ２に応じて２・Δｔ１に比例する任意の位相差を付与できる。従って、偏光ユニット１９Ａを図１の偏光ユニット１９の代わりに設置することによって、入射面２５Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰにおいて任意の偏光方向の分布を設定できる。
　また、上記の実施形態では、偏光素子２０等の厚さ分布（光路長の分布）は固定されている。これに対して、図９の変形例で示すように、光路長の分布が可変の偏光素子５０を使用してもよい。
　図９において、偏光素子５０は、電場によって複屈折性が変化する微小な電気光学素子５１をマトリクス状に配列し、各電気光学素子５１を挟むように個別に印加電圧が制御可能な電極５２Ａ，５２Ｂを設けたものである。電気光学素子５１としては、例えばＢａＴｉＯ3，ＬｉＮｂＯ3などのポッケルス効果素子等を使用可能である。偏光素子５０においては、各電気光学素子５１によって印加する電圧を制御して、複屈折性を制御することによって、直交する２方向の偏光成分に可変の位相差分布を付与できる。従って、偏光素子５０を図１の偏光素子２０の代わりに使用することによって、ターレット板２２等の機構部を省略できる。
　また、上記の実施形態では、入射面２５Ｉ又は照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布（光量分布）を設定するために空間光変調器１４が使用されている。しかしながら、空間光変調器の代わりに、複数の回折光学素子(DOE: Diffractive Optical Element) から選択された回折光学素子を照明光路に配置する光量分布設定光学系を使用してもよい。この場合にも、偏光ユニット１９等は、回折光学素子の下流側及び上流側のどの位置に配置してもよい。
　また、上記の実施形態では、第１波長板として１／４波長板２３を用いているが、例えば、１／８波長板や１／１６波長板等の波長板を組み合わせて用いても良い。第１波長板は、入射する光における第１方向に関する偏光成分と第１方向に交差する第２方向に関する偏光成分との間にπ／２（９０°）の位相差を付与する光学部材を含む。
　また、上記の実施形態では、第２波長板として１／２波長板１２を用いているが、例えば、１／４波長板や１／８波長板等の波長板を組み合わせて用いても良い。第２波長板は、入射する光における第３方向に関する偏光成分と第３方向に交差する第４方向に関する偏光成分との間にπ（１８０°）の位相差を付与する光学部材を含む。
　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１０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。
　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１９日付け提出の米国仮特許出願第６１／５３６，２０１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、１４…空間光変調器（ＳＬＭ）、１８…入射光学系、１９…偏光ユニット、２０，２０Ａ，２０Ｂ…偏光素子、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 (25)

  1. 　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の光路に配置されるとともに、光軸に交差する方向に第１進相軸を有し、前記光軸に交差する面内で第１の光路長分布を有する第１偏光光学素子と、
    　前記第１偏光光学素子を通過した光の光路に配置されるとともに、前記第１進相軸と方向が異なる第２進相軸を有する第１波長板と、
    を備えることを特徴とする照明光学装置。
  2. 　前記光源から供給される光は直線偏光の光であり、
    　前記直線偏光の光の偏光方向と前記第１進相軸の方向とは４５°±５°の角度範囲内で交差することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
  3. 　前記第１偏光光学素子の前記第１進相軸と前記第１波長板の前記第２進相軸とは、４５°±５°の角度範囲内で交差することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学装置。
  4. 　前記第１偏光光学素子と前記第１波長板との間に配置される第２偏光光学素子を備え、
    　前記第２偏光光学素子は、前記第１偏光光学素子の前記第１進相軸と９０°±５°の角度範囲内で交差する第３進相軸を有するとともに、前記光軸に交差する面内で第２の光路長分布を有す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。
  5. 　前記第２偏光光学素子は、前記光軸に交差する面内で不均一な厚さ分布を有することを特徴とする請求項４に記載の照明光学装置。
  6. 　前記第２偏光光学素子の前記第２の光路長分布は、前記光軸に交差する面内における第１位置を通過する光の経路に沿った光路長と、前記光軸に交差する面内における前記第１位置とは異なる第２位置を通過する光の経路に沿った光路長とが互いに異なることを特徴とする請求項４又は５に記載の照明光学装置。
  7. 　前記第１偏光光学素子の前記第１の光路長分布は、前記第１波長板を通過した光の目標とする偏光方向の分布に応じて規定されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の照明光学装置。
  8. 　前記第１偏光光学素子の前記第１の光路長分布は、前記光軸に対して半径方向に一定で円周方向に光路長が連続的又は階段状に変化する分布であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の照明光学装置。
  9. 　前記第１偏光光学素子は、前記光軸に交差する面内で不均一な厚さ分布を有する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。
  10. 　前記第１偏光光学素子の前記第１の光路長分布は、前記光軸に交差する面内における第１位置を通過する光の経路に沿った光路長と、前記光軸に交差する面内における前記第１位置とは異なる第２位置を通過する光の経路に沿った光路長とが互いに異な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。
  11. 　前記第１偏光光学素子は、前記光軸に交差する面内に格子状に配置された複数の電気光学素子を含み、
    　前記複数の電気光学素子の屈折率を個別に制御する電極が設けられた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。
  12. 　前記第１波長板は、入射する光における前記第２進相軸の方向に沿った偏光成分と前記第２進相軸に交差する方向に沿った偏光成分との間に、π／２の位相差を付与す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。
  13. 　前記第１波長板は、１／４波長板であることを特徴とする請求項１～１２のいずれか一項に記載の照明光学装置。
  14. 　前記第１偏光光学素子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第２波長板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。
  15. 　前記第２波長板は、１／２波長板であることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
  16. 　前記第１偏光光学素子の前段又は前記第１波長板の後段に配置されて、前記照明光学装置の照明光路における所定の位置に光量分布を形成する光量分布形成光学系と、
    　前記第１波長板を通過した光を波面分割して前記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１～１５のいずれか一項に記載の照明光学装置。
  17. 　前記第１偏光光学素子は、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１６に記載の照明光学装置。
  18. 　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１～１７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。
  19. 　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の光路に配置されるとともに、光軸に交差する方向に第１進相軸を有し、前記光軸に交差する面内で第１の光路長分布を有する第１偏光光学素子と、
    　前記第１偏光光学素子を通過した光の光路に配置されるとともに、前記第１進相軸と方向が異なる第２進相軸を有する第１波長板と、
    を備えることを特徴とする光学系ユニット。
  20. 　前記第１偏光光学素子の前記第１進相軸と前記第１波長板の前記第２進相軸とは、４５°±５°の角度範囲内で交差することを特徴とする請求項１９に記載の光学系ユニット。
  21. 　前記第１偏光光学素子と前記第１波長板との間に配置される第２偏光光学素子を備え、
    　前記第２偏光光学素子は、前記第１偏光光学素子の前記第１進相軸と９０°±５°の角度範囲内で交差する第３進相軸を有するとともに、前記光軸に交差する面内で第２の光路長分布を有することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の光学系ユニット。
  22. 　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を、光軸に交差する方向に第１進相軸を有し、前記光軸に交差する面内で第１の光路長分布を有する偏光光学素子に通して、前記第１の光路長分布に応じた偏光状態の分布を持つ光束を形成することと、
    　前記偏光光学素子を通過した光束を前記第１進相軸と方向が異なる第２進相軸を有する第１波長板に通して、前記第１の光路長分布に応じた偏光方向の分布を持つ光束を形成することと、
    を含む照明方法。
  23. 　前記偏光光学素子の前記第１進相軸と前記第１波長板の前記第２進相軸とは、４５°±５°の角度範囲内で交差することを特徴とする請求項２２に記載の照明方法。
  24. 　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２２又は２３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。
  25. 　請求項２４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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