JPWO2004051717A1 - 照明光学装置、露光装置および露光方法 - Google Patents

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

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ー工程で製造するための露光装置に関する。

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σ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ったり、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。

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、前記デポラライザは、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、前記デポラライザは、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、前記デポラライザは、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挿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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜１００＞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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜１００＞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＜１１１＞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｛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｛１１０｝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＜１００＞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Ｓ１成分は、０．６≦｜Ｓ１｜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ータのＳ１成分およびＳ２成分は、｜Ｓ１｜≦０．１，｜Ｓ２｜≦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、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ー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１／４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１／２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Ｓ１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１／４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１／２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ークスパラメータＳ１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ームスプリッターへの前記入射光の偏光状態を検出する。この場合、前記ビームスプリッターは、前記反射光または前記透過光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値σｏは、０．７≦σｏ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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値をσｏ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φｉと前記瞳面の直径φｉとの比φｉ／φｐとして定義される値をσｉとするとき、０．５≦σｉ／σｏ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、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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜１００＞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＜１１１＞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｛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｛１１０｝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＜１００＞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１／２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ータＳ１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１／４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１／２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ークスパラメータＳ１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１／４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φｐとの比φ／φｐ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。
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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値σｏは、０．７≦σｏ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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値をσｏ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φｉと前記瞳面の直径φｉとの比φｉ／φｐとして定義される値をσｉとするとき、０．５≦σｉ／σｏ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ポ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１０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１０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１１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１１形態の好ましい態様によれば、前記第４工程では、前記マスクのパターン特性に応じて前記光の偏光状態を変更する。また、第１１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１２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タとを備え、
前記オプティカルインテグレータは、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ていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
第１２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１２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ア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。また、第１２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アレイの第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２ｍｍ以下のピッチを有する。
本発明の第１３形態では、第１２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１４形態では、第１２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。

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２Ａ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２Ｂ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３Ａ図および第３Ｂ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ポ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、変形例にかかるデポ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ッチングユニットの内部構成を概略的に示す図である。
第１０図は、蛍石の結晶方位について説明する図である。
第１１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１２図は、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。
第１３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ャートである。
第１４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１５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１６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１７図は、第１６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１８図は、第１１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１９図は、１／４波長板の結晶光学軸を−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２１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ーの出力コントラストの変化を示す図である。
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、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２３図は、第１図や第１６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２４図は、第２３図においてア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２５図は、第２３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２６図は、第２３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２７図は、第２３図においてア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２８図は、第２３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２９図は、第２３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３０図は、第２３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。

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、ウェハ面内において第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。レーザ光源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２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、第１図の紙面内（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１０、デポラライザ（非偏光化素子）２０、および回折光学素子４を介して、アフォーカルズームレンズ５に入射する。位相部材１０およびデポラライザ２０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、ア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。アフォーカルズームレンズ５は、アフォーカル系（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。ア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。アフォーカルズームレンズ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、ア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、そのファーフィー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、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１やＸ方向２極照明用の回折光学素子６２やＹ方向２極照明用の回折光学素子６３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６０、円形照明用の回折光学素子６１、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子６２、およびＹ方向２極照明用の回折光学素子６３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インテグレータである。
上述したように、回折光学素子４を介してア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、ア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インテグレータを構成している。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ＡＸ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とマイクロレンズアレイ８の入射面とを実質的にフーリエ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２Ａ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。
マイクロレンズアレイ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。
本実施形態では、ア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ＡＸからの距離）ｄ０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）ｗ０だけが変化する。すなわち、ア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／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ｄ０およびその幅ｗ０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、ア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６０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６０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６０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、第２Ｂ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、ア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、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）Ｄｏ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Ｄｉ／４つの円形状の面光源に外接する円の直径Ｄｏ）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、ア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６０に代えて円形照明用の回折光学素子６１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、アフォーカルズームレンズ５には光軸ＡＸに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ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ＡＸに沿ってアフォーカルズームレンズ５から射出され、回折光学素子６１に入射する。
ここで、円形照明用の回折光学素子６１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６１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ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面にも、光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、ア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、６０または６１に代えて回折光学素子６２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６２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６２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ＡＸ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３Ａ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Ｘ方向に沿った２極状の二次光源が形成される。
また、回折光学素子６、６０、６１または６２に代えて回折光学素子６３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６３は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、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６３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ＡＸ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３Ｂ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、ア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）ｄｏ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ｄｉ／２つの円形状の面光源に外接する円の直径ｄｏ）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、ア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、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ポ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１０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た１／２波長板により構成されている。一方、デポラライザ２０は、楔形状の水晶プリズム２０ａと、この水晶プリズム２０ａと相補的な形状を有する楔形状の石英プリズム２０ｂとにより構成されている。水晶プリズム２０ａと石英プリズム２０ｂ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。レーザ光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源またはＡｒＦ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９５％以上の偏光度を有するため、１／２波長板１０にはほぼ直線偏光の光が入射する。
１／２波長板１０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１０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１０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１０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、水晶プリズム２０ａ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２０ａ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、デポラライザ２０が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズム２０ａ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２０ａ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２０ａ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１０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１０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。
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１０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１／２波長板１０に入射するものとする。デポラライザ２０を照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板１０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９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０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２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａ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２０ａ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２０ａ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２０ｂを介して、非偏光状態でマスクＭ（ひいてはウェハＷ）を照明する。一方、１／２波長板１０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４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射したＰ偏光（Ｚ方向偏光）の光は偏光面が９０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２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａ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２０ａ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２０ｂを介して、非偏光状態でマスクＭを照明する。
これに対し、デポラライザ２０を照明光路から退避させた場合、１／２波長板１０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９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０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、１／２波長板１０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４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０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、デポラライザ２０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、デポラライザ２０を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１０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９０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、デポラライザ２０を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１０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４５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、１／２波長板１０とデポラライザ２０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。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上のノンクリティカルレイヤ（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、これは一例であって、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、ウェハＷに対してＰ偏光の光線が斜入射する場合とウェハ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く、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１／２波長板１０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ポラライザ２０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、デポラライザ２０を光源側に配置し且つ１／２波長板１０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２０ａを介した光の進行方向を補償するためのコンペンセータとして石英プリズム２０ｂを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、ＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレー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ータ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ポラライザ２０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変形例ではデポラライザ２０を構成する水晶プリズム２０ａと石英プリズム２０ｂとが一体的に光軸ＡＸ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２０ａの結晶光学軸が光軸ＡＸ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１０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９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０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２０ａに入射する。このとき、水晶プリズム２０ａ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４５度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２０ａ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２０ｂ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２０ａ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９０度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２０ａ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２０ｂ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、１／２波長板１０の結晶光学軸が入射するＰ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１０に入射したＰ偏光（Ｚ方向偏光）の光は偏光面が９０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２０ａに入射する。このとき、水晶プリズム２０ａ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４５度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２０ａ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２０ｂ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２０ａ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９０度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２０ａ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２０ｂ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、１／２波長板１０の光軸ＡＸ廻りの回転と水晶プリズム２０ａの光軸ＡＸ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、１／２波長板１０を光源側に配置し且つデポラライザ２０をマスク側に配置しているが、デポラライザ２０を光源側に配置し且つ１／２波長板１０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ポラライザ２０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２０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２０ａ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９０度の角度をなすように位置決めされている。したがって、１／２波長板１０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９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０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２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａ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９０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２０ａ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２０ｂ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１０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４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１０に入射したＰ偏光（Ｚ方向偏光）の光は偏光面が９０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２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａ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９０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２０ａ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２０ｂ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、１／２波長板１０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２２．５度の角度をなすように設定すると、前述したように、１／２波長板１０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９０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２０ａに入射する。水晶プリズム２０ａ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９０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２０ａ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２０ｂ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、デポラライザ２０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１０を光軸ＡＸ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１０を光源側に配置し且つデポラライザ２０をマスク側に配置しているが、デポラライザ２０を光源側に配置し且つ１／２波長板１０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１／２波長板１０とデポラライザ２０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ＡＸを中心として回転自在なデポラライザ２０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２０ａ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４５度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２０ａ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２０ｂ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２０ａ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９０度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２０ａ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２０ｂ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２０ａを光軸ＡＸ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、デポラライザ２０を光軸ＡＸ廻りに回転自在に構成するとともに照明光路に対して挿脱自在に構成し、デポラライザ２０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、変形例にかかるデポ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、デポラライザ２０が水晶プリズム２０ａ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、偏光ビームスプリッター２１ａと反射系（２１ｂ〜２１ｅ）とによりデポラライザ２１を構成することもできる。第８図を参照すると、デポラライザ２１は、照明光路中に配置された偏光ビームスプリッター２１ａを備えている。偏光ビームスプリッター２１ａに入射した光のうち、偏光ビームスプリッター２１ａ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２１ａを透過する。
一方、偏光ビームスプリッター２１ａ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、偏光ビームスプリッター２１ａで反射された後、４つの反射鏡２１ｂ〜２１ｅ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ームスプリッター２１ａに戻る。ここで、反射系（２１ｂ〜２１ｅ）は、偏光ビームスプリッター２１ａを透過したＰ偏光の光の光路と偏光ビームスプリッター２１ａ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２１ａを透過したＰ偏光の光と偏光ビームスプリッター２１ａ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ポラライザ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（２１ｂ〜２１ｅ）の光路長だけ遅延される。
偏光ビームスプリッター２１ａと反射系（２１ｂ〜２１ｅ）とにより構成されたデポラライザ２１は、水晶プリズム２０ａと石英プリズム２０ｂとにより構成されたデポラライザ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変形例におけるデポラライザ２０を、第８図の変形例にかかるデポラライザ２１で置換することができる。すなわち、第４図の実施形態にデポラライザ２１を適用する場合、偏光ビームスプリッター２１ａと反射系（２１ｂ〜２１ｅ）とを、照明光路に対して一体的に挿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変形例にデポラライザ２１を適用する場合、偏光ビームスプリッター２１ａと反射系（２１ｂ〜２１ｅ）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変形例にデポラライザ２１を適用する場合、偏光ビームスプリッター２１ａと反射系（２１ｂ〜２１ｅ）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ポラライザ２１では、反射系（２１ｂ〜２１ｅ）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を照明するレーザ光のコヒーレンシィ（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ターと反射系とを備えて本発明に適用可能なデポラライ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１１−１７４３６５号公報、特開平１１−３１２６３１号公報、特開２０００−２２３３９６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ユニットの内部構成を概略的に示す図である。第９図に示すビームマッチングユニットＢＭＵにおいて、レーザ光源１（例えばＫｒＦエキシマレーザ光源またはＡｒＦエキシマレーザ光源）から供給された平行ビームは、一対の偏角プリズム３１および平行平面板３２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３１のうちの少なくとも一方は、光軸ＡＸ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３１を光軸ＡＸ廻りに相対回転させることにより、光軸ＡＸ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３１は、レーザ光源１から供給された平行ビームの光軸ＡＸ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３２は、光軸ＡＸ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３２を各軸線廻りに回転させて光軸ＡＸに対して傾斜させることにより、平行ビームを光軸ＡＸ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３２は、レーザ光源１から供給された平行ビームを光軸ＡＸ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３１および平行平面板３２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３３に入射する。
裏面反射鏡としての第１直角プリズム３３によっ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３４〜第５直角プリズム３７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３８に入射する。第９図に示すように、第２直角プリズム３４〜第５直角プリズム３７は、第１直角プリズム３３によって鉛直方向に偏向されて第６直角プリズム３８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３９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３８によって水平方向に偏向されたビームは、ハーフミラー４０に入射する。ハーフミラー４０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とデポラライザ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（ひいてはオプティカルインテグレータとしての回折光学素子４に入射する）平行ビームの光軸ＡＸ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ＡｒＦ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２０ａ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_１ａ_２ａ_３に基づいて規定される。すなわち、結晶軸＋ａ_１に沿って結晶方位［１００］が、結晶軸＋ａ_２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_１ａ_３平面において結晶方位［１００］および結晶方位［００１］と４５度をなす方向に結晶方位［１０１］が、ａ_１ａ_２平面において結晶方位［１００］および結晶方位［０１０］と４５度をなす方向に結晶方位［１１０］が、ａ_２ａ_３平面において結晶方位［０１０］および結晶方位［００１］と４５度をなす方向に結晶方位［０１１］がそれぞれ規定される。さらに、結晶軸＋ａ_１、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［１１１］が規定される。第１０図では、結晶軸＋ａ_１、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［１１１］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［１１０］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［ｕｖｗ］である場合は、［ｕｗｖ］、［ｖｕｗ］、［ｖｗｕ］、［ｗｕｖ］、［ｗｖｕ］、［−ｕｖｗ］、［−ｕｗｖ］、［−ｖｕｗ］、［−ｖｗｕ］、［−ｗｕｖ］、［−ｗｖｕ］、［ｕ−ｖｗ］、［ｕ−ｗｖ］、［ｖ−ｕｗ］、［ｖ−ｗｕ］、［ｗ−ｕｖ］、［ｗ−ｖｕ］、［ｕｖ−ｗ］、［ｕｗ−ｖ］、［ｖｕ−ｗ］、［ｖｗ−ｕ］、［ｗｕ−ｖ］、［ｗｖ−ｕ］、［−ｕ−ｖｗ］、［−ｕ−ｗｖ］、［−ｕｖ−ｗ］、［−ｕｗ−ｖ］、［−ｖ−ｕｗ］［−ｖ−ｗｕ］、［−ｖｕ−ｗ］［−ｖｗ−ｕ］、［−ｗ−ｕｖ］、［−ｗ−ｖｕ］、［−ｗｕ−ｖ］、［−ｗｖ−ｕ］、［ｕ−ｖ−ｗ］、［ｕ−ｗ−ｖ］、［ｖ−ｕ−ｗ］、［ｖ−ｗ−ｕ］、［ｗ−ｕ−ｖ］、［ｗ−ｖ−ｕ］、［−ｕ−ｖ−ｗ］、［−ｕ−ｗ−ｖ］、［−ｖ−ｕ−ｗ］、［−ｖ−ｗ−ｕ］、［−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［ｕｖｗ］およびこれと結晶構造上等価な結晶方位を結晶方位＜ｕｖｗ＞と表記している。また、結晶方位［ｕｖｗ］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（ｕｖｗ）およびこれと結晶構造上等価な結晶面を結晶面｛ｕｖｗ｝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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜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（２ａ，２ｂ）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＜１１１＞または結晶方位＜１００＞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＜１１１＞または結晶方位＜１００＞にほぼ沿って透過するので、レンズ成分（２ａ，２ｂ）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＜１１１＞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｛１１０｝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＜１００＞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に沿っ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＜１１１＞と結晶方位＜１１０＞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＜１１０＞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＜１１１＞にほぼ一致させると、すなわちその光学面を結晶面｛１１１｝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＜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＜１１０＞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３２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４２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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜１００＞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４２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っ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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜１００＞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ＢＭＵには、複数（第９図では例示的に６つ）の直角プリズム３３〜３８が配置されている。一般に、レーザ光源１がＫｒＦエキシマレーザ光源であってもＡｒＦエキシマレーザ光源であっても、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４２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１１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ＡＸ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１１を、偏光状態切換手段４２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１／４波長板１１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１１を配置しているが、１／２波長板１０のマスク側（図中右側）に１／４波長板１１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ＵＳ２００２／０１６３７４１Ａ号（あるいはＷＯ０２／１６９９３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１４２ａおよび１４２ｂを形成し、２つの面光源１４２ａと１４２ｂ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Ｆ１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１４２ａと１４２ｂ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≦σｏ （１）
条件式（１）において、σｏはφｏ／φｐ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、φｏは光軸ＡＸを中心として２つの面光源１４２ａおよび１４２ｂに外接する外接円の直径であり、φｐは瞳面１４３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１４２ａと１４２ｂ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≦σｉ／σｏ （２）
条件式（２）において、σｉはφｉ／φｐとして定義される値（通称、内側σ）であり、σｏは上述したようにφｏ／φｐとして定義される外側σである。ここで、第１４図に示すように、φｉは、光軸ＡＸを中心として２つの面光源１４２ａおよび１４２ｂ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Ｆ２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ト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／φｐとして定義される値（通称、σ値）である。ここで、第１５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、φｐは上述したように瞳面１５３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ークスパラメータのＳ１成分は、次の条件式（４）を満足することが好ましい。
０．６≦｜Ｓ１｜ （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ータのＳ１成分およびＳ２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。
｜Ｓ１｜≦０．１ （５）
｜Ｓ２｜≦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１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦ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、６５ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンの６％ハーフトーンレチクル（マスク誤差±２ｎｍ）を用い、第１４図に示す２極照明においてσｏを０．９３に設定し、かつσｉを０．７３に設定（すなわち各々の面光源のσを０．２に設定）したとき、露光量誤差を２％、線幅誤差を±１０％とすると、非偏光状態の場合の焦点深度ＤＯＦ（１６６ｎｍ）を、縦方向パターンに関して焦点深度ＤＯＦ（２０２ｎｍ）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（｜Ｓ１｜＝０．８）と偏光度１．０（｜Ｓ１｜＝１．０）との間で線幅差は０．２ｎｍ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２ｎｍ以内に抑えることができる（光源の波長を１９３ｎｍ、投影光学系ＰＬの像側開口数を０．７８とし、５０ｎｍ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σ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０．７ｎｍ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Ｍ（ひいてはウェハ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１６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１６図の変形例にかかる露光装置では、マイクロレンズアレイ８とマスクＭ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、ビームスプリッター５１およびコンデンサー光学系９ａを介した後、マスクブラインドＭＢ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ＭＢ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、ビームスプリッター５１を内蔵する偏光モニター５０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ＭＢの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系９ｂ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。こうして、結像光学系９ｂは、マスクブラインドＭＢ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１６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１０およびデポラライザ２０）に代えて、第１１図に示す構成の偏光状態切換手段（１／４波長板１１、１／２波長板１０、およびデポラライザ２０）が配置されている。後述するように、偏光モニター５０の出力は制御部７０に供給される。また、制御部７０は駆動系７１を介して偏光状態切換手段（１１，１０，２０）を駆動する。なお、第１１図に示す構成の偏光状態切換手段において、１／２波長板１０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１７図は、第１６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１７図を参照すると、偏光モニター５０は、マイクロレンズアレイ８とコンデンサー光学系９ａとの間の光路中に配置された第１ビームスプリッター５１を備えている。第１ビームスプリッター５１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５１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５２に入射する。第２ビームスプリッター５２は、第１ビームスプリッター５１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５１に対するＰ偏光が第２ビームスプリッター５２に対するＳ偏光になり、且つ第１ビームスプリッター５１に対するＳ偏光が第２ビームスプリッター５２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５２を透過した光は第１光強度検出器５３により検出され、第２ビームスプリッター５２で反射された光は第２光強度検出器５４により検出される。第１光強度検出器５３および第２光強度検出器５４の出力は、それぞれ制御系７０に供給される。また、前述したように、制御系７０は、駆動系７１を介して、偏光状態切換手段を構成する１／４波長板１１、１／２波長板１０およびデポラライザ２０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５１および第２ビームスプリッター５２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５０では、第１ビームスプリッター５１からの反射光が、例えば第１ビームスプリッター５１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５１に対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター５２に対するＰ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター５１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５１に対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター５２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５２からの反射光は、例えば第１ビームスプリッター５１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５１に対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター５２に対するＳ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター５１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５１に対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター５２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５０では、第１ビームスプリッター５１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５２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５３の出力（第２ビームスプリッター５２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５１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５１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５０では、第１ビームスプリッター５１に対するＰ偏光が第２ビームスプリッター５２に対するＳ偏光になり且つ第１ビームスプリッター５１に対するＳ偏光が第２ビームスプリッター５２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５４の出力（第１ビームスプリッター５１および第２ビームスプリッター５２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５１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５１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５０を用いて、第１ビームスプリッター５１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７０が偏光モニター５０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７１を介して偏光状態切換手段を構成する１／４波長板１１、１／２波長板１０およびデポラライザ２０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５０と制御系７０と駆動系７１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（１１，１０，２０）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、偏光モニター５０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５０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ビームスプリッター５１からの反射光が第１光強度検出器５３に直接入射するように構成すれば、第１光強度検出器５３の出力が第２ビームスプリッター５２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ビームスプリッター５１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１７図に示す構成に限定されることなく、偏光モニター５０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１１と１／２波長板１０とデポラライザ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とデポラライザ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およびデポラライザ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ビームスプリッター５１への入射光の偏光状態を高精度に検知するには、第１ビームスプリッター５１および第２ビームスプリッター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ビームスプリッター５１の反射光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞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ームスプリッターを使用し、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ーを用い、当該ビームスプリッター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ター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、当該ビームスプリッターの反射光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞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（１１，１０，２０）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１１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、１／２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１１図の偏光状態切換手段（１１，１０，２０）を例にとって、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１／２波長板と１／４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１１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１８図を参照すると、本実施形態の調整方法では、デポラライザ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１／２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−４５度の角度位置に初期設定する（Ｓ１１）。次いで、１／４波長板１１の結晶光学軸を−４５度の標準角度位置に固定した状態で、１／２波長板１０の結晶光学軸を−４５度の標準角度位置から＋４５度の角度位置まで例えば＋５度づつ回転させながら、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ー５０の出力を採取する（Ｓ１２）。
第１９図は、１／４波長板の結晶光学軸を−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１／２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（ストークスパラメータＳ１成分の値）を示している。さらに、１／４波長板１１の結晶光学軸を−４５度の標準角度位置から＋４５度の角度位置まで例えば＋１５度づつ回転させた各角度位置状態において、１／２波長板１０の結晶光学軸を−４５度の標準角度位置から＋４５度の角度位置まで例えば＋５度づつ回転させながら、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ー５０の出力を採取する（Ｓ１３）。
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１１の結晶光学軸が−４５度の標準角度位置にある状態、ｂは１／４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１／４波長板１１の結晶光学軸が−１５度の角度位置にある状態、ｄは１／４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１１の結晶光学軸が＋１５度の角度位置にある状態、ｆは１／４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１／４波長板１１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１／２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、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ー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１１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（ストークスパラメータＳ１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１／４波長板１１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、コントラスト＝（最大値−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２１図において出力コントラストが最も大きくなるように１／４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１１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、１／４波長板１１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１／４波長板１１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（Ｓ１４）。
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、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２２図において、横軸は１／２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ー５０の出力が最大または最小になるように１／２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１／２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の出力変化を参照し、出力が最大または最小になるときの１／２波長板１０の結晶光学軸の角度位置（第２２図によれば約−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（Ｓ１５）。
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１／４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（Ｓ１６）。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１／２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２３図は、第１図や第１６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２３図の変形例にかかる露光装置は第１６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１６図に示す露光装置との相違点に着目して、第２３図の変形例の構成および作用を説明する。第２３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４ａを介した光束が、アフォーカルレンズ（リレー光学系）８５に入射する。アフォーカルレンズ８５は、その前側焦点位置と回折光学素子４ａ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８６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。
したがって、回折光学素子４ａに入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ８５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８５から射出される。なお、アフォーカルレンズ８５の前側レンズ群８５ａと後側レンズ群８５ｂ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８７、第１シリンドリカルレンズ対８８、および第２シリンドリカルレンズ対８９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８７、第１シリンドリカルレンズ対８８、および第２シリンドリカルレンズ対８９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８５を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ（変倍光学系）９０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レンズアレイ８に入射する。所定面８６の位置はズームレンズ９０の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロレンズアレイ８の入射面はズームレンズ９０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９０は、所定面８６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、ひいてはアフォーカルレンズ８５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、アフォーカルレンズ８５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９０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アレイ８への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。
第２４図は、第２３図においてア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８７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８７ａ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８７ｂとから構成されている。
そして、第１プリズム部材８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８７ｂ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８７ａおよび第２プリズム部材８７ｂ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８７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８７ｂ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８７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８７ｂ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８７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８７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８７ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系８７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８７の間隔の変化に伴って、所定面８６への入射光束の角度は変化する。
第２５図は、第２３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２３図の変形例の輪帯照明では、円錐アキシコン系８７の間隔が零で且つズームレンズ９０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１３０ａが、円錐アキシコン系８７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１３０ｂに変化する。換言すると、円錐アキシコン系８７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２６図は、第２３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２３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１３０ａが、ズームレンズ９０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１３０ｃに変化する。換言すると、ズームレンズ９０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２７図は、第２３図においてア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２７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８８および第２シリンドリカルレンズ対８９が配置されている。第１シリンドリカルレンズ対８８は、光源側から順に、たとえばＹＺ平面内に負屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル負レンズ８８ａと、同じくＹＺ平面内に正屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル正レンズ８８ｂ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８９は、光源側から順に、たとえばＸＹ平面内に負屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル負レンズ８９ａと、同じくＸＹ平面内に正屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル正レンズ８９ｂとにより構成されている。第１シリンドリカル負レンズ８８ａと第１シリンドリカル正レンズ８８ｂとは、光軸ＡＸ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８９ａと第２シリンドリカル正レンズ８９ｂとは、光軸ＡＸ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２７図に示す状態において、第１シリンドリカルレンズ対８８はＺ方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能し、第２シリンドリカルレンズ対８９はＸ方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能する。第２３図の変形例では、第１シリンドリカルレンズ対８８のパワーと第２シリンドリカルレンズ対８９のパワーとが互いに同じに設定されている。
第２８図〜第３０図は、第２３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２８図では、第１シリンドリカルレンズ対８８のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに＋４５度の角度をなし、第２シリンドリカルレンズ対９のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに−４５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８８のパワー方向と第２シリンドリカルレンズ対８９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８８と第２シリンドリカルレンズ対８９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２８図に示す真円状態では、第１シリンドリカルレンズ対８８と第２シリンドリカルレンズ対８９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２９図では、第１シリンドリカルレンズ対８８のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば＋８０度の角度をなし、第２シリンドリカルレンズ対８９のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば−８０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８８と第２シリンドリカルレンズ対８９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２９図に示す横楕円状態では、第１シリンドリカルレンズ対８８と第２シリンドリカルレンズ対８９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３０図では、第１シリンドリカルレンズ対８８のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば＋１０度の角度をなし、第２シリンドリカルレンズ対８９のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば−１０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８８と第２シリンドリカルレンズ対８９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３０図に示す縦楕円状態では、第１シリンドリカルレンズ対８８と第２シリンドリカルレンズ対８９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８８および第２シリンドリカルレンズ対８９を第２８図に示す真円状態と第２９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８８および第２シリンドリカルレンズ対８９を第２８図に示す真円状態と第３０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２３図の変形例では、輪帯照明用の回折光学素子４ａ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２３図乃至第３０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／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／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９ａ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図中のコンデンサー光学系９ａ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ＵＳ２００３／００２５８９０Ａ、本明細書では米国特許公開ＵＳ２００３／００２５８９０Ａ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ＵＳ２００３／００６７５９１Ａ、本明細書では米国特許公開ＵＳ２００３／００６７５９１Ａ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っ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っ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２００２−１００５６１号公報（米国特許公開ＵＳ２００３／００２５８９０Ａ）や特開２００３−９２２５３号公報（米国特許公開ＵＳ２００３／００６７５９１Ａ）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−光学系９、第１６図、第２３図中のコンデンサ−光学系９ａ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（デポラライザ挿脱、１／２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び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、オプティカルインテグレータとして、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ロレンズアレイ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ロレンズアレイを用いても良い。この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ア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アレイ板を光軸方向に沿っ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アレイの第１方向に沿ったピッチと第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２ｍｍ以下のピッ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アレイの各屈折面が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２ｍｍ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場合には、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アレイは、本願出願人による特願２００２−１５２６３４号明細書および図面（およびこれに対応する、２００３年５月２７日に米国出願された米国特許出願第４４５，０２２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４４５，０２２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１２図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第１２図のステップ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、第１３図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。第１３図において、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、第１図の実施形態では、コンデンサー光学系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１６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、コンデンサー光学系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Ｆ_２レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ_２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、特開平１０−１６３０９９号公報、特開平１０−２１４７８３号公報、特表２０００−５０５９５８号公報等に開示されているように、ウェハ等の被処理基板を別々に載置してＸＹ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波長板とデポラライザ（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 (60)

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１／２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、
   前記デポラライザは、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、
   前記デポラライザは、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、
   前記デポラライザは、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挿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１／４波長板を有することを特徴とする照明光学装置。
10. 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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜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＜１１０＞よりも結晶方位＜１１１＞または結晶方位＜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１１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＜１１１＞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１１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｛１１０｝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１１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＜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。
15. 請求の範囲第１項乃至第１４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。
16. 請求の範囲第１５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。
17. 請求の範囲第１５項または第１６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。
18. 請求の範囲第１項乃至第１７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Ｓ１成分は、
    ０．６≦｜Ｓ１｜
    の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。
19. 請求の範囲第１項乃至第１８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ータのＳ１成分およびＳ２成分は、
    ｜Ｓ１｜≦０．１
    ｜Ｓ２｜≦０．１
    の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。
20. 請求の範囲第１項乃至第１９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。
21. 請求の範囲第２０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。
22. 請求の範囲第２１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１／２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ー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１／４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１／２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。
23. 請求の範囲第２２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Ｓ１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１／４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１／２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ークスパラメータＳ１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。
24. 請求の範囲第２１項乃至第２３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ームスプリッターと、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ームスプリッター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。
25. 請求の範囲第２４項に記載の照明光学装置において、
    前記ビームスプリッターは、前記反射光または前記透過光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞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徴とする照明光学装置。
26. 請求の範囲第１項乃至第２５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。
27. 請求の範囲第２６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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値σｏは、
    ０．７≦σｏ
    の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。
28. 請求の範囲第２６項または第２７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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値をσｏ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φｉと前記瞳面の直径φｉとの比φｉ／φｐとして定義される値をσｉとするとき、
    ０．５≦σｉ／σｏ
    の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。
29. 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。
30. 請求の範囲第２９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とを特徴とする照明光学装置。
31. 請求の範囲第３０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。
32. 請求の範囲第２９項乃至第３１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。
33. 請求の範囲第３２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。
34. 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１／２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。
35. 請求の範囲第３４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ークスパラメータＳ１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１／４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１／２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ークスパラメータＳ１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。
36. 請求の範囲第３４項または第３５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１／４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。
37. 請求の範囲第１項乃至第３３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３４項乃至第３６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。
38. 請求の範囲第３７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。
39. 請求の範囲第３８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。
40. 請求の範囲第３９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。
41. 請求の範囲第３９項または第４０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ことを特徴とする露光装置。
42. 請求の範囲第３９項または第４０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。
43. 請求の範囲第４２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φｐとの比φ／φｐとして定義される値σは、
    σ≦０．４
    の条件を満足することを特徴とする露光装置。
44. 請求の範囲第１項乃至第３３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３４項乃至第３６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。
45. 請求の範囲第４４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。
46. 請求の範囲第４５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。
47. 請求の範囲第４６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とを特徴とする露光方法。
48. 請求の範囲第４７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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値σｏは、
    ０．７≦σｏ
    の条件を満足することを特徴とする露光方法。
49. 請求の範囲第４７項または第４８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φｏと前記瞳面の直径φｐとの比φｏ／φｐとして定義される値をσｏ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φｉと前記瞳面の直径φｉとの比φｉ／φｐとして定義される値をσｉとするとき、
    ０．５≦σｉ／σｏ
    の条件を満足することを特徴とする露光方法。
50. 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ポ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。
51. 請求の範囲第５０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。
52. 請求の範囲第５０項または第５１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徴とする露光方法。
53. 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。
54. 請求の範囲第５３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。
55. 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タとを備え、
    前記オプティカルインテグレータは、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ていることを特徴とする照明光学装置。
56. 請求の範囲第５５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を特徴とする照明光学装置。
57. 請求の範囲第５６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ア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。
58. 請求の範囲第５５項乃至請求の範囲第５７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アレイの第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２ｍｍ以下のピッチを有することを特徴とする照明光学装置。
59. 請求の範囲第５５項乃至請求の範囲第５８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。
60. 請求の範囲第５５項乃至請求の範囲第５８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、
    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。

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