WO2004051717A1

WO2004051717A1 - 照明光学装置、露光装置および露光方法

Info

Publication number: WO2004051717A1
Application number: PCT/JP2003/015447
Authority: WO
Inventors: Osamu Tanitsu; Hirohisa Tanaka; Kenichi Muramatsu; Norio Komine; Hisashi Nishinaga; Tomoyuki Matsuyama; Takehito Kudo
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2004-06-17
Also published as: US20100149511A1; JP2010010701A; US7515247B2; KR20050085274A; JPWO2004051717A1; US20080094602A1; KR20090017565A; US7423731B2; US20080239274A1; TW200412617A; KR20090018931A; US20120236285A1; AU2003289126A1; US20060055834A1; US20080074632A1; US20100225895A1; JP4849165B2; JP4419141B2; US7515248B2

Abstract

たとえば露光装置に搭載された場合に、マスクのパターン特性に応じて光量損失を抑えつつ照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現することのできる照明光学装置。直線偏光の光を供給する光源部(1)を有し、光源部からの光で被照射面(M,W)を照明する照明光学装置。光源部と被照射面との間の光路中に配置されて、被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段(10,20)を備えている。偏光状態切換手段は、照明光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する直線偏光の光を必要に応じて非偏光化するためのデポラライザ(20)を備えている。

Description

明細書照明光学装置、露光装置および露光方法技術分野

本発明は照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィ一工程で製造するための露光装置に関する。背景技術

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、ォプティカルインテグレー夕としてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサ一レンズに入射する。

コンデンサ一レンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光 (転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。

そこで、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィ σ ( σ値 =開口絞り径 /投影光学系の瞳径、あるいはび値=照明光学系の射出側開口数投影光学系の入射側開口数）を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や 4極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。

上述のような従来の露光装置では、マスクのパターン特性に応じて、円形状の二次光源に基づく通常の円形照明を行つたり、輪帯状や 4極状の二次光源に基づく変形照明（輪帯照明や 4極照明）を行ったりしている。しかしながら、マスクのパターン特性に応じてマスクを照明する光の偏光状態を変化させることはなく、非偏光状態の光でマスクを照明するのが通常であり、マスクのパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を必ずしも実現することができない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば露光装置に搭載された場合に、マスクのパターン特性に応じて光量損失を抑えつつ照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、マスクのパターン特性に応じて照明光の偏光状態を変化させる照明光学装置を用いて、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。発明の開示

前記課題を解決するために、本発明の第 1形態では、直線偏光の光を供給する光源部を有し、該光源部からの光で被照射面を照明する照明光学装置において、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段を備え、

前記偏光状態切換手段は、照明光路に対して揷脱自在に構成されて、入射する直線偏光の光を必要に応じて非偏光化するためのデボラライザを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第 1形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態切換手段は、前記特定の偏光状態が直線偏光状態である場合に、直線偏光の偏光面を可変とする。また、前記偏光状態切換手段は、入射する直線偏光の光の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を有することが好ましい。この場合、前記位相部材は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 / 2波長板を有することが好ましい。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記デボラライザは、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された水晶プリズムを有する。また、前記デボラライザは、偏光ビームスプリツターと、該偏光ビームスプリッタ一を透過した光の光路と前記偏光ビームスプリッ夕一で最終的に反射された光の光路とがほぼ一致するように、前記偏光ビームスプリッターで反射された光を平面内において複数回反射させて前記偏光ビームスプリッターへ戻すための反射系とを有し、前記偏光ビームスプリッターと前記反射系とは前記照明光学装置の光軸を中心として一体的に回転自在に構成されていることが好ましい。また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記デボラライザは、偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターを透過した光の光路と前記偏光ビームスプリッ夕一で最終的に反射された光の光路とがほぼ一致するように、前記偏光ビームスプリッターで反射された光を平面内において複数回反射させて前記偏光ビームスプリッ夕一へ戻すための反射系とを有し、前記偏光ビ一ムスプリッ夕一と前記反射系とは照明光路に対して一体的に揷脱自在に構成されている。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態切換手段は、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための第 2位相部材をさらに有する。この場合、前記第 2位相部材は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 / 4波長板を有することが好ましい。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記光源部と前記偏光状態切換手段との間の光路中に配置されて立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材において、光の進行方向が結晶方位 < 1 1 0 >よりも結晶方位ぐ 1 1 1 >または結晶方位ぐ 1 0 0 >に近くなるように設定されている。この場合、前記偏光状態切換手段と前記非照射面との間の光路中に配置されて立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材において、光の進行方向が結晶方位 < 1 1 0 >よりも結晶方位く 1 1 1 >または結晶方位く 1 0 0 >に近くなるように設定されていることが好ましい。

ここで、前記光透過部材は、前記光路中に固定的に位置決めされた光学部材を有し、前記光学部材の光軸は、結晶方位 < 1 1 1 >または結晶方位 < 1 0 0 >にほぼ一致するように設定されていることが好ましい。また、前記光透過部材は、裏面反射鏡としての直角プリズムを有し、前記直角プリズムの入射面および射出面は結晶面 { 1 0 0 } にほぼ一致するように設定され、且つ前記直角プリズムの反射面は結晶面 { 1 1 0 } にほぼ一致するように設定されていることが好ましい。また、前記光透過部材は、前記光路中において光軸に対して傾斜可能に設けられて前記光軸に沿って入射する光線を平行移動させるための平行平面板を有し、前記平行平面板の光軸は、結晶方位ぐ 1 0 0 >にほぼ一致するように設定されていることが好ましい。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に所定の光強度分布を形成するための照明瞳分布形成手段と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更するための変更手段と、所定の光強度分布からの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系とをさらに備えている。この場合、前記偏光状態切換手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更することが好ましい。また、前記偏光状態切換手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることが好ましい。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記特定の偏光状態において、光のストークスパラメータの S 1成分は、 0 . 6≤ | S 1 I の条件を満足する。また、前記非偏光状態において、光のストークスパラメ一夕の S 1成分および S 2成分は、 | S 1 |≤0 . 1， I S 2 I≤0 . 1の条件を満足することが好ましい。また、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態の変動を補正する偏光状態変動補正手段を備えていることが好ましい。この場合、前記偏光状態変動補正手段は、前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路中に配置されて光の偏光状態を検出するための偏光モニターと、該偏光モニターの出力に応じて前記偏光状態切換手段を制御するための制御部とを備えていることが好ましい。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態切換手段は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 / 2波長板と、俞記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 / 4 波長板とを備え、前記制御部は、前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸および前記 1 / 2波長板の結晶光学軸をそれぞれ変化させたときに前記偏光モニタ一において得られる検出結果の変化に応答して、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための所要位置に前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせし、入射する直線偏光の光を所定方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換するための所要位置に前記 1 Z 2波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせする。この場合、前記制御部は、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてストークスパラメータ S 1成分の変化のコントラス卜がほぼ最大になる第 1角度位置に前記 1 / 4波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせし、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を前記第 1角度位置に設定した状態で前記 1 Z 2 波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてスト一クスパラメ一夕 S 1成分がほぼ最大またはほぼ最小になる第 2角度位置に前記 1 Z 2波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせすることが好ましい。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記偏光モニターは、前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路中に配置されて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光または透過光を前記光路から取り出すためのビームスプリッターと、該ビームスプリツターにより前記光路から取り出された前記反射光または前記透過光の強度を検出するための光強度検出器とを有し、前記光強度検出器の出力に基づいて前記ビームスプリツターへの前記入射光の偏光状態を検出する。この場合、前記ビームスプリツターは、前記反射光または前記透過光に含まれる P偏光の強度 I pと S偏光の強度 I sとの強度比 I p Z I s力 Π p Z I sく 1 Z 2または I p / I s > 2の条件を満たすような反射特性または透過特性を有することが好ましい。

また、第 1形態の好ましい態様によれば、前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍の面に所定の光強度分布を形成するための照明瞳分布形成手段を備え、前記照明瞳分布形成手段は、前記被照射面上における所定の一方向に対応する前記瞳面または前記その近傍の面での方向に沿って間隔を隔てた 2つの光強度分布が高い領域を形成し、前記偏光状態切換手段は、前記 2つの光強度分布が高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記所定の一方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定する。この場合、前記 2つの光強度分布が高い領域は、前記照明光学装置の光軸に関して対称に形成され、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 Φ oと前記瞳面の直径 φ pとの比 φ ο / φ ρとして定義される値 σ οは、 0 . 7≤σ οの条件を満足する。また、前記 2つの光強度分布が高い領域は、前記照明光学装置の光軸に関して対称に形成され、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 φ οと前記瞳面の直径 Φ ρとの比 φ ο / ρとして定義される値をび οとし、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に内接する内接円の直径 Ψ iと前記瞳面の直径 Φ i との比 Φ i Ζ Φ pとして定義される値を σ iとするとき、 0 . 5≤び i Z σ oの条件を満足することが好ましい。

本発明の第 2形態では、光源部からの光に基づいて、特定の偏光状態のもとで被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記光源部からの光を前記被照射面へ導く導光手段と、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態の変動を補正する偏光状態変動補正手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第 2形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態変動補正手段は、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態を調整するための偏光状態調整手段と、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて光の偏光状態を検出するための偏光モニターと、該偏光モニタ一の出力に応じて前記偏光状態調整手段を制御するための制御部とを備えている。この場合、前記偏光状態調整手段は、前記光源部と前記偏光モニターとの間の光路中に配置された調整可能な位相板を備えていることが好ましい。また、第 2形態の好ましい態様によれば、前記導光手段は、入射する光の偏光状態を変化させて射出する特性を有する光学部材を備えていることが好ましい。ここで、前記光学部材は、結晶光学材料から形成されている。

本発明の第 3形態では、光源部からの光に基づいて、被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態を安定化させる偏光状態安定化手段を備えることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第 3形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態安定化手段は、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態を調整するための偏光状態調整手段と、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて光の偏光状態を検出するための偏光モニターと、該偏光モニターの出力に応じて前記偏光状態調整手段を制御するための制御部とを備えている。この場合、前記偏光状態調整手段は、前記光源部と前記偏光モニターとの間の光路中に配置された調整可能な位相板を備えていることが好ましい。また、前記導光手段は、入射する光の偏光状態を変化させて射出する特性を有する光学部材を備えていることが好ましい。ここで、前記光学部材は、結晶光学材料から形成されている。また、第 3形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態安定化手段は、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材を備えている。この場合、前記光透過部材は、光の進行方向が結晶方位ぐ 1 1 0 >よりも結晶方位ぐ 1 1 1 >または結晶方位ぐ 1 0 0 >に近くなるように設定されていることが好ましい。また、前記光透過部材は、前記光路中に固定的に位置決めされた光学部材を有し、前記光学部材の光軸は、結晶方位ぐ 1 1 1 >または結晶方位 < 1 0 0 >にほぼ一致するように設定されていることが好ましい。あるいは、前記光透過部材は、裏面反射鏡としての直角プリズムを有し、前記直角プリズムの入射面および射出面は結晶面 { 1 0 0 } にほぼ一致するように設定され、且つ前記直角プリズムの反射面は結晶面 { 1 1 0 } にほぼ一致するように設定されていることが好ましい。あるいは、前記光透過部材は、前記光路中において光軸に対して傾斜可能に設けられて前記光軸に沿って入射する光線を平行移動させるための平行平面板を有し、前記平行平面板の光軸は、結晶方位 < 1 0 0〉にほぼ一致するように設定されていることが好ましい。

本発明の第 4形態では、光源部からの光に基づいて、特定の偏光状態のもとで被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、

1 / 4波長板の結晶光学軸が所定の角度位置となるように前記照明光学装置の照明光路中に設定すると共に、 1 / 2波長板の結晶光学軸が所定の角度位置となるように前記照明光路中に設定する波長板設定工程を含み、

前記波長板設定工程は、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸および前記 1 Z 2波長板の結晶光学軸をそれぞれ変化させたときに前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路中において検出された光の偏光状態に関する検出結果に基づいて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための所要位置に前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を設定し、入射する直線偏光の光を所定方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換するための基準位置に前記 1 / 2波長板の結晶光学軸を設定することを特徴とする照明光学装置の調整方法を提供する。

第 4形態の好ましい態様によれば、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてストークスパラメ一夕 S 1成分の変化のコントラストがほぼ最大になる第 1角度位置に前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸を設定し、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を前記第 1角度位置に設定した状態で前記 1 Z 2 波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてスト一クスパラメ一夕 S 1成分がほぼ最大またはほぼ最小になる第 2角度位置に前記 1 / 2波長板の結晶光学軸を設定する。また、前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に所定の光強度分布を形成する照明瞳形成工程と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更するための照明瞳変更工程と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸および前記 1 / 2波長板の結晶光学軸の少なくとも一方を設定し直す波長板再設定工程とを含むことが好ましい。

本発明の第 5形態では、第 1形態〜第 3形態に記載の照明光学装置または第 4 形態の調整方法により調整された照明光学装置を備え、マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

第 5形態の好ましい態様によれば、前記マスクが設定される第 1設定面と前記感光性基板が設定される第 2設定面との間の光路中に配置されて、前記マスクのパターンの像を前記第 2設定面上に形成する投影光学系と、前記投影光学系の瞳と共役な位置またはその近傍の位置に所定の光強度分布を形成する形成する瞳強度分布形成手段と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更する瞳強度分布変更手段とを備えている。この場合、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更するための偏光状態変更手段を備え、前記瞳強度分布変更手段は、前記マスクのパターン特性に応じて前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更し、前記偏光状態変更手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更することが好ましい。また、この場合、前記偏光状態変更手段は、前記被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段を備え、該偏光状態切換手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記特定の偏光状態と前記非偏光状態との間で切り換えることが好ましい。

また、第 5形態の好ましい態様によれば、前記瞳強度分布形成手段は、前記マスクに形成されたライン ·アンド ·スペース ·パターンのピッチ方向に沿って間隔を隔てた 2つの光強度分布の高い領域を形成し、前記偏光状態変更手段は、前記 2つの光強度分布の高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記ピッチ方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定する。あるいは、前記瞳強度分布形成手段は、前記照明光学装置の光軸をほぼ中心とする

1つの光強度分布の高い領域を形成し、前記偏光状態変更手段は、前記 1つの光強度分布の高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記マスクとしての位相シフトマスクに形成されたライン 'アンド ·スペース ·パターンのピツチ方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することが好ましい。この場合、前記 1つの光強度分布の高い領域の大きさ φと前記瞳面との直径 Φ Pとの比 Φ Ζ Φ pとして定義される値 σは、 σ≤0 . 4の条件を満足することが好ましい。

本発明の第 6形態では、第 1形態〜第 3形態に記載の照明光学装置または第 4 形態の調整方法により調整された照明光学装置を介してマスクを照明する照明ェ程と、

前記マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

第 6形態の好ましい態様によれば、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を形成する投影工程と、前記投影光学系の瞳と共役な位置またはその近傍の位置に所定の光強度分布を形成する形成する瞳強度分布形成工程と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更する瞳強度分布変更工程とを備える。この場合、前記瞳強度分布変更工程では、前記マスクのパタ ―ン特性に応じて前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更し、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更する偏光状態変更工程をさらに含むことが好ましい。

また、第 6形態の好ましい態様によれば、前記瞳強度分布形成工程では、前記マスクに形成されたライン 'アンド 'スペース ·パターンのピッチ方向に沿って間隔を隔てた 2つの光強度分布の高い領域を形成し、前記 2つの光強度分布の高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記ピッチ方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定する工程をさらに含む。この場合、前記 2つの光強度分布が高い領域は、前記照明光学装置の光軸に関して対称に形成され、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 φ oと前記瞳面の直径 Φ pとの比 φ ο / φ pとして定義される値 σ οは、 0 . 7≤σ 0の条件を満足することが好ましい。また、前記 2つの光強度分布が高い領域は、前記照明光学装置の光軸に関して対称に形成され、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 φ 0と前記瞳面の直径 Φ ρとの比 Φ ο Ζ φ ρとして定義される値をひ οとし、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に内接する内接円の直径 φ iと前記瞳面の直径 Φ iとの比 Φ i / Φ Pとして定義される値をび iとするとき、 0 . 5≤σ ί / 0 οの条件を満足することが好ましい。

本発明の第 7形態では、第 1面に設定されるマスクのパターンを第 2面に配置される感光性基板上に露光する露光方法において、

直線偏光の光を供給する第 1工程と、

前記第 1工程によって供給された光に基づいて前記マスクを照明する第 2工程と、

前記第 2工程によって照明されたマスクのパターンを前記感光性基板上に露光する第 3工程と、

前記第 2面上での光の偏光状態を特定の偏光状態と非偏光状態との間で切り換える第 4工程とを含み、

前記第 4工程は、入射する直線偏光の光を必要に応じて非偏光化するためのデボラライザを照明光路に対して挿脱する工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。

第 7形態の好ましい態様によれば、前記第 4工程は、直線偏光の偏光面を可変とする工程を含む。また、前記第 3工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を第 2面上に形成する工程を含み、前記投影光学系の瞳と共役な位置またはその近傍の位置に所定の光強度分布を形成する形成する第 5工程と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更する第 6ェ程と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更する第 7工程とを含むことが好ましい。

本発明の第 8形態では、第 1面に設定されるマスクのパターンを第 2面に配置される感光性基板上に露光する露光方法において、

光を供給する第 1工程と、

前記第 2面上での光の偏光状態の変動を補正する第 4工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

第 8形態の好ましい態様によれば、光の偏光状態を検出する第 5工程をさらに含み、

前記第 4工程は、前記第 5工程にて検出された光の偏光状態に基づいて前記第 2面上での偏光状態を調整する工程を含む。

本発明の第 9形態では、光源部からの光に基づいて、特定の偏光状態のもとで被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更する偏光状態変更手段と、

前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第 9形態の好ましい態様によれば、偏光状態変更手段は、前記被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段を備える。また、第 9形態の好ましい態様によれば、縦横比変化手段は、前記照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する 2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群を備えている。本発明の第 1 0形態では、第 9形態に記載の照明光学装置を備え、マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

第 1 0形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態変更手段は、前記マスクのパターン特性に応じて前記光の偏光状態を変更し、前記縦横比変化手段は、前記マスクのパターン特性に応じて照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させる。

本発明の第 1 1形態では、第 1面に設定されるマスクのパターンを第 2面に設定される感光性基板上に露光する露光方法において、

特定の偏光状態の光を供給する第 1工程と、

前記第 2面上での光の偏光状態と変更する第 4工程と、

前記第 2面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させる第 5工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。第 1 1形態の好ましい態様によれば、前記第 4工程では、前記マスクのバタ一ン特性に応じて前記光の偏光状態を変更する。また、第 1 1形態の好ましい態様によれば、前記第 5工程では、前記マスクのパターン特性に応じて照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させる。

本発明の第 1 2形態では、光源部からの光で被照射面を照明する照明光学装置において、

前記被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態に設定するための偏光照明設定手段と、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレー夕とを備え、

前記オプティカルインテグレ一タは、所定の第 1方向に沿ったピッチで配列された第 1の 1次元シリンドリカルレンズアレイと、前記第 1方向と交差する第 2 方向に沿つたピッチで配列された第 2の 1次元シリンドリカルレンズアレイとを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第 1 2形態の好ましい態様によれば、前記第 1および第 2の 1次元シリンドリカルレンズアレイは 1つの光透過性基板に一体に設けられている。また、第 1 2 形態の好ましい態様によれば、前記第 1および第 2の 1次元シリンドリカルァレィを備えたシリンドリカルレンズアレイ板を複数備え、前記複数のシリンドリカルレンズアレイ板は、前記照明光学装置の光軸方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。また、第 1 2形態の好ましい態様によれば、前記第 1の 1次元シリンドリカルァレイの第 1方向に沿ったピッチと前記第 2の 1次元シリンドリカルァレイの第 2方向に沿ったピッチとの少なくとも一方は 2 mm以下のピッチを有する。

本発明の第 1 3形態では、第 1 2形態に記載の照明光学装置を備え、マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第 1 4形態では、第 1 2形態に記載の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。

第 2 A図は、輪帯照明において形成される輪帯状の二次光源を示す図である。第 2 B図は、 4極照明において形成される 4極状の二次光源を示す図である。第 3 A図および第 3 B図は、 2極照明において形成される 2極状の二次光源を示す図である。

第 4図は、第 1図の位相部材およびデボラライザの構成を概略的に示す図である。第 5図は、第 1変形例にかかる偏光状態切換手段の構成を概略的に示す図である。

第 6図は、第 2変形例にかかる偏光状態切換手段の構成を概略的に示す図である。

第 7図は、第 3変形例にかかる偏光状態切換手段の構成を概略的に示す図である。

第 8図は、変形例にかかるデボラライザの構成を概略的に示す図である。

第 9図は、第 1図において光源と偏光状態切換手段との間に配置されるビームマツチングュニットの内部構成を概略的に示す図である。

第 1 0図は、蛍石の結晶方位について説明する図である。

第 1 1図は、偏光状態切換手段において楕円偏光を直線偏光に変換するための 1 / 4波長板を付設した例を概略的に示す図である。

第 1 2図は、マイクロデバイスとしての半導体デパイスを得る際の手法のフロ —チヤ一卜である。

第 1 3図は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチヤ一卜でる。

第 1 4図は、 2極照明において直線偏光状態の光でマスクを照明する一例を概略的に説明する図である。

第 1 5図は、円形照明において直線偏光状態の光でマスクを照明する一例を概略的に説明する図である。

第 1 6図は、第 1図の露光装置に照明光の偏光状態を検知するための偏光モニターを付設した構成を概略的に示す図である。

第 1 7図は、第 1 6図の偏光モニタ一の内部構成を概略的に示す斜視図である。第 1 8図は、第 1 1図の偏光状態切換手段における 1 / 4波長板の結晶光学軸および 1 / 2波長板の結晶光学軸を調整する方法のフローチャートである。

第 1 9図は、 1 / 4波長板の結晶光学軸を一 4 5度の標準角度位置に固定したときの、 1ノ 2波長板の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニターの出力変化を示す図である。第 2 0図は、 1 Z 4波長板の結晶光学軸を各角度位置状態に設定したときの、 1 / 2波長板の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニターの出力変化を示す図である。

第 2 1図は、 1 / 4波長板の結晶光学軸の各角度位置状態における偏光モニタ一の出力コントラストの変化を示す図である。

第 2 2図は、楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための第 1角度位置に 1 ノ 4波長板の結晶光学軸を固定したときの、 1 Z 2波長板の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニタ一の出力変化を示す図である。

第 2 3図は、第 1図や第 1 6図とは異なる構成の照明瞳分布形成手段を有する露光装置の構成を概略的に示す図である。

第 2 4図は、第 2 3図においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。

第 2 5図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。

第 2 6図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。

第 2 7図は、第 2 3図においてァフォ一カルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。

第 2 8図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。

第 2 9図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。

第 3 0図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

第 1図は、本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。第 1図において、感光性基板であるウェハ Wの法線方向に沿って Z軸を、ウェハ面内において第 1図の紙面に平行な方向に Y軸を、ゥェ八面内において第 1図の紙面に垂直な方向に X軸をそれぞれ設定している。なお、第 1図では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。

本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源 1を備えている。レーザ光源 1として、たとえば 2 4 8 n mの波長の光を供給する K r Fエキシマレーザ光源や 1 9 3 n mの波長の光を供給する A r Fエキシマレーザ光源などを用いることができる。レーザ光源 1から Z方向に沿つて射出されたほぼ平行な光束は、 X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ 2 aおよび 2 bからなるビームエキスパンダ 2に入射する。各レンズ 2 aおよび 2 bは、第 1図の紙面内（Y Z平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ 2に入射した光束は、第 1図の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。整形光学系としてのビームエキスパンダ 2を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー 3で Y方向に偏向された後、位相部材 1 0、デボラライザ（非偏光化素子） 2 0、および回折光学素子 4を介して、ァフォーカルズームレンズ 5に入射する。位相部材 1 0およびデボラライザ 2 0の構成および作用については後述する。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子 4は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド (またはフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。

したがって、回折光学素子 4を介した光束は、ァフォーカルズームレンズ 5の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子 4は、照明光路から退避可能に構成されている。ァフォーカルズームレンズ 5は、ァフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。ァフォーカルズームレンズ 5を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子 6に入射する。ァフォー力ルズームレンズ 5は、回折光学素子 4の発散原点と回折光学素子 6の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子 6の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率に依存して変化する。

輪帯照明用の回折光学素子 6は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィ一ルドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。回折光学素子 6は、照明光路に対して揷脱自在に構成され、且つ 4極照明用の回折光学素子 6 0や円形照明用の回折光学素子 6 1や X方向 2極照明用の回折光学素子 6 2や Y方向 2極照明用の回折光学素子 6 3と切り換え可能に構成されている。 4極照明用の回折光学素子 6 0、円形照明用の回折光学素子 6 1、 X方向 2極照明用の回折光学素子 6 2、および Y方向 2極照明用の回折光学素子 6 3の構成および作用については後述する。

回折光学素子 6を介した光束は、ズームレンズ 7に入射する。ズームレンズ 7 の後側焦点面の近傍には、マイクロレンズアレイ（またはフライアイレンズ） 8 の入射面が位置決めされている。マイクロレンズアレイ 8は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロレンズアレイは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。

ここで、マイクロレンズアレイを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロレンズアレイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロレンズアレイはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルィンテグレー夕である。

上述したように、回折光学素子 4を介してァフォーカルズームレンズ 5の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、ァフォーカルズームレンズ 5 から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子 6に入射する。すなわち、回折光学素子 4は、角度光束形成機能を有するオプティカルィンテグレー夕を構成している。一方、回折光学素子 6は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する光束変換素子としての機能を有する。したがって、回折光学素子 6を介した光束は、ズームレンズ 7の後側焦点面に（ひいてはマイクロレンズアレイ 8の入射面に）、たとえば光軸 A Xを中心とした輪帯状の照野を形成する。

マイクロレンズアレイ 8の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ 7の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ 7は、回折光学素子 6とマイクロレンズァレイ 8の入射面とを実質的にフーリェ変換の関係に結んでいる。マイクロレンズアレイ 8に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面には、第 2 A図に示すように、入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源（以下、「二次光源」という）が形成される。

マイク口レンズアレイ 8の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系 9の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク Mを重畳的に照明する。マスク Mのパターンを透過した光束は、投影光学系 P Lを介して、感光性基板であるウェハ W上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系 P Lの光軸 A Xと直交する平面（X Y平面）内においてウェハ Wを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハ Wの各露光領域にはマスク Mのパターンが逐次露光される。本実施形態では、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ（円形状の中心線の光軸 A Xからの距離） d 0が変化することなく、その幅（外径（直径）と内径（直径）との差の 1 / 2 ) w 0だけが変化する。すなわち、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ（外径）およびその形状（輪帯比：内径 Z外径）をともに変更することができる。

また、ズームレンズ 7の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さ d 0およびその幅 w 0がともに変化する。すなわち、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率とズームレンズ 7の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。

なお、回折光学素子 6に代えて回折光学素子 6 0を照明光路中に設定することによって 4極照明を行うことができる。 4極照明用の回折光学素子 6 0は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに 4点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子 6 0を介した光束は、マイクロレンズアレイ 8の入射面に、たとえば光軸 A Xを中心とした 4つの円形状の照野からなる 4極状の照野を形成する。その結果、第 2 B図に示すように、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ 4極状の二次光源が形成される。

4極照明においても輪帯照明の場合と同様に、ァフオーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、 4極状の二次光源の外径（4つの円形状の面光源に外接する円の直径） D oおよび輪帯比（4つの円形状の面光源に内接する円の直径 D i / 4つの円形状の面光源に外接する円の直径 D o ) をともに変更することができる。また、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、 4極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率とズームレンズ 7の焦点距離とを適宜変化させることにより、 4極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。

また、回折光学素子 4を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子 6または 6 0に代えて円形照明用の回折光学素子 6 1を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。この場合、ァフォ一カルズームレンズ 5には光軸 A Xに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。ァフォー力ルズームレンズ 5に入射した光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸 A Xに沿ってァフォ一カルズームレンズ 5から射出され、回折光学素子 6 1に入射する。

ここで、円形照明用の回折光学素子 6 1は、回折光学素子 4と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子 6 1により形成された円形光束は、ズームレンズ 7を介して、マイクロレンズアレイ 8の入射面において光軸 A Xを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロレンズァレイ 8の後側焦点面にも、光軸 A Xを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率またはズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。さらに、回折光学素子 6、 6 0または 6 1に代えて回折光学素子 6 2を照明光路中に設定することによって X方向 2極照明を行うことができる。 X方向 2極照明用の回折光学素子 6 2は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、 X方向に沿つて間隔を隔てた 2点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子 6 2を介した光束は、マイクロレンズアレイ 8の入射面に、たとえば光軸 A Xを中心として X方向に沿って間隔を隔てた 2つの円形状の照野からなる 2極状の照野を形成する。その結果、第 3 A図に示すように、マイク口レンズアレイ 8の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ X 方向に沿つた 2極状の二次光源が形成される。

また、回折光学素子 6、 6 0、 6 1または 6 2に代えて回折光学素子 6 3を照明光路中に設定することによって Y方向 2極照明を行うことができる。 Y方向 2 極照明用の回折光学素子 6 3は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィ一ルドに、 Z方向（マスク上およびウェハ上において Y方向に対応）に沿って間隔を隔てた 2点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子 6 3を介した光束は、マイクロレンズアレイ 8の入射面に、たとえば光軸 A X を中心として Z方向に沿って間隔を隔てた 2つの円形状の照野からなる 2極状の照野を形成する。その結果、第 3 B図に示すように、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ Z方向に沿った 2極状の二次光源が形成される。

2極照明においても 4極照明の場合と同様に、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、 2極状の二次光源の外径（2つの円形状の面光源に外接する円の直径） d oおよび輪帯比（2つの円形状の面光源に内接する円の直径 d i / 2つの円形状の面光源に外接する円の直径 d 0 ) をともに変更することができる。また、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、 2極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、ァフオーカルズームレンズ 5の倍率とズームレンズ 7の焦点距離とを適宜変化させることにより、 2極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。

第 4図は、第 1図の位相部材およびデボラライザの構成を概略的に示す図である。第 4図を参照すると、位相部材 1 0は、光軸 A Xを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 Z 2波長板により構成されている。一方、デボラライザ 2 0は、楔形状の水晶プリズム 2 0 aと、この水晶プリズム 2 0 aと相補的な形状を有する楔形状の石英プリズム 2 0 bとにより構成されている。水晶プリズム 2 0 aと石英プリズム 2 0 bとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して揷脱自在に構成されている。レーザ光源 1として K r Fエキシマレーザ光源または A r Fエキシマレーザ光源を用いている場合、これらの光源から射出される光の偏光度は典型的には 9 5 %以上の偏光度を有するため、 1 Z 2波長板 1 0にはほぼ直線偏光の光が入射する。

1 / 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定された場合、 1 Z 2波長板 1 0に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、 1ノ2波長板1 0の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定された場合、 1 / 2波長板1 0に入射した直線偏光の光は偏光面が 9 0度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム 2 0 aに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。

本実施形態では、デボラライザ 2 0が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム 2 0 aに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、 1 / 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 2 2 . 5度の角度をなすように設定された場合、 1 Z 2波長板 1 0に入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が 9 0度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。

本実施形態では、上述したように、レーザ光源 1からの直線偏光の光が 1 / 2 波長板 1 0に入射するが、以下の説明を簡単にするために、 P偏光（第 1図中で 1 / 2波長板の位置において Z方向に偏光面を持つ直線偏光、以下 Z方向偏光と称する）の光が 1 Z 2波長板 1 0に入射するものとする。デボラライザ 2 0を照明光路中に位置決めした場合、 1 Z 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光 ( Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定すると、 1 / 2波長板 1 0に入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が変化することなく P偏光（Z方向偏光）のまま通過して水晶プリズム 2 0 aに入射する。水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸は入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム 2 0 aに入射した P偏光（Z方向偏光）の光は非偏光状態の光に変換される。

水晶プリズム 2 0 aを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセ一夕としての石英プリズム 2 O bを介して、非偏光状態でマスク (ひいてはウェハ W) を照明する。一方、 1ノ 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定すると、 1 Z 2波長板 1 0に入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が 9 0度だけ変化し、 S偏光（第 1図中で 1 / 2波長板の位置において X方向に偏光面を持つ直線偏光、以下 X方向偏光と称する）の光になって水晶プリズム 2 0 aに入射する。水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸は入射する S偏光（X方向偏光）の偏光面に対しても 4 5度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズム 2 0 aに入射した S偏光（X方向偏光）の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム 2 0 bを介して、非偏光状態でマスク Mを照明する。

これに対し、デボラライザ 2 0を照明光路から退避させた場合、 1 Z 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定すると、 1 / 2波長板 1 0に入射した P偏光（Z 方向偏光）の光は偏光面が変化することなく P偏光（Z方向偏光）のまま通過し、 P偏光（Z方向偏光）状態の光でマスク Mを照明する。一方、 1 Z 2波長板 1 0 の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定すると、 1 / 2波長板1 0に入射した P偏光の光は偏光面が 9 0 度だけ変化して S偏光の光になり、 S偏光（X方向偏光）状態の光でマスク Mを照明する。

以上のように、本実施形態では、デボラライザ 2 0を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態でマスク Mを照明することができる。また、デボラライザ 2 0を照明光路から退避させ且つ 1 Z 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定することにより、 P偏光（Y方向偏光）状態でマスク Mを照明することができる。さらに、デボラライザ 2 0を照明光路から退避させ且つ 1 Z 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度をなすように設定することにより、 S偏光（X方向偏光）状態でマスク Mを照明することができる。

換言すれば、本実施形態では、 1 Z 2波長板 1 0とデボラライザ 2 0とからなる偏光状態切換手段の作用により、被照射面としてのマスク M (ひいてはウェハ W) を照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光の光で照明する場合には P偏光状態と S偏光状態との間（互いに直交する偏光状態の間）で切り換える（直線偏光の偏光面を可変とする）ことができる。その結果、本実施形態では、マスク Mのパターン特性に応じて光量損失を抑えつつ照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現することができるので、マスク Mのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。特に、直線偏光の光で照明する場合には、光源 1からの直線偏光を偏光状態切換手段において実質的に光量損失することなく被照射面へ導くことができる。

具体的には、たとえば X方向 2極照明に設定するとともに、マスク M上において X方向に沿って偏光面を有する直線偏光状態の光でマスク Mを照明することにより、ウェハ W上のクリティカルレイヤにおける X方向に沿つた線幅の非常に小さいパターンを忠実に露光することができる。次いで、たとえば Y方向 2極照明に切り換えるとともに、マスク M上において Y方向に沿って偏光面を有する直線偏光状態の光でマスク Mを照明することにより、ウェハ W上の同じクリティカルレイヤにおける Y方向に沿った線幅の非常に小さいパターンを忠実に露光することができる。

さらに、クリティカルレイヤにおける二重露光が終了した後に、たとえば 2極照明のままで、あるいは 4極照明や輪帯照明や円形照明に切り換えるとともに、非偏光状態の光でマスク Mを照明することにより、ウェハ W上のノンクリティ力ルレイヤ（ミドルレイヤまたはラフレイヤ）における線幅の比較的大きい二次元パターンを高スループットで露光することができる。ただし、これは一例であつて、一般的には、マスク Mのパターン特性に応じて、二次光源の適切な形状または大きさを設定し、且つマスク Mを照明する光を適切な偏光状態に設定することにより、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

実際に、ゥェハ Wに対して P偏光の光線が斜入射する場合とゥヱハ Wに対して S偏光の光線が斜入射する場合とでは、ウェハ W上に形成されたレジスト層の表面における散乱が異なる。具体的には、 S偏光の方が P偏光よりも反射率が高ぐしたがって P偏光の方が S偏光よりもレジスト層の内部へ深く達する。このようなレジスト層に対する P偏光と S偏光との光学特性の相違を利用し、マスク Mのパターン特性に応じて照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現すれば、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができることになる。

なお、上述の実施形態では、入射する直線偏光の光の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材としての 1 Z 2波長板 1 0を光源側に配置し、入射する直線偏光の光を必要に応じて非偏光化するためのデボラライザ 2 0をマスク側に配置している。しかしながら、これに限定されることなく、デボラライザ 2 0を光源側に配置し且つ 1 / 2波長板 1 0をマスク側に配置しても同じ光学的な作用効果を得ることができる。

また、上述の実施形態では、水晶プリズム 2 0 aを介した光の進行方向を補償するためのコンペンセ一夕として石英プリズム 2 0 bを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、 K r Fエキシマレーザ光や A r Fエキシマレ一ザ光に対して耐久性の高い光学材料、たとえば水晶や蛍石などにより形成された楔形状のプリズムをコンペンセ一夕として用いていることもできる。この点は、他の関連する変形例においても同様である。

第 5図は、第 1変形例にかかる偏光状態切換手段の構成を概略的に示す図である。第 5図の第 1変形例にかかる偏光状態切換手段は、第 4図の実施形態にかかる偏光状態切換手段と類似の構成を有する。しかしながら、第 4図の実施形態ではデボラライザ 2 0が照明光路に対して挿脱自在に構成されているのに対し、第 5図の第 1変形例ではデボラライザ 2 0を構成する水晶プリズム 2 0 aと石英プリズム 2 0 bとが一体的に光軸 A Xを中心として回転自在に構成され、ひいては水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が光軸 A Xを中心として回転自在に構成されている点が基本的に相違している。以下、第 4図の実施形態との相違点に着目して、第 5図の第 1変形例を説明する。

第 1変形例では、 1 / 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定すると、 1 2 波長板 1 0に入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が変化することなく P 偏光（Z方向偏光）のまま通過して水晶プリズム 2 0 aに入射する。このとき、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム 2 0 aに入射した P偏光（Z方向偏光）の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム 2 O bを介して非偏光状態でマスク Mを照明する。また、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム 2 0 aに入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が変化することなく P偏光（Z方向偏光）のまま通過し、石英プリズム 2 O bを介して P偏光状態（Y方向偏光）でマスク Mを照明する。

一方、 1 Z 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光の偏光面に対して 4 5 度の角度をなすように設定すると、 1 / 2波長板 1 0に入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が 9 0度だけ変化し、 S偏光（X方向偏光）の光になって水晶プリズム 2 0 aに入射する。このとき、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム 2 0 aに入射した S偏光（X方向偏光）の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム 2 0 bを介して非偏光状態でマスク Mを照明する。一方、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射す、る S偏光（X方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム 2 0 aに入射した S偏光（X方向偏光）の光は偏光面が変化することなく S偏光 ( X 方向偏光）のまま通過し、石英プリズム 2 0 bを介して S偏光（X方向偏光）状態でマスク Mを照明する。

以上のように、第 5図の第 1変形例では、 1 Z 2波長板 1 0の光軸 A X廻りの回転と水晶プリズム 2 0 aの光軸 A X廻りの回転との組み合わせにより、マスク Mを照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光の光で照明する場合には P偏光状態と S偏光状態との間で切り換えることができる。なお、第 5図の第 1変形例においても、 1 Z 2波長板 1 0 を光源側に配置し且つデボラライザ 2 0をマスク側に配置しているが、デポララィザ 2 0を光源側に配置し且つ 1ノ 2波長板 1 0をマスク側に配置しても同じ光学的な作用効果を得ることができる。

第 6図は、第 2変形例にかかる偏光状態切換手段の構成を概略的に示す図である。第 6図の第 2変形例にかかる偏光状態切換手段は、第 4図の実施形態にかかる偏光状態切換手段と類似の構成を有する。しかしながら、第 4図の実施形態ではデボラライザ 2 0が照明光路に対して挿脱自在に構成されているのに対し、第 6図の第 2変形例ではデポラライザ 2 0が照明光路中に固定的に位置決めされている点が基本的に相違している。以下、第 4図の実施形態との相違点に着目して、第 6図の第 2変形例を説明する。

第 2変形例では、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように位置決めされている。したがって、 1 Z 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定すると、 1 2 波長板 1 0に入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が変化することなく P 偏光（Z方向偏光）のまま通過して水晶プリズム 2 0 aに入射する。水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸は入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように位置決めされているので、水晶プリズム 2 0 aに入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が変化することなく P偏光（Z方向偏光）のまま通過し、石英プリズム 2 0 bを介して P偏光（Y方向偏光）状態でマスク Mを照明する。

また、 1 / 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定すると、 1ノ 2波長板 1 0に入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が 9 0度だけ変化し、 S偏光（X方向偏光）の光になって水晶プリズム 2 0 aに入射する。水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸は入射する S偏光（X方向偏光）の偏光面に対しても 0度または 9 0度の角度をなすように位置決めされているので、水晶プリズム 2 0 aに入射した S偏光（X 方向偏光）の光は偏光面が変化することなく S偏光（X方向偏光）のまま通過し、石英プリズム 2 0 bを介して S偏光（X方向偏光）状態でマスク Mを照明する。さらに、 1 Z 2波長板 1 0の結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 2 2 . 5度の角度をなすように設定すると、前述したように、 1 Z 2波長板 1 0に入射した P偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する P偏光（Z方向偏光）成分と偏光面が 9 0度だけ変化した S偏光（X方向偏光）成分とを含む非偏光状態の光に変換されて、水晶プリズム 2 0 aに入射する。水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸は入射する P偏光成分の偏光面に対しても S偏光（X方向偏光）成分の偏光面に対しても 0度または 9 0度の角度をなすように位置決めされているので、水晶プリズム 2 0 aに入射した P偏光（Z方向偏光）成分も S偏光（X方向偏光）成分も偏光面が変化することなく通過し、石英プリズム 2 0 bを介して非偏光状態でマスク Mを照明する。

以上のように、第 6図の第 2変形例では、デボラライザ 2 0を照明光路中に固定的に位置決めした状態で 1 / 2波長板 1 0を光軸 A X廻りに適宜回転させることにより、マスク Mを照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光の光で照明する場合には P偏光状態と S偏光状態との間で切り換えることができる。なお、第 6図の第 2変形例においても、 1 / 2波長板 1 0を光源側に配置し且つデボラライザ 2 0をマスク側に配置しているが、デボラライザ 2 0を光源側に配置し且つ 1 Z 2波長板 1 0をマスク側に配置しても同じ光学的な作用効果を得ることができる。

第 7図は、第 3変形例にかかる偏光状態切換手段の構成を概略的に示す図である。第 7図の第 3変形例にかかる偏光状態切換手段は、第 5図の第 1変形例にかかる偏光状態切換手段と類似の構成を有する。しかしながら、第 5図の第 1変形例では偏光状態切換手段が 1 Z 2波長板 1 0とデボラライザ 2 0とにより構成されているのに対し、第 7図の第 3変形例では偏光状態切換手段が光軸 A Xを中心として回転自在なデボラライザ 2 0のみにより構成されている点が基本的に相違している。以下、第 5図の第 1変形例との相違点に着目して、第 7図の第 3変形例を説明する。

第 3変形例では、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 4 5度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム 2 0 aに入射した P偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム 2 0 bを介して非偏光状態でマスク Mを照明する。一方、水晶プリズム 2 0 aの結晶光学軸が入射する P偏光（Z方向偏光）の偏光面に対して 0度または 9 0度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム 2 0 aに入射した P偏光（Z方向偏光）の光は偏光面が変化することなく P偏光（Z方向偏光）のまま通過し、石英プリズム 2 O bを介して P偏光（Y方向偏光）状態でマスク Mを照明する。

以上のように、第 7図の第 3変形例では、水晶プリズム 2 0 aを光軸 A X廻りに適宜回転させることにより、マスク Mを照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができる。なお、第 7図の第 3変形例では、デボラライザ 2 0を光軸 A X廻りに回転自在に構成するとともに照明光路に対して揷脱自在に構成し、デボラライザ 2 0を照明光路から退避させることにより P 偏光状態でマスク Mを照明するように設定しても、同じ光学的な作用効果を得ることができる。

第 8図は、変形例にかかるデボラライザの構成を概略的に示す図である。上述の実施形態および第 1変形例〜第 3変形例では、デボラライザ 2 0が水晶プリズム 2 0 aを有する構成を採用しているが、第 8図の変形例に示すように、偏光ビ一ムスプリッター 2 1 aと反射系 ( 2 1 b〜2 1 e ) とによりデボラライザ 2 1 を構成することもできる。第 8図を参照すると、デボラライザ 2 1は、照明光路中に配置された偏光ビームスプリツター 2 1 aを備えている。偏光ビームスプリッ夕一 2 1 aに入射した光のうち、偏光ビームスプリッ夕ー 2 1 aの偏光分離面に対して P偏光の光（図中においてその偏光方向を両矢印で示す）は偏光ビームスプリッター 2 1 aを透過する。

一方、偏光ビームスプリツター 2 1 aの偏光分離面に対して S偏光の光（図中においてその偏光方向を点で示す）は、偏光ビ一ムスプリッター 2 1 aで反射された後、 4つの反射鏡 2 1 b〜2 1 eにより構成された反射系の作用により、第 8図の紙面に平行な平面内において 4回だけ反射されて偏光ビ一ムスプリッター 2 1 aに戻る。ここで、反射系（2 1 b〜2 1 e ) は、偏光ビームスプリッタ一 2 1 aを透過した P偏光の光の光路と偏光ピームスプリッタ一 2 1 aで最終的に反射された S偏光の光の光路とがほぼ一致するように構成されている。こうして、偏光ビームスプリッター 21 aを透過した P偏光の光と偏光ビームスプリッター 21 aで最終的に反射された S偏光の光とはほぼ同一の光路に沿ってデボラライザ 21から射出される。ただし、 S偏光の光は P偏光の光に対して反射系（21 b〜21 e) の光路長だけ遅延される。

偏光ビームスプリツター 21 aと反射系（21 b〜21 e) とにより構成されたデボラライザ 21は、水晶プリズム 20 aと石英プリズム 20 bとにより構成されたデボラライザ 20と基本的に等価な光学的作用を有する。したがって、実施形態および第 1変形例〜第 3変形例におけるデボラライザ 20を、第 8図の変形例にかかるデボラライザ 21で置換することができる。すなわち、第 4図の実施形態にデボラライザ 21を適用する場合、偏光ビームスプリツター 21 aと反射系（21 b〜21 e) とを、照明光路に対して一体的に揷脱自在に構成することになる。

また、第 5図の第 1変形例または第 7図の第 3変形例にデボラライザ 21を適用する場合、偏光ビームスプリッ夕ー 21 aと反射系（21 b〜21 e) とを、光軸 AXを中心として一体的に回転自在に構成することになる。さらに、第 6図の第 2変形例にデボラライザ 21を適用する場合、偏光ビームスプリツター 21 aと反射系（21 b〜21 e) とを照明光路中に固定的に位置決めすることになる。

第 8図の変形例にかかるデボラライザ 21では、反射系（21 b〜21 e) の光路長を照明光（露光光）の可干渉距離よりも実質的に大きく設定することにより、マスク Mを照明するレ一ザ光のコヒ一レンシィ (干渉性）の低減を図り、ひいてはウェハ W上におけるスペックルのコントラストの低減を図ることができる。なお、偏光ビームスプリッ夕一と反射系とを備えて本発明に適用可能なデポララィザの詳細な構成およびその様々な変形例については、たとえば特開平 1 1— 1 74365号公報、特開平 1 1— 312631号公報、特開 2000— 2233 96号公報などを参照することができる。

第 9図は、第 1図において光源と偏光状態切換手段との間に配置されるビームマッチングュニットの内部構成を概略的に示す図である。第 9図に示すビームマツチングユニット B MUにおいて、レーザ光源 1 (例えば K r Fエキシマレーザ光源または A r Fエキシマレ一ザ光源）から供給された平行ビームは、一対の偏角プリズム 3 1および平行平面板 3 2を介した後に、ビームエキスパンダ 2に入射する。レーザ光源 1は、たとえば下階の床版 A上に設置されている。

ここで、一対の偏角プリズム 3 1のうちの少なくとも一方は、光軸 A Xを中心として回転可能に構成されている。したがって、一対の偏角プリズム 3 1を光軸 A X廻りに相対回転させることにより、光軸 A Xに対する平行ビームの角度を調整することができる。すなわち、一対の偏角プリズム 3 1は、レーザ光源 1から供給された平行ビームの光軸 A Xに対する角度を調整するためのビーム角度調整手段を構成している。また、平行平面板 3 2は、光軸 A Xに垂直な面内において直交する 2つの軸線廻りに回転可能に構成されている。

したがって、平行平面板 3 2を各軸線廻りに回転させて光軸 A Xに対して傾斜させることにより、平行ビームを光軸 A Xに対して平行移動させることができる。すなわち、平行平面板 3 2は、レーザ光源 1から供給された平行ビームを光軸 A Xに対して平行移動させるためのビーム平行移動手段を構成している。こうして、一対の偏角プリズム 3 1および平行平面板 3 2を介したレーザ光源 1からの平行ビームは、ビームエキスパンダ 2を介して所定の断面形状を有する平行ビームに拡大整形された後に、第 1直角プリズム 3 3に入射する。

裏面反射鏡としての第 1直角プリズム 3 3によつて鉛直方向に偏向された平行ビームは、同じく裏面反射鏡としての第 2直角プリズム 3 4〜第 5直角プリズム 3 7で順次反射された後に、上階の床版 Bの開口部を通過して第 6直角プリズム 3 8に入射する。第 9図に示すように、第 2直角プリズム 3 4〜第 5直角プリズム 3 7は、第 1直角プリズム 3 3によって鉛直方向に偏向されて第 6直角プリズム 3 8に向かう平行ビームが、例えば純水供給用の配管や換気用の配管 3 9などを迂回するように配置されている。

裏面反射鏡としての第 6直角プリズム 3 8によつて水平方向に偏向されたビームは、ハーフミラー 4 0に入射する。ハーフミラー 4 0で反射されたビームは、位置ずれ傾き検出系 41に導かれる。一方、ハーフミラー 40を透過したビームは、 1/2波長板 10とデボラライザ 20とからなる偏光状態切換手段 42に導かれる。位置ずれ傾き検出系 41では、偏光状態切換手段 42に入射する（ひいてはォプティカルインテグレー夕としての回折光学素子 4に入射する）平行ビ一ムの光軸 A Xに対する位置ずれおよび傾きが検出される。

ここで、レーザ光源 1として例えば A r Fエキシマレーザ光源を用いる場合、エネルギ密度の高い光の照射を受ける光透過部材に蛍石を用いて所要の耐久性を確保するのが一般的である。この場合、後述するように、蛍石で形成された光透過部材を透過する際に直線偏光の偏光面が短期的に且つ長期的に変化することがある。蛍石で形成された光透過部材を介して直線偏光の偏光面が変化すると、水晶プリズム 20 aが非偏光化素子として機能しなくなってしまう。

第 10図は、蛍石の結晶方位について説明する図である。第 10図を参照すると、蛍石の結晶方位は、立方晶系の結晶軸 a _{i a 2}a₃に基づいて規定される。すなわち、結晶軸 + aェに沿って結晶方位 [100] が、結晶軸 + a₂に沿って結晶方位 [010] が、結晶軸 + a ₃に沿って結晶方位 [001] がそれぞれ規定される。また、 a i a ₃平面において結晶方位 [1 00] および結晶方位 [00 1] と 45度をなす方向に結晶方位 [1 01] が、 a 平面において結晶方位 [1 00] および結晶方位 [0 1 0] と 45度をなす方向に結晶方位 [1 1 0] が、 a₂ a ₃平面において結晶方位 [0 10] および結晶方位 [001] と 45度をなす方向に結晶方位 [01 1] がそれぞれ規定される。さらに、結晶軸 + aい結晶軸 + a ₂および結晶軸 + a ₃に対して等しい鋭角をなす方向に結晶方位 [1 1 1] が規定される。第 1 0図では、結晶軸 + aい結晶軸 + a ₂および結晶軸 + a ₃で規定される空間における結晶方位のみを図示しているが、他の空間においても同様に結晶方位が規定される。

本願発明者の検証によれば、蛍石で形成された光透過部材において、光の進行方向が結晶方位 [1 1 1] またはこれと結晶構造上等価な結晶方位にほぼ一致していれば、この光透過部材を介して直線偏光の偏光面が実質的に変化することはない。同様に、光の進行方向が結晶方位 [100] またはこれと結晶構造上等価な結晶方位にほぼ一致していれば、蛍石で形成された光透過部材を介して直線偏光の偏光面が実質的に変化することはない。これに対し、光の進行方向が結晶方位 [1 10] またはこれと結晶構造上等価な結晶方位にほぼ一致していると、蛍石で形成された光透過部材を介して直線偏光の偏光面が短期的に且つ長期的に変化する。

なお、本願明細書中において、「ある結晶方位と結晶構造上等価な結晶方位」とは、ある結晶方位に対して、当該結晶方位の指数の順序を入れ替えた結晶方位と、さらにそれらの各指数の少なくとも一部についての符号を反転した結晶方位であり、例えばある結晶方位が [U VW] である場合は、 [uwv]、 [v uw]、

[VWU]、 [WU V]、 [WV U]、 L一 uvw」、 [_uwv]、 [— vuw]、 [― V wu]、 [— wu v]、 [一 wv u]、 [u— vw]、 [u— wv]、 [ v— u w]> [ v― wu]、 [w— u v]、 [w— v u]、 [u v _wj、 [UW— V]、 [V U— W]、 [ V w 一 u]、 [wu— v]> [wv _ u]、 [一 u— vw]、 [_ u— wv]、 [一 u v— w]、

[― u w— v], [ - v— u w] [一 v— wu]、 [— v u— w] [一 vw— u]、 [―

W— U V]、 [一 W_ V U]、 [一 WU— V]、 [— WV— U]、 [U— V— w]、 [ u― w— V]、 [V— U _W]、 [V— w— u]、 [w— u _ vj、 [w— v— u]、 [- u— v— wj> [一 u— w— v]、 [— v— u— w]、 [― v -w— u]> [一 w— u— v]、

[-w- v - u] が結晶構造上等価な結晶方位である。また、本願明細書では、結晶方位 [U VW] およびこれと結晶構造上等価な結晶方位を結晶方位ぐ U VW >と表記している。また、結晶方位 [U VW] およびこれと結晶構造上等価な結晶方位と直交する面、すなわち結晶面（U VW) およびこれと結晶構造上等価な結晶面を結晶面 {u vw} と表記している。

本実施形態では、レーザ光源 1と偏光状態切換手段 42との間の光路中に配置されて蛍石により形成された光透過部材において、光の進行方向が結晶方位ぐ 1 10〉よりも結晶方位く 1 1 1〉または結晶方位く 100〉に近くなるように設定している。具体的には、ビームエキスパンダ 2を構成するレンズ成分（2 a, 2 b) のように光路中に固定的に位置決めされた光学部材が蛍石により形成されている場合、その光学部材の光軸が結晶方位ぐ 1 1 1>または結晶方位 <1 00 >にほぼ一致するように設定している。

この場合、レーザ光が結晶方位 <1 1 1>または結晶方位 <100>にほぼ沿つて透過するので、レンズ成分（2 a， 2 b) を透過する直線偏光の偏光面は実質的に変化しない。同様に、一対の偏角プリズム 31が蛍石により形成されている場合も、その光軸が結晶方位 <11 1>または結晶方位 <100>にほぼ一致するように設定することにより、 .透過する直線偏光の偏光面の変化を実質的に回避することができる。

また、裏面反射鏡としての直角プリズム 33〜38が蛍石により形成されている場合、直角プリズム 33〜38の入射面および射出面が結晶面 {100} にほぼ一致するように設定し、且つ直角プリズム 33〜38の反射面が結晶面 { 1 1 0} にほぼ一致するように設定している。この場合、レーザ光が結晶方位 <10 0>にほぼ沿って透過するので、直角プリズム 33〜38を透過する直線偏光の偏光面は実質的に変化しない。

また、光路中において光軸 AXに対して傾斜可能に設けられて光軸 AXに沿つて入射する光線を平行移動させるビーム平行移動手段としての平行平面板 32が蛍石により形成されている場合、平行平面板 32の光軸が結晶方位 <100>にほぼ一致するように設定している。これは、結晶方位 <1 1 1>と結晶方位 <1 10>とが約 35度の角度をなしているのに対し、結晶方位 <100>と結晶方位く 1 10>とが 45度の角度をなしているためである。

平行平面板 32の光軸を結晶方位 <1 1 1>にほぼ一致させると、すなわちその光学面を結晶面 { 1 1 1 } にほぼ一致させると、平行平面板 32を光軸 AXに対して最大限に（たとえば 30度程度）傾斜させたときに、その内部を通過するレーザ光の進行方向が結晶方位 < 110>に近付くことになる。しかしながら、平行平面板 32の光軸を結晶方位ぐ 100〉にほぼ一致させれば、すなわちその光学面を結晶面 { 100} にほぼ一致させれば、平行平面板 32を光軸 AXに対して最大限に（たとえば 30度程度）傾斜させても、その内部を通過するレーザ光の進行方向が結晶方位 < 1 1 0>からある程度離れた状態を確保することができる。その結果、平行平面板 32の光軸を結晶方位 <100>にほぼ一致させることにより、その姿勢に関わらず平行平面板 3 2を透過する直線偏光の偏光面の変化を良好に回避することができる。

なお、上述の説明では、レーザ光源 1と偏光状態切換手段 4 2との間の光路中に配置された光透過部材を透過する直線偏光の偏光面の変化を回避するために、光の進行方向が結晶方位 < 1 1 0 >よりも結晶方位 < 1 1 1 >または結晶方位 < 1 0 0 >に近くなるように設定している。しかしながら、これに限定されることなく、さらに偏光状態切換手段 4 2と被照射面であるマスク M (ひいてはウェハ W) との間の光路中に配置された光透過部材に対しても同様の設定を行うことにより、照明光路の全体に亘つて蛍石に起因する直線偏光の偏光面の変化を回避することが好ましい。

また、上述の説明では、蛍石により形成された光透過部材を透過する直線偏光の偏光面の変化を回避するために、光の進行方向が結晶方位 < 1 1 0 >よりも結晶方位く 1 1 1 >または結晶方位 < 1 0 0 >に近くなるように設定している。しかしながら、蛍石に限定されることなく、たとえばフッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化マグネシウムのような立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材に対しても同様の設定を行うことにより、当該結晶材料に起因する直線偏光の偏光面の変化を回避することができる。

ところで、第 9図に示すビームマッチングユニット B MUには、複数（第 9図では例示的に 6つ）の直角プリズム 3 3〜3 8が配置されている。一般に、レーザ光源 1が K r Fエキシマレーザ光源であっても A 1- Fエキシマレーザ光源であつても、裏面反射鏡としての直角プリズムに直線偏光が入射する場合、入射する直線偏光の偏光面が P偏光面または S偏光面に一致していない（入射する直線偏光が反射面に対して P偏光または S偏光となっていない）と、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わってしまう。本実施形態の偏光状態切換手段 4 2では、直線偏光が入射することを前提としており、楕円偏光が入射すると所要の作用を奏することができない。

そこで、本実施形態では、第 1 1図に示すように、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための第 2位相部材として、たとえば光軸 A Xを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1/4波長板 1 1を、偏光状態切換手段 4 2において 1/2波長板 10の光源側（図中左側）に付設することが好ましい。この場合、たとえば直角プリズムに起因して楕円偏光が偏光状態切換手段 42に入射することがあっても、入射する楕円偏光の特性に応じて 1Z4波長板 1 1の結晶光学軸を設定することにより、 1/2波長板 10に直線偏光を入射させて偏光状態切換手段 42の本来の動作を維持することができる。なお、第 11図では、 1/2波長板10の光源側に 1 4波長板 1 1を配置しているが、 1Z2波長板 10のマスク側（図中右側）に 1/4波長板 1 1を配置することもできる。

なお、上述の説明では、蛍石により形成された光透過部材を透過する直線偏光の偏光面の変化を回避する手法、および直角プリズムなどに起因して楕円偏光が入射しても偏光状態切換手段の本来の動作を維持する手法を、第 1図〜第 4図に関連する本実施形態に適用している。しかしながら、これに限定されることなく、第 5図〜第 8図に関連する変形例に対しても同様に、これらの手法を適用することができる。

また、上述の説明では、蛍石などの立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材を透過する直線偏光の偏光面の変化（偏光状態の変動）を回避するために、当該結晶材料の結晶方位の設定を行っている。この手法に代えて、あるいはこの手法に加えて、立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材を、たとえば米国特許公開 US 2002/0163741 A号（あるいは W〇 02/ 16993 号公報）に開示される手法を用いてキネマティックに保持しても良い。これにより、蛍石などの立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材にエネルギ密度が高い光が通過する際に生じる熱に起因して当該光透過部材が膨張（収縮）した場合であっても、この光透過部材に生じる応力複屈折の発生を抑えることが可能となり、この光透過部材を透過する直線偏光の偏光面の変化（偏光状態の変動）を抑えることが可能となる。

次に、具体的にどのようなマスクパターンに対してどのような偏光状態の光でマスクを照明することにより、投影光学系の結像性能（焦点深度や解像力など）を向上させて良好で忠実な転写を行うことができるかという点について例示的に説明する。まず、たとえば 2極照明（一般には間隔を隔てた 2つの光強度分布が高い領域を瞳面またはその近傍に形成する照明）の場合、第 14図に示すように、マスクに形成されたライン ·アンド 'スペース ·パターン 141のピッチ方向 (X方向：マスク上の X方向に対応）に沿って間隔を隔てた 2つの面光源 142 aおよび 142 bを形成し、 2つの面光源 142 aと 142 bとが間隔を隔てている方向（X方向：瞳面上の X方向に対応）と直交する方向（y方向：瞳面上の Z方向に対応）に偏光面（図中両方向矢印 F 1で示す）を有する直線偏光状態の光でマスクを照明することにより、マスクパターン 141に対して投影光学系の結像性能の向上を図ることができる。ちなみに、縦方向パターンと横方向パターンとが混在するような二次元マスクパターンに対しては、たとえば非偏光状態の光でマスクを照明することにより、縦方向パターンと横方向パターンとの間に線幅異常を発生させることなくパターン転写を高スループットで行うことができる。特に、上述の 2極照明において投影光学系の結像性能の十分な向上を図るには、 2つの面光源 142 aと 142 bとを光軸 AXに関して対称に形成し、以下の条件式（1) を満足することが望ましい。

0. 7≤ひ o (1)

条件式（1) において、 σ oは φ οΖΦ pとして定義される値（通称、外側 σ) である。ここで、第 14図に示すように、 φ οは光軸 ΑΧを中心として 2つの面光源 142 aおよび 142 bに外接する外接円の直径であり、 φ pは瞳面 1 43の直径である。なお、投影光学系の結像性能のさらなる向上を図るには、条件式（1) の下限値を 0. 9に設定することが望ましい。

また、上述の 2極照明において投影光学系の結像性能の十分な向上を図るには、 2つの面光源 142 aと 142 bとを光軸 AXに関して対称に形成し、以下の条件式（2) を満足することが望ましい。

0. 5≤ひ ίΖσ ο (2)

条件式（2) において、び iは Φ i /Φ ρとして定義される値（通称、内側 σ) であり、 σ οは上述したように Φ ο/φ ρとして定義される外側びである。ここで、第 14図に示すように、 φ iは、光軸 AXを中心として 2つの面光源 1 42 aおよび 142 bに内接する内接円の直径である。なお、投影光学系の結像性能のさらなる向上を図るには、条件式（2) の下限値を 0. 67 (=2/3) に設定することが望ましい。

次に、たとえば円形照明（一般には光軸をほぼ中心とする 1つの光強度分布の高い領域を瞳面またはその近傍に形成する照明）の場合、マスクとして位相シフトマスクを用いるとともに、第 15図に示すように、位相シフトマスクに形成されたライン ·アンド ·スペース ·パターン 151のピッチ方向 (X方向：マスク上の X方向に対応）と直交する方向（y方向：瞳面上の Z方向に対応）に偏光面

(図中両方向矢印 F 2で示す）を有する直線偏光状態の光でマスクを照明することにより、マスクパターン 151に対して投影光学系の結像性能の向上を図ることができる。ちなみに、円形照明においても 2極照明の場合と同様に、縦方向パターンと横方向パターンとが混在するような二次元マスクパターンに対しては、たとえば非偏光状態の光でマスクを照明することにより、縦方向パターンと横方向パターンとの間に線幅異常を発生させることなくパターン転写を高スループッ卜で行うことができる。

特に、上述の円形照明において投影光学系の結像性能の十分な向上を図るには、以下の条件式（3) を満足することが望ましい。

σ≤ 0. 4 (3)

条件式（3) において、 σは φ/φ ρとして定義される値（通称、 σ値）である。ここで、第 1 5図に示すように、 Φは円形状の面光源 152の直径（一般には 1つの光強度分布の高い領域の大きさ）であり、 φ ρは上述したように瞳面 1

53の直径である。なお、投影光学系の結像性能のさらなる向上を図るには、条件式（3) の上限値を 0. 3に設定することが望ましい。

次に、本発明において実質的な直線偏光状態または実質的な非偏光状態とみなされる光が満足すべき条件について説明する。まず、本発明において実質的な直線偏光状態の光とみなされる光のスト一クスパラメ一夕の S 1成分は、次の条件式（4) を満足することが好ましい。

0. 6≤ I S 1 I (4) また、本発明において実質的な非偏光状態の光とみなされる光のストークスパラメ一夕の S 1成分および S 2成分は、次の条件式（5) および（6) を満足することが好ましい。

I S 1 I≤0. 1 (5)

I S 2 I≤0. 1 (6)

なお、実質的な直線偏光状態の光をさらに十分な直線偏光に近づけるためには、条件式（4) の下限値を 0. 8に設定することがさらに好ましい。たとえば光源を波長 193 nmの光を供給する A r Fエキシマレーザとし、投影光学系 PLの像側における開口数を 0. 92とした場合、 65 nmのライン ·アンド ·スぺース 'パターンの 6 %ハーフ！ ^一ンレチクル（マスク誤差 ±2 nm) を用い、第 1 4図に示す 2極照明において σ oを 0. 93に設定し、かつ σ iを 0. 73に設定（すなわち各々の面光源のひを 0. 2に設定）したとき、露光量誤差を 2%、線幅誤差を ± 1 0%とすると、非偏光状態の場合の焦点深度 DO F (1 66 η m) を、縦方向パターンに関して焦点深度 D〇F ( 202 n m) まで向上させることが可能である。なお、条件式（4)、すなわち偏光度の値が 0. 8を超えた場合には、偏光度の変化による線幅変化を実質的に無視することができる。上述の条件において、偏光度 0. 8 ( I S 1 1 =0. 8) と偏光度 1. 0 ( I S 1 I = 1. 0) との間で線幅差は 0. 2 nmしか発生せず、この差については実質的に無視し得る。つまり、条件式（4) の値に関しては、 0. 8乃至 1. 0の範囲内でばらついていてもかまわない。

また、実質的な非偏光状態の光をさらに十分な非偏光に近づけるには、条件式 (5) の上限値および条件式（6) の上限値をともに 0. 04に設定することがさらに好ましい。ここで、条件式（5) および（6)、すなわち偏光度の値が 0. 1を下回る場合、偏光起因による線幅差を 2 nm以内に抑えることができる（光源の波長を 193 nm、投影光学系 PLの像側開口数を 0. 78とし、 50 nm の孤立パターンの位相シフトマスクを用い、第 15図に示す円形照明においてび値を 0. 2 (小 σ照明）に設定したとき）。そして、条件式（5) および（6)、すなわち偏光度の値が 0. 04を下回る場合、上記条件のもとで偏光起因による線幅差を 0 . 7 n m以内に抑えることができる。なお、条件式（5 ) および ( 6 ) において、面光源の内の領域を微視的に見たときに偏光度が高くても、その領域内で偏光状態が非常に細かい周期で変化していれば実質的な非偏光と見なすことができるので、面光源の中の偏光度分布を算出するにあたっては、 σ値 0 . 1となる大きさの領域での移動平均を用いることができる。

ところで、たとえば円形照明や輪帯照明などにおいて、残存偏光度が十分に低いような所望の非偏光状態が実現されないと、縦方向と横方向との間にパターンの線幅差が発生してしまう。また、たとえば 2極照明などにおいて、所定方向に偏光面を有する所望の直線偏光状態が実現されないと、特定のピッチ方向を有する線幅の細いパターンに対する結像性能の向上を図ることができなくなってしまう。そこで、本実施形態の変形例では、被照射面としてのマスク Μ (ひいてはゥェハ W) を照明する光の偏光状態を検知するための偏光モニターを備えている。第 1 6図は、第 1図の露光装置に照明光の偏光状態を検知するための偏光モニ夕一を付設した構成を概略的に示す図である。第 1 6図の変形例にかかる露光装置では、マイクロレンズァレイ 8とマスク Μとの間の構成が第 1図の露光装置と相違している。すなわち、変形例では、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面に形成された二次光源（一般的には照明光学装置の瞳面またはその近傍に形成される所定の光強度分布）からの光束は、ビームスプリッタ一 5 1およびコンデンサ一光学系 9 aを介した後、マスクブラインド M Bを重畳的に照明する。

こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド M Bには、マイクロレンズアレイ 8を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。なお、ビ一ムスプリッター 5 1を内蔵する偏光モニター 5 0の内部構成および作用については後述する。マスクブラインド M Bの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系 9 bの集光作用を受けた後、所定のバタ一ンが形成されたマスク Mを重畳的に照明する。こうして、結像光学系 9 bは、マスクブラインド M Bの矩形状開口部の像をマスク M上に形成することになる。また、第 1 6図の変形例にかかる露光装置では、折り曲げミラー 3と回折光学素子 4との間の構成が第 1図の露光装置と相違している。すなわち、変形例では、第 1図の偏光状態切換手段（1 2波長板 1 0およびデボラライザ 2 0 ) に代えて、第 1 1図に示す構成の偏光状態切換手段（ 1 / 4波長板 1 1、 1 Z 2波長板 1 0、およびデボラライザ 2 0 ) が配置されている。後述するように、偏光モニター 5 0の出力は制御部 7 0に供給される。また、制御部 7 0は駆動系 7 1を介して偏光状態切換手段（1 1， 1 0 , 2 0 ) を駆動する。なお、第 1 1図に示す構成の偏光状態切換手段において、 1 / 2波長板 1 0に代えてもう 1枚の 1 / 4 波長板を用いることも可能である。

第 1 7図は、第 1 6図の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。第 1 7図を参照すると、偏光モニター 5 0は、マイクロレンズアレイ 8とコンデンサ一光学系 9 aとの間の光路中に配置された第 1ビームスプリッタ一 5 1を備えている。第 1ピ一ムスプリッター 5 1は、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板（すなわち素ガラス）の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。

第 1ビ一ムスプリッ夕一 5 1により光路から取り出された光は、第 2ビームスプリツター 5 2に入射する。第 2ビームスプリッ夕ー 5 2は、第 1ビームスプリッター 5 1と同様に、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。そして、第 1ビ一ムスプリッタ一 5 1に対する P偏光が第 2ビームスプリッタ一 5 2に対する S偏光になり、且つ第 1ビームスプリッター 5 1に対する S偏光が第 2ビームスプリッター 5 2に対する P偏光になるように設定されている。

また、第 2ビームスプリッター 5 2を透過した光は第 1光強度検出器 5 3により検出され、第 2ビームスプリッター 5 2で反射された光は第 2光強度検出器 5 4により検出される。第 1光強度検出器 5 3および第 2光強度検出器 5 4の出力は、それぞれ制御系 7 0に供給される。また、前述したように、制御系 7 0は、駆動系 7 1を介して、偏光状態切換手段を構成する 1ノ 4波長板 1 1、 1ノ 2波長板 1 0およびデボラライザ 2 0を必要に応じて駆動する。

上述のように、第 1ビ一ムスプリッター 5 1および第 2ビームスプリッタ一 5 2において、 P偏光に対する反射率と S偏光に対する反射率とが実質的に異なつている。したがって、偏光モニタ一 5 0では、第 1ビームスプリッタ一 5 1からの反射光が、例えば第 1ピームスプリッター 5 1への入射光の 1 0 %程度の S偏光成分（第 1ビームスプリッター 5 1に対する S偏光成分であって第 2ビームスプリッ夕一 5 2に対する P偏光成分）と、例えば第 1ビームスプリツター 5 1への入射光の 1 %程度の P偏光成分（第 1ビームスプリッ夕ー 5 1に対する P偏光成分であって第 2ビームスプリッター 5 2に対する S偏光成分）とを含むことになる。

また、第 2ビ一ムスプリッター 5 2からの反射光は、例えば第 1ビームスプリッター 5 1への入射光の 1 0 % X 1 % = 0 . 1 %程度の P偏光成分（第 1ビームスプリッタ一 5 1に対する P偏光成分であって第 2ビームスプリッ夕ー 5 2に対する S偏光成分）と、例えば第 1ビ一ムスプリッ夕ー 5 1への入射光の 1 % X 1 0 % = 0 . 1 %程度の S偏光成分（第 1ビームスプリツター 5 1に対する S偏光成分であって第 2ビームスプリツター 5 2に対する P偏光成分）とを含むことになる。

こうして、偏光モニタ一 5 0では、第 1ビームスプリツター 5 1が、その反射特性に応じて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。その結果、第 2ビームスプリツター 5 2の偏光特性による偏光変動の影響を僅かに受けるものの、第 1光強度検出器 5 3の出力（第 2ビームスプリツター 5 2の透過光の強度に関する情報、すなわち第 1ビームスプリッ夕ー 5 1からの反射光とほぼ同じ偏光状態の光の強度に関する情報）に基づいて、第 1ビームスプリツター 5 1への入射光の偏光状態（偏光度）を、ひいてはマスク Mへの照明光の偏光状態を検知することができる。

また、偏光モニター 5 0では、第 1ビ一ムスプリッ夕ー 5 1に対する P偏光が第 2ビ一ムスプリッ夕ー 5 2に対する S偏光になり且つ第 1ビームスプリッ夕一 5 1に対する S偏光が第 2ビームスプリツター 5 2に対する P偏光になるように設定されている。その結果、第 2光強度検出器 5 4の出力（第 1ビームスプリツター 5 1および第 2ビ一ムスプリッター 5 2で順次反射された光の強度に関する情報）に基づいて、第 1ビ一ムスプリッ夕一 5 1への入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第 1ビームスプリッタ一 5 1への入射光の光量 (強度）を、ひいてはマスク Mへの照明光の光量を検知することができる。

こうして、偏光モニター 5 0を用いて、第 1ビームスプリツター 5 1への入射光の偏光状態を検知し、ひいてはマスク Mへの照明光が所望の非偏光状態または直線偏光状態になっているか否かを判定することができる。そして、制御系 7 0 が偏光モニター 5 0の検知結果に基づいてマスク M (ひいてはウェハ W) への照明光が所望の非偏光状態または直線偏光状態になっていないことを確認した場合、駆動系 7 1を介して偏光状態切換手段を構成する 1 Z 4波長板 1 1、 1 / 2波長板 1 0およびデボラライザ 2 0を駆動調整し、マスク Mへの照明光の状態を所望の非偏光状態または直線偏光状態に調整することができる。

以上のように、偏光モニター 5 0と制御系 7 0と駆動系 7 1と被照射面での偏光状態を調整する機能を有する偏光状態切換手段（1 1， 1 0 , 2 0 ) とは、光源 1とマスク Mとの間の光路中に配置されて、マスク M面での偏光状態の変動を補正する偏光状態変動補正手段を構成している。この場合、偏光モニタ一 5 0とマスク Mとの間の光路中において、入射する光の偏光状態を変化させて射出する特性を有する光学部材、たとえば複屈折性を有する蛍石や旋光性を有する水晶のような結晶光学材料により形成されている光学部材をできるだけ配置しないことが望ましい。また、偏光モニター 5 0と光源 1との間の光路中においても、入射する光の偏光状態を変化させて射出する特性を有する光学部材をできるだけ配置しないことが望ましい。しかしながら、光照射に対する耐久性を確保するために、たとえば回折光学素子 4や 6などの光学部材を蛍石や水晶などにより形成する場合には、これらの光学部材による偏光変動の影響を考慮する必要がある。

なお、上述の説明において、第 1ビ一ムスプリッター 5 1からの反射光が第 1 光強度検出器 5 3に直接入射するように構成すれば、第 1光強度検出器 5 3の出力が第 2ビームスプリッ夕一 5 2の偏光特性による偏光変動の影響を受けることなく、第 1ビ一ムスプリッター 5 1への入射光の偏光状態を高精度に検知することができる。また、第 1 7図に示す構成に限定されることなく、偏光モニタ一 5 0の具体的な構成については様々な変形例が可能である。また、上述の説明では、偏光状態切換手段を 1/4波長板 1 1と 1/2波長板 10とデボラライザ 20とで構成しているが、偏光状態切換手段を 1/2波長板 10とデボラライザ 20とで構成することもできる。この場合、制御系 70は、駆動系 71を介して、 1/ 2波長板 10およびデボラライザ 20を必要に応じて駆動する。

また、上述の説明において、第 1ビームスプリッタ一 51への入射光の偏光状態を高精度に検知するには、第 1ビームスプリツター 51および第 2ビームスプリツター 52が、 P偏光に対する反射率と S偏光に対する反射率とが十分に異なるような反射特性を有することが好ましい。具体的には、第 1ビ一ムスプリッ夕一 51の反射光に含まれる P偏光の強度 I pと S偏光の強度 I sとの強度比 I p / I sが I p / I s < 1 / 2または I p / I s>2の条件を満たすような反射特性を有することが好ましい。

また、上述の説明では、平行平面板の形態を有するビ一ムスプリッ夕一を使用し、その反射光を光路から取り出している。しかしながら、これに限定されることなく、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の透過光を光路から取り出すビームスプリッタ一を用い、当該ビ一ムスプリッ夕一により光路から取り出された透過光の強度に基づいて、当該ビームスプリッ夕一への入射光の偏光状態を検知することもできる。この場合、当該ビ一ムスプリッタ一の反射光に含まれる P偏光の強度 I pと S偏光の強度 I sとの強度比 I p/I sが I pZl sぐ 1Z2または I pZl s>2の条件を満たすような透過特性を有することが好ましい。

ところで、前述したように、直角プリズムでの全反射の影響によりレーザ光源 1からの直線偏光が楕円偏光に変わって、偏光状態切換手段（1 1， 1 0, 2 0) に入射することが考えられる。また、たとえば蛍石により形成された光学部材のように、入射する光の偏光状態を変化させて射出する特性を有する光学部材の影響により、レーザ光源 1からの直線偏光が楕円偏光に変わって、偏光状態切換手段（11, 10， 20) に入射することが考えられる。

この場合、 1/4波長板 1 1が入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するには、入射する楕円偏光の長軸方向に応じて、その結晶光学軸が所要の角度位置に設定されていなければならない。また、 1ノ 2波長板 10が入射する直線偏光の光を所定方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換するには、入射する直線偏光の偏光面の方向に応じて、その結晶光学軸が所要の角度位置に設定されていなければならない。以下、第 1 1図の偏光状態切換手段（1 1， 10， 20) を例にとって、 1/4波長板の結晶光学軸および 1 Z 2波長板の結晶光学軸の調整方法について説明する。ここで、光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1Z2波長板と 1Z4波長板とを備える光学系において、以下の調整方法が一般的に適用可能であることはいうまでもない。

第 18図は、第 1 1図の偏光状態切換手段における 1/4波長板の結晶光学軸および 1/2波長板の結晶光学軸を調整する方法のフローチャートである。第 1 8図を参照すると、本実施形態の調整方法では、デボラライザ 20を光路から退避させ、 1/4波長板11の結晶光学軸および 1Z2波長板 10の結晶光学軸をそれぞれ標準の角度位置、たとえば一 45度の角度位置に初期設定する（S 1 1)。次いで、 1Z4波長板 1 1の結晶光学軸を一 45度の標準角度位置に固定した状態で、 1Z2波長板 10の結晶光学軸を一 45度の標準角度位置から + 4 5度の角度位置まで例えば + 5度づっ回転させながら、 1ノ2波長板 10の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニター 50の出力を採取する（S 12)。第 19図は、 1/4波長板の結晶光学軸を一 45度の標準角度位置に固定したときの、 1/2波長板の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニターの出力変化を示す図である。第 19図において、横軸は 1Z2波長板 10の結晶光学軸の角度位置（度）を示し、縦軸は偏光モニター 50の出力（スト一クスパラメータ S 1成分の値）を示している。さらに、 1Z4波長板 1 1の結晶光学軸を一 45 度の標準角度位置から + 45度の角度位置まで例えば + 15度づっ回転させた各角度位置状態において、 1Z2波長板 10の結晶光学軸を一 45度の標準角度位置から + 45度の角度位置まで例えば + 5度づっ回転させながら、 1/2波長板 10の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニタ一 50の出力を採取する（S 13)。

第 20図は、 1/4波長板の結晶光学軸を各角度位置状態に設定したときの、 1 / 2波長板の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニターの出力変化を示す図である。第 20図において、 aは 1/4波長板 1 1の結晶光学軸が— 45度の標準角度位置にある状態、 bは 1Z4波長板 11の結晶光学軸が— 30度の角度位置にある状態、 cは 1Z4波長板 11の結晶光学軸が一 15度の角度位置にある状態、 dは 1Z4波長板 11の結晶光学軸が 0度の角度位置にある状態、 eは 1 4波長板 1 1の結晶光学軸が + 15度の角度位置にある状態、 f は 1Z4波長板 11の結晶光学軸が + 30度の角度位置にある状態、 gは 1Z4波長板 1 1 の結晶光学軸が +45度の角度位置にある状態にそれぞれ対応している。また、第 19図と同様に、横軸は 1Z2波長板 10の結晶光学軸の角度位置（度）を示し、縦軸は偏光モニター 50の出力を示している。

第 21図は、 1Z4波長板の結晶光学軸の各角度位置状態における偏光モニタ一の出力コントラストの変化を示す図である。第 21図において、横軸は 1/4 波長板 1 1の結晶光学軸の角度位置（度）を示し、縦軸は偏光モニター 50の出力コントラスト（ストークスパラメ一夕 S 1成分の変化のコントラスト）を示している。ここで、たとえば 1Z4波長板 1 1の結晶光学軸の各角度位置状態における出力コントラストは、第 20図において a〜gで示す各出力変化曲線の最大値と最小値とを用いて、コン卜ラス卜 = (最大値一最小値） / (最大値 +最小値）により定義される値である。

ここで、第 2 1図において出力コントラストが最も大きくなるように 1Z4波長板 11の結晶光学軸が設定されているとき、 1/4波長板 1 1に入射する楕円偏光の光が直線偏光の光に変換される。そこで、本実施形態の調整方法では、 1 Z4波長板 1 1の結晶光学軸の各角度位置状態における偏光モニター 50の出力コントラストの変化を参照し、出力コントラストが最も大きくなるときの 1Z4 波長板 1 1の結晶光学軸の角度位置（第 21図によれば約 +30度の角度位置）を、楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための所要の第 1角度位置として求める（S 14)。

第 22図は、楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための第 1角度位置に 1 / 4波長板の結晶光学軸を固定したときの、 1Z 2波長板の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニターの出力変化を示す図である。第 22図において、横軸は 1Z2波長板 10の結晶光学軸の角度位置（度）を示し、縦軸は偏光モニター 50の出力を示している。ここで、第 22図において偏光モニタ一 50の出力が最大または最小になるように 1 Z 2波長板 10の結晶光学軸が設定されているとき、 1/2波長板 10に入射する直線偏光の光が V偏光（縦偏光）または H偏光 (横偏光）の直線偏光の光に変換される。

そこで、本実施形態の調整方法では、 1/4波長板 11の結晶光学軸を第 1角度位置に固定したときの 1 Z 2波長板 10の結晶光学軸の各角度位置における偏光モニタ一 50の出力変化を参照し、出力が最大または最小になるときの 1Z2 波長板 10の結晶光学軸の角度位置（第 22図によれば約一 17. 5度または約 + 27. 5度の角度位置またはその近傍）を、入射直線偏光の光を V偏光または H偏光の直線偏光の光に変換するための所要の第 2角度位置として求める（S 1 5)。

こうして、最後に、制御部 70は、駆動系 71を介して、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための第 1角度位置に 1 Z4波長板 11の結晶光学軸の角度位置を位置合わせするとともに、入射直線偏光の光を所定方向に偏光面を有する直線偏光（たとえば V偏光または H偏光）の光に変換するための第 2角度位置に 1/2波長板 10の結晶光学軸の角度位置を位置合わせする（S 16)。なお、照明条件の変更（照明光学装置の瞳面またはその近傍に形成される光強度分布の形状または大きさの変更）に応じて、上述の第 1角度位置および第 2角度位置が変動することが考えられるので、 1/4波長板 11の結晶光学軸および 1 Z2波長板 10の結晶光学軸を必要に応じて設定し直すことが好ましい。なお、上述の実施形態では、偏光状態切換手段として、 1/4波長板および 1/2波長板を用いたが、 2枚の 1/4波長板を偏光状態切換手段として用いても良い。以上の説明は、第 1図や第 16図に示すように光源からの光束に基づいて瞳面またはその近傍に所定の光強度分布を形成するための照明瞳分布形成手段が 2つの回折光学素子（4， 6) を含む照明光学装置を備えた露光装置に基づいている。しかしながら、第 1図や第 16図の構成に限定されることなく、本発明が適用可能な照明光学装置の構成については様々な変形例が可能である。第 2 3図は、第 1図や第 1 6図とは異なる構成の照明瞳分布形成手段を有する露光装置の構成を概略的に示す図である。

第 2 3図の変形例にかかる露光装置は第 1 6図に示す露光装置と類似の構成を有するが、照明瞳分布形成手段の構成、すなわち回折光学素子 4とマイクロレンズアレイ 8との間の構成が相違している。以下、第 1 6図に示す露光装置との相違点に着目して、第 2 3図の変形例の構成および作用を説明する。第 2 3図の変形例にかかる露光装置では、たとえば輪帯照明用の回折光学素子 4 aを介した光束が、ァフォーカルレンズ (リレ一光学系) 8 5に入射する。ァフォーカルレンズ 8 5は、その前側焦点位置と回折光学素子 4 aの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面 8 6の位置とがほぼ一致するように設定されたァフォーカル系 (無焦点光学系) である。

したがって、回折光学素子 4 aに入射したほぼ平行光束は、ァフォーカルレンズ 8 5の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってァフォ一カルレンズ 8 5から射出される。なお、ァフォーカルレンズ 8 5の前側レンズ群 8 5 aと後側レンズ群 8 5 bとの間の光路中において瞳またはその近傍には、光源側から順に、円錐アキシコン系系 8 7、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8、および第 2シリンドリカルレンズ対 8 9が配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系系 8 7、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8、および第 2シリンドリカルレンズ対 8 9の作用を無視して、基本的な構成および作用を説明する。

ァフォ一カルレンズ 8 5を介した光束は、び値可変用のズームレンズ（変倍光学系) 9 0を介して、ォプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズァレィ 8に入射する。所定面 8 6の位置はズームレンズ 9 0の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロレンズァレイ 8の入射面はズームレンズ 9 0の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ 9 0は、所定面 8 6とマイクロレンズアレイ 8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはァフォーカルレンズ 8 5の瞳面とマイクロレンズアレイ 8の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロレンズアレイ 8の入射面上には、ァフォ一カルレンズ 8 5の瞳面と同様に、たとえば光軸 A Xを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ 9 0の焦点距離に依存して相似的に変化する。

マイクロレンズアレイ 8を構成する各微小レンズは、マスク M上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハ W上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。マイクロレンズアレイ 8に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面（ひいては照明瞳）にはマイクロレンズァレイ 8への入射光束によつて形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸 A Xを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。

第 2 4図は、第 2 3図においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。円錐アキシコン系 8 7は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第 1プリズム部材 8 7 aと、マスク側に平面を向け且つ光源側凸円錐状の屈折面を向けた第 2プリズム部材 8 7 bとから構成されている。

そして、第 1プリズム部材 8 7 aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 8 7 bの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第 1プリズム部材 8 7 aおよび第 2プリズム部材 8 7 bのうち少なくとも一方の部材が光軸 A Xに沿って移動可能に構成され、第 1プリズム部材 8 7 aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 8 7 bの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。

ここで、第 1プリズム部材 8 7 aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 8 7 b の凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系 8 7は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第 1プリズム部材 8 7 aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 8 7 b の凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系 8 7は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系 8 7の間隔の変化に伴って、所定面 8 6への入射光束の角度は変化する。

第 2 5図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。第 2 3図の変形例の輪帯照明では、円錐アキシコン系 8 7の間隔が零で且つズームレンズ 9 0の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源 1 3 0 aが、円錐アキシコン系 8 7の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅（外径と内径との差の 1 Z 2 ：図中矢印で示す）が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源 1 3 O bに変化する。換言すると、円錐アキシコン系 8 7の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなく、その輪帯比（内径/外径）および大きさ（外径）がともに変化する。

第 2 6図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。第 2 3図の変形例の輪帯照明では、標準状態で形成された輪帯状の二次光源 1 3 0 aが、ズームレンズ 9 0の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源 1 3 0 cに変化する。換言すると、ズームレンズ 9 0の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ (外径) がともに変化する。

第 2 7図は、第 2 3図においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。第 2 7図において、光源側から順に、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8および第 2シリンドリカルレンズ対 8 9が配置されている。第 1シリンドリカルレンズ対 8 8は、光源側から順に、たとえば Y Z平面内に負屈折力を有し且つ X Y平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル負レンズ 8 8 aと、同じく Y Z平面内に正屈折力を有し且つ X Y平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル正レンズ 8 8 bとにより構成されている。

一方、第 2シリンドリカルレンズ対 8 9は、光源側から順に、たとえば X Y平面内に負屈折力を有し且つ Y Z平面内に無屈折力の第 2シリンドリ力ル負レンズ 8 9 aと、同じく X Y平面内に正屈折力を有し且つ Y Z平面内に無屈折力の第 2 シリンドリカル正レンズ 8 9 bとにより構成されている。第 1シリンドリカル負レンズ 8 8 aと第 1シリンドリカル正レンズ 8 8 bとは、光軸 A Xを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第 2シリンドリカル負レンズ 8 9 aと第 2シリンドリカル正レンズ 8 9 bとは、光軸 A Xを中心として一体的に回転するように構成されている。

こうして、第 2 7図に示す状態において、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8は Z方向にパワーを有するビームエキスパンダ一として機能し、第 2シリンドリカルレンズ対 8 9は X方向にパワーを有するビ一ムエキスパンダーとして機能する。第 2 3図の変形例では、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8のパワーと第 2シリンドリカルレンズ対 8 9のパワーとが互いに同じに設定されている。

第 2 8図〜第 3 0図は、第 2 3図の変形例の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。第 2 8図では、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8のパヮ一方向が Z軸に対して光軸 A X廻りに + 4 5度の角度をなし、第 2シリンドリカルレンズ対 9のパヮ一方向が Z軸に対して光軸 A X廻りに一 4 5度の角度をなすように設定されている。

したがつて、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8のパワー方向と第 2シリンドリカルレンズ対 8 9のパワー方向とが互いに直交し、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8と第 2シリンドリカルレンズ対 8 9との合成系において Z方向のパワーと X 方向のパワーとが互いに同じになる。その結果、第 2 8図に示す真円状態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8と第 2シリンドリカルレンズ対 8 9との合成系を通過する光束は、 Z方向および X方向に同じパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成されることになる。

これに対し、第 2 9図では、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8のパワー方向が Z軸に対して光軸 A X廻りに例えば + 8 0度の角度をなし、第 2シリンドリカルレンズ対 8 9のパヮ一方向が Z軸に対して光軸 A X廻りに例えば— 8 0度の角度をなすように設定されている。したがって、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8と第 2シリンドリカルレンズ対 8 9との合成系において、 Z方向のパワーよりも X 方向のパワーの方が大きくなる。その結果、第 2 9図に示す横楕円状態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8と第 2シリンドリカルレンズ対 8 9との合成系を通過する光束は、 Z方向よりも X方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には X方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。

一方、第 3 0図では、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8のパワー方向が Z軸に対して光軸 A X廻りに例えば + 1 0度の角度をなし、第 2シリンドリカルレンズ対 8 9のパワー方向が Z軸に対して光軸 A X廻りに例えば— 1 0度の角度をなすように設定されている。したがって、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8と第 2シリンドリカルレンズ対 8 9との合成系において、 X方向のパワーよりも Z方向のパワーの方が大きくなる。その結果、第 3 0図に示す縦楕円状態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8と第 2シリンドリカルレンズ対 8 9との合成系を通過する光束は、 X方向よりも Z方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には Z方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。さらに、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8および第 2シリンドリカルレンズ対 8 9を第 2 8図に示す真円状態と第 2 9図に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の輪帯状の二次光源を形成することができる。また、第 1シリンドリカルレンズ対 8 8および第 2シリンドリカルレンズ対 8 9を第 2 8図に示す真円状態と第 3 0図に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の輪帯状の二次光源を形成することができる。なお、第 2 3図の変形例では、輪帯照明用の回折光学素子 4 aに代えて、円形照明用の回折光学素子や複数極（4極など）照明用の回折光学素子などを設定することによって、円形照明や様々な変形照明を行うことができる。このように、第 2 3図乃至第 3 0図にかかる変形例においては、マスク Mのパターン特性に応じて、照明光の偏光状態を変化させることができ、さらに照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することができる。これにより、マスク Mのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

また、上述の各実施形態および変形例において、被照射面（マスク面、ウェハ (感光性基板）面、像面）に対する偏光状態を、たとえば直線偏光状態と非偏光状態、あるいは X偏光状態と Y偏光状態とで切り換えた場合、被照射面での照度むらの変動や、瞳面での光強度分布の変動、被照射面でのテレセントリック性の変動が起こる場合には、被照射面での偏光状態の変更に応じて、照度むらの制御、瞳面での光強度分布の制御、および Zまたはテレセントリック性の制御を行って、照度むらの変動、瞳面での光強度分布の変動、および Zまたはテレセントリック性の変動を少なく抑えることが好ましい。

たとえば被照射面での照度むらについては、第 1図中のコンデンサー光学系 9、第 16図、第 23図中のコンデンサー光学系 9 aを構成する複数のレンズ素子のうちの少なくとも一部のレンズの位置 ·姿勢を変更することにより制御可能である。また、第 1図中のコンデンサー光学系 9とマスク Mとの間の光路中、第 16 図、第 23図中のコンデンサ一光学系 9 aとマスクブラインド MBとの間の光路中に、たとえば特開 2002— 100561号公報（およびこれに対応する米国特許公開 US 2003/0025890 A, 本明細書では米国特許公開 U S 20 03/002589 OAを参照として援用する）に開示される濃度フィルタ板や特開 2003— 92253号公報（およびこれに対応する米国特許公開 U S 20 03/0067591 本明細書では米国特許公開 U S 2003/00675 91 Aを参照として援用する）を配置し、当該濃度フィルタ板の回転角 ·位置を制御することによつても被照射面上での照度むらを制御することが可能である。また、第 16図、第 23図中のマスクブラインド MBに代えて、或いは当該マスクブラインドの近傍にたとえば特開 2002- 184676号公報に開示される可変エッジを設け、走査方向に沿った露光領域幅を非走査方向で異なるように設定することによつても被照射面上での照度むらを制御することが可能である。また、瞳面での光強度分布の制御については、上記特開 2002— 10056 1号公報（米国特許公開 U S 2003/0025890 A) ゃ特開 2003— 9 2 2 5 3号公報（米国特許公開 U S 2 0 0 3 / 0 0 6 7 5 9 1 A) に開示される濃度フィルタ板を照明瞳の近傍、たとえばマイクロレンズアレイ 8の射出側近傍に配置することによって制御可能である。

そして、テレセントリック性の制御については、第 1図中のコンデンサー光学系 9、第 1 6図、第 2 3図中のコンデンサー光学系 9 aを構成する複数のレンズ素子のうちの少なくとも一部のレンズの位置 ·姿勢を変更することにより制御可能である。

なお、これらの被照射面上での照度むらの制御、瞳面での光強度分布の制御、テレセントリック性の制御については、偏光状態切換手段による設定状態（デポラライザ揷脱、 1 Z 2波長板の回転角、 1 / 4波長板の回転角）と、被照射面上 ,での照度むら、瞳面での光強度分布およびテレセントリック性の状態との相関をあらかじめ計測しておき、偏光状態切換手段の設定状態に応じて、被照射面上での照度むら、瞳面での光強度分布およびテレセントリック性を制御することができる。また、被照射面または被照射面と光学的に共役な面での被照射面上での照度むら、瞳面での光強度分布およぴテレセントリック性の状態を測定し、この測定結果に応じて、被照射面上での照度むら、瞳面での光強度分布およびテレセントリック性を制御することもできる。

また、上述の各実施形態および変形例では、ォプティカルインテグレー夕として、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微少レンズからなるマイク口レンズアレイ 8を用いたが、その代わりに、所定の第 1方向に沿ったピッチで配列された第 1の 1次元シリンドリカルレンズアレイと、当該第 1方向と交差する第 2方向に沿ったピッチで配列された第 2の 1次元シリンドリカルレンズアレイとを備えたシリンドリカル型のマイク口レンズァレイを用いても良い。このシリンドリカル型のマイク口レンズァレイの第 1および第 2の 1次元シリンドリカルレンズアレイは 1つの光透過性基板に一体に設けられていることが好ましく、第 1および第 2の 1次元シリンドリカルァレイを備えたシリンドリカルレンズアレイ板を複数備え、複数のシリンドリカルレンズァレイ板を光軸方向に沿つて互いに間隔を隔てて配置していることがさらに好ましい。また、第 1の 1次元シリンドリカルァレイの第 1方向に沿つたピッチと第 2の 1次元シリンドリカルアレイの第 2方向に沿ったピッチとの少なくとも一方は 2 mm以下のピツチを有することが好ましい。

この構成により、各屈折面が二次元的な曲面状（球面状）に形成される通常のフライアイレンズとは異なり、シリンドリカル型のマイクロレンズアレイの第 1 および第 2の 1次元シリンドリカルレンズァレイの各屈折面が 1次元的な曲面状 (円筒面状）に形成されるので高精度な加工が容易であり、ひいては製造コストを低減することができる。特に最小ピッチが 2 mm以下であるようなシリンドリカル型のマイクロレンズアレイの揚合には、製造コストの低減効果は顕著である。ちなみに、このようなシリンドリカル型のマイクロレンズアレイは、たとえば研削加工、エッチング加工、型プレス加工などにより製造可能である。

低コスト下で面形状の高精度化を図られたシリンドリカル型のマイクロレンズアレイの適用により、均一性の優れた照明が実現されるので、偏光照明による結像性能の大いなる向上と相まって、露光領域全体にわたり転写精度良く微細なパターンを形成することが可能となる。

このようなシリンドリカル型のマイクロレンズァレイは、本願出願人による特願 2 0 0 2— 1 5 2 6 3 4号明細書および図面（およびこれに対応する、 2 0 0 3年 5月 2 7日に米国出願された米国特許出願第 4 4 5 , 0 2 2号）にて提案されている。本明細書では、当該米国特許出願第 4 4 5， 0 2 2号の開示を参照として援用する。

上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき第 1 2図のフローチャートを参照して説明する。先ず、第 1 2図のステップ 3 0 1において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ 3 0 2において、その 1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ 3 0 3において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステツプ 3 0 4において、その 1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ 3 0 5において、その 1ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイャの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パタ一ン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、第 1 3図のフローチヤ —トを参照して、このときの手法の一例につき説明する。第 1 3図において、パターン形成工程 4 0 1では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ一工程が実行される。この光リソグラフィ一工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラ一フィルター形成工程 4 0 2へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程 4 0 2では、 R (Red)、 G (Green)、 B (Blue) に対応した 3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、または R、 G、 Bの 3本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程 4 0 2 の後に、セル組み立て工程 4 0 3が実行される。セル組み立て工程 4 0 3では、パターン形成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程 4 0 2にて得られたカラ一フィルタ一等を用いて液晶パネル (液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程 4 0 3では、例えば、パターン形成工程 4 0 1にて得られた所定パターンを有する基板とカラ一フィルター形成工程 4 0 2にて得られたカラ一フィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程 4 0 4にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。なお、第 1図の実施形態では、コンデンサ一光学系 9によって二次光源からの光を集光して重畳的にマスク Mを照明している。しかしながら、これに限定されることなく、第 1 6図の変形例に示すように、コンデンサー光学系 9とマスク M との間の光路中に、照明視野絞り (マスクブラインド) と、この照明視野絞りの像をマスク M上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、コンデンサ一光学系 9は、二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部（光透過部）の像をマスク M上に形成することになる。

また、上述の実施形態では、露光光として K r Fエキシマレーザ光（波長： 2 4 8 n m) や A r Fエキシマレーザ光（波長： 1 9 3 n m) を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長 1 5 7 n mのレ —ザ光を供給する F ₂レーザ光源や、レーザ光源以外の光源、例えば i線や g線、 h線等の紫外光を供給するランプ光源に対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を 1 . 1よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号 WO 9 9 / 4 9 5 0 4号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平 6— 1 2 4 8 7 3号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平 1 0— 3 0 3 1 1 4号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。

なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえば K r Fエキシマレ一ザ光や A r Fエキシマレ一ザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光として F ₂レーザ光を用いる場合は、液体としては ₂レ一ザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルゃ過フッ化ポリエ一テル（P F P E) 等のフッ素系の液体を用いればよい。

また、本発明は、特開平 1 0— 1 6 3 0 9 9号公報、特開平 1 0— 2 1 4 7 8 3号公報、特表 2 0 0 0— 5 0 5 9 5 8号公報等に開示されているように、ゥェハ等の被処理基板を別々に載置して X Y方向に独立に移動可能な 2つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。産業上の利用の可能性

以上説明したように、本発明の照明光学装置では、たとえば 1 / 2波長板とデボラライザ（非偏光化素子）とからなる偏光状態切換手段の作用により、被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態（たとえば直線偏光状態）と非偏光状態との間で切り換えることができる。したがって、たとえば露光装置に本発明の照明光学装置を搭載した場合、マスクのパターン特性に応じて光量損失を抑えつつ照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現することができる。また、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、マスク M のパターン特性に応じて照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現することができるので、マスク Mのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 直線偏光の光を供給する光源部を有し、該光源部からの光で被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段を備え、

前記偏光状態切換手段は、照明光路に対して揷脱自在に構成されて、入射する直線偏光の光を必要に応じて非偏光化するためのデボラライザを備えていることを特徴とする照明光学装置。

2 . 請求の範囲第 1項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態切換手段は、前記特定の偏光状態が直線偏光状態である場合に、直線偏光の偏光面を可変とすることを特徴とする照明光学装置。

3 . 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態切換手段は、入射する直線偏光の光の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を有することを特徴とする照明光学装置。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の照明光学装置において、

前記位相部材は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 Z 2波長板を有することを特徴とする照明光学装置。

5 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記デボラライザは、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された水晶プリズムを有することを特徴とする照明光学装置。

6 . 請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記デボラライザは、偏光ビームスプリツ夕一と、該偏光ビームスプリッタ一を透過した光の光路と前記偏光ビームスプリッターで最終的に反射された光の光路とがほぼ一致するように、前記偏光ビームスプリッターで反射された光を平面内において複数回反射させて前記偏光ピームスプリッターへ戻すための反射系とを有し、前記偏光ビームスプリッターと前記反射系とは前記照明光学装置の光軸を中心として一体的に回転自在に構成されていることを特徴とする照明光学装置。

7 . 請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記デボラライザは、偏光ビームスプリツターと、該偏光ビームスプリツターを透過した光の光路と前記偏光ビ一ムスプリッターで最終的に反射された光の光路とがほぼ一致するように、前記偏光ビ一ムスプリッターで反射された光を平面内において複数回反射させて前記偏光ビームスプリッターへ戻すための反射系とを有し、前記偏光ビームスプリッターと前記反射系とは照明光路に対して一体的, に揷脱自在に構成されていることを特徴とする照明光学装置。

8 . 請求の範囲第 1項乃至第 7項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態切換手段は、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための第 2位相部材をさらに有することを特徴とする照明光学装置。

9 . 請求の範囲第 8項に記載の照明光学装置において、

前記第 2位相部材は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 Z 4波長板を有することを特徴とする照明光学装置。

0 . 請求の範囲第 1項乃至第 9項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記光源部と前記偏光状態切換手段との間の光路中に配置されて立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材において、光の進行方向が結晶方位ぐ 1 10 >よりも結晶方位く 1 1 1〉または結晶方位く 100>に近くなるように設定されていることを特徴とする照明光学装置。

11. 請求の範囲第 10項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路中に配置されて立方晶系の結晶材料により形成された光透過部材において、光の進行方向が結晶方位 < 1 1 0>よりも結晶方位 <1 1 1>または結晶方位ぐ 100>に近くなるように設定されていることを特徴とする照明光学装置。

12. 請求の範囲第 10項または第 1 1項に記載の照明光学装置において、前記光透過部材は、前記光路中に固定的に位置決めされた光学部材を有し、前記光学部材の光軸は、結晶方位 <1 1 1>または結晶方位 <100〉にほぼ一致するように設定されていることを特徴とする照明光学装置。

13. 請求の範囲第 10項または第 1 1項に記載の照明光学装置において、前記光透過部材は、裏面反射鏡としての直角プリズムを有し、

前記直角プリズムの入射面および射出面は結晶面 { 100} にほぼ一致するように設定され、且つ前記直角プリズムの反射面は結晶面 { 1 10} にほぼ一致するように設定されていることを特徴とする照明光学装置。

14. 請求の範囲第 10項または第 1 1項に記載の照明光学装置において、前記光透過部材は、前記光路中において光軸に対して傾斜可能に設けられて前記光軸に沿って入射する光線を平行移動させるための平行平面板を有し、前記平行平面板の光軸は、結晶方位ぐ 100>にほぼ一致するように設定されていることを特徵とする照明光学装置。

1 5 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 4項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に所定の光強度分布を形成するための照明瞳分布形成手段と、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更するための変更手段と、所定の光強度分布からの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系とをさらに備えていることを特徴とする照明光学装置。

1 6 . 請求の範囲第 1 5項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態切換手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更することを特徴とする照明光学装置。

1 7 . 請求の範囲第 1 5項または第 1 6項に記載の照明光学装置において、前記偏光状態切換手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることを特徴とする照明光学装置。

1 8 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 7項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記特定の偏光状態において、光のストークスパラメータの S 1成分は、 0 . 6≤ I S 1 I

の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。

1 9 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 8項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記非偏光状態において、光のストークスパラメ一夕の S 1成分および S 2成分は、

I s l I≤o . l

I S 2 I≤ 0 . 1

の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。

2 0 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 9項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態の変動を補正する偏光状態変動補正手段を備えていることを特徴とする照明光学装置。

2 1 . 請求の範囲第 2 0項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態変動補正手段は、前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路中に配置されて光の偏光状態を検出するための偏光モニターと、該偏光モニターの出力に応じて前記偏光状態切換手段を制御するための制御部とを備えていることを特徴とする照明光学装置。

2 2 . 請求の範囲第 2 1項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態切換手段は、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 Z 2波長板と、前記照明光学装置の光軸を中心として結晶光学軸が回転自在に構成された 1 / 4波長板とを備え、

前記制御部は、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸および前記 1 / 2波長板の結晶光学軸をそれぞれ変化させたときに前記偏光モニタ一において得られる検出結果の変化に応答して、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための所要位置に前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせし、入射する直線偏光の光を所定方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換するための所要位置に前記 1 Z 2波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせすることを特徴とする照明光学装置。

2 3 . 請求の範囲第 2 2項に記載の照明光学装置において、

前記制御部は、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてストークスパラメータ S 1成分の変化のコントラストがほぼ最大になる第 1角度位置に前記 1ノ 4波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせし、前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸を前記第 1角度位置に設定した状態で前記 1 Z 2波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてスト一クスパラメ一夕 S 1成分がほぼ最大またはほぼ最小になる第 2角度位置に前記 1 / 2波長板の結晶光学軸の角度位置を位置合わせすることを特徴とする照明光学装置。

2 4 . 請求の範囲第 2 1項乃至第 2 3項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記偏光モニターは、前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路中に配置されて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光または透過光を前記光路から取り出すためのビ一ムスプリッターと、該ビームスプリッターにより前記光路から取り出された前記反射光または前記透過光の強度を検出するための光強度検出器とを有し、前記光強度検出器の出力に基づいて前記ビ一ムスプリッタ一への前記入射光の偏光状態を検出することを特徴とする照明光学装置。

2 5 . 請求の範囲第 2 4項に記載の照明光学装置において、

前記ビ一ムスプリッ夕一は、前記反射光または前記透過光に含まれる P偏光の強度 I pと S偏光の強度 I sとの強度比 I p Z l sが I p / I s < l Z 2または

1 P / I s〉2の条件を満たすような反射特性または透過特性を有することを特徵とする照明光学装置。

2 6 . 請求の範囲第 1項乃至第 2 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍の面に所定の光強度分布を形成するための照明瞳分布形成手段を備え、

前記照明瞳分布形成手段は、前記被照射面上における所定の一方向に対応する前記瞳面または前記その近傍の面での方向に沿って間隔を隔てた 2つの光強度分布が高い領域を形成し、

前記偏光状態切換手段は、前記 2つの光強度分布が高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記所定の一方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする照明光学装置。

2 7 . 請求の範囲第 2 6項に記載の照明光学装置において、

前記 2つの光強度分布が高い領域は、前記照明光学装置の光軸に関して対称に形成され、

前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 Φ oと前記瞳面の直径 Φ pとの比 φ ο Ζ φ pとして定義される値 σ οは、 0 . 7≤ひ ο

の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。

2 8 . 請求の範囲第 2 6項または第 2 7項に記載の照明光学装置において、前記 2つの光強度分布が高い領域は、前記照明光学装置の光軸に関して対称に形成され、

前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 Φ οと前記瞳面の直径 Φ ρとの比 φ ο Ζ φ ρとして定義される値を σ οとし、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に内接する内接円の直径 Φ iと前記瞳面の直径 Φ iとの比 φ i Ζ Φ pとして定義される値を σ iとするとぎ、

0 . 5≤ σ i ひ o

の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。

2 9 . 光源部からの光に基づいて、特定の偏光状態のもとで被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態の変動を補正する偏光状態変動補正手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。

3 0 . 請求の範囲第 2 9項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態変動補正手段は、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面での偏光状態を調整するための偏光状態調整手段と、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて光の偏光状態を検出するための偏光モニタ一と、該偏光モニターの出力に応じて前記偏光状態調整手段を制御するための制御部とを備えていることを特徴とする照明光学装置。

3 1 . 請求の範囲第 3 0項に記載の照明光学装置において、

前記偏光状態調整手段は、前記光源部と前記偏光モニターとの間の光路中に配置された調整可能な位相板を備えていることを特徴とする照明光学装置。

3 2 . 請求の範囲第 2 9項乃至第 3 1項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記導光手段は、入射する光の偏光状態を変化させて射出する特性を有する光学部材を備えていることを特徴とする照明光学装置。

3 3 . 請求の範囲第 3 2項に記載の照明光学装置において、

前記光学部材は、結晶光学材料から形成されていることを特徴とする照明光学装置。

3 4 . 光源部からの光に基づいて、特定の偏光状態のもとで被照射面を照明する照明光学装置の調整方法において、

1 Z 4波長板の結晶光学軸が所定の角度位置となるように前記照明光学装置の照明光路中に設定すると共に、 1 / 2波長板の結晶光学軸が所定の角度位置となるように前記照明光路中に設定する波長板設定工程を含み、

前記波長板設定工程は、前記 1 / 4波長板の結晶光学軸および前記 1 / 2波長板の結晶光学軸をそれぞれ変化させたときに前記偏光状態切換手段と前記被照射面との間の光路中において検出された光の偏光状態に関する検出結果に基づいて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための所要位置に前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸を設定し、入射する直線偏光の光を所定方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換するための基準位置に前記 1 / 2波長板の結晶光学軸を設定することを特徴とする照明光学装置の調整方法。

3 5 . 請求の範囲第 3 4項に記載の調整方法において、

前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてスト —クスパラメ一夕 S 1成分の変化のコントラス卜がほぼ最大になる第 1角度位置に前記 1 / 4波長板の結晶光学軸を設定し、

前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸を前記第 1角度位置に設定した状態で前記 1 / 2波長板の結晶光学軸を変化させたときに前記検出結果においてス 1 ^一クスパラメータ S 1成分がほぼ最大またはほぼ最小になる第 2角度位置に前記 1 / 2波長板の結晶光学軸を設定することを特徴とする調整方法。

3 6 . 請求の範囲第 3 4項または第 3 5項に記載の調整方法において、

前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に所定の光強度分布を形成する照明瞳形成工程と、

前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更するための照明瞳変更工程と、

前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記 1 Z 4波長板の結晶光学軸および前記 1 / 2波長板の結晶光学軸の少なくとも一方を設定し直す波長板再設定工程とを含むことを特徴とする調整方法

3 7 . 請求の範囲第 1項乃至第 3 3項のいずれか 1項に記載の照明光学装置または請求の範囲第 3 4項乃至第 3 6項のいずれか 1項に記載の調整方法により調整された照明光学装置を備え、マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。

3 8 . 請求の範囲第 3 7項に記載の露光装置において、

前記マスクが設定される第 1設定面と前記感光性基板が設定される第 2設定面との間の光路中に配置されて、前記マスクのパターンの像を前記第 2設定面上に形成する投影光学系と、

前記投影光学系の瞳と共役な位置またはその近傍の位置に所定の光強度分布を形成する形成する瞳強度分布形成手段と、

前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更する瞳強度分布変更手段とを備えていることを特徴とする露光装置。

3 9 . 請求の範囲第 3 8項に記載の露光装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更するための偏光状態変更手段を備え、

前記瞳強度分布変更手段は、前記マスクのパターン特性に応じて前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更し、

前記偏光状態変更手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更することを特徴とする露光装置。

4 0 . 請求の範囲第 3 9項に記載の露光装置において、

前記偏光状態変更手段は、前記被照射面を照明する光の偏光状態を特定の偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段を備え、該偏光状態切換手段は、前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて、前記特定の偏光状態と前記非偏光状態との間で切り換えることを特徴とする露光装置。

4 1 . 請求の範囲第 3 9項または第 4 0項に記載の露光装置において、前記瞳強度分布形成手段は、前記マスクに形成されたライン ·アンド ·スぺ一ス ·パターンのピッチ方向に沿って間隔を隔てた 2つの光強度分布の高い領域を形成し、

前記偏光状態変更手段は、前記 2つの光強度分布の高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記ピッチ方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする露光装置。

4 2 . 請求の範囲第 3 9項または第 4 0項に記載の露光装置において、前記瞳強度分布形成手段は、前記照明光学装置の光軸をほぼ中心とする 1つの光強度分布の高い領域を形成し、

前記偏光状態変更手段は、前記 1つの光強度分布の高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記マスクとしての位相シフトマスクに形成されたライン 'アンド 'スペース ·パターンのピッチ方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することを特徴とする露光装置。

4 3 . 請求の範囲第 4 2項に記載の露光装置において、

前記 1つの光強度分布の高い領域の大きさ φと前記瞳面との直径 φ pとの比 φ / pとして定義される値びは、

σ≤0 . 4

の条件を満足することを特徴とする露光装置。

4 4 . 請求の範囲第 1項乃至第 3 3項のいずれか 1項に記載の照明光学装置または請求の範囲第 3 4項乃至第 3 6項のいずれか 1項に記載の調整方法により調整された照明光学装置を介してマスクを照明する照明工程と、

前記マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。

4 5 . 請求の範囲第 4 4項に記載の露光方法において、

投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を形成する投影工程と、前記投影光学系の瞳と共役な位置またはその近傍の位置に所定の光強度分布を形成する形成する瞳強度分布形成工程と、

前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更する瞳強度分布変更工程とを備えることを特徴とする露光方法。

4 6 . 請求の範囲第 4 5項に記載の露光方法において、

前記瞳強度分布変更工程では、前記マスクのパターン特性に応じて前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更し、

前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更する偏光状態変更工程をさらに含むことを特徴とする露光方法。

4 7 . 請求の範囲第 4 6項に記載の露光方法において、

前記瞳強度分布形成工程では、前記マスクに形成されたライン ·アンド ·スぺース ·パターンのピッチ方向に沿って間隔を隔てた 2つの光強度分布の高い領域を形成し、

前記 2つの光強度分布の高い領域から前記被照射面を照明する光の偏光状態を、前記ピッチ方向とほぼ直交する方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定するェ程をさらに含むことを特徴とする露光方法。

4 8 . 請求の範囲第 4 7項に記載の露光方法において、

前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 Φ oと前記瞳面の直径 Φ pとの比 ο Ζ Φ ρとして定義される値 σ οは、 0 . 7≤σ ο

の条件を満足することを特徴とする露光方法。

4 9 . 請求の範囲第 4 7項または第 4 8項に記載の露光方法において、前記 2つの光強度分布が高い領域は、前記照明光学装置の光軸に関して対称に形成され、

前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に外接する外接円の直径 Φ οと前記瞳面の直径 φ ρとの比 φ ο Ζ φ ρとして定義される値を σ οとし、前記光軸を中心として前記 2つの光強度分布が高い領域に内接する内接円の直径 Φ iと前記瞳面の直径 Φ iとの比 Φ i Ζ Φ pとして定義される値を σ iとするとさ、の条件を満足することを特徴とする露光方法。

5 0 . 第 1面に設定されるマスクのパターンを第 2面に配置される感光性基板上に露光する露光方法において、

直線偏光の光を供給する第 1工程と、

前記第 1工程によつて供給された光に基づいて前記マスクを照明する第 2工程と、

前記第 4工程は、入射する直線偏光の光を必要に応じて非偏光化するためのデボラライザを照明光路に対して挿脱する工程を含むことを特徴とする露光方法。

5 1 . 請求の範囲第 5 0項に記載の露光方法において、

前記第 4工程は、直線偏光の偏光面を可変とする工程を含むことを特徴とする露光方法。

5 2 . 請求の範囲第 5 0項または第 5 1項に記載の露光方法において、前記第 3工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を第 2面上に形成する工程を含み、

前記投影光学系の瞳と共役な位置またはその近傍の位置に所定の光強度分布を形成する形成する第 5工程と、

前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方を変更する第 6工程と、

前記所定の光強度分布の形状および大きさのうちの少なくとも一方の変更に応じて前記被照射面を照明する光の偏光状態を変更する第 7工程とを含むことを特徵とする露光方法。

5 3 . 第 1面に設定されるマスクのパターンを第 2面に配置される感光性基板上に露光する露光方法において、

光を供給する第 1工程と、

前記第 2面上での光の偏光状態の変動を補正する第 4工程とを含むことを特徴とする露光方法。

5 4 . 請求の範囲第 5 3項に記載の露光方法において、

光の偏光状態を検出する第 5工程をさらに含み、前記第 4工程は、前記第 5工程にて検出された光の偏光状態に基づいて前記第 2面上での偏光状態を調整する工程を含むことを特徴とする露光方法。

5 5 . 光源部からの光で被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されたォプティカルインテグレー夕とを備え、

前記オプティカルインテグレ一タは、所定の第 1方向に沿ったピッチで配列された第 1の 1次元シリンドリカルレンズァレイと、前記第 1方向と交差する第 2 方向に沿つたピッチで配列された第 2の 1次元シリンドリカルレンズアレイとを備えていることを特徴とする照明光学装置。

5 6 . 請求の範囲第 5 5項に記載の照明光学装置において、

前記第 1および第 2の 1次元シリンドリカルレンズァレイは 1つの光透過性基板に一体に設けられていることを特徴とする照明光学装置。

5 7 . 請求の範囲第 5 6項に記載の照明光学装置において、

前記第 1および第 2の 1次元シリンドリカルァレイを備えたシリンドリカルレンズアレイ板を複数備え、

前記複数のシリンドリカルレンズアレイ板は、前記照明光学装置の光軸方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されていることを特徴とする照明光学装置。

5 8 . 請求の範囲第 5 5項乃至請求の範囲第 5 7項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記第 1の 1次元シリンドリカルァレイの第 1方向に沿つたピッチと前記第 2 の 1次元シリンドリカルアレイの第 2方向に沿ったピッチとの少なくとも一方は 2 mm以下のピッチを有することを特徴とする照明光学装置。

5 9 . 請求の範囲第 5 5項乃至請求の範囲第 5 8項のいずれか 1項に記載の照明光学装置を備え、マスクのパターンを前記被照射面に配置された感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。

6 0 . 請求の範囲第 5 5項乃至請求の範囲第 5 8項のいずれか 1項に記載の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、