JP4465720B2 - 光学系、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学系、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ー工程で製造するための露光装置に関するものである。

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、オプティカルインテグレータ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、コンデンサーレンズに入射する。

コンデンサー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コントラストの高いパターン像を得ることが不可欠である。

そこで、たとえば投影光学系のレンズ開口（瞳面）内において露光光の偏光状態を円周方向に振動する直線偏光状態（以下、「周方向偏光状態」という）に設定することにより、ウェハ上において微細パターンの高コントラスト像を得る技術が提案されている（特許文献１を参照）。
特開平５−９０１２８号公報

しかしながら、上述の特許文献に開示された従来技術では、投影光学系の瞳面に配置された偏光部材を用いて、円周方向に振動する直線偏光成分だけを透過させることにより、レンズ開口内における露光光の偏光状態を周方向偏光状態に設定している。その結果、偏光部材における光量損失が非常に大きく、露光装置のスループットが低下するという不都合があった。

本発明は、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することのできる光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、光量損失を抑えつつレンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することのできる光学系を用いて、マスクの微細パターンの高コントラスト像を感光性基板上に形成し、高スループットで且つ忠実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。

前記目的を達成するために、本発明の第１形態では、レンズ開口内の進相軸分布をほぼ円周方向の分布またはほぼ半径方向の分布にするための複屈折素子と、該複屈折素子の後側に配置されて前記レンズ開口内の偏光状態を回転させるための旋光素子とを備えていることを特徴とする光学系を提供する。

本発明の第２形態では、直線複屈折性と旋光性とを有する光学材料により形成され且つ光学軸が光軸とほぼ平行に配置された複屈折旋光素子を備え、
前記複屈折旋光素子には、ほぼ円偏光状態の光束が入射することを特徴とする光学系を提供する。

本発明の第３形態では、第１形態または第２形態の光学系を備え、該光学系を介してマスクのパターンを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４形態では、マスクに形成されたパターンを、第１形態または第２形態の光学系を介して、感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。

本発明では、たとえばレンズ開口内の進相軸分布をほぼ円周方向の分布またはほぼ半径方向の分布にするための複屈折素子と、この複屈折素子の後側に配置されてレンズ開口内の偏光状態を回転させるための旋光素子との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することのできる光学系を実現することができる。

また、本発明の露光装置および露光方法では、光量損失を抑えつつレンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することのできる光学系を用いているので、マスクの微細パターンの高コントラスト像を感光性基板上に形成し、高スループットで且つ忠実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。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 輪帯状の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。 輪帯状の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。 図１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。 本実施形態にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図であって、マスクブラインドからウェハまでの構成を示している。 （ａ）はレンズ開口内において円周方向に振動する直線偏光状態を、（ｂ）はレンズ開口内において半径方向に振動する直線偏光状態をそれぞれ示している。 物体側にテレセントリックな光学系の光路中の所定位置に複屈折素子と旋光素子とを付設した様子を示す図である。 （ａ）はレンズ開口内の円周方向の進相軸分布を、（ｂ）はレンズ開口内の半径方向の進相軸分布をそれぞれ示している。 複屈折素子に入射する円偏光のレンズ開口内の偏光分布を示す図である。 複屈折素子を通過した光束のレンズ開口内の偏光分布を示す図である。 複屈折素子および旋光素子を介して得られるレンズ開口内の偏光分布を示す図である。 本実施形態の第１変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第２変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第３変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第４変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第５変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第６変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 ポアンカレ球を用いて複屈折旋光素子内における偏光状態の変化を説明する図である。 本実施形態の第７変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第８変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第９変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第１０変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第１１変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第１２変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第１３変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第１４変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 本実施形態の第１５変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。 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フローチャートである。 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ャートである。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。

光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１からＺ方向に沿っ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２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ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ー２に入射した光束は、図１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ー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、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、デポラライザ（非偏光化素子）４ｃ、および輪帯照明用の回折光学素子５を介して、アフォーカルレンズ６に入射する。ここで、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、およびデポラライザ４ｃは、後述するように、偏光状態切換手段４を構成している。アフォーカルレンズ６は、その前側焦点位置と回折光学素子５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７の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。

一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、輪帯照明用の回折光学素子５は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。

したがって、光束変換素子としての回折光学素子５に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ６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アフォーカルレンズ６から射出される。なお、アフォーカルレンズ６の前側レンズ群６ａと後側レンズ群６ｂとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系８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８の作用を無視して、基本的な構成および作用を説明する。

アフォーカルレンズ６を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ９を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１０に入射する。マイクロフライアイレンズ１０は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。

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

所定面７の位置はズームレンズ９の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ１０の入射面はズームレンズ９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は、所定面７とマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ６の瞳面とマイクロフライアイレンズ１０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、マイクロフライアイレンズ１０の入射面上には、アフォーカルレンズ６の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸ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の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ１０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。

マイクロフライアイレンズ１０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、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、ビームスプリッター１１ａおよびコンデンサー光学系１２を介した後、マスクブラインド１３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１３には、マイクロフライアイレンズ１０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、ビームスプリッター１１ａを内蔵する偏光モニター１１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１３の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１４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を重畳的に且つほぼテレセントリックに照明する。

すなわち、結像光学系１４は、マスクブラインド１３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。マスクＭのパターンを透過した光束は、物体側および像側の双方にほぼテレセントリックな投影光学系ＰＬ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ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ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。

なお、偏光状態切換手段４において、１／４波長板４ａは、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する。また、１／２波長板４ｂは、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。また、デポラライザ４ｃは、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズム（不図示）と楔形状の石英プリズム（不図示）とにより構成されている。水晶プリズムと石英プリズムとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。

光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、これらの光源から射出される光は典型的には９５％以上の偏光度を有し、１／４波長板４ａにはほぼ直線偏光の光が入射する。しかしながら、光源１と偏光状態切換手段４との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、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る。

偏光状態切換手段４では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、１／４波長板４ａの作用により変換された直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射する。１／２波長板４ｂ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９０度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂ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４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、デポラライザ４ｃの水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム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。

偏光状態切換手段４では、デポラライザ４ｃが照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５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９０度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム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４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂ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９０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。

偏光状態切換手段４では、上述したように、直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射するが、以下の説明を簡単にするために、図１においてＺ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｚ方向偏光」と称する）の光が１／２波長板４ｂに入射するものとする。デポラライザ４ｃを照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面（偏光方向）に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過してデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射した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ータとしての石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、図１においてＸ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｘ方向偏光」と称する）の光になってデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＸ方向偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＸ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。

これに対し、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させた場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過し、Ｚ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化してＸ方向偏光の光になり、Ｘ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。

以上のように、偏光状態切換手段４では、デポラライザ４ｃを照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。また、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定することにより、Ｚ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。さらに、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度をなすように設定することにより、Ｘ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。

換言すれば、偏光状態切換手段４では、１／４波長板４ａと１／２波長板４ｂとデポラライザ４ｃとからなる偏光状態切換手段の作用により、回折光学素子５への入射光の偏光状態（ひいてはマスクＭおよびウェハ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、直線偏光状態の場合には互いに直交する偏光状態間（Ｚ方向偏光とＸ方向偏光との間）で切り換えることができる。

さらに、偏光状態切換手段４では、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃをともに照明光路から退避させ、且つ１／４波長板４ａの結晶光学軸を入射する楕円偏光に対して所定の角度をなすように設定することにより、円偏光状態の光を回折光学素子５に（ひいては後述の複屈折素子２１に）入射させることができる。

円錐アキシコン系８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８ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材８ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂ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８ａおよび第２プリズム部材８ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂ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８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂ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８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂ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の間隔の変化に伴って、所定面７への入射光束の角度は変化する。

図２は、輪帯状の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。図２を参照すると、円錐アキシコン系８の間隔が零で且つズームレンズ９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３０ａが、円錐アキシコン系８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１／２：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３０ｂに変化する。換言すると、円錐アキシコン系８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。

図３は、輪帯状の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。図３を参照すると、標準状態で形成された輪帯状の二次光源３０ａが、ズームレンズ９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３０ｃに変化する。換言すると、ズームレンズ９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。

図４は、図１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。図４を参照すると、偏光モニター１１は、マイクロフライアイレンズ１０とコンデンサー光学系１２との間の光路中に配置された第１ビームスプリッター１１ａを備えている。第１ビームスプリッター１１ａ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ビームスプリッター１１ａにより光路から取り出された光は、第２ビームスプリッター１１ｂに入射する。第２ビームスプリッター１１ｂは、第１ビームスプリッター１１ａ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ビームスプリッター１１ａに対するＰ偏光が第２ビームスプリッター１１ｂに対するＳ偏光になり、且つ第１ビームスプリッター１１ａに対するＳ偏光が第２ビームスプリッター１１ｂ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１１ｂを透過した光は第１光強度検出器１１ｃにより検出され、第２ビームスプリッター１１ｂで反射された光は第２光強度検出器１１ｄにより検出される。第１光強度検出器１１ｃおよび第２光強度検出器１１ｄの出力は、それぞれ制御部（不図示）に供給される。制御部は、偏光状態切換手段４を構成する１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃを必要に応じて駆動する。

上述のように、第１ビームスプリッター１１ａおよび第２ビームスプリッター１１ｂ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っている。したがって、偏光モニター１１では、第１ビームスプリッター１１ａからの反射光が、例えば第１ビームスプリッター１１ａへの入射光の１０％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター１１ａに対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター１１ｂに対するＰ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター１１ａへの入射光の１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター１１ａに対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター１１ｂに対するＳ偏光成分）とを含むことになる。

また、第２ビームスプリッター１１ｂからの反射光は、例えば第１ビームスプリッター１１ａへの入射光の１０％×１％＝０．１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター１１ａに対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター１１ｂに対するＳ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター１１ａへの入射光の１％×１０％＝０．１％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター１１ａに対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター１１ｂに対するＰ偏光成分）とを含むことになる。

こうして、偏光モニター１１では、第１ビームスプリッター１１ａ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ビームスプリッター１１ｂ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１１ｃの出力（第２ビームスプリッター１１ｂの透過光の強度に関する情報、すなわち第１ビームスプリッター１１ａ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ビームスプリッター１１ａ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１１では、第１ビームスプリッター１１ａに対するＰ偏光が第２ビームスプリッター１１ｂに対するＳ偏光になり且つ第１ビームスプリッター１１ａに対するＳ偏光が第２ビームスプリッター１１ｂ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１１ｄの出力（第１ビームスプリッター１１ａおよび第２ビームスプリッター１１ｂ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ビームスプリッター１１ａ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ビームスプリッター１１ａ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１１を用いて、第１ビームスプリッター１１ａ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、直線偏光状態または円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、制御部が偏光モニター１１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、直線偏光状態または円偏光状態になっていないことを確認した場合、偏光状態切換手段４を構成する１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃ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、直線偏光状態または円偏光状態に調整することができる。

なお、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、４極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、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は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、４極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸ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、マイクロフライアイレンズ１０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。

また、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした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、マイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。

さらに、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明（２極照明、８極照明など）を行うことができる。また、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、この回折光学素子５とは異なる輪帯比を有する輪帯状の光強度分布をそのファーフィールドに形成する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、輪帯比の可変範囲を広げることができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。

図５は、本実施形態にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図であって、マスクブラインドからウェハまでの構成を示している。図５を参照すると、本実施形態の露光装置では、複屈折素子２１がマスクブラインド１３と結像光学系１４との間の光路中に配置され、旋光素子２２が結像光学系１４の光路中の所定位置に配置されている。本実施形態では、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、光学系（照明光学系（２〜１４）と投影光学系ＰＬとの合成光学系）のレンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現している。

以下、複屈折素子２１および旋光素子２２の一般的な作用、すなわち本発明の基本的な原理を説明する。本発明では、図６（ａ）に示すように光学系のレンズ開口内において円周方向に振動する直線偏光を周方向偏光と定義し、図６（ｂ）に示すようにレンズ開口内において半径方向に振動する直線偏光を径方向偏光と定義する。この場合、大きな像側開口数を有する光学系における像面上での２光線の干渉性は、径方向偏光よりも周方向偏光の方が高い。したがって、レンズ開口内において光の偏光状態をほぼ周方向偏光状態に設定することにより、像面上において高いコントラストの物体像を得ることができる。

そこで、本発明では、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現するために、図７に示すように、たとえば物体側にテレセントリックな光学系の光路中の所定位置に複屈折素子２１と旋光素子２２とを付設する。複屈折素子２１は、たとえば水晶のような一軸性結晶により形成された平行平面板状の光透過部材であって、その結晶光学軸が光軸ＡＸと平行に配置されている。この場合、正の一軸性結晶により形成された複屈折素子２１に球面波の光束を入射させると、図８（ａ）に示すように、光学系のレンズ開口内の進相軸分布として光軸ＡＸを中心とする円周方向の分布が得られる。

一方、負の一軸性結晶により形成された複屈折素子２１に球面波の光束を入射させると、図８（ｂ）に示すように、光学系のレンズ開口内の進相軸分布として光軸ＡＸを中心とする半径方向の分布が得られる。ここで、図９に示すようなレンズ開口内の偏光分布を有する円偏光状態で球面波の光束を複屈折素子２１に入射させると、複屈折素子２１を通過した光束に関して、図１０（ａ）または（ｂ）に示すようなレンズ開口内の偏光分布が得られる。

なお、図１０（ａ）に示す偏光分布は、図８（ａ）の進相軸分布に対応する複屈折素子２１すなわち正の一軸性結晶により形成された複屈折素子２１に、図９に示すような右廻り円偏光を入射させたときに得られる。一方、図１０（ｂ）に示す偏光分布は、図８（ｂ）の進相軸分布に対応する複屈折素子２１すなわち負の一軸性結晶により形成された複屈折素子２１に、図９に示すような右廻り円偏光を入射させたときに得られる。

旋光素子２２は、たとえば水晶のような旋光性を有する光学材料により形成された平行平面板状の光透過部材であって、複屈折素子２１よりも後側（像側）に配置されている。旋光素子２２は、その結晶光学軸が光軸ＡＸと平行に配置され、その厚さや光束の入射角度などに応じてレンズ開口内の偏光状態を所定角度だけ回転させる機能を有する。本発明では、旋光素子２２の作用により、複屈折素子２１を通過した光束の偏光状態を４５度回転させる（すなわちレンズ開口内の偏光状態を４５度回転させる）ことにより、図１１に示すようなレンズ開口内の偏光分布が得られる。

ただし、正の一軸性結晶により形成された複屈折素子２１を用いる場合には、複屈折素子２１により図１０（ａ）に示す偏光分布が得られるので、図１１に示すようなレンズ開口内の偏光分布を得るには左廻りの旋光性を有する光学材料により形成された旋光素子２２を用いる必要がある。一方、負の一軸性結晶により形成された複屈折素子２１を用いる場合には、複屈折素子２１により図１０（ｂ）に示す偏光分布が得られるので、図１１に示すようなレンズ開口内の偏光分布を得るには右廻りの旋光性を有する光学材料により形成された旋光素子２２を用いる必要がある。

図１１に示すレンズ開口内の偏光分布を参照すると、レンズ開口の中心（光軸ＡＸ）を通る光線は円偏光状態であり、開口周辺に向かって楕円偏光状態から直線偏光状態に変化し、偏光状態が光軸ＡＸに関して回転対称に分布することがわかる。このように、図１１に示すレンズ開口内の偏光分布では、レンズ開口内の全体に亘って周方向偏光状態（光軸ＡＸを中心とした円周方向に振動する直線偏光状態）が実現されているわけではないが、少なくともレンズ開口の周辺領域では周方向偏光状態が実現されている。

ここで、レンズ開口の中央領域の光線よりもレンズ開口の周辺領域の光線の方が像形成時における干渉性の低下が大きいことを考慮すると、図１１に示すようにレンズ開口の周辺領域において周方向偏光状態を実現している偏光分布は、物体像のコントラスト向上の観点から見れば、図６（ａ）に示すようにレンズ開口の全体に亘って周方向偏光状態を実現している偏光分布とほぼ等価である。こうして、本発明では、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができ、ひいては像面上において高いコントラストの物体像を得ることができる。なお、図１１に示したレンズ開口内の偏光分布では、レンズ開口の最周辺の領域で周方向偏光状態を実現しているが、周方向偏光状態が実現できるレンズ開口内の領域については最周辺に限られず、必要に応じて適宜設定すれば良い。また、図１１に示すようにレンズ開口の周辺領域において周方向偏光状態を実現している偏光分布と、輪帯照明、２極や４極等の複数極照明とを組み合わせれば、照明光束内の偏光分布がほぼ周方向偏光状態となるので、さらにコントラストの高い物体像を像面上において得ることができる。

なお、複屈折素子として、水晶以外の適当な光学材料、たとえばＭｇＦ₂やライカフ（ＬｉＣａＡｌＦ₆：リチウムカルシウムアルミニウムフローライド）等の直線複屈折性を有する光学材料により形成された光透過部材を用いることができる。あるいは、複屈折素子として、たとえば蛍石のような立方晶系の結晶材料により形成された一対の光透過部材を用い、レンズ開口内の進相軸分布がほぼ円周方向の分布またはほぼ半径方向の分布となるように一対の光透過部材を位置決めしてもよい。

具体的には、結晶方位＜１１１＞が光軸とほぼ平行で且つ他の結晶方位が光軸を中心として約６０度だけ相対回転した状態に配置された一対の光透過部材を、複屈折素子として用いることができる。この場合、一対の光透過部材からなる複屈折素子に球面波の光束を入射させると、正の一軸性結晶により形成された複屈折素子の場合と同様に、図８（ａ）に示すように光学系のレンズ開口内の進相軸分布として光軸ＡＸを中心とする円周方向の分布が得られる。したがって、図９に示すような右廻り円偏光状態で球面波の光束を入射させると、図１０（ａ）に示すようなレンズ開口内の偏光分布が得られる。

また、結晶方位＜１００＞が光軸とほぼ平行で且つ他の結晶方位が光軸を中心として約４５度だけ相対回転した状態に配置された一対の光透過部材を、複屈折素子として用いることができる。この場合、一対の光透過部材からなる複屈折素子に球面波の光束を入射させると、負の一軸性結晶により形成された複屈折素子の場合と同様に、図８（ｂ）に示すように光学系のレンズ開口内の進相軸分布として光軸ＡＸを中心とする半径方向の分布が得られる。したがって、図９に示すような右廻り円偏光状態で球面波の光束を入射させると、図１０（ｂ）に示すようなレンズ開口内の偏光分布が得られる。

一軸性結晶により形成された複屈折素子、および立方晶系の結晶材料により形成された一対の光透過部材からなる複屈折素子は、入射角度に応じて複屈折量が変化する素子である。したがって、球面波の光束を入射させることにより、図８（ａ）または（ｂ）に示すような進相軸分布を有する複屈折素子として機能し、図１０（ａ）または（ｂ）に示すようなレンズ開口内の偏光分布を得ることができる。なお、レンズ開口内の偏光分布を画面内でほぼ均一にするには、図７に示すように、ほぼテレセントリックな光路中に一軸性結晶の複屈折素子（または一対の光透過部材からなる複屈折素子）２１を配置することが好ましい。

一方、旋光素子２２は、レンズ開口内の偏光状態を一様に回転させることが好ましい。したがって、図７に示すように、光束の入射角度のばらつきが少ない個所に旋光素子２２を配置することが好ましい。具体的には、入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に旋光素子２２を配置することが好ましく、入射角のばらつきが７度以内である光束が入射する位置に旋光素子２２を配置することがさらに好ましい。なお、水晶以外に、旋光性を有する適当な光学材料を用いて旋光素子２２を形成することができる。

図５を再び参照すると、本実施形態の露光装置では、たとえば水晶のような一軸性結晶により形成された光透過部材からなる複屈折素子（あるいは、たとえば蛍石のような立方晶系の結晶材料により形成された一対の光透過部材からなる複屈折素子）２１が、マスクブラインド１３と結像光学系１４との間の光路中、すなわち被照射面であるマスクＭと光学的に共役な位置に配置されたマスクブラインド１３の近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。また、たとえば水晶により形成された旋光素子２２が、結像光学系１４の光路中において、例えば入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されている。

この状態で、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃをともに照明光路から退避させ、且つ１／４波長板４ａの結晶光学軸を入射する楕円偏光に対して所定の角度をなすように設定すると、円偏光状態でほぼ球面波の光束が複屈折素子２１に入射する。その結果、本実施形態では、レンズ開口内の進相軸分布をほぼ円周方向の分布またはほぼ半径方向の分布にするための複屈折素子２１と、その後側に配置されてレンズ開口内の偏光状態を回転させるための旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。したがって、本実施形態では、マスクＭの微細パターンの高コントラスト像をウェハＷ上に形成し、高スループットで且つ忠実な露光を行うことができる。

図１２は、本実施形態の第１変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第１変形例では、マスクブラインド１３からウェハＷまでの構成が、図５に示す実施形態と類似している。しかしながら、複屈折素子２１が結像光学系１４とマスクＭとの間の光路中に配置され、旋光素子２２が投影光学系ＰＬの光路中の所定位置に配置されている点が、図５に示す実施形態と相違している。

すなわち、第１変形例では、複屈折素子２１が、照明光学系（２〜１４）の光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。また、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの光路中において比較的マスクＭ側の位置、例えば入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されている。その結果、第１変形例においても図５の実施形態と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図１３は、本実施形態の第２変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第２変形例においても第１変形例と同様に、マスクブラインド１３からウェハＷまでの構成が、図５に示す実施形態と類似している。しかしながら、複屈折素子２１がマスクＭと投影光学系ＰＬとの間の光路中に配置され、旋光素子２２が投影光学系ＰＬの光路中の所定位置に配置されている点が、図５に示す実施形態と相違している。

すなわち、第２変形例では、複屈折素子２１が、投影光学系ＰＬの光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。また、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの光路中において比較的マスクＭ側の位置、例えば入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されている。その結果、第２変形例においても図５の実施形態と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図１４は、本実施形態の第３変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第３変形例においても第１変形例および第２変形例と同様に、マスクブラインド１３からウェハＷまでの構成が、図５に示す実施形態と類似している。しかしながら、複屈折素子２１がマスクＭと投影光学系ＰＬとの間の光路中に配置され、旋光素子２２が投影光学系ＰＬの光路中の所定位置に配置されている点が、図５に示す実施形態と相違している。

すなわち、第３変形例では第２変形例と同様に、複屈折素子２１が、投影光学系ＰＬの光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中（マスクＭ側にほぼテレセントリックな光路中）に配置されている。しかしながら、第２変形例とは異なり、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの光路中において比較的ウェハＷ側の位置、例えば入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されている。その結果、第３変形例においても図５に示す実施形態と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図１５は、本実施形態の第４変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第４変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図５に示す実施形態と類似している。しかしながら、図５の実施形態の投影光学系ＰＬが屈折光学系であるのに対し、第４変形例の投影光学系ＰＬは凹面反射鏡ＣＭを含む３回結像型の反射屈折光学系である点が相違している。また、複屈折素子２１が結像光学系１４とマスクＭとの間の光路中に配置され、旋光素子２２が投影光学系ＰＬの光路中の所定位置に配置されている点が、図５に示す実施形態と相違している。

すなわち、第４変形例では、複屈折素子２１が、照明光学系（２〜１４）の光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。また、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの第１結像光学系Ｇ１の光路中において比較的マスクＭ側の位置、例えば入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されている。その結果、第４変形例においても図５の実施形態と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図１６は、本実施形態の第５変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第５変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図１５の第４変形例と類似している。しかしながら、複屈折素子２１がマスクＭと投影光学系ＰＬとの間の光路中に配置され、旋光素子２２が投影光学系ＰＬの光路中の所定位置に配置されている点が、図１５の第４変形例と相違している。

すなわち、第５変形例では、複屈折素子２１が、投影光学系ＰＬの光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中（マスクＭ側にほぼテレセントリックな光路中）に配置されている。また、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの第１結像光学系Ｇ１の光路中において比較的ウェハＷ側の位置、例えば入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されている。その結果、第５変形例においても第４変形例と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図１７は、本実施形態の第６変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第６変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図１５の第４変形例と類似している。しかしながら、複屈折素子２１および旋光素子２２がともに投影光学系ＰＬの光路中の所定位置に配置されている点が、図１５の第４変形例と相違している。

すなわち、第６変形例では、複屈折素子２１が、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の光路中において、マスクＭと光学的に共役な位置（マスクＭの二次像が形成される位置）またはその近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。また、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの第３結像光学系Ｇ３の光路中において比較的ウェハＷ側の位置、例えば入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されている。その結果、第６変形例においても第４変形例と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。また、第６変形例では、複屈折素子２１が投影光学系ＰＬ中の光路折曲げ鏡よりもウェハＷ側の光路に配置されている。この構成の場合、光路折曲げ鏡に対するＰ偏光とＳ偏光との間で反射による位相差が生じたとしても、光路折曲げ鏡に照射される偏光状態を楕円偏光に設定しておけば、反射後の偏光状態をほぼ円偏光にすることが可能であるため、投影光学系に光路折曲げ鏡が配置される場合には、前述の第５変形例よりも好ましい。

なお、図５の実施形態および第１変形例〜第６変形例では、複屈折素子２１として、たとえば水晶のような一軸性結晶により形成された光透過部材またはたとえば蛍石のような立方晶系の結晶材料により形成された一対の光透過部材を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、複屈折素子として、光軸に関してほぼ回転対称な内部応力を有する光透過部材、たとえば石英からなる平行平面板のような光透過部材を用いることもできる。

この場合、光軸に関してほぼ回転対称な内部応力を有する光透過部材からなる複屈折素子に、ほぼ円偏光状態で平面波の光束を入射させると、図１０（ａ）または（ｂ）に示すようなレンズ開口内の偏光分布が得られる。なお、レンズ開口内の偏光分布を画面内でほぼ均一にするには、内部応力を有する光透過部材からなる複屈折素子を光学系の瞳の近傍（図５の実施形態では、たとえば結像光学系１４の瞳の近傍であって旋光素子２１よりも光源側の位置など）に配置することが好ましい。なお、たとえば石英からなる平行平面板のような光透過部材にほぼ回転対称な内部応力を付与（所望の複屈折分布を付与）する方法の詳細については、たとえばＷＯ０３／００７０４５号パンフレットを参照することができる。

また、図５の実施形態および第１変形例〜第６変形例では、間隔を隔てて配置された２つの素子、すなわち複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現している。しかしながら、直線複屈折性と旋光性とを有する光学材料により形成され且つ光学軸が光軸とほぼ平行に配置された複屈折旋光素子、たとえば水晶により形成された１つの平行平面板状の光透過部材からなる複屈折旋光素子を用い、この複屈折旋光素子にほぼ円偏光状態の光束を入射させることにより、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することもできる。

この場合、複屈折旋光素子は、ほぼ球面波の光束が入射する位置に配置され、入射光束の外周領域の光束をレンズ開口においてほぼ円周方向に振動するほぼ直線偏光状態の光束に変換するための所要の厚さを有する。すなわち、複屈折旋光素子の外周領域へ円偏光で入射した光線が、複屈折性により直線偏光に変換され、且つ旋光性により偏光状態が４５度回転するように、複屈折旋光素子の厚さと入射する光線の角度との関係が設定されている。

以下、図１８に示すポアンカレ球を参照して、複屈折旋光素子内における偏光状態の変化を説明する。図１８において、Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃は、偏光状態を示すストークスパラメータである。複屈折旋光素子では、Ａ点（０，０，１）に対応する完全な円偏光状態で入射した光が、その複屈折性によるＳ₁軸周りの回転作用を受けるとともに、その旋光性によるＳ₃軸周りの回転作用を受けることにより、Ｂ点（１，０，０）に対応する周方向偏光状態に到達する。

ちなみに、前述した複屈折素子２１では、Ａ点（０，０，１）に対応する完全な円偏光状態で入射した光が、その複屈折性によるＳ₁軸周りの回転作用のみにより、Ｂ’点（０，１，０）に到達することになる。なお、複屈折旋光素子における回転量と複屈折量とを調整するために、右廻りの旋光性を有する光学材料（たとえば右廻り水晶）により形成された第１光透過部材と、左廻りの旋光性を有する光学材料（たとえば左廻り水晶）により形成された第２光透過部材とにより複屈折旋光素子を構成することが好ましい。

図１９は、本実施形態の第７変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第７変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図５に示す実施形態と類似している。しかしながら、複屈折素子２１および旋光素子２２に代えて、複屈折旋光素子２３がマスクブラインド１３と結像光学系１４との間の光路中に配置されている点が、図５に示す実施形態と相違している。

すなわち、第７変形例では、複屈折旋光素子２３が、照明光学系（２〜１４）の光路中において、被照射面であるマスクＭと光学的に共役な位置に配置されたマスクブラインド１３の近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。その結果、第７変形例では、複屈折旋光素子２３の作用により、図５の実施形態の場合と同様に、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図２０は、本実施形態の第８変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第８変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図１９の第７変形例と類似している。しかしながら、複屈折旋光素子２３が結像光学系１４とマスクＭとの間の光路中に配置されている点が、第７変形例と相違している。すなわち、第８変形例では、複屈折旋光素子２３が、照明光学系（２〜１４）の光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。その結果、第８変形例においても第７変形例と同様に、複屈折旋光素子２３の作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図２１は、本実施形態の第９変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第９変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図１９の第７変形例と類似している。しかしながら、複屈折旋光素子２３がマスクＭと投影光学系ＰＬとの間の光路中に配置されている点が、第７変形例と相違している。すなわち、第９変形例では、複屈折旋光素子２３が、投影光学系ＰＬの光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中（マスクＭ側にほぼテレセントリックな光路中）に配置されている。その結果、第９変形例においても第７変形例と同様に、複屈折旋光素子２３の作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図２２は、本実施形態の第１０変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第１０変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図１９の第７変形例と類似している。しかしながら、複屈折旋光素子２３が投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の光路中に配置されている点が、第７変形例と相違している。すなわち、第１０変形例では、複屈折旋光素子２３が、投影光学系ＰＬの光路中において、ウェハＷの近傍のほぼテレセントリックな光路中（ウェハＷ側にほぼテレセントリックな光路中）に配置されている。その結果、第１０変形例においても第７変形例と同様に、複屈折旋光素子２３の作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図２３は、本実施形態の第１１変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第１１変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図１５の第４変形例と類似している。しかしながら、複屈折素子２１および旋光素子２２に代えて、複屈折旋光素子２３が結像光学系１４とマスクＭとの間の光路中に配置されている点が、第４変形例と相違している。すなわち、第１１変形例では、複屈折旋光素子２３が、照明光学系（２〜１４）の光路中において、マスクＭの近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。その結果、第１１変形例においても第４変形例と同様に、複屈折旋光素子２３の作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図２４は、本実施形態の第１２変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第１２変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図２３の第１１変形例と類似している。しかしながら、複屈折旋光素子２３が結像光学系１４とマスクＭとの間の光路中に配置されている点が、第１１変形例と相違している。すなわち、第１１変形例では、複屈折旋光素子２３が、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の光路中において、マスクＭと光学的に共役な位置（マスクＭの二次像が形成される位置）またはその近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。その結果、第１２変形例においても第１１変形例と同様に、複屈折旋光素子２３の作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

図２５は、本実施形態の第１３変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第１３変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図２３の第１１変形例と類似している。しかしながら、複屈折旋光素子２３が投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の光路中に配置されている点が、第１１変形例と相違している。すなわち、第１３変形例では、複屈折旋光素子２３が、投影光学系ＰＬの光路中において、ウェハＷの近傍のほぼテレセントリックな光路中（ウェハＷ側にほぼテレセントリックな光路中）に配置されている。その結果、第１３変形例においても第１１変形例と同様に、複屈折旋光素子２３の作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。また、第１２変形例および第１３変形例では、複屈折旋光素子２３が投影光学系ＰＬ中の光路折曲げ鏡よりもウェハＷ側の光路に配置されている。この構成の場合、前述の第６変形例と同様に、光路折曲げ鏡に対するＰ偏光とＳ偏光との間で反射による位相差が生じたとしても、光路折曲げ鏡に照射される偏光状態を楕円偏光に設定しておけば、反射後の偏光状態をほぼ円偏光にすることが可能であるため、投影光学系に光路折曲げ鏡が配置される場合には、前述の第１１変形例よりも好ましい。

図２６は、本実施形態の第１４変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第１４変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成が、図２５に示す実施形態と類似している。しかしながら、図２５の実施形態の露光装置ではマスクＭを円偏光で照明するのに対し、第１４変形例の露光装置ではマスクＭを直線偏光で照明する点、並びに図２５の実施形態の投影光学系ＰＬが凹面反射鏡ＣＭおよび２つの光路折り曲げ鏡を含む３回結像型の反射屈折光学系であるのに対し、第１４変形例の投影光学系ＰＬが凹面反射鏡ＣＭ、偏光ビームスプリッターＰＢＳおよび１つの光路折り曲げ鏡ＦＭを含む２回結像型の反射屈折光学系である点が相違している。

図２６において、第１４変形例の投影光学系ＰＬは、マスクＭ側およびウェハＷ側がテレセントリックな光学系であって、マスクＭの中間像を形成する第１結像光学系Ｇ１と、この中間像の像を感光性基板としてのウェハＷ上に形成する第２結像光学系Ｇ２とを備えている。

そして、第１結像光学系Ｇ１は、最もマスク側に配置される第１レンズ群（マスク側フィールドレンズ群）、この第１レンズ群を介した直線偏光の光束を反射する偏光ビームスプリッターＰＢＳ、この偏光ビームスプリッターＰＢＳで反射された直線偏光の光束を円偏光の光束に変換する第１の１／４波長板ＱＷ１、第１の１／４波長板ＱＷ１を介した光束を反射する凹面反射鏡ＣＭ、凹面反射鏡ＣＭと第１の１／４波長板ＱＷ１との間の光路中に配置される負レンズ群、この負レンズ群および第１の１／４波長板を介して偏光ビームスプリッターＰＢＳを透過する直線偏光の光束を円偏光の光束に変換する第２の１／４波長板ＱＷ２、偏光ビームスプリッターＰＢＳからの光束の光路をほぼ９０度偏向させる光路折り曲げ鏡ＦＭ、偏光ビームスプリッターＰＢＳと中間結像点との間に配置された正レンズ群（中間像側フィールドレンズ群）を備えている。なお、この中間像側フィールドレンズ群によって、第１結像光学系Ｇ１の中間像側の光路（第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路）はほぼテレセントリックとなっている。

また、第２結像光学系Ｇ２は、図１４に示した第４変形例の屈折型投影光学系ＰＬと類似の構造を有しており、複屈折素子２１が第２結像光学系Ｇ２と中間結像点との間の光路中に配置され、旋光素子２２が第２結像光学系Ｇ２の光路中の所定位置、好ましくは開口絞りＡＳの近傍の位置に配置されている。

そして、マスクＭからの直線偏光光は、第１レンズ群を通過した後、偏光ビームスプリッターＰＢＳで反射された後、第１の１／４波長板ＱＷ１を通過して円偏光に変換され、負レンズ群を介して凹面反射鏡ＣＭに達する。凹面反射鏡ＣＭで反射された円偏光の光束は、再び負レンズ群を介した後、第１の１／４波長板ＱＷ１を通過して、直線偏光に変換されて偏光ビームスプリッターＰＢＳを透過し、第２の１／４波長板ＱＷ２に達する。この光束は第２の１／４波長板ＱＷ２によって直線偏光に変換された後、光路折曲げ鏡ＦＭにて反射され、中間像側フィールドレンズ群である正レンズ群を介して、マスクＭの中間像を形成する。そして、この中間像からの光は、複屈折素子２１を介して第２結像光学系Ｇ２に入射し、この第２結像光学系Ｇ２中の旋光素子２２を通過した後、像面にマスクＭの２次像である縮小像を形成する。この縮小像はマスクＭの裏像（紙面内方向における横倍率が負、紙面垂直方向における横倍率が正の像）となる。

第１４変形例では、複屈折素子２１が投影光学系ＰＬの光路中において、中間結像点近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。また、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの瞳位置近傍に配置されている。その結果、第１４変形例においても図２５の実施形態と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

なお、第１４変形例では、光路折曲げ鏡ＦＭに入射する光束が光路折曲げ鏡ＦＭの反射面に対してＰ偏光またはＳ偏光となる直線偏光であるため、光路折曲げ鏡ＦＭの反射面での位相とびの影響を低減することが可能となる。また、第１４変形例において、照明光学系でマスクＭを円偏光で照明しても良く、この場合、投影光学系ＰＬ中のマスクＭと偏光ビームスプリッターＰＢＳとの間の光路中に第３の１／４波長板を配置して、偏光ビームスプリッターへ直線偏光を導くように構成すれば良い。また、第１４変形例では、マスクＭからの光束を偏光ビームスプリッターＰＢＳで反射するように構成しているが、マスクＭからの光束を偏光ビームスプリッターＰＢＳで通過させるように（マスクＭから凹面反射鏡ＣＭまでの光学系が一直線上に並ぶように）構成しても良い。

図２７は、本実施形態の第１５変形例にかかる露光装置の要部構成を概略的に示す図である。第１５変形例は、マスクブラインド１３からマスクＭまでの構成および中間結像点からウェハＷまでの構成が図２６に示す実施形態（第１４変形例）と類似している。しかしながら、第１４変形例の投影光学系ＰＬがマスクＭからの光束を３回反射してウェハＷへ導くのに対し、第１５変形例の投影光学系ＰＬがマスクＭからの光束を４回反射してウェハＷへ導く点が相違している。

図２７において、第１５変形例の投影光学系ＰＬは、第１４変形例の投影光学系ＰＬと同様に、マスクＭ側およびウェハＷ側がテレセントリックな光学系であって、マスクＭの中間像を形成する第１結像光学系Ｇ１と、この中間像の像を感光性基板としてのウェハＷ上に形成する第２結像光学系Ｇ２とを備えている。

そして、第１結像光学系Ｇ１は、最もマスク側に配置される第１レンズ群（マスク側フィールドレンズ群）、この第１レンズ群を介した直線偏光の光束を反射する第１の偏光分離面ＰＢＳ１を有する偏光ビームスプリッターＰＢＳ、この第１の偏光分離面ＰＢＳ１で反射された直線偏光の光束を円偏光の光束に変換する第１の１／４波長板ＱＷ１、第１の１／４波長板ＱＷ１を介した光束を反射する凹面反射鏡ＣＭ、凹面反射鏡ＣＭと第１の１／４波長板ＱＷ１との間の光路中に配置される負レンズ群、この負レンズ群および第１の１／４波長板を介して第１の偏光分離面ＰＢＳ１を透過する直線偏光の光束を通過させる第２の偏光分離面ＰＢＳ２、第２の偏光分離面ＰＢＳ２を透過した直線偏光の光束を円偏光の光束に変換する第２の１／４波長板ＱＷ２、第２の１／４波長板ＱＷ２からの円偏光の光束を折り返す平面反射面を備えた折り返し鏡ＲＭ、第２の１／４波長板ＱＷ２を往復通過して第２の偏光分離面ＰＢＳ２で反射される直線偏光の光束を円偏光の光束に変換する第３の１／４波長板ＱＷ３、第２の偏光分離面ＰＢＳ２と中間結像点との間に配置された正レンズ群（中間像側フィールドレンズ群）を備えている。なお、この中間像側フィールドレンズ群によって、第１結像光学系Ｇ１の中間像側の光路（第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路）はほぼテレセントリックとなっている。

また、第２結像光学系Ｇ２は、図２６に示した第１４変形例の屈折型投影光学系ＰＬと類似の構造を有しており、複屈折素子２１が第２結像光学系Ｇ２と中間結像点との間の光路中に配置され、旋光素子２２が第２結像光学系Ｇ２の光路中の所定位置、好ましくは開口絞りＡＳの近傍の位置に配置されている。

そして、マスクＭからの直線偏光の光束は、第１レンズ群を通過した後、偏光ビームスプリッターＰＢＳの第１の偏光分離面ＰＢＳ１で反射された後、第１の１／４波長板ＱＷ１を通過して円偏光に変換され、負レンズ群を介して凹面反射鏡ＣＭに達する。凹面反射鏡ＣＭで反射された円偏光の光束は、再び負レンズ群を介した後、第１の１／４波長板ＱＷ１を通過して、直線偏光に変換されて偏光ビームスプリッターＰＢＳの第１の偏光分離面ＰＢＳ１と第２の偏光分離面ＰＢＳ２とを透過し、第２の１／４波長板ＱＷ２に達する。この光束は第２の１／４波長板ＱＷ２によって円偏光に変換された後、折り返し鏡ＲＭに達する。折り返し鏡ＲＭで反射された円偏光の光束は、第２の１／４波長板ＱＷ２を介して直線偏光に変換された後、偏光ビームスプリッターＰＢＳの第２の偏光分離面ＰＢＳ２で反射されて、第３の１／４波長板ＱＷ３に達する。第３の１／４波長板ＱＷ３に入射する直線偏光の光束は、この第３の１／４波長板ＱＷ３により円偏光の光束に変換された後、中間像側フィールドレンズ群である正レンズ群を介して、マスクＭの中間像を形成する。そして、この中間像からの光は、複屈折素子２１を介して第２結像光学系Ｇ２に入射し、この第２結像光学系Ｇ２中の旋光素子を通過した後、像面にマスクＭの２次像である縮小像を形成する。この縮小像はマスクＭの表像（紙面内方向における横倍率が正、紙面垂直方向における横倍率が正の像、正立正像）となる。

第１５変形例においても、複屈折素子２１が投影光学系ＰＬの光路中において、中間結像点近傍のほぼテレセントリックな光路中に配置されている。また、旋光素子２２が、投影光学系ＰＬの瞳位置近傍に配置されている。その結果、第１５変形例では図２６の実施形態と同様に、複屈折素子２１と旋光素子２２との協働作用により、簡素な構成に基づいて、光量損失を抑えつつ、レンズ開口内においてほぼ周方向偏光状態を実現することができる。

また、第１５変形例において、照明光学系でマスクＭを円偏光で照明しても良く、この場合、投影光学系ＰＬ中のマスクＭと偏光ビームスプリッターＰＢＳとの間の光路中に第３の１／４波長板を配置して、偏光ビームスプリッターＰＢＳへ直線偏光を導くように構成すれば良い。また、第１５変形例では、マスクＭからの光束を偏光ビームスプリッターＰＢＳの第１の偏光分離面ＰＢＳ１で反射するように構成しているが、マスクＭからの光束を第１の偏光分離面ＰＢＳ１で通過させるように（マスクＭから凹面反射鏡ＣＭまでの光学系が一直線上に並ぶように）構成しても良い。また、第１５変形例では、折り返し鏡ＲＭからの光束を偏光ビームスプリッターＰＢＳの第２の偏光分離面ＰＢＳ２で反射するように構成しているが、折り返し鏡からの光束が第２の偏光分離面ＰＢＳ２を透過するように（折り返し鏡ＲＭからウェハＷまでの光学系が一直線上に並ぶように）構成しても良い。このとき、第１の偏光分離面ＰＢＳ１からの光束は第２の偏光分離面ＰＢＳ２で反射されることになる。

なお、上述のような偏光状態切換手段４による偏光状態の制御、回折光学素子の交換動作の制御、輪帯比変更手段としてのアキシコン系８の動作の制御については、マスクＭ上の露光対象とするパターンの形状に応じて適宜制御すれば良い。なお、上述の実施形態および変形例において、偏光状態切換手段４の作用により直線偏光状態や非偏光状態に設定したときに、マスクＭとウェハＷとの間の光路中に配置された複屈折素子２１や複屈折旋光素子２３が偏光状態に影響を及ぼすことが考えられる。その場合には、必要に応じて、複屈折素子２１や複屈折旋光素子２３を光路から退避させたり、複屈折素子２１や複屈折旋光素子２３を複屈折性のない光透過部材（たとえば石英により形成された平行平面板など）と交換したりしてもよい。このような複屈折素子２１や複屈折旋光素子２３の退避動作や交換動作についても、上述の制御と同期して制御すれば良い。

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図２８のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図２８のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、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、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

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（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図２９のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図２９において、パターン形成工程４０１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ー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）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１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源など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露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスクやウェハ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。投影光学系と感光性基板表面に塗布されたレジストなどの感光性材料との間が液体で満たされている場合、投影光学系と感光性基板表面に塗布されたレジストとの間が空気（気体）で満たされている場合に比べて、コントラストの向上に寄与するＳ偏光成分（ＴＥ偏光成分）の回折光のレジスト表面での透過率が高くなるため、投影光学系の開口数ＮＡが１．０を超えるような場合でも高い結像性能を得ることができる。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。

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ＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレー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Ｆ₂レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ₂レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。また、本発明は、ツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平１０−１６３０９９号及び特開平１０−２１４７８３号（対応米国特許６，３４１，００７号、６，４００，４４１号、６，５４９，２６９号及び６，５９０，６３４号）、特表２０００−５０５９５８号（対応米国特許５，９６９，４４１号）あるいは米国特許６，２０８，４０７号に開示されている。

符号の説明

１ 光源
４ 偏光状態切換手段
４ａ １／４波長板
４ｂ １／２波長板
４ｃ デポラライザ
５，５０ 回折光学素子（光束変換素子）
６ アフォーカルレンズ
８ 円錐アキシコン系
９ ズームレンズ
１０ マイクロフライアイレンズ
１１ 偏光モニター
１１ａ ビームスプリッター
１２ コンデンサー光学系
１３ マスクブラインド
１４ 結像光学系
２１ 複屈折素子
２２ 旋光素子
２３ 複屈折旋光素子
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (29)

1. レンズ開口内の進相軸分布をほぼ円周方向の分布またはほぼ半径方向の分布にするための複屈折素子と、該複屈折素子の後側に配置されて前記レンズ開口内の偏光状態を回転させるための旋光素子とを備えていることを特徴とする光学系。
2. 前記複屈折素子は、一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸とほぼ平行に配置された光透過部材を有し、
   前記光透過部材には、ほぼ円偏光状態でほぼ球面波の光束が入射することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記複屈折素子は、立方晶系の結晶材料により形成された少なくとも一対の光透過部材を有し、
   前記一対の光透過部材は、レンズ開口内の進相軸分布がほぼ円周方向の分布またはほぼ半径方向の分布となるように位置決めされ、
   前記一対の光透過部材には、ほぼ円偏光状態でほぼ球面波の光束が入射することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
4. 前記一対の光透過部材は、結晶方位＜１１１＞が光軸とほぼ平行で且つ他の結晶方位が前記光軸を中心として約６０度だけ相対回転した状態で配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学系。
5. 前記一対の光透過部材は、結晶方位＜１００＞が光軸とほぼ平行で且つ他の結晶方位が前記光軸を中心として約４５度だけ相対回転した状態で配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光学系。
6. 前記複屈折素子は、前記光学系の瞳の近傍に配置されて光軸に関してほぼ回転対称な内部応力を有する光透過部材を有し、
   前記光透過部材には、ほぼ円偏光状態の光束が入射することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
7. 前記旋光素子は、入射角のばらつきが１０度以内である光束が入射する位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
8. 前記旋光素子は、前記レンズ開口内の偏光状態を約４５度回転させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
9. 前記光学系は、第１面の像を第２面上に形成するための投影光学系を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
10. 前記投影光学系は、前記第１面側にほぼテレセントリックに構成され、
    前記複屈折素子は、前記第１面側にほぼテレセントリックな光路中に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の光学系。
11. 前記光学系は、被照射面をほぼテレセントリックに照明するための照明光学系を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
12. 前記複屈折素子は、前記照明光学系の光路中において、前記被照射面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の光学系。
13. 前記光学系は、第１面をほぼテレセントリックに照明するための照明光学系と、前記第１面の像を第２面上に形成するための投影光学系とを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
14. 前記複屈折素子は、前記照明光学系の光路中に配置され、
    前記旋光素子は、前記投影光学系の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の光学系。
15. 前記複屈折素子は、前記照明光学系の光路中において、前記第１面の近傍、あるいは前記第１面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
16. 直線複屈折性と旋光性とを有する光学材料により形成され且つ光学軸が光軸とほぼ平行に配置された複屈折旋光素子を備え、
    前記複屈折旋光素子には、ほぼ円偏光状態の光束が入射することを特徴とする光学系。
17. 前記複屈折旋光素子は、ほぼ球面波の光束が入射する位置に配置され、入射光束の外周領域の光束をレンズ開口においてほぼ円周方向に振動するほぼ直線偏光状態の光束に変換するための所要の厚さを有することを特徴とする請求項１６に記載の光学系。
18. 前記複屈折旋光素子は、右廻りの旋光性を有する光学材料により形成された第１光透過部材と、左廻りの旋光性を有する光学材料により形成された第２光透過部材とを有することを特徴とする請求項１６または１７に記載の光学系。
19. 前記光学系は、第１面の像を第２面上に形成するための投影光学系を有することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の光学系。
20. 前記投影光学系は、前記第１面側にほぼテレセントリックに構成され、
    前記複屈折旋光素子は、前記第１面側にほぼテレセントリックな光路中に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の光学系。
21. 前記投影光学系は、前記第２面側にほぼテレセントリックに構成され、
    前記複屈折旋光素子は、前記第２面側にほぼテレセントリックな光路中に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の光学系。
22. 前記光学系は、被照射面をほぼテレセントリックに照明するための照明光学系を有することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の光学系。
23. 前記複屈折旋光素子は、前記照明光学系の光路中において、前記被照射面の近傍、あるいは前記被照射面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の光学系。
24. 前記照明光学系は、所定の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成し、
    前記二次光源の前記所定の光強度分布は、前記照明瞳上の領域であって光軸を含む瞳中心領域での光強度が該瞳中心領域の周囲の領域での光強度よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１１乃至１５、２２および２３のいずれか１項に記載の光学系。
25. 前記二次光源の前記所定の光強度分布は、輪帯状または多極状の光強度分布を有することを特徴とする請求項２４に記載の光学系。
26. 請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光学系を備え、該光学系を介してマスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
27. 転写用のパターンを、請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光学系を介して、感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法。
28. 転写用のパターンを、請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光学系を介して、感光性基板上に露光することを特徴とするデバイスの製造方法。
29. 前記光学系はリソグラフィー用光学系であることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の光学系。

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