WO2011158912A1 - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

　実施形態の一つは、偏光変換部材の後続光学系によるリターデーションの影響を小さく抑えて、所要の偏光状態の光で被照射面を照明することのできる照明光学系に関する。一実施形態によれば、光源（ＬＳ）からの光により被照射面（Ｍ）を照明する照明光学系（１～１２）は、入射光の偏光状態を変換して、照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材（５Ａ）と、偏光変換部材よりも被照射面側の光路中に配置されて、偏光変換部材と被照射面との間の後続光学系によるリターデーションの影響を低減するために、瞳強度分布を形成する光のうちの第１方向に偏光した直線偏光の光が所要の楕円偏光の光に変換され、且つ第１方向と斜めに交差する第２方向（Ｘ方向またはＹ方向）に偏光した直線偏光の光の偏光状態が維持されるように通過させる位相変調部材（５Ｂ）とを備えている。

Description

照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法

　発明の一実施形態は、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、該一実施形態は、例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等の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好適な照明光学系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（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。

　二次光源からの光は、コンデンサー光学系により集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは高度に微細化されており、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。

　近年、任意方向の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に輪帯状の二次光源（輪帯状の瞳強度分布）を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

国際公開第２００５／０７６０４５号パンフレット 米国特許第６９１３３７３号公報 欧州特許公開第７７９５３０号公報（特表平１０－５０３３００号公報に対応） 米国特許第６,９００,９１５号公報（特開２００４－７８１３６号公報に対応） 米国特許第７,０９５,５４６号公報（特表２００６－５２４３４９号公報に対応） 特開２００６－１１３４３７号公報 米国特許出願公開第２００９／００７３４１１号公報、 米国特許出願公開第２００９／００９１７３０号公報、 米国特許出願公開第２００９／０１０９４１７号公報、 米国特許出願公開第２００９／０１２８８８６号公報、 米国特許出願公開第２００９／００９７０９４号公報、 米国特許出願公開第２００９／００９７００７号公報、 米国特許出願公開第２００９／０１８５１５４号公報、 米国特許出願公開第２００９／０１１６０９３号公報 国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット 特開平６－１２４８７３号公報 特開平１０－３０３１１４号公報 特開２００２－３５３１０５号公報 特開２００４－３０４１３５号公報、 米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報（国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットに対応）

鶴田匡夫、「応用光学II」、１６７頁、培風館（１９９０）

　上記特許文献１に記載された従来技術では、例えば旋光性を有する偏光変換部材を用いて、その直後の照明瞳に所望の周方向偏光状態を生成している。しかしながら、偏光変換部材よりも下流側の光路中に配置された後続光学系によるリターデーションの影響により、感光性基板上では所要の周方向偏光状態で光が結像しなくなり、ひいてはマスクのパターン像を所要のコントラストで感光性基板上に形成することが困難である。

　本実施形態は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、偏光変換部材の後続光学系によるリターデーションの影響を小さく抑えて、所要の偏光状態の光で被照射面を照明することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本実施形態は、所要の偏光状態の光で被照射面のパターンを照明する照明光学系を用いて、パターンを感光性基板上に所要のコントラストで結像させることのできる露光装置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、第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、
  前記照明光学系の光路に配置可能であり、入射光の偏光状態を変換して、前記照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材と、
  前記照明光学系の光路に配置可能であり、前記偏光変換部材と前記被照射面との間の後続光学系によるリターデーションの影響を低減するために、前記瞳強度分布を形成する光のうちの第１方向に偏光した直線偏光の光が所要の楕円偏光の光に変換され、且つ前記第１方向と斜めに交差する第２方向に偏光した直線偏光の光の偏光状態が維持されるように通過させる位相変調部材と、
を備えた照明光学系を提供する。

　第２形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、
  前記照明光学系の光路に配置可能であり、入射光の偏光状態を変換して、前記照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材と、
  前記照明光学系の光路に配置可能であって、前記偏光変換部材と前記被照射面との間の後続光学系によるリターデーションの影響を低減するために、前記後続光学系中の平面状の反射面に対するｐ偏光の偏光方向およびｓ偏光の偏光方向と斜めに交差する第３方向に偏光した直線偏光の光を所要の楕円偏光の光に変換し、且つ前記ｐ偏光の偏光方向およびｓ偏光の偏光方向と斜めに交差する第４方向に偏光した直線偏光の光を所要の楕円偏光の光に変換する位相変調部材と、
を備える照明光学系を提供する。

　第３形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、
  前記照明光学系の光路に配置可能であり、入射光の偏光状態を変換して、前記照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材と、
  平面状の反射面を有する第１の光路折り曲げミラーと、
  前記照明光学系の光路に配置可能であり、前記第１の光路折り曲げミラーの前記光源側に配置される光学系の光軸と、前記第１の光路折り曲げミラーの前記被照射面側に配置される光学系の光軸とを含む平面に沿った方向または該沿った方向と直交する方向に光学軸が設定された波長板と、
を備えた照明光学系を提供する。

　第４形態では、所定のパターンを照明するための第１～第３形態のいずれかの照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

　第５形態では、第４形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
  前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
  前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

　本実施形態にしたがう照明光学系では、偏光変換部材の直後に配置された位相変調部材が、斜め偏光の光を所要の楕円偏光の光に変換し、且つ縦偏光または横偏光の光をその偏光状態が維持されるように通過させる。位相変調部材により斜め偏光から楕円偏光に位相変調される光の偏光度は、その楕円偏光の光が後続光学系によるリターデーションの影響を受けた後に所要の斜め偏光の光に近づくように設定されている。

　その結果、本実施形態の照明光学系では、偏光変換部材の後続光学系によるリターデーションの影響を小さく抑えて、所要の偏光状態の光で被照射面を照明することができる。また、本実施形態の露光装置では、所要の偏光状態の光で被照射面のパターンを照明する照明光学系を用いて、パターンを感光性基板上に所要のコントラストで結像させることができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

は、本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。 は、アフォーカルレンズの瞳面に輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。 は、本実施形態の偏光変換部材の構成を概略的に示す図である。 は、水晶の旋光性について説明する図である。 は、偏光変換部材の直後の照明瞳に形成されるほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布を示す図である。 は、図５の光強度分布について従来技術の問題点を説明する図である。 は、本実施形態の位相変調部材の構成を概略的に示す図である。 は、本実施形態における位相変調部材の作用を説明する図である。 は、偏光変換部材の直後の照明瞳に形成されるほぼ連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布を示す図である。 は、図９の光強度分布について従来技術の問題点を説明する図である。 は、偏光変換部材の直後の照明瞳に形成される周方向偏光状態で８極状の光強度分布を示す図である。 は、偏光変換部材の直後の照明瞳に形成される径方向偏光状態で８極状の光強度分布を示す図である。 は、偏光変換部材の直後の照明瞳に形成される周方向偏光状態でＸ字型４極状の光強度分布を示す図である。 は、偏光変換部材の直後の照明瞳に形成される径方向偏光状態でＸ字型４極状の光強度分布を示す図である。 は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

　発明の種々の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本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の露光面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの露光面内において図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では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳとして、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源ＬＳから射出された光束は、整形光学系１、偏光状態切換部２、および回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ４に入射する。整形光学系１は、光源ＬＳからのほぼ平行な光束を所定の矩形状の断面を有する光束に変換して偏光状態切換部２へ導く機能を有する。

　偏光状態切換部２は、光源側から順に、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１／４波長板２ａと、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方向を変化させる１／２波長板２ｂと、照明光路に対して挿脱自在なデポラライザ（非偏光化素子）２ｃとを備えている。偏光状態切換部２は、デポラライザ２ｃを照明光路から退避させた状態で、光源ＬＳからの光を所望の偏光方向を有する直線偏光の光に変換して回折光学素子３へ入射させる機能を有し、デポラライザ２ｃを照明光路中に設定した状態で、光源ＬＳからの光を実質的に非偏光の光に変換して回折光学素子３へ入射させる機能を有する。

　アフォーカルレンズ４は、その前側焦点位置と回折光学素子３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ＩＰ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。回折光学素子３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。以下、説明を簡単にするために、回折光学素子３は、輪帯照明用の回折光学素子であるものとする。

　輪帯照明用の回折光学素子３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（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、回折光学素子３に入射したほぼ平行光束は、図２に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に輪帯状の光強度分布２１を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中において、その瞳位置またはその近傍には、偏光変換部材５Ａ、位相変調部材５Ｂおよび円錐アキシコン系６が配置されている。偏光変換部材５Ａ、位相変調部材５Ｂおよび円錐アキシコン系６の構成および作用については後述する。

　アフォーカルレンズ４を介した光は、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ７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）８に入射する。マイクロフライアイレンズ８は、例えば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って、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ている。

　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。なお、マイクロフライアイレンズ８として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば、上記特許文献２に開示されている。

　所定面ＩＰの位置はズームレンズ７の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面ＩＰとマイクロフライアイレンズ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４の瞳面とマイクロフライアイレンズ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、マイクロフライアイレンズ８の入射面上には、アフォーカルレンズ４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７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８に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置には、マイクロフライアイレンズ８の入射面に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（瞳強度分布）が形成される。

　マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍には、必要に応じて、輪帯状の二次光源に対応した輪帯状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り９が配置されている。照明開口絞り９は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞り９は、投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。

　マイクロフライアイレンズ８および照明開口絞り９を経た光は、コンデンサー光学系１０を介して、マスクブラインド１１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１１には、マイクロフライアイレンズ８の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。マスクブラインド１１の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとからなる結像光学系１２を介して、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。

　すなわち、結像光学系１２は、マスクブラインド１１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。結像光学系１２の瞳は、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な位置にある別の照明瞳である。したがって、結像光学系１２の瞳位置にも、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳と同様に、輪帯状の瞳強度分布が形成される。

　マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには、転写すべきパターンが形成されている。マスクＭのパターンを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）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。スキャン露光を行う際には、例えばＹ方向に沿って、投影光学系ＰＬの倍率に応じた速度比でマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを駆動すればよい。

　円錐アキシコン系６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６ａ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６ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂ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６ａおよび第２プリズム部材６ｂ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６ａと第２プリズム部材６ｂ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６ａと第２プリズム部材６ｂとが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系６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６ａと第２プリズム部材６ｂとを離間させると、輪帯状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。

　ズームレンズ７は、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ７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、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ７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。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。

　本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ８により形成される二次光源を光源として、照明光学系（１～１２）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（１～１２）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

　なお、瞳強度分布とは、照明光学系（１～１２）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ８による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ８の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ８の入射面および当該入射面と光学的に共役な面（例えばアフォーカルレンズ４の瞳面）における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。すなわち、マイクロフライアイレンズ８の入射面と光学的に共役な面であるアフォーカルレンズ４の瞳も照明瞳と呼ぶことができる。

　輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）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、複数極照明を行うことができる。複数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、ファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数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８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の所定形状（円弧状、円形状など）の照野からなる複数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８の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ複数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３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８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍にも、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。また、輪帯照明用の回折光学素子３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。回折光学素子３の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。

　なお、上述した回折光学素子３に代えて、あるいは回折光学素子３に加えて、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素の向きを連続的に或いは離散的に複数の段階を持つようにそれぞれ変化させる空間光変調器を用いても良い。このような空間光変調器として、例えば、上記特許文献３、上記特許文献４、上記特許文献５、並びに上記特許文献６に開示される空間光変調器を用いることができる。このような能動的な空間光変調器を用いた照明光学系としては、例えば、上記特許文献７、上記特許文献８、上記特許文献９、上記特許文献１０、上記特許文献１１、上記特許文献１２、上記特許文献１３、上記特許文献１４に開示されている。ここでは、上記特許文献３、上記特許文献４、上記特許文献５、上記特許文献７、上記特許文献８、上記特許文献９、上記特許文献１０、上記特許文献１１、上記特許文献１２、上記特許文献１３、及び上記特許文献１４の開示を参照として援用する。

　図３は、偏光変換部材の構成を概略的に示す図である。偏光変換部材５Ａは、上述したように、アフォーカルレンズ４の瞳位置またはその近傍、すなわち照明光学系（１～１２）の照明瞳の位置またはその近傍に配置されている。以下、説明の理解を容易にするために、偏光変換部材５Ａは、アフォーカルレンズ４の光路中における照明瞳の直前の位置に配置されているものとする。輪帯照明用の回折光学素子３が照明光路中に配置されている場合、偏光変換部材５Ａには輪帯状の断面を有する光束が入射する。

　偏光変換部材５Ａは、全体的に平行平面板の形態を有し、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されている。偏光変換部材５Ａが光路中に位置決めされている状態において、その入射面（ひいては射出面）は光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸は光軸ＡＸの方向と一致（すなわち入射光の進行方向であるＺ方向と一致）している。偏光変換部材５Ａは、図３に示すように、光軸ＡＸを中心とする円形状（あるいは図示を省略したが円環状）の外形形状を有し、円の周方向に沿って８等分して得られる８個の分割領域を有する。

　具体的に、偏光変換部材５Ａは、８個の分割領域として、領域５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈを有する。分割領域５１ａ～５１ｈは、入射する輪帯状の光束（図３中２つの破線状の円で示す）を周方向に沿って８等分して得られる８個の円弧状の光束がそれぞれ通過するように区分された領域である。分割領域５１ａ～５１ｈにおいて、周方向に隣り合う任意の２つの分割領域の厚さ（光軸ＡＸの方向に沿った寸法）は互いに異なり、光軸ＡＸを挟んで対向する任意の２つの分割領域は互いに等しい厚さを有する。

　偏光変換部材５Ａは、水晶からなる平行平面板の一方の面（入射面または射出面）をエッチング処理することにより一体形成された単一の部材である。すなわち、偏光変換部材５Ａの一方の面はその中心から径方向に延びる８本の直線状の段差を有する凹凸面形状に形成され、他方の面は平面状に形成されている。あるいは、偏光変換部材５Ａは、分割領域５１ａ～５１ｈに対応する８つの旋光部材を組み合わせることにより構成されている。

　以下、図４を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図４を参照すると、厚さｄの水晶からなる平行平面板状の光学部材１００が、その結晶光学軸と光軸ＡＸとが一致するように配置されている。この場合、光学部材１００の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸ＡＸ廻りにθだけ回転した状態で射出される。

　このとき、光学部材１００の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材１００の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（ａ）で表わされる。一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性（使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質：旋光分散）があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。上記非特許文献１の記述によれば、２５０．３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、１５３．９度／ｍｍである。
       θ＝ｄ・ρ　　（ａ）

　再び図３を参照すると、偏光変換部材５Ａの分割領域５１ａは、その中心線（光軸ＡＸから径方向に延びる直線）が光軸ＡＸを通って－Ｙ方向に延びる直線と一致するように配置されている。分割領域５１ａは、Ｙ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋９０度（図３中反時計廻りに９０度）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。図３中反時計廻りの周方向に沿って分割領域５１ａに隣接した分割領域５１ｂは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋１３５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

　分割領域５１ｂに隣接した分割領域５１ｃは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋１８０度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。分割領域５１ｃに隣接した分割領域５１ｄは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋２２５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。分割領域５１ｄに隣接し且つ分割領域５１ａと光軸ＡＸを挟んで対向する分割領域５１ｅは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、分割領域５１ａと同様に、Ｙ方向を＋９０度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

　分割領域５１ｂに対向する分割領域５１ｆは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋１３５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。分割領域５１ｃに対向する分割領域５１ｇは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋１８０度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。分割領域５１ｄに対向する分割領域５１ｈは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋２２５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

　以下、図５を参照し、偏光変換部材５ＡにＹ方向直線偏光の光が入射するものとして、偏光変換部材５Ａの作用を説明する。偏光変換部材５Ａの分割領域５１ａへ入射した円弧状の光束Ｆ１は、Ｙ方向を＋９０度（図５中反時計廻りに９０度）回転させた方向、すなわちＸ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光（横偏光）になる。分割領域５１ｂを経て生成される光束Ｆ２は、Ｙ方向を＋１３５度回転させた斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光（斜め偏光）になる。

　分割領域５１ｃを経て生成される光束Ｆ３は、Ｙ方向を＋１８０度回転させた方向、すなわちＹ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光（縦偏光）になる。同様に、分割領域５１ｄを経て生成される光束Ｆ４は、Ｙ方向を＋２２５度回転させた斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光になる。分割領域５１ｅを経て生成される光束Ｆ５は、光軸ＡＸを挟んで対向する光束Ｆ１と同様に、Ｘ方向直線偏光になる。

　分割領域５１ｆを経て生成される光束Ｆ６は、光軸ＡＸを挟んで対向する光束Ｆ２と同様に、Ｙ方向を＋１３５度回転させた斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光になる。分割領域５１ｇを経て生成される光束Ｆ７は、光軸ＡＸを挟んで対向する光束Ｆ３と同様に、Ｙ方向直線偏光になる。分割領域５１ｈを経て生成される光束Ｆ８は、光軸ＡＸを挟んで対向する光束Ｆ４と同様に、Ｙ方向を＋２２５度回転させた斜め方向に偏光方向を有する斜め方向直線偏光になる。

　こうして、偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳には、８等分タイプの周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２１が形成される。周方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布２１を通過する光束が、光軸ＡＸを中心とした円の接線方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。その結果、後述するリターデーションの影響を無視することができる場合、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳には、輪帯状の光強度分布２１に対応するほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１２の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、輪帯状の光強度分布２１に対応するほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。

　一般に、周方向偏光状態の輪帯状や複数極状（２極状、４極状、８極状など）の瞳強度分布に基づく周方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がｓ偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。入射面とは、光が媒質の境界面（被照射面：ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。その結果、周方向偏光照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ（感光性基板）上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。

　本実施形態では、偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳に、図５に示すような所望の周方向偏光状態が生成される。しかしながら、本実施形態にかかる位相変調部材５Ｂが介在しない構成では、偏光変換部材５Ａよりも下流側の光路中に配置された後続光学系（偏光変換部材５ＡとウェハＷとの間に配置された光学系）によるリターデーション（偏光方向が互いに直交する一対の直線偏光成分の間に位相差が生じる現象）の影響により、ウェハＷ上では所要の周方向偏光状態で光が結像しなくなり、ひいてはマスクＭのパターン像を所要のコントラストでウェハＷ上に形成することが困難である。

　図１を参照すると、後続光学系（５Ｂ～ＰＬ）において、結像光学系１２の光路中に一対の光路折り曲げ用の平面反射鏡１２０ａ，１２０ｂ（平面状の反射面を有する光路折り曲げミラー）が設けられている。また、投影光学系ＰＬのタイプによっては、物体面（マスクＭのパターン面が配置されている面）と開口絞りＡＳとの間の光路中に平面反射鏡が設けられていることがある。位相変調部材５Ｂが介在しない場合、図６に示すように、偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳に所望の周方向偏光状態の瞳強度分布２１を生成しても、これらの平面反射鏡によるリターデーションの影響により、投影光学系ＰＬの光路中の瞳位置（照明瞳の位置：開口絞りＡＳが配置されている位置）には、所望の周方向偏光状態から部分的に崩れた偏光状態の瞳強度分布６１が生成されることになる。

　具体的に、瞳強度分布２１のうち、平面反射鏡の反射面に対するｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応する方向に偏光方向を有する縦偏光および横偏光の光束２１ａ，２１ｂは、平面反射鏡によるリターデーションの影響をほとんど受けることなく、瞳強度分布６１において縦偏光および横偏光の光束６１ａ，６１ｂになる。しかしながら、ｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応する方向と斜めに交差する方向に偏光方向を有する斜め偏光の光束２１ｃは、平面反射鏡によるリターデーションの影響を受けて、瞳強度分布６１において楕円偏光（円偏光を含む広い概念）の光束６１ｃになる。

　本実施形態では、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳に形成される瞳強度分布の偏光状態を、後続光学系によるリターデーションに抗して所望の周方向偏光状態へ近づけるために、偏光変換部材５Ａの直後に位相変調部材５Ｂを設けている。位相変調部材５Ｂは、図７に示すように、照明光路の断面の全体に亘って延在し且つ均一な厚さを有する波長板であって、その光学軸５２がＹ方向（あるいはＸ方向）に設定されている。換言すれば、位相変調部材５Ｂを構成する波長板の光学軸５２は、後続光学系中の平面反射鏡の反射面に対するｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応する方向に設定されている。

　この場合、図８に示すように、偏光変換部材５Ａの直後の瞳強度分布２１における縦偏光および横偏光の光束２１ａ，２１ｂは、位相変調部材５Ｂによる位相変調をほとんど受けることなく、位相変調部材５Ｂの直後に形成される光強度分布３１において縦偏光および横偏光の光束３１ａ，３１ｂになる。一方、斜め偏光の光束２１ｃは、位相変調部材５Ｂによる位相変調を受けて、光強度分布３１において楕円偏光の光束３１ｃになる。楕円偏光の光束３１ｃの偏光度は、位相変調部材５Ｂを構成する波長板の厚さに依存する。

　なお、図１には、後続光学系が２枚の平面状の反射面（光路折り曲げ用の平面反射鏡１２０ａ，１２０ｂの反射面に相当）を有する例が示されているが、平面状の反射面は、１枚でもよい。例えば、図１の例のように反射面が平面反射鏡により構成される場合、結像光学系１２の光路中に１枚の光路折り曲げ用の反射鏡が設けられればよい。また、位相変調部材５Ｂを構成する波長板の光学軸は、該光路折り曲げ用の反射鏡の光源側に配置される光学系の光軸と、該光路折り曲げ用の反射鏡の被照射面側に配置される光学系の光軸とを含む第１の平面に沿った方向または該沿った方向と直交する方向に設定される。ここで、位相変調部材を構成する波長板は、瞳強度分布を形成する光のうちの第１方向に偏光した直線偏光の光を所要の楕円偏光の光に変換し、且つ第１方向と斜めに交差する第２方向に偏光した直線偏光の光をその偏光状態が維持されるように通過させる。第２方向は、反射面に対するｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応している。

　また、後続光学系は、複数（２枚、３枚、４枚、又はそれ以上）の平面状の反射面を有してもよい。すなわち、反射面が平面反射鏡により構成される場合、結像光学系１２の光路中に１枚の光路折り曲げ用の反射鏡が設けられた上記構成に、さらに別の１枚の光路折り曲げ用の反射鏡が設けられた構成が図１に示された例に相当する。この場合、該別の光路折り曲げ用の反射鏡の光源側に配置される光学系の光軸と、該別の光路折り曲げ用の反射鏡の被照射面側に配置される光学系の光軸とを含む第２の平面は、上記第１の平面と一致または上記第１の平面と平行である。さらに、後続光学系が複数の反射面を有する場合も、上記第２方向は、反射面それぞれに対するｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応している。

　位相変調部材５Ｂの直後の光強度分布３１のうち、縦偏光および横偏光の光束３１ａ，３１ｂは、後続光学系によるリターデーション（とりわけ後続光学系の光路中に設けられた平面状の反射面によるリターデーション）の影響をほとんど受けることなく、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳に形成される瞳強度分布４１において縦偏光および横偏光の光束４１ａ，４１ｂになる。また、光強度分布３１における楕円偏光の光束３１ｃは、後続光学系によるリターデーションの影響を受けて、瞳強度分布４１においてほぼ所要の斜め偏光の光束４１ｃになる。

　本実施形態において、偏光変換部材５Ａは、入射光の偏光状態を変換して、その直後の照明瞳に周方向偏光状態の瞳強度分布２１を形成する。偏光変換部材５Ａの直後に配置された波長板からなる位相変調部材５Ｂは、瞳強度分布２１を形成する光のうちの斜め方向（Ｘ方向およびＹ方向と４５度をなして交差する方向）に偏光した斜め偏光の光２１ｃを所要の楕円偏光の光３１ｃに変換し、且つＹ方向，Ｘ方向に偏光した縦偏光，横偏光の光２１ａ，２１ｂをその偏光状態が維持されるように通過させる。

　ここで、位相変調部材５Ｂにより斜め偏光から楕円偏光に位相変調される光束３１ｃの偏光度（ひいては位相変調部材５Ｂを構成する波長板の厚さ）は、楕円偏光の光束３１ｃが後続光学系によるリターデーションの影響を受けて瞳強度分布４１においてほぼ所要の斜め偏光の光束４１ｃになるように設定されている。その結果、位相変調部材５Ｂの位相変調作用によりリターデーションの影響が低減され、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳にはほぼ所望の周方向偏光状態の瞳強度分布４１が生成される。

　このように、本実施形態の照明光学系（１～１２）では、偏光変換部材５Ａの後続光学系によるリターデーションの影響を小さく抑えて、所要の周方向偏光状態の光で被照射面であるマスクＭのパターン面を照明することができる。また、本実施形態の露光装置（１～ＷＳ）では、所要の周方向偏光状態の光でマスクＭのパターンを照明する照明光学系（１～１２）を用いて、マスクＭのパターンをウェハＷ上に所要のコントラストで結像させることができる。

　なお、上述の説明では、偏光変換部材５ＡにＹ方向直線偏光の光を入射させているが、Ｘ方向直線偏光の光を入射させると、偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳には、図９に示すように、８等分タイプのほぼ連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２２が形成される。その結果、リターデーションの影響を無視することができる場合、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳、結像光学系１２の瞳位置、および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、輪帯状の光強度分布２２に対応するほぼ連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。

　一般に、径方向偏光状態の輪帯状や複数極状の瞳強度分布に基づく径方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がｐ偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、ｐ偏光とは、上述のように定義される入射面に対して平行な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に平行な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。その結果、径方向偏光照明では、ウェハＷに塗布されたレジストにおける光の反射率を小さく抑えて、ウェハＷ上において良好なマスクパターン像を得ることができる。

　しかしながら、実際には、後続光学系によるリターデーションの影響を無視することができない場合が多い。その場合、位相変調部材５Ｂが介在しないと、瞳強度分布２２のうちの斜め偏光の光束２２ｃは、リターデーションの影響を受けて、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳に形成される瞳強度分布６２において楕円偏光の光束６２ｃになる。縦偏光および横偏光の光束２２ａ，２２ｂは、リターデーションの影響をほとんど受けることなく、瞳強度分布６２において縦偏光および横偏光の光束６１ａ，６１ｂになる。

　本実施形態では、径方向偏光照明の場合においても、偏光変換部材５Ａの直後の瞳強度分布２２における縦偏光および横偏光の光束２２ａ，２２ｂは、位相変調部材５Ｂによる位相変調および後続光学系によるリターデーションの影響をほとんど受けることなく、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳に形成される瞳強度分布において縦偏光および横偏光の光束になる。一方、斜め偏光の光束２２ｃは、位相変調部材５Ｂによる位相変調を受けて楕円偏光になった後、後続光学系によるリターデーションの影響を受けてほぼ所要の斜め偏光に戻る。その結果、位相変調部材５Ｂの位相変調作用によりリターデーションの影響が低減され、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳にはほぼ所望の径方向偏光状態の瞳強度分布が生成される。

　また、上述の説明では、照明瞳に輪帯状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち輪帯照明を例にとって、本実施形態の作用効果を説明している。しかしながら、輪帯照明に限定されることなく、例えば複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本実施形態を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。

　一例として、図１１に示すように、８極照明用の回折光学素子を用いて周方向偏光状態で８極状の光強度分布２３が偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳に形成される場合においても、位相変調部材５Ｂの位相変調作用により、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳にはほぼ所望の周方向偏光状態で８極状の瞳強度分布を生成することができる。また、図１２に示すように、径方向偏光状態で８極状の光強度分布２４が偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳に形成される場合においても、位相変調部材５Ｂの位相変調作用により、投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳にはほぼ所望の径方向偏光状態で８極状の瞳強度分布を生成することができる。

　ところで、輪帯状または８極状の瞳強度分布２１～２４では、縦偏光および横偏光の光束２１ａ～２４ａ；２１ｂ～２４ｂと、斜め偏光の光束２１ｃ～２４ｃとが混在している。したがって、縦偏光および横偏光の光束２１ａ～２４ａ；２１ｂ～２４ｂは位相変調部材５Ｂによる位相変調をほとんど受けることなく縦偏光および横偏光のままであり、斜め偏光の光束２１ｃ～２４ｃは位相変調部材５Ｂによる位相変調を受けて楕円偏光になる。

　これに対し、図１３に示すように、４極照明用の回折光学素子を用いて周方向偏光状態でＸ字型４極状の光強度分布２５が偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳に形成される場合、光強度分布２５において第１斜め偏光の光束２５ａと第２斜め偏光の光束２５ｂとが存在するだけで、縦偏光および横偏光の光束は存在しない。したがって、第１斜め偏光の光束２５ａおよび第２斜め偏光の光束２５ｂは、位相変調部材５Ｂによる位相変調を受けて楕円偏光になった後、後続光学系によるリターデーションの影響を受けてほぼ所要の第１斜め偏光および第２斜め偏光に戻る。

　同様に、図１４に示すように、径方向偏光状態でＸ字型４極状の光強度分布２６が偏光変換部材５Ａの直後の照明瞳に形成される場合、光強度分布２６において第１斜め偏光の光束２６ａと第２斜め偏光の光束２６ｂとが存在するだけで、縦偏光および横偏光の光束は存在しない。したがって、第１斜め偏光の光束２６ａおよび第２斜め偏光の光束２６ｂは、位相変調部材５Ｂによる位相変調を受けて楕円偏光になった後、後続光学系によるリターデーションの影響を受けてほぼ所要の第１斜め偏光および第２斜め偏光に戻る。

　なお、上述の実施形態では、図３に示す特定の構成を有する偏光変換部材５Ａに基づいて本実施形態を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換部材の構成については、様々な形態が可能である。具体的に、偏光変換部材の配置位置、材質、構造（外形形状、分割数、面形状（厚さ分布）、凹凸面が形成される側）などについては、様々な形態が可能である。

　例えば、上述の実施形態では、偏光変換部材５Ａがアフォーカルレンズ４の瞳位置またはその近傍に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換部材５Ａを、照明光学系（１～１２）の他の照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置することができる。具体的に、マイクロフライアイレンズ８の入射面の近傍、マイクロフライアイレンズ８の射出面の近傍、結像光学系１２の瞳位置またはその近傍などに、偏光変換部材５Ａを配置することもできる。

　また、上述の実施形態では、偏光変換部材５Ａが全体的に円形状の外形形状を有し、８つの円弧状の領域５１ａ～５１ｈに分割されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換部材の全体的な外形形状、分割数などについては様々な形態が可能である。

　また、上述の実施形態では、偏光変換部材５Ａが水晶により形成されている。しかしながら、水晶に限定されることなく、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて偏光変換部材を形成することもできる。また、旋光性の部材に限定されることなく、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる複数の波長板を用いて偏光変換部材を構成することが可能である。

　また、上述の実施形態では、位相変調部材５Ｂが、均一な厚さを有する波長板からなり、偏光変換部材５Ａの直後の位置、すなわち照明瞳またはその近傍の位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、位相変調部材の具体的な構成およびその配置位置などについては、様々な形態が可能である。例えば、偏光変換部材５Ａよりも後側（マスクＭ側）の光路中の適当な位置、すなわち照明瞳よりも後側の光路中の適当な位置に、位相変調部材５Ｂを配置することができる。ただし、照明瞳またはその近傍の位置に位相変調部材５Ｂを配置することにより、照明瞳面に対して均一な位相変調を作用させることが可能なる。

　一般に、位相変調部材は、偏光変換部材を経て照明瞳に形成された瞳強度分布における斜め偏光の光を所要の楕円偏光の光に変換し、且つ当該瞳強度分布における縦偏光または横偏光の光をその偏光状態が維持されるように通過させる機能を有する。ここで、位相変調部材により斜め偏光から楕円偏光に位相変調される光の偏光度は、その楕円偏光の光が偏光変換部材の後続光学系によるリターデーションの影響を受けた後に所要の斜め偏光の光に近づくように設定されることが重要である。

　なお、上述の実施形態では、偏光変換部材５Ａの直後に位相変調部材５Ｂを配置している。この場合、必要に応じて、偏光変換部材５Ａと位相変調部材５Ｂとを一体的に保持し、照明光路に対して一体的に挿脱可能に構成することができる。また、偏光変換部材および位相変調部材を照明光路に対してそれぞれ挿脱可能に設け、必要に応じて照明光路内に位置決めする構成であっても良い。

　また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ８を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ（典型的にはロッド型インテグレータ）を用いても良い。この場合、ズームレンズ７の後側にその前側焦点位置がズームレンズ７の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が照明視野絞り１１の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系１２内の、投影光学系ＰＬの開口絞りの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。

　上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。

　次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１５は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１５に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。

　ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

　図１６は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１６に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルター形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

　ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

　また、本実施形態は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本実施形態は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

　なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）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実施形態を適用することもできる。

　また、上述の実施形態の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

　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、上記特許文献１５、に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、上記特許文献１６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、上記特許文献１７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。ここでは、上記特許文献１５、上記特許文献１６、及び上記特許文献１７の教示を参照として援用する。

　また、上述の実施形態において、回折光学素子３に代えて、或いは回折光学素子３に加えて、たとえばアレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小な要素ミラーにより構成されて入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換する空間光変調素子を用いても良い。このような空間光変調素子を用いた照明光学系は、例えば、上記特許文献１８に開示されている。

　このような空間光変調器を用いる場合には、入射光の偏光状態を変換して照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材を、空間光変調器の光源側の照明光路に配置可能にしても良い。

　上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、例えば、上記特許文献１９、上記特許文献２０に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。

　また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本実施形態を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本実施形態を適用することもできる。

　２…偏光状態切換部、３…回折光学素子、４…アフォーカルレンズ、５Ａ…偏光変換部材、５Ｂ…位相変調部材、６…円錐アキシコン系、７…ズームレンズ、８…マイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）、１０…コンデンサー光学系、１１…マスクブラインド、１２…結像光学系、ＬＳ…光源、Ｍ…マスク、ＭＳ…マスクステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウェハ、ＷＳ…ウェハステージ。

Claims (21)

1. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、
   　前記照明光学系の光路に配置可能であり、入射光の偏光状態を変換して、前記照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材と、
   　前記照明光学系の光路に配置可能であり、前記偏光変換部材と前記被照射面との間の後続光学系によるリターデーションの影響を低減するために、前記瞳強度分布を形成する光のうちの第１方向に偏光した直線偏光の光が所要の楕円偏光の光に変換され、且つ前記第１方向と斜めに交差する第２方向に偏光した直線偏光の光の偏光状態が維持されるように通過させる位相変調部材と、
   を備えた照明光学系。
2. 請求項１に記載の照明光学系において、
   　前記位相変調部材は、前記偏光変換部材よりも前記被照射面側の光路中に配置される。
3. 請求項１または２に記載の照明光学系において、
   　前記位相変調部材は、前記第２方向または該第２方向と直交する方向に光学軸が設定された波長板を有する。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明光学系において、
   　前記後続光学系は、平面状の反射面を有し、
   　前記第２方向は、前記反射面に対するｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応している。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明光学系において、
   　前記後続光学系は、複数の平面状の反射面を有し、
   　前記第２方向は、前記反射面に対するｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応している。
6. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、
   　前記照明光学系の光路に配置可能であり、入射光の偏光状態を変換して、前記照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材と、
   　前記照明光学系の光路に配置可能であって、前記偏光変換部材と前記被照射面との間の後続光学系によるリターデーションの影響を低減するために、前記後続光学系中の平面状の反射面に対するｐ偏光の偏光方向およびｓ偏光の偏光方向と斜めに交差する第３方向に偏光した直線偏光の光を所要の楕円偏光の光に変換し、且つ前記ｐ偏光の偏光方向およびｓ偏光の偏光方向と斜めに交差する第４方向に偏光した直線偏光の光を所要の楕円偏光の光に変換する位相変調部材と、
   を備える照明光学系。
7. 請求項６に記載の照明光学系において、
   　前記位相変調部材は、前記偏光変換部材よりも前記被照射面側の光路中に配置される。
8. 請求項６または７に記載の照明光学系において、
   　前記位相変調部材は、前記ｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に光学軸が設定された波長板を有する。
9. 請求項３または８に記載の照明光学系において
   　前記波長板は、照明光路の断面の全体に亘って延在し、且つ均一な厚さを有する。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    　前記位相変調部材は、前記照明瞳またはその近傍に配置されている。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    　前記位相変調部材は、前記偏光変換部材と一体的に保持されている。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    　前記位相変調部材は、照明光路に対して挿脱可能である。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    　前記位相変調部材は、前記照明瞳よりも前記被照射面側に配置されている。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    　当該照明光学系は、前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、
    　前記照明瞳は、前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置にある。
15. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、
    　前記照明光学系の光路に配置可能であり、入射光の偏光状態を変換して、前記照明光学系の照明瞳に所定の偏光状態の瞳強度分布を形成する偏光変換部材と、
    　平面状の反射面を有する第１の光路折り曲げミラーと、
    　前記照明光学系の光路に配置可能であり、前記第１の光路折り曲げミラーの前記光源側に配置される光学系の光軸と、前記第１の光路折り曲げミラーの前記被照射面側に配置される光学系の光軸とを含む平面に沿った方向または該沿った方向と直交する方向に光学軸が設定された波長板と、
    を備えた照明光学系。
16. 請求項１５に記載の照明光学系は、さらに、
    　平面状の反射面を有する第２の光路折り曲げミラーを備え、
    　前記第２の光路折り曲げミラーの前記光源側に配置される光学系の光軸と、前記第２の光路折り曲げミラーの前記被照射面側に配置される光学系の光軸とを含む第２の平面は、前記平面と一致または前記平面と平行である。
17. 請求項１５または１６に記載の照明光学系において、
    　前記波長板は、前記偏光変換部材の前記被照射面側の光路に配置されている。
18. 所定のパターンを照明するための請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光する露光装置。
19. 請求項１８に記載の露光装置は、さらに、
    　前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備え、
    　前記照明瞳は、前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置にある。
20. 請求項１８または１９に記載の露光装置において、
    　前記位相変調部材は、前記投影光学系によるリターデーションの影響を低減する。
21. 請求項１８乃至２０のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
    　前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
    　前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、
    を備えたデバイス製造方法。

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