(57)【要約】      （修正有）【課題】輪帯照明等の変形照明において、その照明光の偏光状態をＳ偏光とする際に、照明光の光量損失の低減、及び被照射物体上の照明光の照度不均一性の低減に寄与する偏光変換部材を提供する。【解決手段】偏光変換部材１２は、光源からの照明光の照度を実質的に均一化するための照度均一化部材を介して物体に照射する照明光学系を備えた照明光学系に適用され、照度均一化部材よりも光源側に配置される。偏光変換部材は、照明光に対して透明な透明基板と、透明基板上に設けられた複数の偏光変換素子を備え、複数の偏光変換素子は、照明光学系の光軸と垂直な面内においてそれぞれ異なる位置に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に単一の偏光状態の光を生成する光源からの照明光を、第１物体上に照射する照明光の照度を実質的に均一化するための照度均一化部材を介して前記第１物体に照射する照明光学系に用いられる偏光変換部材であって、前記照度均一化部材よりも前記光源側に配置される偏光変換部材において、
前記照明光に対して透明な透明基板と、
前記照明光学系の光軸と垂直な面内においてそれぞれ異なる位置に配置されるように、前記透明基板上に設けられた複数の偏光変換素子とを備えていることを特徴とする偏光変換部材。
【請求項２】
前記複数の偏光変換素子は、基準方向が互いに異なる複数の波長板であることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換部材。
【請求項３】
前記偏光変換部材に入射する前記照明光は直線偏光光を主成分とする照明光であり、前記波長板は１／２波長板であることを特徴とする請求項２に記載の偏光変換部材。
【請求項４】
前記偏光変換部材に入射する前記照明光は円偏光光を主成分とする照明光であり、前記波長板は１／４波長板であることを特徴とする請求項２に記載の偏光変換部材。
【請求項５】
前記複数の偏光変換素子は、旋光性を有する材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換部材。
【請求項６】
前記旋光性を有する材料は水晶であることを特徴とする請求項５に記載の偏光変換部材。
【請求項７】
旋光性を有する材料で形成される前記複数の偏光変換素子は、互いに厚さが異なることを特徴とする請求項５または６に記載の偏光変換部材。
【請求項８】
前記透明基板は石英ガラスであることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の偏光変換部材。
【請求項９】
前記複数の偏光変換素子は、射出する光の偏光状態を、前記照明光学系の光軸を中心とする円周方向に実質的に平行な直線偏光とすることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の偏光変換部材。
【請求項１０】
光源からの照明光を照明光学系を介して第１物体に照射する照明光学装置において、
前記第１物体上に照射する照明光の照度を実質的に均一化するため照度均一化部材と、
前記照度均一化部材より前記光源側に配置されて、前記照明光学系の光軸に垂直な所定の面内における所定の輪帯相当領域である特定輪帯領域に分布する前記照明光の偏光状態を、所定の偏光状態に変換する請求項１から９のいずれか一項に記載の偏光変換部材とを備えることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１１】
前記特定輪帯領域に分布する前記照明光の前記所定の偏光状態が、前記照明光学系の前記光軸を中心とする円周方向の直線偏光光を主成分とする偏光状態であることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記所定の面は、前記照明光学系中の前記第１の物体に対するフーリエ変換面であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記第１物体に照射される前記照明光を、前記特定輪帯領域内に分布する光束に制限する光束制限部材を有することを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記光束制限部材は、前記光束をさらに前記特定輪帯領域内の実質的に離散的な複数の領域内に制限することを特徴とする請求項１３に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記光束制限部材は、前記光源と前記偏光変換部材の間に設ける回折光学素子を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記照度均一化部材は、フライアイレンズであることを特徴とする請求項１０から１５のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記偏光変換部材を、前記照明光の光路外に退避せしめる装脱機構を有することを特徴とする請求項１０から１６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１８】
光源からの実質的に単一の偏光状態の光に基づいて第１物体を照明する照明光学装置であって、
前記照明光学系の光軸に垂直な所定の面内における所定の輪帯相当領域である特定輪帯領域に分布する前記照明光の偏光状態を、所定の偏光状態に変換する偏光変換部材と、
前記第１物体上に照射する照明光の照度を実質的に均一化するため照度均一化部材とを備え、
前記偏光変換部材は、前記照明光学系の光軸と垂直な面内においてそれぞれ異なる位置に配置される複数の偏光変換素子を備え、
該複数の偏光変換素子を前記照明光の光路外で保持する保持機構をさらに備え、
前記偏光変換部材は、前記照度均一化部材より前記光源側に配置されることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１９】
前記照度均一化部材は、フライアイレンズであることを特徴とする請求項１８に記載の照明光学装置。
【請求項２０】
前記特定輪帯領域に分布する前記照明光の前記所定の偏光状態が、前記照明光学系の前記光軸を中心とする円周方向の直線偏光光を主成分とする偏光状態であることを特徴とする請求項１８から１９のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項２１】
前記所定の面は、前記照明光学系中の前記第１の物体に対するフーリエ変換面であることを特徴とする請求項１８から２０のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項２２】
前記第１物体に照射される前記照明光を、前記特定輪帯領域内に分布する光束に制限する光束制限部材を有することを特徴とする請求項１８から２１のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項２３】
前記光束制限部材は、前記光束をさらに前記特定輪帯領域内の実質的に離散的な複数の領域内に制限することを特徴とする請求項２２に記載の照明光学装置。
【請求項２４】
前記光束制限部材は、前記光源と前記偏光変換部材の間に設ける回折光学素子を含むことを特徴とする請求項２２または２３に記載の照明光学装置。
【請求項２５】
前記偏光変換部材を、前記照明光の光路外に退避せしめる装脱機構を有することを特徴とする請求項１８から２４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２６】
第１物体を照明する照明光学装置として請求項１から２５のいずれか一項に記載の照明光学装置を有するとともに、前記第１物体上のパターンの像を第２物体上に投影する投影光学系を有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の投影露光装置を用いて、前記第１物体としてのマスクのパターンの像で前記第２物体としての感光体を露光することを特徴とする露光方法。
【請求項２８】
リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程で請求項２７に記載の露光方法を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体集積回路（ＬＳＩ等）、撮像素子、又は液晶ディスプレイ等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で使用される露光技術に関し、更に詳しくはマスクパターンを所定の偏光状態の光で照明する露光技術に関する。また、本発明はその露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路又は液晶ディスプレイ等の電子デバイスの微細パターンの形成に際しては、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例拡大して描画したマスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを、投影光学系を介して被露光基板（感光体）としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に縮小して露光転写する方法が用いられている。その露光転写に際して、ステッパー等の静止露光型及びスキャニング・ステッパー等の走査露光型の投影露光装置が用いられている。投影光学系の解像度は、露光波長を投影光学系の開口数（ＮＡ）で割った値に比例する。投影光学系の開口数（ＮＡ）とは、露光用の照明光のウエハヘの最大入射角の正弦（ｓｉｎ）に、その光束の通過する媒質の屈折率を乗じたものである。
【０００３】
従って、半導体集積回路等の微細化に対応するために、投影露光装置の露光波長は、より短波長化されてきた。現在、露光波長はＫｒＦエキシマーレーザの２４８ｎｍが主流であるが、より短波長のＡｒＦエキシマーレーザの１９３ｎｍも実用化段階に入りつつある。そして、更に短波長の波長１５７ｎｍのＦ２レーザや、波長１２６ｎｍのＡｒ２レーザ等の、いわゆる真空紫外域の光源を使用する投影露光装置の提案も行なわれている。また、短波長化のみでなく、投影光学系の大開口数化（大ＮＡ化）によっても高解像度化は可能であるので、投影光学系をより一層大ＮＡ化するための開発もなされており、現在の最先端の投影光学系のＮＡは、０．８程度である。
【０００４】
一方、同一の露光波長、同一ＮＡの投影光学系を使用しても、転写されるパターンの解像度を向上する技術として、いわゆる位相シフトレチクルを用いる方法や、照明光のレチクルヘの入射角度分布を所定分布に制御する輪帯照明、２極照明、及び４極照明などのいわゆる超解像技術も実用化されている。
【０００５】
それらの中で、輪帯照明は、照明光のレチクルへの入射角度範囲を所定角度範囲に制限する、即ち照明光学系の瞳面における照明光の分布を、照明光学系の光軸を中心とする所定の輪帯領域内に限定することにより、解像度及び焦点深度の向上に効果を発揮するものである（例えば、特許文献１参照）。一方、２極照明，４極照明は、入射角度範囲だけでは無く、レチクル上のパターンが特定の方向性を有するパターンである場合に、照明光の入射方向についてもそのパターンの方向性に対応した方向に限定することで、解像度及び焦点深度を大幅に向上するものである（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
なお、レチクル上のパターンの方向に対して照明光の偏光状態を最適化して、解像度及び焦点深度を向上する試みも提案されている。この方法は、照明光を、パターンの周期方向に直交する方向に、即ちパターンの長手方向に平行な方向に偏光方向（電場方向）を有する直線偏光光とすることにより、転写像のコントラスト等を向上するものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
また、輪帯照明においても、照明光の偏光方向を、照明光学系の瞳面において照明光が分布する輪帯領域においてその円周方向と合致させ、投影像の解像度やコントラスト等を向上させようとする試みも提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−９１６６２号公報
【特許文献２】特開平４−１０１１４８号公報
【特許文献３】特開平４−２２５３５７号公報
【特許文献４】特開平６−０５３１２０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ThimothyA. Brunner, et al.: "High NA Lithographic imaging at Brewster'sange1", SPIE （米国）Vo1.4691, pp.1-24(2002)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の如き従来の技術において、輪帯照明を行う場合に照明光学系の瞳面において、照明光の偏光状態を輪帯領域の円周方向に実質的に一致する直線偏光光にしようとすると、照明光量の損失が多くなり、照明効率が低下するという問題があった。
【００１１】
これに関して詳述すると、近年主流である狭帯化ＫｒＦエキシマーレーザ光源から射出される照明光は一様な直線偏光光である。これをそのままの偏光状態を保ってレチクルに導くなら、レチクルは一様な直線偏光光で照明されるため、上記のような照明光学系の瞳面の輪帯領域の円周方向に一致する直線偏光光を実現することができないことは言うまでもない。
【００１２】
なお、上述の特許文献４では、直線偏光光のレーザ光源を使用し、照明光学系中のレチクルパターンに対してフーリエ変換の関係になる面内（すなわち瞳面内）に、所定の概輪帯領域、２極領域または４極領域のみに分布する照明光束を透過する空間フィルターを配置し、その空間フィルターの各透過部に、相互にその光学軸の方向が回転した複数の１／２波長板を配置することにより、照明光の光量損失無く照明光の偏光状態を照明光学系光軸を中心とした円周方向に実質的に一致させた直線偏光光を実現することが提案されている。
【００１３】
しかしながら、特許文献４に開示された上記複数の１／２波長板の配置位置である上記フーリエ変換面は、照度均一化手段であるフライアイレンズの射出側面と概ね一致する面となっている。そして、このような照明光束に対しても有効に機能する１／２波長板は、その照明光束の大きな開き角（入射角）に対応するために、極めて薄い波長板とする必要があり、その加工が難しいという課題がある。
【００１４】
なお、特許文献４は、照明光束を上記フーリエ変換面において所定の４箇所の領域に分布させる照明（４極照明）の実施形態において、上記複数の１／２波長板をフライアイレンズより光源側に配置しても良い旨を開示している。また、フライアイレンズより光源側においては一般に照明光の開き角が小さいため、１／２波長板への入射角度特性の要求は緩和されることになる。
【００１５】
ただし、輪帯照明に対して、上記複数の１／２波長板をフライアイレンズより光源側に配置すると、レチクル面における照明光束の照度不均一性（照度ムラ）を生じやすい。輪帯照明では、フライアイレンズは照明光学系中の瞳面上で連続して配置される必要があり、この結果、上記複数の波長板の境界領域や保持機構等により遮光等され、照度の均一性が悪化した照明光がフライアイレンズに入射することになるため、レチクル面においてもその悪影響が残存するためである。
【００１６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、レチクル等のマスクを所定の偏光状態の照明光で照明するに際し、光量損失を少なくし、かつ良好な照度均一性を達成できる露光技術を提供することを第１の目的とする。
【００１７】
更に本発明は、照明光学系の瞳面上の輪帯、２極、又は４極等の領域における照明光の偏光状態を所定の状態に設定するに際して、照明光量の低下を少なくでき、その結果として処理能力を殆ど低下させることなく解像度等を向上できる露光技術を提供することを第２の目的とする。
【００１８】
また、本発明は、上記露光技術を用いて、高性能のデバイスを高い処理能力で製造できるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明による偏光変換部材は、実質的に単一の偏光状態の光を生成する光源からの照明光を、第１物体上に照射する照明光の照度を実質的に均一化するための照度均一化部材を介して第１物体に照射する照明光学系に用いられ、この照度均一化部材よりも光源側に配置される。特に、当該偏光変換部材は、照明光に対して透明な透明基板と、透明基板上に設けられた複数の偏光変換素子とを備えている。また、これら複数の偏光変換素子は、照明光学系の光軸と垂直な面内においてそれぞれ異なる位置に配置される。
【００２０】
一例として、複数の偏光変換素子は、基準方向が異なる複数の波長板（１２ａ，１２ｂ等）であってもよい。これによって、その複数の波長板を通過した後の照明光の偏光状態を高精度に所定の状態に制御できる。
【００２１】
また、一例として、その偏光変換部材に入射する照明光は直線偏光光を主成分とする照明光であり、その偏光変換部材としてその照明光学系の光軸と垂直な面内のそれぞれ異なる位置に複数の１／２波長板を配置したものを使用する。
【００２２】
あるいは、一例として、その偏光変換部材に入射する照明光は円偏光光を主成分とする照明光であり、その偏光変換部材としてその照明光学系の光軸と垂直な面内のそれぞれ異なる位置に複数の１／４波長板を配置したものを使用する。
【００２３】
さらに、一例として、複数の偏光変換素子は、旋光性を有する材料で形成されてもよい。旋光性を有する材料としては、例えば水晶が好適である。また、旋光性を有する材料でそれぞれが形成された複数の偏光変換素子は、互いに厚さが異なってもよい。上記透明基板は、石英ガラスであってもよい。上記複数の偏光変換素子は、射出する光の偏光状態を、照明光学系の光軸を中心とする円周方向に実質的に平行な直線偏光とする。
【００２４】
本発明による照明光学装置は、上述のような構造を備えた偏光変換部材を含む。具体的に、当該照明光学装置は、実質的に単一の偏光状態の光源（１）からの照明光を照明光学系（ＩＬＳ）を介して第１物体（Ｒ）に照射する照明光学装置であって、その光源は、その照明光を実質的に単一の偏光状態で生成し、その照明光学系は、その第１物体上に照射する照明光の照度を実質的に均一化するため照度均一化部材（１４）と、その照度均一化部材より光源側に配置され、その照明光学系の光軸（ＡＸ２）に垂直な所定の面内における所定の輪帯相当領域である特定輪帯領域に分布する前記照明光の偏光状態を、所定の偏光状態に変換する偏光変換部材（１２ａ等）を備えるものである。
【００２５】
本発明によれば、例えばその偏光変換部材の材質、厚さ及び形状をそれぞれ所定のものとすることによって、その光源から射出された照明光のうちで、その特定輪帯領域を通過する照明光の偏光状態を、所定の偏光状態に変換することが可能である。
また、偏光変換部材を照度均一化部材より光源側に配置することとしたため、偏光変換部材を透過する照明光束の開き角、すなわち偏光変換部材への入射角を小さくすることができる。その結果、偏光変換部材の選択の自由度が増大してその実現性を高め、光量損失の殆ど無い状態での、照明光の偏光状態の制御が実現できる。
【００２６】
この場合、その照明光のうち、その特定輪帯領域を通過して、所定の入射角度（φ）でその第１物体に照射される特定照明光（ＩＬＬ１，ＩＬＤ１等）を、Ｓ偏光を主成分とする偏光状態の照明光とすることができる。
【００２７】
また、その特定輪帯領域に分布する照明光のその所定の偏光状態を、その照明光学系の光軸を中心とする円周方向の直線偏光光を主成分とする偏光状態であるとすることもできる。そして、その所定の面は、その照明光学系中のその第１物体に対するフーリエ変換面とすることができる。
【００２８】
また、その第１物体に照射されるその照明光を、実質的にその特定輪帯領域内に分布する光束に制限する光束制限部材（９ａ，９ｂ）を有してもよい。また、その光束制限部材は、その光束を更にその特定輪帯領域内の実質的に離散的な複数の領域内に制限してもよい。これらの場合、照明光量を殆ど低下させることなく、輪帯照明、２極照明、又は４極照明等が実現できる。
【００２９】
また、その光束制限部材は、一例としてその光源とその偏光変換部材との間に配置される回折光学素子を含むものである。回折光学素子を用いることによって、光量損失を更に減少できる。
【００３０】
なお、本発明による照明光学装置は、上記偏光変換部材により生じる、第１物体上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段（Ｂ１等）を備えてもよい。その照度不均一解消手段は、その複数の波長板を、その照明光の光路外で保持する保持機構（１３ａ，１３ｂ等）を含むものとすることができる。また、一例として、その照度不均一解消手段は、前記複数の波長板を保持する、その照明光に対して透明な基板を含むものとすることもできる。
【００３１】
また、その照度均一化部材は、一例としてフライアイレンズ（１４）である。一例として、その照度不均一解消手段を、そのフライアイレンズの射出側面近傍またはその共役面に配置する遮蔽部材（Ｂ１等）とする。この遮蔽部材は、そのフライアイレンズの射出側面近傍またはその共役面において、その偏光変換部材を構成する複数の波長板の境界部分に相当する部分の光束を遮蔽する部材であるとすることができる。これによって、その第１の物体上のその照明光の照度均一性を一層向上することができる。
【００３２】
また、一例として、その照度不均一解消手段を、その偏光変換部材を構成する複数の波長板の境界部分によりそのフライアイレンズの入射面に形成される照度低下部分の幅を、そのフライアイレンズを構成する各レンズエレメントの幅以上に広げることにより、前記第１物体上の前記照明光の照度不均一性を解消するものとする。これによって、その第１の物体上のその照明光の照度均一性を、照明光量の損失無く、一層向上することができる。
【００３３】
本発明の照明光学装置は、一例として、その偏光変換部材を、その照明光の光路外に退避せしめる装脱機構を備えることもできる。
【００３４】
次に、本発明による露光装置は、第１物体を照明する照明光学装置として本発明の照明光学装置を有し、前記第１物体上のパターンの像を第２物体上に投影する投影光学系（２５）を有するものである。本発明によって、第１物体を照明する照明光を、その特定輪帯領域を通過する照明光の偏光状態が、光量損失の殆ど無い状態で、その特定輪帯領域の円周方向を所定の偏光状態とすることができる。
【００３５】
また、一例として、その特定輪帯領域を通過し、所定の入射角度範囲でその第１物体に照射される特定照明光を、Ｓ偏光を主成分とする偏光状態の照明光とすることができる。これによって、その第１物体上に形成された微細パターンを投影光学系を介して第２物体上に投影する際の結像性能を向上することができる。
【００３６】
また、本発明の露光装置における照明光学装置内に光束制限部材を設け、第１物体に照射される照明光を、その特定輪帯領域内に制限してもよい。これにより、その第１物体はほぼ輪帯照明の条件で、かつその輪帯領域の円周方向に一致した偏光方向を有する直線偏光光により照明される。これによりその第１物体上で任意の方向に微細ピッチで配列されたラインアンド・スペース・パターンの投影像は、主に偏光方向がラインパターンの長手方向に平行な照明光によって結像されるため、コントラスト、解像度、焦点深度等の結像特性が改善される。
【００３７】
また、その光束制限部材は、第１物体に照射される照明光を、その特定輪帯領域内のさらに特定の実質的に離散的な複数の領域内に制限してもよい。これにより、その第１物体は、２極照明や４極照明等の条件で、かつその離散的な複数の領域の円周方向に一致した直線偏光光により照明される。これによりその第１物体上で所定の方向に微細ピッチで配列されたラインアンド・スペース・パターンの投影像は、主に偏光方向がラインパターンの長手方向に平行な照明光によって結像されるため、コントラスト、解像度、焦点深度等の結像特性が改善される。
【００３８】
次に、本発明による露光方法は、本発明の投影露光装置を用いて、その第１物体としてのマスク（Ｒ）のパターンの像でその第２物体としての感光体（Ｗ）を露光するものである。本発明によって、その第１物体を輪帯照明、２極照明、又は４極照明等で照明できるとともに、その第１物体に入射する照明光の偏光状態を、マスク上の微細パターンの露光に適した偏光状態とすることができる。従って、光量損失の殆ど無い状態で、マスク上に微細ピッチで形成されたパターンを良好な結像特性で転写できる。
【００３９】
また、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光方法を用いてパターンを感光体に転写するものである。本発明によれば、高い処理能力で、かつ高い結像特性でパターンを転写することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、偏光変換部材を用いて照明光の偏光状態を制御しているため、第１物体（マスク）を所定の偏光状態の照明光で照明する際の光量損失を少なくできる。また、偏光変換部材をフライアイレンズ等の照度均一化手段よりも光源側に配置しているため、偏光変換部材の選択上の制約が少ないという効果がある。
【００４１】
更に本発明によれば、偏光変換部材により生じる第１物体上の照明光の照度の不均一性を照度不均一解消手段により解消するため、照度均一性の良好な照明光学装置及び投影露光装置を実現することが可能である。
【００４２】
また、更に光束制限部材を用いることによって、第１物体を輪帯照明、２極照明、又は４極照明等で照明する際に、照明光量を殆ど低下させることなく、特定輪帯領域の少なくとも一部の領域を通過する照明光の偏光状態を、その特定輪帯領域の円周方向に平行な直線偏光を主成分とする状態に設定することができる。
【００４３】
従って、このような照明光学系を備えた露光装置においては、第１物体上のその直線偏光光の方向に沿って長手方向を有するラインパターンを微細ピッチで配置したパターンを露光する際の結像特性を向上させることができる。さらに、第１物体を輪帯照明で、かつ、特定輪帯領域の少なくとも一部の領域を通過する照明光の偏光状態を、その特定輪帯領域の円周方向に平行な直線偏光光を主成分とする状態の照明光で照射することにより、第１物体上で任意の方向性を有するパターンの結像特性を向上させることができる。
【００４４】
また、光束制限部材を用いることによって、照明光量を殆ど低下させることなく上記の輪帯照明、２極照明、又は４極照明等を実現することにより、上記の結像性能向上を、処理能力（スループット）の低下なく実現する投影露光装置及び露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】（Ａ）は偏光変換部材１２ａ等の第１の実施例を＋Ｙ方向に見た図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＡＡ’線に沿う断面図である。
【図３】（Ａ）は偏光変換部材１２ａ等の第２の実施例を＋Ｙ方向に見た図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＡＡ’線に沿う断面図である。
【図４】（Ａ）は偏光変換部材１２ａ等の第１または第２の実施例を＋Ｙ方向に見た図、（Ｂ）はフライアイレンズ１４の入射面１４ａを＋Ｙ方向に見た図である。
【図５】（Ａ）は偏光変換部材１２ａ等及びフライアイレンズ１４を＋Ｚ方向に見た図、（Ｂ）は遮光部材Ｂ１等及びフライアイレンズ１４の射出面１４ｂを−Ｙ方向に見た図である。
【図６】（Ａ）はフライアイレンズ１４によりレチクルＲ１上の照度分布が均一化されることを説明する図、（Ｂ）はフライアイレンズ入射面１４ａ上の減光部Ｓ５によりレチクルＲ１上の照度分布が不均一化になることを説明する図、（Ｃ）はフライアイレンズ入射面１４ａ上の減光部Ｓ５５の幅の増大によりレチクルＲ１上の照度分布が均一化されることを説明する図である。
【図７】（Ａ）は図１の照明光学系ＩＬＳの瞳面１５とレチクルＲとの関係を簡易的に示す斜視図、（Ｂ）は図７（Ａ）の一部を＋Ｙ方向に見た図、（Ｃ）は図７（Ａ）の一部を−Ｘ方向に見た図である。
【図８】本発明の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造するためのリソグラフィ工程の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光型の投影露光装置（スキャニング・ステッパー）で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
【００４７】
図１は、本例の照明光学装置を含む本例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図であり、この図１において、本例の投影露光装置は、光源１、照明光学系ＩＬＳと投影光学系２５とを備えている。このうち光源１と照明光学系ＩＬＳは、照明光学装置を構成し、これは本発明の照明光学装置の好ましい実施形態の一例となっている。
【００４８】
照明光学系ＩＬＳは、光源１（光源）以降のリレーレンズ２からコンデンサーレンズ２０までの、光軸（照明系光軸）ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３に沿って配置される複数の光学部材を備え（詳細後述）、光源１からの露光ビームとしての露光用の照明光（露光光）ＩＬでマスクとしてのレチクルＲのパターン面（レチクル面）の照明視野を均一な照度分布で照明する。すなわち、光源１及び照明光学系ＩＬＳは、本例の照明光学装置を構成するものである。後者の投影光学系２５は、その照明光のもとで、レチクルＲの照明視野内のパターンを投影倍率Ｍ（Ｍは例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で縮小した像を、被露光基板（基板）又は感光体としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影する。レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれ第１物体及び第２物体ともみなすことができる。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。本例の投影光学系２５は、例えば屈折光学系であるが、反射屈折系なども使用できる。
【００４９】
以下、図１において、投影光学系２５、レチクルＲ、及びウエハＷに関しては、投影光学系２５の光軸ＡＸ４に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向（図１の紙面に平行な方向）に沿ってＹ軸を取り、非走査方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿ってＸ軸を取って説明する。この場合、レチクルＲの照明視野は、非走査方向であるＸ方向に細長い領域であり、ウエハＷ上の露光領域は、その照明視野と共役な細長い領域である。また、投影光学系２５の光軸ＡＸ４は、レチクルＲ上で照明系光軸ＡＸ３と合致している。
【００５０】
先ず、露光転写すべきパターンの形成されたレチクルＲはレチクルステージ２１上に吸着保持され、レチクルステージ２１はレチクルベース２２上でＹ方向に一定速度で移動するとともに、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の回りの回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージ２１のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡２３及びレーザ干渉計２４によって計測されている。この計測値及び主制御系３４からの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系３２はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージ２１の位置及び速度を制御する。レチクルＲの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。
【００５１】
一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージ２７上に吸着保持され、ウエハステージ２７は、ウエハベース３０上にＹ方向に一定速度で移動できるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動できるように載置されている。また、ウエハステージ２７には、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハＷの表面を投影光学系２５の像面に合わせ込むためのＺレベリング機構も組み込まれている。ウエハステージ２７のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡２８及びレーザ干渉計２９によって計測されている。この計測値及び主制御系３４からの制御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系３３はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージ２７の位置及び速度を制御する。また、投影光学系２５の近傍には、ウエハアライメントのために、ウエハＷ上の位置合わせ用マークの位置を検出するオフ・アクシス方式で例えばＦＩＡ(Fie1d Image A1ignment )方式のアライメントセンサ３１が配置されている。
【００５２】
本例の投影露光装置による露光に先立って、上記のレチクルアライメント顕微鏡によってレチクルＲのアライメントが行われ、ウエハＷ上に以前の露光工程で回路パターンとともに形成された位置合わせ用マークの位置をアライメントセンサ３１で検出することによって、ウエハＷのアライメントが行われる。その後、レチクルＲ上の照明視野に照明光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージ２１及びウエハステージ２７を駆動して、レチクルＲとウエハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、照明光ＩＬの発光を停止して、ウエハステージ２７を駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。その同期走査時のレチクルステージ２１とウエハステージ２７との走査速度の比は、投影光学系２５を介してのレチクルＲとウエハＷとの結像関係を保つために、投影光学系２５の投影倍率Ｍと等しい。これらの動作によって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が露光転写される。
【００５３】
次に、本例の照明光学系ＩＬＳの構成につき詳細に説明する。図１において、本例の光源１としては、ＡｒＦ（アルゴンフッ素）エキシマーレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、光源１としては、その他にＫｒＦ（クリプトンフッ素）エキシマーレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ２（フッ素分子）レーザ（波長１５７ｎｍ）、又はＫｒ２（クリプトン分子）レーザ（波長１４６ｎｍ）等のレーザ光源なども使用できる。これらのレーザ光源（光源１を含む）は、狭帯化されたレーザ又は波長選択されたレーザであり、光源１から射出される照明光ＩＬは、上記狭帯化又は波長選択により直線偏光光を主成分とする偏光状態となっている。以下、図１において、光源１から射出された直後の照明光ＩＬは、偏光方向（電場の方向）が図１中のＸ方向と一致する直線偏光光を主成分とするものとして説明する。
【００５４】
光源１を発した照明光ＩＬは、照明系光軸ＡＸ１に沿ってリレーレンズ２，３を介して偏光制御機構としての偏光制御部材４（詳細後述）に入射する。偏光制御部材４を発した照明光ＩＬは、凹レンズ５と凸レンズ６との組み合わせからなるズーム光学系（５，６）を経て、光路折り曲げ用のミラー７で反射されて、照明系光軸ＡＸ２に沿って回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element) ９ａに入射する。回折光学素子９ａは位相型の回折格子からなり、入射した照明光ＩＬは、所定の方向に回折されて進む。
【００５５】
後述する通り、光束制限部材としての回折光学素子９ａからの各回折光の回折角及び方向は、照明光学系ＩＬＳの瞳面１５上での照明光ＩＬの位置や、照明光ＩＬのレチクルＲへの入射角度及び方向に対応する。また、回折光学素子９ａ及びそれと異なる回折作用を有する別の回折光学素子９ｂ等がターレット状の部材８上に複数配列されている。そして、例えば主制御系３４の制御のもとで交換機構１０により部材８を駆動して、部材８上の任意の位置の回折光学素子９ａ等を照明系光軸ＡＸ２上の位置に装填することで、レチクルＲのパターンに応じて、レチクルＲへの照明光の入射角度範囲及び方向（又は瞳面１５での照明光の位置）を、所望の範囲に設定できるように構成されている。また、その入射角度範囲は、上述のズーム光学系（５，６）を構成する凹レンズ５及び凸レンズ６を、照明系光軸ＡＸ１の方向にそれぞれ移動することによって、補助的に微調整することができる。
【００５６】
回折光学素子９ａを射出した照明光（回折光）ＩＬは、照明系光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ１１を経て、本発明の偏光変換部材１２ａ，１２ｂに入射する。ただし後述する通り、偏光変換部材１２ａ，１２ｂは、光軸ＡＸ２を中心とする所定の輪帯領域上のそれぞれ異なる位置に、複数の分離した偏光変換部材が配置されたものである。そして、光軸ＡＸ２の近傍には、偏光変換部材が配置されている必要はないため、照明光束の全てが偏光変換部材１２ａ，１２ｂに入射する必要はない。
【００５７】
偏光変換部材１２ａ，１２ｂよりレチクルＲ側には、レチクルＲ上での照明光ＩＬの照度分布を均一化するためのフライアイレンズ１４が配置される。フライアイレンズ１４を射出した照明光ＩＬは、リレーレンズ１６、視野絞り１７、及びコンデンサーレンズ１８を経て光路折り曲げ用のミラー１９に至り、ここで反射された照明光ＩＬは、照明系光軸ＡＸ３に沿ってコンデンサーレンズ２０を経てレチクルＲを照明する。このように照明されたレチクルＲ上のパターンは、上述のように投影光学系２５によりウエハＷ上に投影され転写される。
【００５８】
なお、必要に応じて視野絞り１７を走査型とし、レチクルステージ２１及びウエハステージ２７の走査に同期して走査することもできる。この場合、その視野絞りを固定視野絞りと可動視野絞りとに分けて構成してもよい。
【００５９】
この構成において、フライアイレンズ１４の射出側の面は照明光学系ＩＬＳの瞳面１５の近傍に位置している。瞳面１５は、瞳面１５からレチクルＲに至るまでの照明光学系ＩＬＳ中の光学部材（リレーレンズ１６、視野絞り１７、コンデンサーレンズ１８，２０、及びミラー１９）を介して、レチクルＲのパターン面（レチクル面）に対する光学的フーリエ変換面として作用する。即ち、瞳面１５上の１点を射出した照明光は、概ね平行光束となって所定の入射角度及び入射方向でレチクルＲを照射する。その入射角度及び入射方向は、その光束の瞳面１５上での位置に応じて定まる。
【００６０】
なお、光路折り曲げ用のミラー７，１９は、光学性能的に必須のものではないが、照明光学系ＩＬＳを一直線上に配置すると露光装置の全高（Ｚ方向の高さ）が増大するために、省スペース化を目的として照明光学系ＩＬＳ内の適所に配置したものである。照明系光軸ＡＸ１は、ミラー７の反射により照明系光軸ＡＸ２と一致し、更に照明系光軸ＡＸ２は、ミラー１９の反射により照明系光軸ＡＸ３と一致する。
【００６１】
以下、図２を参照して、図１中の偏光変換部材１２ａ，１２ｂの第１実施例について説明する。
【００６２】
本第１の実施例における偏光変換部材は、一軸結晶等の複屈折材料からなる１／２波長板１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈであり、これらは図２（Ａ）に示す如く、照明光学系光軸ＡＸ２を中心として、その周囲にそれぞれ隣接して配置される。これらの１／２波長板１２ａ〜ｈは、その外周であって、照明光束の光路外である部分において、それぞれ保持部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈにより保持される。またその保持は、例えば１／２波長板１２ｃについては押えネジ１３ｃ１，１３ｃ２，１３ｃ３の３本のネジにより行なわれ、例えば１／２波長板１２ｄについては押えネジ１３ｄ１，１３ｄ２，１３ｄ３の３本のネジにより行なわれる。
【００６３】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中のＡ−Ａ’線上での１／２波長板１２ａ〜ｈ及び保持部材１３ａ〜ｈ等の断面図を表わす。１／２波長板１２ａ〜ｈは、その有効部分が、照明光学系光軸ＡＸ２を中心とする内半径ｒｉから外半径ｒｏまでの輪帯領域（以下「特定輪帯領域」と呼ぶ）をカバーする様に配置される。また、その各形状は、特定輪帯領域内に隙間無く配置可能なように、中心部を欠いた扇形を基本とし、光軸ＡＸ２から上記外半径ｒｏ以上離れた位置において、上記押えネジ１３ｃ１，１３ｃ２，１３ｃ等により保持部材１３ａ〜ｈ等により固定され保持される。
【００６４】
また、保持部材１３ａ〜ｈは、保持部材１３ｃが押えネジ１３ｃ１，１３ｃ２、保持部材１３ｄが押えネジ１３ｄ１，１３ｄ２により保持枠１３ｏに個設される如く、それぞれが所定の押えネジにより保持枠１３ｏに個設される。保持部材１３ａ〜ｈ、保持枠１３ｏ、押えネジ１３ｃ１，１３ｃ２，１３ｃ等、及び押えネジ１３ｃ１，１３ｃ２等は、一体として、図１中の保持機構１３を構成する。
【００６５】
照明光束の径は、いわゆる照明σの変更や、輪帯照明、２極照明、４極照明等の変更により変更されるため固定されたものではないが、最大でも図２（Ｂ）中の外半径ｒ０は越えない。すなわち、保持部材１３ａ〜ｈは、偏光変換部材である各１／２波長板１２ａ〜ｈを前記照明光の光路外で保持する構成としている。そして、照明光の光路内となる可能性のある光軸ＡＸ２を中心とする半径ｒ０の範囲内では、１／２波長板１２ａ〜ｈは、それぞれの隣接部に実質的に隙間が生じない様に、かつ、遮光部材となる保持機構を有することなく配置されている。
【００６６】
これらの複数の１／２波長板１２ａ〜ｈは、その方向に平行な直線偏光光の位相を、その方向に垂直な直線偏光光の位相の対して半波長ずらしめる方向（以下「基準方向」という）が、それぞれに対応する白抜き矢印で示した如くに、図２（Ａ）の紙面内でそれぞれ異なる方向を向くように配置される。
【００６７】
すなわち、１／２波長板１２ａ，１２ｂについては、その基準方向をＺ軸に平行に設定する。波長板１２ａ〜ｈを透過する照明光が、前述の如くＸ方向の偏光方向（Ｘ偏光）を有する場合には、上記基準方向を有する波長板１２ａ，１２ｂは、照明光の偏光状態を変換することがないため、波長板１２ａ，１２ｂを透過した照明光は、そのままＸ偏光を保って射出される。
【００６８】
また、１／２波長板１２ｃ，１２ｄについては、その基準方向を上記１／２波長板１２ａ，１２ｂの基準方向に対して、４５度ずれた方向に設定する。このとき、１／２波長板１２ｃ，１２ｄに入射したＸ偏光光は、偏光状態が変換されてＹ方向に偏光方向を有する直線偏光光（Ｙ偏光）となって射出する。ここで、Ｙ方向は１／２波長板１２ｃ，１２ｄの位置においては、光軸ＡＸを中心として１／２波長板１２ｃ，１２ｄを通る円の円周方向に一致している。
【００６９】
さらに、１／２波長板１２ｆ，１２ｇについては、その基準方向を上記１／２波長板１２ａ，１２ｂの基準方向に対して、右に２２．５度回転した方向に設定する。このとき、１／２波長板１２ｆ，１２ｇに入射したＸ偏光光は、図２中の座標系でＺ＝−Ｘで表わされる直線と平行な直線偏光に変換される。そして、１／２波長板１２ｅ，１２ｈについては、その基準方向を上記１／２波長板１２ｅ，１２ｈの基準方向に対して、左に２２．５度回転した方向に設定する。このとき、１／２波長板１２ｅ，１２ｈに入射したＸ偏光光は、図２中の座標系でＺ＝Ｘで表わされる直線と平行な直線偏光に変換される。
【００７０】
なお、これらの各偏光方向は１／２波長板１２ｆ，１２ｇ，１２ｅ，１２ｈの各位置において、光軸ＡＸを中心として各１／２波長板１２ｆ，１２ｇ，１２ｅ，１２ｈを通る円の円周方向に一致している。これにより、各１／２波長板１２ａ〜ｈの配置される面内に入射したＸ方向への直線偏光光のうち、光軸ＡＸ２を中心とする内半径ｒｉから外半径ｒｏの範囲の輪帯領域に分布する照明光は、その偏光方向が光軸ＡＸ２を中心とする円の円周方向に実質的に平行な直線偏光光に変換されることになる。
【００７１】
ここで、上記内半径ｒｉおよび外半径ｒｏの実際の長さは、照明すべきレチクルＲ上の照明視野の大きさ、照明光の必要な開口数、照明光学系ＩＬＳの設計方針等によって選択されるべきものであり一概には決まらない。しかし、本発明の照明装置を投影露光装置の照明光学系として使用する場合には、投影露光装置が備える投影光学系２５の開口数を勘案して決定するべきである。
【００７２】
すなわち、外半径ｒｏは、投影光学系２５の開口数（ＮＡ）に対する照明光の開口数の比であるコヒーレンスファクターσ値が、少なくとも０．８程度以上に相当する照明光束を包含する大きさに設定することが好ましく、内半径ｒｉは、上記σ値が０．４程度の光束を包含する大きさに設定することが好ましい。
【００７３】
なお、上記の１／２波長板１２ａ〜ｈのうち１／２波長板１２ａ，１２ｃについては、上述の通り、照明光の偏光状態を変換する作用を有する必要はないので、１／２波長板でなく、それと同等な厚さを有する石英ガラス等で置き換えることもでき、さらに場合によっては、配置を省略することもできる。
【００７４】
ところで、これらの複数の１／２波長板１２ａ〜ｈは、フライアイレンズ１４よりも光源１側（入射側）に配置されるため、１／２波長板１２ａ〜ｈの各境界部分において照明光の減光（遮光）が生じると、それに伴う照明光の光量分布の低下は、フライアイレンズ１４の入射面上の照明光の光量分布の均一性（照度均一性）を悪化させることになる。そして、この照度均一性の悪化は、照明する対象である第１物体としてのレチクルＲ上での照度均一性にも悪影響を与えることになる。
【００７５】
しかし、本発明においては、上記の如く１／２波長板１２ａ〜ｈの各境界部分に実質的に隙間が生じない様に、かつ遮光部材となる保持機構を有することの無い構成としたため、フライアイレンズ１４の入射面上においても、照明光の照度均一性の悪化を概ね防止することが可能である。その結果、レチクルＲ上での照明光の照度均一性の悪化も、概ね防止することが可能となる。
【００７６】
従って、１／２波長板１２ａ〜ｈを各境界部分に実質的に隙間が生じない様に、かつ遮光部材となる保持機構を有することの無い構成とし、すなわち複数の波長板をその照明光の光路外で保持する保持機構１３ａ〜ｈを、偏光変換部材（１／２波長板１２ａ〜ｈ）により生じる、第１物体（レチクルＲ）上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。
【００７７】
ここで、上記の実質的に隙間が生じないとは、例えば１／２波長板１２ａ〜ｈの各境界部分に生じる隙間が、上記外半径ｒ０の３％程度以下であることをいう。この条件を満たすことにより、上記隙間に伴う遮光作用や、隙間から漏れる好ましい偏光方向ではない照明光が結像特性に与える悪影響を、事実上問題のない程度に低減することが可能となるからである。
【００７８】
なお、偏光変換部材の境界部分に起因するレチクルＲ上の照明光の照度分布の不均一性を解消する手段は、上記の方法に限られる訳ではなく、例えば図３（Ａ），図３（Ｂ）に示す如く、複数の１／２波長板１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈを、石英ガラス等の照明光に対して透明な透明基板１２０ｏによって保持する構成としても良い。
【００７９】
図３（Ａ）は、このような透明基板１２０ｏ上に貼付けられた複数の１／２波長板１２０ａ〜ｈを表わす上面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ａ’部分での断面を表わす断面図である。この貼付けは、例えば、いわゆるオプチカルコンタクト等の手法を用いるが、必要に応じて露光光に対して透明な接着剤等を使用して貼付けることもできる。
【００８０】
図３（Ａ）中の１／２波長板１２０ａ〜ｈの各部中に示した白抜き矢印で示したそれぞれの上記基準方向の向きは、図２（Ａ）に示した１／２波長板１２ａ〜ｈのうち対応する位置にあるものの基準方向の向きと一致する。従って本例においても、Ｘ偏光光である照明光が、基板１２０ｏに保持された１／２波長板１２０ａ〜ｈに入射すると、その照明光は、その偏光方向が実施的に光軸ＡＸ２を中心とする円の円周方向に一致する直線偏光光に変換されて射出されることになる。
【００８１】
また、図３（Ｂ）中に示した１／２波長板１２０ａ〜ｈの内半径ｒｉ２，外半径ｒｏ２が満たすべき条件は、図２（Ｂ）に示した上記例における内半径ｒｉ，外半径ｒｏが満たすべき条件と同様である。
【００８２】
なお、本例においても、１／２波長板１２０ａ，１２０ｂを１／２波長板ではなく石英ガラスで構成しても良く、あるいは省略しても良いことは、上記実施例の場合と同様である。また、本例の場合には、光軸ＡＸ２近傍、すなわち光軸ＡＸ２を中心とする半径ｒｉ２の領域内にも、１／２波長板１２０ａ〜ｈと同様な厚さの石英ガラス等を貼合せることができる。
【００８３】
本例のような構成としても、各１／２波長板１２０ａ〜ｈの境界部の遮光性や境界部から漏れる好ましい偏光方向ではない照明光が結像特性に与える悪影響を、事実上問題のない程度に低減することが可能となり、本例の上記構成も、第１物体（レチクルＲ）上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。
【００８４】
ところで、上記各例の１／２波長板は、例えば一軸結晶である水晶により構成することができる。水晶の屈折率は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマーレーザ光において常光線の屈折率は１．６６３８、異常光線の屈折率は１．６７７４である。水晶中での常光線，異常光線の波長は、真空中波長（１９３nm）をそれぞれの屈折率で割ったものであるから、それぞれ１１６．００１ｎｍ、１１５．０５６ｎｍであり、水晶中を１波長分進行する毎に、両光束間に０．９４５ｎｍの光路差が形成される。従って、１／２波長板を構成するには、水晶の厚さを、６１．４（＝１１６．００１／２／０．９４５）波長分進行する厚さに相当する、７．１２μｍにすればよい。また、この厚さの奇数倍である（２ｎ＋１）×７．１２μｍ（ｎは自然数）の厚さの水晶を使用しても、１／２波長板を構成することができる。
【００８５】
１／２波長板を、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示した如く保持するには、ある程度の厚さが必要であるため、この場合には、１／２波長板１２ａ〜ｈは上記厚さの奇数倍の厚さとして、その厚さ及び強度を増大させることが好ましい。一方、図３（Ａ），図３（Ｂ）に示した保持方法を採用する場合には、上記いずれの厚さの水晶を使用することもできる。
【００８６】
また、図２（Ａ），図２（Ｂ）に示した方法を採用する場合においても、石英ガラス等の上に水晶を貼合せた構成の１／２波長板を採用することもできる。
【００８７】
さらに、１／２波長板の構成は、上記水晶に限定されるものではなく、他の複屈折材料を使用してもよく、蛍石の真性複屈折（Intrinsic Birefringnce）を利用して形成することもできる。また、本来複屈折のない合成石英等の材料に応力を加える等して複屈折性を持たせたものを、使用することもできる。その場合においても、１／２波長板を形成するための厚さは、その材料の常光線及び異常光線に対する屈折率から、上記方法を用いて算出することができる。
【００８８】
なお、レチクルＲ上に形成されたパターンが極めて微細である場合や、ウエハＷ上に露光転写されるパターンのパターン寸法に要求される規格等が極めて厳しい場合には、上記の如く１／２波長板１２ａ〜ｈの各境界部分に実質的に遮光が生じない様な対策を施しただけでは、レチクルＲ上の照明光の照度均一性を十分に達成できない場合も生じる。
【００８９】
そこで、このような場合には、フライアイレンズ１４の射出面１４ｂに、フライアイレンズ１４を構成する各レンズエレメントのうち、上記１／２波長板１２ａ〜ｈの各境界部分に起因する照度分布の不均一性の生じているレンズエレメントから射出する照明光を遮光するための遮光部材を設け、上記１／２波長板１２ａ〜ｈの境界部分により生じるレチクルＲ上の照明光量の照度不均一性を、完全に防止する構成とすることも可能である。
【００９０】
以下、この構成について、図４、図５、図６を用いて説明する。図４（Ａ）は、１／２波長板１２ａ〜ｈの構成を示す図であるが、その詳細は、図２（Ａ）または図３（Ａ）に示した上述の１／２波長板１２ａ〜ｈ等の構成と同様である。そして、このとき、各１／２波長板１２ａ〜ｈの境界部分には、僅かではあるが遮光性が生じる。
【００９１】
図４（Ｂ）は、フライアイレンズ入射面１４ａに、当該１／２波長板の境界部分に起因する減光部分が生じている状態を、−Ｙ方向（照明光の上流側）から見た図である。各１／２波長板１２ａ〜ｈの境界部であるＥ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８は、それぞれ照明光を減光するため、フライアイレンズ入射面１４ａに、それぞれ減光領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８が形成される。また、同面１４ａには、各１／２波長板１２ａ〜ｈの内側（光軸ＡＸ２の近傍側）の境界部に相当する減光領域Ｓｃも形成される。
【００９２】
図５（Ａ）は、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）中に示した、Ｂ−Ｂ’線分位置での各１／２波長板１２ａ〜ｈおよびフライアイレンズ１４の断面図を表わす図である。境界部Ｅ４，Ｅ５による減光部Ｓ５，Ｓ４は、Ｂ−Ｂ’線分位置において、それぞれフライアイレンズ１４を構成するレンズエレメントであるエレメント１４４，１４５上に形成される。従って、エレメント１４４，１４５の入射面の照明光は、その照度分布が不均一となる。
【００９３】
ここで、フライアイレンズ１４の作用について、図６（Ａ），図６（Ｂ）を用いて簡単に説明する。これらの図は、フライアイレンズ１４の入射面１４ａでの照度均一性が、上記の如く所定のエレメント内において著しく不均一である場合の、レチクルＲ上の照度分布への影響を説明する図である。
【００９４】
図６（Ａ）に示す如く、フライアイレンズ入射面１４ａに照射される照明光は、各レンズエレメントの集光作用（レンズ作用）により、その射出面１４ｂ側に集光される。そして、各エレメントから発散光束として射出され、それらは、レチクルＲ１等の被照射物体（第１物体）上に、重畳して照射される。すなわち、フライアイレンズ１４の各レンズエレメントの入射面とレチクルＲ１とはそれぞれ結像関係となっており、レチクルＲ１の照明視野ＩＬａ上の照明光量分布は、上記重畳作用によりなされる平均化効果により均一化されることになる。
【００９５】
しかしながら、図６（Ｂ）に示す如く、レンズエレメント１４５上に形成される減光部Ｓ５が比較的急峻で、かつ光量低下の大きな遮光部である場合には、フライアイレンズ１４による平均化効果をもってしても、レチクルＲ１上の照明視野ＩＬａ上の照明光量分布ＩＬＲ１には、上記減光部Ｓ５により生じる減光部Ｓ５Ｒが生じ、その照度を完全には均一化できない場合が生じることになる。
【００９６】
そこで、図５（Ｂ）に示す如く、フライアイレンズ射出面１４ｂの近傍に、遮光部材Ｂ４，Ｂ５等を設け、レチクルＲ１上の照明の照度均一性を悪化させるレンズエレメント１４４，１４５等からの照明光を、遮光する構成とすることもできる。
【００９７】
遮光部材Ｂ４，Ｂ５等は、上述の減光部Ｓ１〜８及び減光部Ｓｃに対応する各フライアイレンズエレメントの射出面１４ｂの近傍に配置することが望ましい。従って、遮光部材Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８，Ｂｃは、図５（Ｂ）に示す如く配置することが望ましい。なお、図５（Ｂ）は、遮光部材Ｓ１〜８及び遮光部材Ｓｃとフライアイレンズ射出面１４ｂを、＋Ｙ方向（照明光の下流側）から見た図である。
【００９８】
遮光部材Ｓ１〜８及び遮光部材Ｓｃは、偏光変換部材に起因してレチクルＲ１上の照明光の照度均一性を悪化させるレンズエレメントからの照明光を遮光し、レチクルＲ１上の照明光の照度均一性の向上に寄与するため、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。
【００９９】
ところで、遮光部材Ｓ１〜８，Ｓｃを設けることにより、偏光変換部材に起因するレチクルＲ１上の照明光の照度不均一性は完全に防止できるため、偏光変換部材（１／２波長板１２ａ〜ｈ）の保持方法等は、前述の構成に限定されず、さまざまな構成とすることもできる。しかし、フライアイレンズ入射面１４ａに生じる減光部Ｅ１〜８，Ｅｃの幅を最小に押さえ、遮光するフライアイレンズエレメントの数を最小に抑え、照明光量の損失を最小限に押さえるためには、偏光変換部材の保持方法として、前述の方法を採用することが好ましい。
【０１００】
なお、遮光部材Ｓ１〜８，Ｓｃの配置位置は、上記の如きフライアイレンズ１４の射出面１４ｂの近傍に限るわけではなく、照明光学系ＩＬＳ中のフライアイレンズ１４からレチクルＲの間に、射出面１４ｂの（すなわち瞳面１５）の共役面が存在する場合には、その共役面に配置するものとしても良い。
【０１０１】
なお、図６（Ｂ）に示した如き、レチクルＲ１上の照度均一性の悪化は、フライアイレンズ１４の１個のレンズエレメント内の照明光の照度分布が急峻に変化するために発生するものである。すなわち、１個のレンズエレメント１４５等の入射面１４ａ上での照明光量分布が、レチクルＲ１において他のレンズエレメントからの照明光によっても平均化できないほどに急峻である場合に、レチクルＲ１上の照度均一性の悪化が無視できなくなる。
【０１０２】
そこで、照明光学系ＩＬＳの構成を、フライアイレンズの１４の入射面１４ａにおいて、その光量分布が急峻に変化しないような構成にすることによっても、レチクルＲ１上の照明光の照度均一化することも可能となる。
【０１０３】
具体的には、照明光学系ＩＬＳの構成、特に図１中のズーム光学系５，６、回折光学素子９ａ、リレーレンズ１１、偏光変換部材１２ａ〜ｈおよびフライアイレンズ１４の構成を最適化し、偏光変換部材１２ａ〜ｈの位置における照明光束ＩＬに、ある程度の発散性を持たせると良い。これにより、偏光変換部材（１／２波長板）１２ａ〜ｈの境界部（減光部）は、上記の光束の発散作用と偏光変換部材１２ａ〜ｈからフライアイレンズ入射面１４ａまでの距離との相互作用により、ある程度ボケてフライアイレンズ入射面１４ａに投影されることになる。
【０１０４】
そして、図６（Ｂ）に示した如く減光部Ｓ５５のボケ幅を、フライアイレンズ１４を構成する各レンズエレメント１４５等の幅と同程度以上に設定すると、減光部Ｓ５５の光量分布（減光の程度）の急峻性を十分に低下させることができ、従って、レチクルＲ１上での照明光の照度均一性を良好に保つことが可能となる。ここで減光部Ｓ５５のボケ幅とは例えば半値幅をいい、フライアイレンズ１４の入射面１４ａにおける平均的な照明光量Ｉｌｉｎ１と減光部Ｓ５５の最暗部の光量との平均値に基づいて、減光部Ｓ５５をスライスした際のスライス幅である。
【０１０５】
従って、照明光学系ＩＬＳの構成を最適化し、偏光変換部材１２ａ〜ｈの位置における照明光束ＩＬに、ある程度の発散性を持たせることにより、フライアイレンズの入射面１４ａ上において、減光部Ｓ５５のボケ幅を増大させる構成も、偏光変換部材により生じる第１物体（レチクルＲ）上の照明光の照度不均一性を解消するための、照度不均一解消手段の少なくとも一部を構成すると見ることができる。
【０１０６】
また、本構成を、上述の他の照度不均一解消手段と組み合わせて採用することができることは言うまでもない。
【０１０７】
以上の様に、本発明によれば、照明光学系ＩＬＳ中のフライアイレンズ１４ａの入射面に分布する照明光のうち、所定の内半径から所定の外半径の間の特定輪帯領域に分布する照明光の偏光状態を、その偏光方向が実質的に照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸ２を中心とする円の円周方向に一致した直線偏光光とすることができる。
【０１０８】
そして、これらの偏光状態は、フライアイレンズ１４を射出した光束においても保存されるため、フライアイレンズ１４の射出面１４ｂが配置される照明光学系瞳面１５においても、そこに分布する照明光のうち、所定の内半径から所定の外半径の間の特定輪帯領域に分布する照明光の偏光状態を、その偏光方向が実質的に照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸ２を中心とする円の円周方向に一致した直線偏光光とすることができる。
【０１０９】
また、照明光学系瞳面１５において照明光学系光軸ＡＸ２から所定距離離れた位置に分納する照明光は、所定の入射角度を持ってレチクルＲに照射されることになる。これを図７（Ａ），図７（Ｂ），図７（Ｃ）を用いて説明する。
【０１１０】
図７（Ａ）は、図１中の照明光学系ＩＬＳの瞳面１５とレチクルＲとの関係を簡易的に示した斜視図であり、図１中のリレーレンズ１６、コンデンサーレンズ１８，２０等は省略している。レチクルＲ上には、その長手方向がＹ方向に平行でありＸ方向に周期性を有する微細パターンＰＸと、その長手方向がＸ方向に平行でありＹ方向に周期性を有する微細パターンＰＹとが形成されている。
【０１１１】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示した略図の、ＺＸ面における断面図の一部を示す。図７（Ａ）中の、瞳面１５上の特定輪帯領域ＩＬ０のうち、図中左端のＩＬＬ部に分布する照明光は、図７（Ｂ）中の照明光ＩＬＬ１として入射角φを中心とする所定の角度範囲だけ傾いてレチクルＲに入射する。この入射角φの正弦の値は、照明系光軸ＡＸ４１からの輪帯領域ＩＬ０の中心位置の距離に比例する。
【０１１２】
前述の如く、本発明の照明光学系（照明光学装置）では、瞳面１５上で特定輪帯領域ＩＬ０に分布する照明光は、特定輪帯領域ＩＬ０の円周方向に概平行な直線偏光光であるので、照明光ＩＬＬ１の偏光状態ＥＦ１は、いわゆるＳ偏光となる。ここでＳ偏光とは、光学一般で定義されるＳ偏光と同義であり、照明光ＩＬＬ１の進行方向と、被照射物体であるレチクルＲに対する法線（すなわち照明光学系光軸ＡＸ４１）とを含む面、すなわちＺＸ面に対して偏光方向が垂直である偏光である。
【０１１３】
このような照明光ＩＬＬ１の入射方位、入射角φ及び偏光状態ＥＦ１で、Ｙ方向に長手を有しＸ方向に周期性を有するパターンＰＸを照明することにより、投影光学系２５を介して投影されるパターンＰＸの像のコントラスト等を向上するができる。ただし、その理由については特許文献１等で説明されているため、ここでは説明は省略する。
【０１１４】
なお、説明の便宜上図示を省略しているが、図７（Ｂ）では、レチクルＲに対して右上方からも輪帯領域ＩＬＲを射出した照明光が照射されることは言うまでもない。そして、その偏光状態もＳ偏光である。
【０１１５】
図７（Ｃ）は、図７（Ａ）に示した略図の、ＹＺ面における断面図の一部を示す。図７（Ａ）中の、瞳面１５上の輪帯領域ＩＬ０のうち、図中下端のＩＬＤ部に分布する照明光は、図７（Ｃ）中の照明光ＩＬＤ１として上記入射角φを中心とする所定の角度範囲だけ傾いてレチクルＲに入射する。
【０１１６】
瞳面１５上の特定輪帯領域ＩＬ０中の図中下端部ＩＬＤに分布する照明光も、特定輪帯領域ＩＬ０の円周方向に概平行な直線偏光光であるので、照明光ＩＬＤ１の偏光状態ＥＦ２も上記と同様にＳ偏光となる。そして、照明光ＩＬＬ１の入射方位、入射角φ及び偏光状態ＥＦ２は、Ｘ方向に長手を有しＹ方向に周期性を有するパターンＰＹに対して好適であり、投影光学系２５を介して投影されるパターンＰＹの像のコントラスト等を向上することができる。
【０１１７】
なお、以上の説明で想定した図７（Ａ）中の瞳面１５上の特定輪帯領域ＩＬ０中の左端部（−Ｘ方向端部）ＩＬＬ、右端部（＋Ｘ方向端部）ＩＬＲ、下端部（−Ｙ方向端部）ＩＬＤ等は、図２（Ａ）等に示した偏光変換部材（１／２波長板）１２ａ〜ｈ等のうち、図２（Ａ）等中のＸ方向の両端及びＹ方向の両端に配置された、偏光変換部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対応する部材を透過した照明光に対応するものである。
【０１１８】
一方、レチクルＲ上には、図７（Ａ）に示した如く、その長手方向がＸ方向またはＹ方向に一致するパターンのみではなく、その長手方向がＸ方向及びＹ方向から概ね４５度回転したようなパターンも存在する場合がある。そして、そのようなパターンに対しては、図２（Ａ）等の中に示した偏光変換部材１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈが特に有効となる。
【０１１９】
ただし、レチクルＲ上に存在するパターンのうち、特に重要なパターン、例えば最も微細なパターンが、Ｘ方向またはＹ方向に長手を有するパターンに限定されるのであれば、これらのパターンに対してより有効である偏光変換部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄからの照明光を、他の偏光変換部材１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈからの照明光に対して相対的に増大させるために、図２（Ａ）等における偏光変換部材１２ａ〜ｈの面積比を変更することもできる。
【０１２０】
すなわち、図２（Ａ）等に示した光軸ＡＸ２を中心に均等角度毎に配置された偏光変換部材１２ａ〜ｈではなく、偏光変換部材１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについてはその中心角を増大させることにより面積を増大させ、偏光変換部材１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈについてはその中心角を減少させることにより面積を減少させるように、その配置を変更すると良い。
【０１２１】
なお、偏光変換部材１２ａ〜ｈの数、すなわち特定輪帯領域に対する光軸ＡＸ２を中心とする分割の数も、上記の８分割に限るわけではなく、より多くの領域に分割し、より多くの偏光変換部材を並べて配置するようにしても良いことは言うまでもない。
【０１２２】
ところで、以上の実施形態においては、図１の照明光学系ＩＬＳの瞳面１５に形成する照明光量分布が上述の特定輪帯領域であること、即ち輪帯照明へ適用することを前提に説明したが、本発明の照明光学装置及び投影露光装置により実現できる照明条件は、必ずしも輪帯照明に限定されるものではない。即ち、偏光変換部材１２ａ〜ｈは、照明光学系の瞳面１５内の特定輪帯領域内に分布する照明光の偏光状態を上記所望の偏光状態に設定するものであるから、照明光の分布をその特定輪帯領域内の更に特定の部分領域内に限る場合であっても、その特定輪帯領域の円周方向に平行な偏光方向を有する直線偏光光を主成分とした照明光に変換できることは言うまでもない。
【０１２３】
このように、照明光を特定輪帯領域内の更に特定の領域内にのみ集光するには、図１中の回折光学素子９ａを交換し、別の回折光学素子から発生する回折光（照明光）を、偏光変換部材１２ａ〜ｈ上の特定の離散的な領域に集中させるようにすれば良い。照明光を集中させる箇所は、例えば図２（Ａ）中の偏光変換部材１２ｃ及び１２ｄ内の２箇所であるが、もちろん任意の偏光変換部材の任意の箇所に集中させてよく、また、偏光変換部材ａ〜ｈを跨ぐ位置に集光させても構わない。
【０１２４】
また、集光位置の個数も４個であっても構わない。そして、その位置及び個数の選定は、レチクルＲ上の露光対象とするパターンの形状に応じて決定すれば良い。
【０１２５】
ところで、上記の集光位置以外に分布する照明光は、上記の露光対象とするパターンの露光には適さないので、その光量分布を実質的に０にした方が好ましい場合もある。一方、回折光学素子９ａ等の製造誤差などによっては、回折光学素子９ａ等からは所望の方向以外にも回折光（以下「誤差光」という。）が発生し、上記の集光位置以外にも照明光が分布してしまう可能性もある。そこで、例えば図１のフライアイレンズ１４の射出面側に、さらに絞りを設けて、この誤差光を遮光する構成とすることもできる。これにより上記の複数の集光領域以外の照明光量分布を完全に０とすることができる。
【０１２６】
ただし、レチクルＲ上には上記露光対象とするパターン以外のパターンも存在し、上記誤差光が、これらの対象外のパターンの結像に有効である場合もあるので、必ずしも集光領域以外の照明光量分布を０にする必要がない場合もある。
【０１２７】
ところで、上記の実施形態においては、レチクルＲ１に照射する照明光を、輪帯照明または変形照明であってレチクルＲに対してＳ偏光とすることだけを想定して説明したが、実際の照明光学装置や投影露光装置では、レチクルＲ等の被照射物体（第１物体）への照明条件や偏光状態は、ある程度自由に可変できることが必要とされる。
【０１２８】
ここで、照明条件の変更は上述の回折光学素子９ａ，９ｂ等の交換配置や、ズーム光学系５，６により、照明σ値の変更や輪帯照明、２極照明、４極照明への変更が可能である。これにより、例えば照明光束のσ値を０．４程度以下の小σ照明とすることができる。
【０１２９】
このような小σの照明光は、図２（Ａ）に示した如き偏光変換部材１２ａ〜ｈを透過することなく、図２（Ａ）中の光軸ＡＸ２近傍を透過するため、偏光変換部材による偏光変換作用を受けない。従って、照明光ＩＬはレーザ等の光源１から射出した際の偏光状態をほぼそのまま保ってレチクルＲに入射することになるが、レチクルＲ１のパターンの種類や方向性によっては、Ｙ方向の直線偏光光が好ましい場合もありランダム偏光光が好ましい場合もある。
【０１３０】
そこで、本発明の照明光学装置・投影露光装置では、照明光学系ＩＬＳ中に偏光制御部材４を設け、これにより、レチクルＲ１に照射される照明光の偏光状態を変更可能としている。
【０１３１】
偏光制御部材４は、例えば照明光学系光軸ＡＸ１を中心に回転可能な１／２波長板であり、その配置角度の変更により、透過する照明光をＸ偏光光またはＹ偏光光に切り替え可能とする。これにより、上記小σ照明光のレチクルＲ１上での偏光状態をＸ偏光光及びＹ偏光光に切り替えることが可能となる。
【０１３２】
あるいは、偏光制御部材４として、さらに照明光の偏光性を解消する素子を、照明系光束ＩＬに対して装脱可能に配置することもできる。これにより、本発明の照明光学装置・投影露光装置においても、レチクルＲ１を照明するに際しランダム偏光照明が必要となる場合にも対応する事ができる。なお、偏光性を解消する素子としては、例えば、その厚さが面内の位置に応じて異なる波長板や旋光性部材を用いることができる。また、その代替として１／４波長板等を用いて照明光を円偏光にすることで、ウエハＷ上へのパターンの結像特性的にはランダム偏光と実質的に等価な照明光としても良い。
【０１３３】
このように、照明光をランダム偏光とした場合においても、本発明の偏光変換部材が１／２波長板１２ａ〜ｈからなる場合には、その実質的にランダムな照明光の偏光状態を、ランダム以外の状態に変換することは無い。ただし、偏光変換部材に起因して発生し、かつ僅かに残存するレチクルＲ上の照明光の照度不均一性をさらに改善するため等の理由により、大σ照明使用時には偏光変換部材１２ａ〜ｈを、照明構想の光路外に退避させることもできる。
【０１３４】
これは、例えば図１中の偏光変換部材１２ａ，１２ｂを保持する保持機構１３を、さらに不図示の交換機構により保持し、この交換機構の駆動により、偏光変換部材１２ａ，１２ｂを保持機構１３ごと、照明光学系の光路外に退避させる装脱機構により実現できる。
【０１３５】
あるいは、装脱機構として図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示した偏光変化部材１２ａ〜ｈを保持する保持１３ａ〜ｈに、偏光変化部材１２ａ〜ｈを例えば光軸ＡＸ２に対して放射方向に移動可能となるような可動機構を持たせ、偏光変化部材１２ａ〜ｈを照明光路外に退避可能な構成とすることもできる。
【０１３６】
以上の実施形態においては、光源１としてのレーザ光源は、Ｘ方向に偏光した直線偏光光を射出するものとしたが、光源から射出される照明光束ＩＬの偏光状態はこれに限られるものではない。例えば、Ｙ方向に偏光した直線偏光光を射出する光源であれば１／２波長板等により、これをＸ方向に偏光した直線偏光光に変換して使用することも可能であり、円偏光を射出する光源であれば１／４波長板等により、これをＸ方向に偏光した直線偏光光に変換して使用することも可能である。ただし、光源１から射出される照明光は、このように波長板等により直線偏光に変換できる照明光、すなわち単一の偏光状態の照明光であることが望ましい。
【０１３７】
ただし、完全に単一の偏光状態である必要は無く、例えば偏光比が８０％以上程度の直線偏光を射出する光源であれば十分である。これより偏光比の悪い光源では、直線偏光を使用して微細パターンの投影像のコントラスト等を改善するという本発明の効果が、十分に得られなくなる。
【０１３８】
なお、例えば光源１が円偏光である照明光を発するものである様な場合には、その円偏光の偏光状態を、ほぼそのまま保って照明光を図１中の偏光変換部材１２ａ等に導く構成とすることもできる。その際には、偏光変換部材１２ａ〜ｈとして１／４波長板を使用することにより、各偏光変換部材１２ａ〜ｈを透過した照明光を、上記所望の偏光状態とすることができる。
【０１３９】
このように、本発明の偏光変換部材１２ａ〜ｈは、１／２波長板に限定されることなく、照明光の偏光状態に応じて他の条件の波長板を使用することも可能であり、さらに、波長板以外にも、水晶等の旋光性を有する材料を使用することもできる。この場合には、複数の偏光変換部材のそれぞれについて、右旋性または左旋性の旋光性の異なる材料や厚さの異なる材料を使用して、各偏光変換部材を透過する照明光が、光軸ＡＸ２を中心とした円の円周方向に平行な偏光方向を有する直線偏光光に変換されるようにすれば良い。
【０１４０】
従って、本発明の偏光変換部材１２ａ〜ｈは、波長板に限定されることなく各種の光学部材を用いることができる。
【０１４１】
次に、上記の実施の形態の投影露光装置を使用した半導体デバイスの製造工程の一例につき図８を参照して説明する。
【０１４２】
図８は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図８において、まずシリコン半導体等からウエハＷが製造されている。その後、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し（ステップＳ１０）、次のステップＳ１２において、上記の実施形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ１とする）をロードし、ウエハステージ上にウエハＷをロードして、走査露光方式でレチクルＲ１のパターン（符号Ａで表わす）をウエハＷ上の全部のショット領域ＳＥに転写（露光）する。この際に必要に応じて二重露光が行われる。
【０１４３】
なお、ウエハＷは例えば直径３００ｍｍのウエハ（１２インチウエハ）であり、ショット領域ＳＥの大きさは一例として非走査方向の幅が２５ｍｍで走査方向の幅が３３ｍｍの矩形領域である。次に、ステップＳ１４において、現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域ＳＥに所定のパターンが形成される。
【０１４４】
次に、ステップＳ１６において、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、その後ステップＳ１８において、上記の実施の形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ２とする）をロードし、ウエハステージ上にウエハＷをロードして、走査露光方式でレチクルＲ２のパターン（符号Ｂで表わす）をウエハＷ上の各ショット領域ＳＥに転写（露光）する。そして、ステップＳ２０において、ウエハＷの現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域に所定のパターンが形成される。
【０１４５】
以上の露光工程〜パターン形成工程（ステップＳ１６〜ステップＳ２０）は所望の半導体デバイスを製造するのに必要な回数だけ繰り返される。そして、ウエハＷ上の各チップＣＰを１つ１つ切り離すダイシング工程（ステップＳ２２）や、ボンディング工程、及びパッケージング工程等（ステップＳ２４）を経ることによって、製品としての半導体デバイスＳＰが製造される。
【０１４６】
本例のデバイス製造方法によれば、上記の実施形態の投影露光装置で露光を行っているため、露光工程において、照明光（露光ビーム）の利用効率を高めた状態で所定の偏光状態でレチクルを照明できる。従って、微細ピッチの周期的なパターン等の解像度等が向上しているため、より高集積で高性能な半導体集積回路を、高いスループットで安価に製造することが可能となる。
【０１４７】
また、上記の実施形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１４８】
また、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置にも適用することができる。また、使用される投影光学系の倍率は、縮小倍率のみならず、等倍や拡大倍率であってもよい。更に、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置にも適用することができる。
【０１４９】
また、本発明の投影露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置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、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（Ｘ線マスクを含むフォトマスク、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。
【０１５０】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明のデバイス製造方法によれば、露光ビーム（照明光）の利用効率を高めることができるとともに、所定パターンを高精度に形成できる。従って、半導体集積回路等の各種デバイスを高精度に、かつ高い処理能力（スループット）で製造できる。
【符号の説明】
【０１５２】
Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＩＬＳ…照明光学系、ＡＸ２…照明系光軸、１…光源、４…偏光制御部材、９ａ，９ｂ…回折光学素子、１２ａ，１２ｂ…偏光変換部材、１３…偏光制御部材保持機構、１４…フライアイレンズ、２５…投影光学系。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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