(57)【要約】【課題】  様々な特性を有するマスク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、たとえば二次光源の光強度分布や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現する。【解決手段】  被照射面（Ｍ）を照明する照明光学装置。照明光学装置の瞳面またはその近傍に、光軸（ＡＸ）を含む中心領域に位置する光強度分布と光軸から間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段（３，４，７，８）と、複数の周辺領域に位置する光強度分布の位置および大きさを中心領域に位置する光強度分布とは独立して変更するための領域変更手段（６：６ａ，６ｂ）とを備えている。【選択図】  図１
2010093291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第１領域を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、前記第２領域を通過する光束を偏光状態に設定するための偏光設定手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記第１領域は、光軸を含む中心領域を有し、
前記第２領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記第２領域は、第１方向に沿って前記光軸に関してほぼ対称に配置された２つの周辺領域を有し、
前記偏光設定手段は、前記２つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１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請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの周辺領域を有し、
前記偏光設定手段は、前記４つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向または前記第２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請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの周辺領域を有し、
前記偏光設定手段は、前記４つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向または前記第２方向とほぼ４５度の角度をなす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請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記偏光設定手段は、前記４つの周辺領域のうち、前記光軸を挟んで対向する一方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向とほぼ４５度の角度をなす第３方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記光軸を挟んで対向する他方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向とほぼ４５度の角度をなし且つ前記第３方向とほぼ直交する第４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請求項５に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の第１四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの内側周辺領域と、前記第１方向に沿った辺と前記第２方向に沿った辺とを有し且つ前記第１四角形を包囲する矩形状の第２四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの外側周辺領域とを有し、
前記偏光設定手段は、前記４つの内側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向または前記第２方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記４つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第２方向または前記第１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請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の第１四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの内側周辺領域と、前記第１方向に沿った辺と前記第２方向に沿った辺とを有し且つ前記第１四角形を包囲する矩形状の第２四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの外側周辺領域とを有し、
前記偏光設定手段は、前記４つの内側周辺領域および前記４つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向とほぼ４５度の角度をなす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請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記偏光設定手段は、前記第１領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記偏光設定手段は、前記第２領域ヘ向かう直線偏光の光束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請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記偏光設定手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第２位相部材をさらに有することを特徴とする請求項９または１０に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域ヘそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段へ入射させるための光束変換素子を有することを特徴とする請求項１２に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記光束変換素子と前記領域変更手段との間に配置されたレンズ群を備えてい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】
前記瞳面と光学的に共役な面を形成する光学系と、
前記光学系によって形成される前記瞳面と光学的に共役な前記面に配置された波面分割型のオプティカルインテグレータとを備えていることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第２領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１領域を通過する光束の偏光状態とは独立に変更するための偏光状態変更手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１７】
前記第１領域は、光軸を含む中心領域を有し、
前記第２領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有することを特徴とする請求項１６に記載の照明光学装置。
【請求項１８】
前記偏光状態変更手段は、前記第１領域を通過する光束の状態を非偏光状態と直線偏光状態との間で変更することを特徴とする請求項１６または１７に記載の照明光学装置。
【請求項１９】
前記偏光状態変更手段は、前記第２領域を通過する光束の状態を互いに異なる方向に偏光面を有する２つの直線偏光状態の間で変更することを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２０】
前記偏光状態変更手段は、前記第１領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有することを特徴とする請求項１６乃至１９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２１】
前記偏光解消素子は、光路に対して挿脱可能に構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の照明光学装置。
【請求項２２】
前記偏光状態変更手段は、前記第２領域ヘ向かう直線偏光の光束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請求項１６乃至２１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２３】
前記偏光状態変更手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第２位相部材をさらに有することを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２４】
複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の照明光学装置。    
【請求項２５】
前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域へそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段に入射させるための光束変換素子を有することを特徴とする請求項２４に記載の照明光学装置。
【請求項２６】
前記光束変換素子と前記領域変更手段との間に配置されたレンズ群を備えていることを特徴とする請求項２５に記載の照明光学装置。
【請求項２７】
前記瞳面と光学的に共役な面を形成する光学系と、
前記光学系によって形成される前記瞳面と光学的に共役な前記面に配置された波面分割型のオプティカルインテグレータとを備えていることを特徴とする請求項２６に記載の照明光学装置。
【請求項２８】
所定のパターンを照明するための請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２９】
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ための投影光学系をさらに備え、
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
【請求項３０】
請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いて所定のパターンを照明する照明工程と、
前記所定のパターンを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。
【請求項３１】
前記露光工程は、投影光学系を用いて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工程を含み、
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることを特徴とする請求項３０に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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（またはマイクロレンズアレイ）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（一般には照明瞳面における所定の光強度分布）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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、様々な特性を有するマスク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、たとえば二次光源の光強度分布や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができなかった。
【０００６】
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、様々な特性を有するマスク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、たとえば二次光源の光強度分布や偏光状態などに関して多様性に富んだ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、たとえば様々な特性を有するマスク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実現することのでき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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、光軸を含む中心領域に位置する光強度分布と前記光軸から間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記複数の周辺領域に位置する光強度分布の位置および大きさを前記中心領域に位置する光強度分布とは独立して変更するための領域変更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。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域に対応する中心光束と前記複数の周辺領域にそれぞれ対応する複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段に入射させるための光束変換素子を有する。また、前記領域変更手段は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとを有し、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成され、前記屈折面は、前記光軸とほぼ直交する平面状の中央部を有することが好ましい。
【０００９】
この場合、前記屈折面は、前記中央部と、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部とを有することが好ましい。また、この場合、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする１つの円錐体の側面に対応する１つの周辺円錐部を有することが好ましい。あるいは、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする第１円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部と、前記光軸を中心とし且つ前記第１円錐体よりも小さな頂角を有する第２円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部とを有することが好ましい。また、第１形態では、前記領域変更手段は、交換可能な前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組を複数個有し、各組毎に前記中央部の面積が異なることが好ましい。
【００１０】
本発明の第２形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第１領域を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、前記第２領域を通過する光束を偏光状態に設定するための偏光設定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。
【００１１】
第２形態の好ましい態様によれば、前記第１領域は、光軸を含む中心領域を有し、前記第２領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有する。この場合、前記第２領域は、第１方向に沿って前記光軸に関してほぼ対称に配置された２つの周辺領域を有し、前記偏光設定手段は、前記２つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１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。あるいは、前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの周辺領域を有し、前記偏光設定手段は、前記４つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向または前記第２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。
【００１２】
あるいは、第２形態では、前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの周辺領域を有し、前記偏光設定手段は、前記４つの周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向または前記第２方向とほぼ４５度の角度をなす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、前記偏光設定手段は、前記４つの周辺領域のうち、前記光軸を挟んで対向する一方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向とほぼ４５度の角度をなす第３方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記光軸を挟んで対向する他方の対の周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向とほぼ４５度の角度をなし且つ前記第３方向とほぼ直交する第４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。
【００１３】
あるいは、第２形態では、前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直
交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の第１四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの内側周辺領域と、前記第１方向に沿った辺と前記第２方向に沿った辺とを有し且つ前記第１四角形を包囲する矩形状の第２四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの外側周辺領域とを有し、前記偏光設定手段は、前記４つの内側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向または前記第２方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定すると共に、前記４つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第２方向または前記第１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。
【００１４】
あるいは、第２形態では、前記第２領域は、第１方向に沿った辺と該第１方向とほぼ直交する第２方向に沿った辺とを有する矩形状の第１四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの内側周辺領域と、前記第１方向に沿った辺と前記第２方向に沿った辺とを有し且つ前記第１四角形を包囲する矩形状の第２四角形の各々の頂点の位置に配置された４つの外側周辺領域とを有し、前記偏光設定手段は、前記４つの内側周辺領域および前記４つの外側周辺領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１方向とほぼ４５度の角度をなす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。
【００１５】
また、第２形態の好ましい態様によれば、前記偏光設定手段は、前記第１領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有する。また、前記偏光設定手段は、前記第２領域ヘ向かう直線偏光の光束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。また、前記偏光設定手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第２位相部材をさらに有することが好ましい。また、複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることが好ましい。この場合、前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域ヘそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段へ入射させるための光束変換素子を有することが好ましい。
【００１６】
また、第２形態の好ましい態様によれば、前記領域変更手段は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとを有し、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成され、前記屈折面は、前記光軸とほぼ直交する平面状の中央部を有する。この場合、前記屈折面は、前記中央部と、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部とを有することが好ましい。また、この場合、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする１つの円錐体の側面に対応する１つの周辺円錐部を有することが好ましい。あるいは、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする第１円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部と、前記光軸を中心とし且つ前記第１円錐体よりも小さな頂角を有する第２円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部とを有することが好ましい。また、前記領域変更手段は、交換可能な前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組を複数個有し、各組毎に前記中央部の面積が異なることが好ましい。
【００１７】
本発明の第３形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第２領域を通過する光束の偏光状態を、前記第１領域を通過する光束の偏光状態とは独立に変更するための偏光状態変更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。
【００１８】
第３形態の好ましい態様によれば、前記第１領域は、光軸を含む中心領域を有し、前記第２領域は、前記光軸から間隔を隔てた周辺領域を有する。また、前記偏光状態変更手段は、前記第１領域を通過する光束の状態を非偏光状態と直線偏光状態との間で変更するこ
とが好ましい。また、前記偏光状態変更手段は、前記第２領域を通過する光束の状態を互いに異なる方向に偏光面を有する２つの直線偏光状態の間で変更することが好ましい。また、前記偏光状態変更手段は、前記第１領域ヘ向かう直線偏光の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を有することが好ましい。この場合、前記偏光解消素子は、光路に対して挿脱可能に構成されていることが好ましい。
【００１９】
また、第３形態の好ましい態様によれば、前記偏光状態変更手段は、前記第２領域ヘ向かう直線偏光の光束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。また、前記偏光状態変更手段は、入射する楕円偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変化させるための第２位相部材をさらに有することが好ましい。また、複数の前記周辺領域の位置および大きさを前記中心領域とは独立して変更するための領域変更手段とをさらに備えていることが好ましい。この場合、前記照明瞳形成手段は、入射する光束を前記中心領域ヘ向かう中心光束と前記複数の周辺領域へそれぞれ向かう複数の周辺光束とに変換して前記領域変更手段に入射させるための光束変換素子を有することが好ましい。
【００２０】
また、第３形態の好ましい態様によれば、前記領域変更手段は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとを有し、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成され、前記屈折面は、前記光軸とほぼ直交する平面状の中央部を有する。この場合、前記屈折面は、前記中央部と、前記光軸を中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部とを有することが好ましい。また、この場合、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする１つの円錐体の側面に対応する１つの周辺円錐部を有することが好ましい。あるいは、前記周辺円錐部は、前記光軸を中心とする第１円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部と、前記光軸を中心とし且つ前記第１円錐体よりも小さな頂角を有する第２円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部とを有することが好ましい。また、前記領域変更手段は、交換可能な前記第１プリズムと前記第２プリズムとの組を複数個有し、各組毎に前記中央部の面積が異なることが好ましい。
【００２１】
本発明の第４形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面またはその近傍に、光軸をほぼ中心とする輪帯状の領域に位置する光強度分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、
前記輪帯状の領域は、前記光軸をほぼ中心とする円の周方向に沿って複数の領域を有し、
前記輪帯状の領域の前記複数の領域をそれぞれ通過する複数の光束の偏光状態を、前記複数の領域の各々のほぼ中心において前記円にほぼ接する方向に沿った偏光面を有する直線偏光状態に設定する偏光設定手段をさらに備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００２２】
第４形態の好ましい態様によれば、前記偏光設定手段は、前記複数の領域に対応するように配置された複数の位相部材を有し、各位相部材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。
【００２３】
本発明の第５形態では、マスクを照明するための第１形態〜第４形態の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることが好ましい。
【００２４】
本発明の第６形態では、第１形態〜第４形態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。この場合、前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の照明光学装置では、たとえばプリズム対からなる領域変更手段の作用により、瞳面またはその近傍に形成されて光軸から間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布の位置および大きさを、光軸を含む中心領域に位置する光強度分布とは独立して変更することができる。また、たとえば１／２波長板と偏角プリズム組立体とからなる偏光設定手段の作用により、光軸を含む中心領域としての第１領域を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、光軸から間隔を隔てた１つまたは複数の周辺領域としての第２領域を通過する光束を直線偏光状態（一般には偏光状態）に設定することができる。また、たとえば１／２波長板と偏角プリズム組立体とからなる偏光状態変更手段の作用により、光軸から間隔を隔てた１つまたは複数の周辺領域としての第２領域を通過する光束の偏光状態を、光軸を含む中心領域としての第１領域を通過する光束の偏光状態とは独立に変更することができる。
【００２６】
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、様々な特性を有するマスク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、たとえば二次光源の光強度分布や偏光状態などに関して多様性に富んだ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、様々な特性を有するマスク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実現することができるので、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。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１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。
【図２】瞳面に形成されるＺ方向３極状の二次光源およびＸ方向３極状の二次光源を示す図である。
【図３】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プリズム対の構成および動作を概略的に示す図である。
【図４】Ｚ方向３極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。
【図５】Ｚ方向３極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
【図６】Ｘ方向３極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。
【図７】Ｘ方向３極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
【図８】瞳面に形成される５極状の二次光源および９極状の二次光源を示す図である。
【図９】５極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。
【図１０】５極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
【図１１】９極照明用の２段式プリズム対の構成および動作を概略的に示す図である。
【図１２】９極状の二次光源に対する２段式プリズム対の作用を説明する図である。
【図１３】中央部の面積が異なる交換可能なプリズム対の例を概略的に示す図である。
【図１４】本発明の第２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。
【図１５】第２実施形態の要部構成を概略的に示す図である。
【図１６】第２実施形態の３極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。
【図１７】第２実施形態の５極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。
【図１８】第２実施形態の５極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態のもう１つの設定例を説明する図である。
【図１９】第２実施形態の９極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。
【図２０】第２実施形態の９極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態のもう１つの設定例を説明する図である。
【図２１】図１９の偏光状態を実現するための要部構成の一例を概略的に示す図である。
【図２２】図１９の偏光状態を実現するための要部構成の別の例を概略的に示す図である。
【図２３】第２実施形態の輪帯照明における偏光状態の設定例を説明する図である。
【図２４】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。
【図２５】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。
【符号の説明】
【００２８】
１  光源
３  回折光学素子
４  アフォーカルレンズ
６  プリズム対（アキシコン系）
７  ズームレンズ
８  マイクロレンズアレイ
９  コンデンサー光学系
１０  マスクブラインド
１１  結像光学系
１２  １／４波長板
１３  １／２波長板
１４  １／２波長板
１５  偏光解消素子
１５ａ  水晶偏角プリズム
１５ｂ  石英偏角プリズム
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１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。図１において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。第１実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。
【００３１】
光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズからなるビームエキスパンダー２に入射する。各レンズは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００３２】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラーでＹ方向に偏向された後、回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ（リレー光学系）４に入射する。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３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、たとえば光軸
ＡＸを中心とする円形状の光強度分布と光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布とからなる３つの円形状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００３３】
一方、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５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３に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に３つの円形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４から射出される。なお、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瞳またはその近傍には、アキシコン系としてのプリズム対６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。
【００３４】
回折光学素子３は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、そのファーフィールドに異なる光強度分布を形成する他の回折光学素子と交換可能に構成されている。同様に、プリズム対６は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、構成および作用の異なる他のプリズム対と交換可能に構成されている。以下、説明を簡単にするために、プリズム対６の作用を無視して、第１実施形態の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４を介した光束は、ズームレンズ（変倍光学系）７を介して、マイクロレンズアレイ８に入射する。
【００３５】
ここで、所定面６の位置はズームレンズ７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７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７は、所定面６とマイクロレンズアレイ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４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４の瞳面と同様に、光軸ＡＸを中心とする円形状の照野と光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の照野とからなる３つの円形状の照野が形成される。３つの円形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。
【００３６】
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。
【００３７】
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（ひいては照明瞳面またはその近傍）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、図２（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布（実質的な面光源）３０ａと光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布（実質的な面光源）３０ｂとからなるＺ方向３極状の二次光源が形成される。
【００３８】
マイクロレンズアレイ８の後側焦点面に形成されたＺ方向３極状の二次光源（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た所定の光強度分布）からの光束は、コンデンサー光学系９を介した後、マスクブラインド１０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１０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。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１１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。
【００３９】
こうして、結像光学系１１は、マスクブラインド１０の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。マスクＭのパターンを透過した光束は、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。
【００４０】
以上のように、回折光学素子３、アフォーカルレンズ４、ズームレンズ７およびマイクロレンズアレイ８は、照明光学装置（１〜１１）の瞳面またはその近傍に、光軸ＡＸを含む中心領域に位置する光強度分布すなわち光軸ＡＸを中心とする円形状の面光源３０ａと、光軸ＡＸから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布すなわち光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の面光源３０ｂとを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を構成している。また、回折光学素子３は、入射する光束を、光軸ＡＸを中心とする円形状の面光源３０ａに対応する中心光束と、光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の面光源３０ｂにそれぞれ対応する複数の周辺光束とに変換するための光束変換素子を構成している。
【００４１】
図３は、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プリズム対の構成および動作を概略的に示す図である。プリズム対６は、図３に示すように、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹状断面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状断面の屈折面を向けた第２プリズム部材６ｂとにより構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹状断面の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸状断面の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。
【００４２】
さらに具体的には、第１プリズム部材６ａの凹状断面の屈折面は、光軸ＡＸと直交する平面状の中央部６ｃと、光軸ＡＸを中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部６ｄとを有する。同様に、第２プリズム部材６ｂの凸状断面の屈折面は、光軸ＡＸと直交する平面状の中央部６ｅと、光軸ＡＸを中心とする円錐体の側面に対応する周辺円錐部６ｆとを有する。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の凹状断面の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸状断面の屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００４３】
プリズム対６では、図３に示すように、Ｚ方向３極状の二次光源のうち光軸ＡＸを中心とする円形状の中心面光源３０ａを形成する中心光束３１ａが、第１プリズム部材６ａの中央部６ｃおよび第２プリズム部材６ｂの中央部６ｅを通過する。一方、Ｚ方向３極状の二次光源のうち、光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の周辺面光源３０ｂを形成する２つの周辺光束３１ｂは、第１プリズム部材６ａの周辺円錐部６ｄおよび第２プリズム部材６ｂの周辺円錐部６ｆを通過する。
【００４４】
ここで、第１プリズム部材６ａの凹状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸状屈折面とが互いに当接している状態では、中心光束３１ａおよび２つの周辺光束３１ｂに対してプリズム対６は平行平面板として機能し、形成されるＺ方向３極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の凹状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸状屈折面とを離間させると、中心光束３１ａに対してプリズム対６は影響を及ぼさないが、２つの周辺光束３１ｂに対してプリズム対６はいわゆるビームエキスパンダーとして機能する。
【００４５】
図４は、Ｚ方向３極状の二次光源に対するプリズム対の作用を説明する図である。図４に示すように、Ｚ方向３極状の二次光源を構成する２つの円形状の周辺面光源３２ｂは、プリズム対６の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、光軸ＡＸを中心とした円の径方向に沿って外方へ移動するとともに、その形状が円形状から楕円形状に変化する。すなわち、変化前の円形状の周辺面光源３２ｂの中心点と変化後の楕円形状の周辺面光源３３ｂの中心点とを結ぶ線分は光軸ＡＸを通り、中心点の移動距離はプリズム対６の間隔に依存する。
【００４６】
さらに、変化前の円形状の周辺面光源３２ｂを光軸ＡＸから見込む角度（光軸ＡＸから周辺面光源３２ｂへの一対の接線がなす角度）と、変化後の楕円形状の周辺面光源３３ｂを光軸ＡＸから見込む角度とが等しい。そして、変化前の円形状の周辺面光源３２ｂの直径すなわち光軸ＡＸとして２つの周辺面光源３２ｂに外接する円の半径と内接する円の半径との差と、光軸ＡＸとして変化後の楕円形状の周辺面光源３３ｂに外接する円の半径と内接する円の半径との差とが等しい。このように、円形状の周辺面光源３２ｂはプリズム対６の間隔に依存して周方向に変化するが、径方向には変化しない。一方、Ｚ方向３極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源３２ａは、プリズム対６の間隔を零から所定の値まで拡大させても影響を受けない。
【００４７】
したがって、プリズム対６の間隔を零から所定の値まで拡大させると、Ｚ方向３極状の二次光源を構成する２つの円形状の周辺面光源３２ｂの位置および大きさが、Ｚ方向３極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源３２ａとは独立して変化する。換言すれば、プリズム対６は、瞳面またはその近傍に形成されて光軸ＡＸから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布（２つの周辺面光源３２ｂ）の位置および大きさを、瞳面またはその近傍に形成されて光軸ＡＸを含む中心領域に位置する光強度分布（中心面光源３２ａ）とは独立して変更するための領域変更手段を構成している。
【００４８】
図５は、Ｚ方向３極状の二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。図５に示すように、ズームレンズ７の焦点距離が変化すると、光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の周辺面光源３２ｂは、円形状を維持したまま光軸ＡＸを中心とした円の径方向に沿って移動する。そして、変化前の周辺面光源３２ｂの中心点と変化後の周辺面光源３４ｂの中心点とを結ぶ線分は光軸ＡＸを通り、中心点の移動距離および移動の向きはズームレンズ７の焦点距離の変化に依存する。
【００４９】
また、変化前の周辺面光源３２ｂを光軸ＡＸから見込む角度と、変化後の周辺面光源３４ｂを光軸ＡＸから見込む角度とが等しい。一方、ズームレンズ７の焦点距離の変化に際して、光軸ＡＸを中心とする円形状の中心面光源３２ａの中心点は移動しないが、その大きさが変化する。具体的には、変化前の中心面光源３２ａの直径と変化後の中心面光源３４ａの直径との比は、変化前の周辺面光源３２ｂの直径と変化後の周辺面光源３４ｂの直径との比と同じである。こうして、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、３極状の二次光源の全体形状を相似的に変化させることができる。
【００５０】
なお、Ｚ方向３極照明用の回折光学素子３に代えて、Ｘ方向３極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、Ｘ方向３極照明を行うことができる。Ｘ方向３極照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布と光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔て
た２つの円形状の光強度分布とからなる３つの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、Ｘ方向３極照明用の回折光学素子を介した光束は、図２（ｂ）に示すように、光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布（中心面光源）３０ａと光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布（周辺面光源）３０ｃとからなるＸ方向３極状の二次光源を形成する。
【００５１】
そして、図６に示すように、プリズム対６の間隔を零から所定の値まで拡大させると、図４のＺ方向３極照明の場合と同様に、Ｘ方向３極状の二次光源を構成する２つの円形状の周辺面光源３２ｃの位置および大きさが、Ｘ方向３極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源３２ａとは独立して変化する。すなわち、円形状の周辺面光源３２ｃは、プリズム対６の間隔に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが周方向にだけ変化して、楕円形状の周辺面光源３３ｃになる。一方、円形状の中心面光源３２ａは、プリズム対６の間隔が変化しても、その中心位置および大きさは変化しない。
【００５２】
また、図７に示すように、ズームレンズ７の焦点距離を変化させると、図５のＺ方向３極照明の場合と同様に、円形状の中心面光源３２ａと２つの円形状の周辺面光源３２ｃとからなるＸ方向３極状の二次光源の全体形状は相似的に変化する。すなわち、円形状の周辺面光源３２ｃは、ズームレンズ７の焦点距離の変化に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが相似的に変化して、円形状の周辺面光源３４ｃになる。一方、円形状の中心面光源３２ａは、ズームレンズ７の焦点距離の変化に依存して、その大きさが相似的に変化して円形状の中心面光源３４ａになるが、その中心位置は変化しない。
【００５３】
また、Ｚ方向３極照明用の回折光学素子３に代えて、５極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、５極照明を行うことができる。５極照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布と、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿った辺およびＺ方向に沿った辺を有する正方形（または長方形）の各頂点の位置に配置された４つの円形状の光強度分布とからなる５つの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、５極照明用の回折光学素子を介した光束は、図８（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布（中心面光源）３０ａと、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿った辺およびＺ方向に沿った辺を有する正方形の各頂点の位置に配置された４つの円形状の光強度分布（周辺面光源）３０ｄとからなる５極状の二次光源を形成する。
【００５４】
そして、図９に示すように、プリズム対６の間隔を零から所定の値まで拡大させると、図４のＺ方向３極照明や図６のＸ方向３極照明の場合と同様に、５極状の二次光源を構成する４つの円形状の周辺面光源３２ｄの位置および大きさが、５極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源３２ａとは独立して変化する。すなわち、円形状の周辺面光源３２ｄは、プリズム対６の間隔に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが周方向にだけ変化して、楕円形状の周辺面光源３３ｄになる。一方、円形状の中心面光源３２ａは、プリズム対６の間隔が変化しても、その中心位置および大きさは変化しない。
【００５５】
また、図１０に示すように、ズームレンズ７の焦点距離を変化させると、図５のＺ方向３極照明や図７のＸ方向３極照明の場合と同様に、円形状の中心面光源３２ａと４つの円形状の周辺面光源３２ｄとからなる５極状の二次光源の全体形状は相似的に変化する。すなわち、円形状の周辺面光源３２ｄは、ズームレンズ７の焦点距離の変化に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが相似的に変化して、円形状の周辺面光源３４ｄになる。一方、円形状の中心面光源３２ａは、ズームレンズ７の焦点距離の変化に依存して、その大きさが相似的に変化して円形状の中心面光源３４ａになるが、その中心位置は変化しない。
【００５６】
また、Ｚ方向３極照明用の回折光学素子３に代えて、９極照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、９極照明を行うことができる。９極照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布と、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿った辺およびＺ方向に沿った辺を有する第１正方形（または第１長方形）の各頂点の位置に配置された４つの円形状の光強度分布と、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿った辺およびＺ方向に沿った辺を有し且つ第１正方形（または第１長方形）を包囲する第２正方形（または第２長方形）の各頂点の位置に配置された４つの円形状の光強度分布とからなる５つの円形状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００５７】
したがって、９極照明用の回折光学素子を介した光束は、図８（ｂ）に示すように、光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布（中心面光源）３０ａと、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿った辺およびＺ方向に沿った辺を有する第１正方形の各頂点の位置に配置された４つの円形状の光強度分布（内側周辺面光源）３０ｅと、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿った辺およびＺ方向に沿った辺を有し且つ第１正方形を包囲する第２正方形の各頂点の位置に配置された４つの円形状の光強度分布（外側周辺面光源）３０ｆとからなる９極状の二次光源を形成する。
【００５８】
この場合、図示を省略するが、プリズム対６の間隔を零から所定の値まで拡大させると、図９の５極照明の場合と同様に、９極状の二次光源を構成する４つの円形状の内側周辺面光源および４つの円形状の外側周辺面光源の位置および大きさが、９極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源とは独立して変化する。すなわち、円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源は、プリズム対６の間隔に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが周方向にだけ変化して、楕円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源になる。一方、円形状の中心面光源は、プリズム対６の間隔が変化しても、その中心位置および大きさは変化しない。
【００５９】
また、ズームレンズ７の焦点距離を変化させると、図１０の５極照明の場合と同様に、円形状の中心面光源と４つの円形状の内側周辺面光源と４つの円形状の外側周辺面光源とからなる９極状の二次光源の全体形状は相似的に変化する。すなわち、円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源は、ズームレンズ７の焦点距離の変化に依存して、その中心位置が径方向に移動し、その大きさが相似的に変化して、円形状の内側周辺面光源および外側周辺面光源になる。一方、円形状の中心面光源は、ズームレンズ７の焦点距離の変化に依存して、その大きさが相似的に変化して円形状の中心面光源になるが、その中心位置は変化しない。
【００６０】
なお、上述の説明では、９極照明に際して、図２に示すように屈折面が１つの周辺円錐部（６ｄ，６ｆ）を有する１段式のプリズム対６を用いている。しかしながら、９極照明に際して、図１１に示すように屈折面が２つの周辺円錐部を有する２段式のプリズム対６０を用いることもできる。図１１を参照すると、２段式プリズム対６０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状断面の屈折面を向けた第１プリズム部材６０ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸状断面の屈折面を向けた第２プリズム部材６０ｂとにより構成されている。そして、第１プリズム部材６０ａの凹状断面の屈折面と第２プリズム部材６０ｂの凸状断面の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。
【００６１】
さらに具体的には、第１プリズム部材６０ａの凹状断面の屈折面は、光軸ＡＸと直交する平面状の中央部６０ｃと、光軸ＡＸを中心とする第１円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部６０ｄと、光軸ＡＸを中心とし且つ第１円錐体よりも小さな頂角を有する第２円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部６０ｅとを有する。同様に、第２プリズム部材６０ｂ
の凸状断面の屈折面は、光軸ＡＸと直交する平面状の中央部６０ｆと、光軸ＡＸを中心とする第１円錐体の側面に対応する内側周辺円錐部６０ｇと、光軸ＡＸを中心とし且つ第１円錐体よりも小さな頂角を有する第２円錐体の側面に対応する外側周辺円錐部６０ｈとを有する。また、第１プリズム部材６０ａおよび第２プリズム部材６０ｂ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６０ａの凹状断面の屈折面と第２プリズム部材６０ｂの凸状断面の屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００６２】
２段式プリズム対６０では、図１１に示すように、９極状の二次光源のうち光軸ＡＸを中心とする円形状の中心面光源３０ａを形成する中心光束３１ａが、第１プリズム部材６０ａの中央部６０ｃおよび第２プリズム部材６０ｂの中央部６０ｆを通過する。また、９極状の二次光源のうち、光軸ＡＸを中心とした第１正方形の各頂点の位置に配置された４つの内側周辺面光源３０ｅを形成する４つの内側周辺光束３１ｅは、第１プリズム部材６０ａの内側周辺円錐部６０ｄおよび第２プリズム部材６０ｂの周辺円錐部６０ｇを通過する。また、９極状の二次光源のうち、光軸ＡＸを中心とした第２正方形の各頂点の位置に配置された４つの外側周辺面光源３０ｆを形成する４つの外側周辺光束３１ｆは、第１プリズム部材６０ａの外側周辺円錐部６０ｅおよび第２プリズム部材６０ｂの周辺円錐部６０ｈを通過する。
【００６３】
ここで、第１プリズム部材６０ａの凹状屈折面と第２プリズム部材６０ｂの凸状屈折面とが互いに当接している状態では、中心光束３１ａ、４つの内側周辺光束３１ｅおよび４つの外側周辺光束３１ｆに対して２段式プリズム対６０は平行平面板として機能し、形成される９極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６０ａの凹状屈折面と第２プリズム部材６０ｂの凸状屈折面とを離間させると、中心光束３１ａに対して２段式プリズム対６０は影響を及ぼさないが、４つの内側周辺光束３１ｅおよび４つの外側周辺光束３１ｆに対して２段式プリズム対６０はいわゆるビームエキスパンダーとして機能する。
【００６４】
図１２は、９極状の二次光源に対する２段式プリズム対の作用を説明する図である。ただし、図１２では、図面の明瞭化のために、９極状の二次光源のうち、中心面光源３２ａ、１つの内側周辺面光源３２ｅ、および１つの外側周辺面光源３２ｆだけを示している。図１２に示すように、内側周辺面光源３２ｅおよび外側周辺面光源３２ｆは、２段式プリズム対６０の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、光軸ＡＸを中心とした円の径方向に沿って外方へ移動するとともに、その形状が円形状から楕円形状に変化する。すなわち、変化前の円形状の内側周辺面光源３２ｅおよび外側周辺面光源３２ｆの中心点と変化後の楕円形状の内側周辺面光源３３ｅおよび外側周辺面光源３３ｆの中心点とを結ぶ線分は光軸ＡＸを通り、中心点の移動距離は２段式プリズム対６０の間隔に依存する。
【００６５】
ここで、２段式プリズム対６０の場合には、変化前の円形状の外側周辺面光源３２ｆから変化後の楕円形状の外側周辺面光源３３ｆへの移動距離の方が、変化前の円形状の内側周辺面光源３２ｅから変化後の楕円形状の内側周辺面光源３３ｅへの移動距離よりも大きくなり、その移動距離の差は２段式プリズム対６０の間隔に依存して変化する。さらに、変化前の円形状の内側周辺面光源３２ｅを光軸ＡＸから見込む角度（光軸ＡＸから内側周辺面光源３２ｅへの一対の接線がなす角度）と、変化後の楕円形状の内側周辺面光源３３ｅを光軸ＡＸから見込む角度とが等しい。
【００６６】
同様に、変化前の円形状の外側周辺面光源３２ｆを光軸ＡＸから見込む角度（光軸ＡＸから外側周辺面光源３２ｆへの一対の接線がなす角度）と、変化後の楕円形状の外側周辺面光源３３ｆを光軸ＡＸから見込む角度とが等しい。ここで、変化前の円形状の内側周辺面光源３２ｅと変化前の円形状の外側周辺面光源３２ｆとが同じ大きさを有する場合、変
化前の円形状の内側周辺面光源３２ｅを光軸ＡＸから見込む角度の方が、変化前の円形状の外側周辺面光源３２ｆを光軸ＡＸから見込む角度よりも大きくなる。
【００６７】
そして、変化前の円形状の内側周辺面光源３２ｅの直径すなわち光軸ＡＸとして４つの内側周辺面光源３２ｅに外接する円の半径と内接する円の半径との差と、光軸ＡＸとして変化後の楕円形状の内側周辺面光源３３ｅに外接する円の半径と内接する円の半径との差とが等しい。同様に、変化前の円形状の外側周辺面光源３２ｆの直径すなわち光軸ＡＸとして４つの外側周辺面光源３２ｆに外接する円の半径と内接する円の半径との差と、光軸ＡＸとして変化後の楕円形状の外側周辺面光源３３ｆに外接する円の半径と内接する円の半径との差とが等しい。一方、９極状の二次光源を構成する円形状の中心面光源３２ａは、２段式プリズム対６０の間隔を零から所定の値まで拡大させても影響を受けない。
【００６８】
以上のように、第１実施形態では、領域変更手段としてのプリズム対６（または２段式プリズム対６０）の作用により、瞳面またはその近傍に形成されて光軸ＡＸから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布（周辺面光源）の位置および大きさを、光軸ＡＸを含む中心領域に位置する光強度分布（中心面光源）とは独立して変更することができる。その結果、第１実施形態では、たとえば中心面光源とは独立して変更される複数の周辺面光源の位置および大きさに関して多様性に富んだ（すなわち瞳面またはその近傍に形成される光強度分布に関して多様性に富んだ）３極照明、５極照明および９極照明を実現することができる。
【００６９】
なお、上述の第１実施形態では、光軸ＡＸを中心とする円形状の中心面光源と光軸ＡＸに関して対称に配置された複数の円形状の周辺面光源とからなる二次光源を形成している。しかしながら、各面光源の形状および位置はこれに限定されることなく、一般に、光軸ＡＸを含む中心領域に位置する光強度分布と光軸ＡＸから間隔を隔てた複数の周辺領域に位置する光強度分布とを有する二次光源（照明瞳分布）を形成することができる。
【００７０】
また、上述の第１実施形態では、光軸ＡＸを含む中心面光源と光軸ＡＸから間隔を隔てた各周辺面光源とがほぼ同じ大きさを有する二次光源を形成している。しかしながら、これに限定されることなく、所望の特性を有する回折光学素子を照明光路に設定することにより、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に大きくしたり、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に小さくしたりする変形例も可能である。この場合、中央部の面積が異なる１つまたは複数のプリズム対を交換可能に備えていることが好ましい。
【００７１】
具体的には、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に小さく設定する場合には、図１２（ａ）に示すような中央部の面積が比較的小さいプリズム対を用いることができる。また、各周辺面光源よりも中心面光源を実質的に大きく設定する場合には、図１２（ｂ）に示すような中央部の面積が比較的大きいプリズム対を用いることができる。なお、図１２には１段式プリズム対の例だけを示しているが、必要に応じて、中央部の面積が異なる１つまたは複数の２段式プリズム対を交換可能に備えていることが好ましい。
【００７２】
図１４は、本発明の第２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。また、図１５は、第２実施形態の要部構成を概略的に示す図である。なお、図１４および図１５では、照明光学装置がＺ方向３極照明の状態に設定されている。第２実施形態は、第１実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、第２実施形態では、プリズム対６の光源側に１／４波長板１２および１／２波長板１３が付設され、プリズム対６のマスク側に１／２波長板１４および偏角プリズム組立体１５が付設されている点が第１実施形態と相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して第２実施形態を説明する。
【００７３】
図１４および図１５を参照すると、第２実施形態では、アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａとプリズム対６との間の光路中において、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た１／４波長板１２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た１／２波長板１３とが配置されている。ここで、１／４波長板１２は、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する機能を有する。また、１／２波長板１３は、入射する直線偏光の光を、所定の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換する機能を有する。
【００７４】
光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、光源１からはほぼ直線偏光の光が供給される。また、光源１と回折光学素子３との間の光路中には、裏面反射鏡としての直角プリズムが複数個配置されるのが通常である。一般に、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と、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。
【００７５】
第２実施形態では、たとえば直角プリズムに起因して楕円偏光が回折光学素子３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１２の結晶光学軸を設定することにより、後続する１／２波長板１３に直線偏光が入射する。また、１／２波長板１３に入射した直線偏光の光は、その結晶光学軸の方向に応じて、任意の方向に偏光面を有する直線偏光の光に変換される。こうして、１／４波長板１２と１／２波長板１３との協働作用により、任意の方向に偏光面を有する直線偏光の光がプリズム対６へ導かれる。なお、１／４波長板１２を１／２波長板１３のマスク側に配置しても光学的に等価な効果が得られる。
【００７６】
また、第２実施形態では、プリズム対６とアフォーカルレンズ４の後側レンズ群４ｂとの間において、光軸ＡＸから間隔を隔てた２つの周辺面光源３０ｂを形成する２つの周辺光束３１ｂの光路中には、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輪帯状の１／２波長板１４が配置されている。さらに、プリズム対６とアフォーカルレンズ４の後側レンズ群４ｂとの間において、光軸ＡＸを含む中心面光源３０ａを形成する中心光束３１ａの光路中には、くさび形状の水晶プリズム１５ａと、この水晶プリズム１５ａと相補的な形状を有するくさび形状の石英プリズム１５ｂとにより一体的に構成された偏角プリズム組立体１５が配置されている。
【００７７】
偏角プリズム組立体１５は、光軸ＡＸを中心として回転可能に構成されている。また、偏角プリズム組立体１５では、水晶プリズム１５ａの頂点方向と石英プリズム１５ｂの頂点方向とが逆向きに設定され、水晶プリズム１５ａによる偏角作用を石英プリズム１５ｂが補償（補正）するように構成されている。偏角プリズム組立体１５では、入射する直線偏光の偏光面に対して水晶プリズム１５ａの結晶光学軸の方向が４５度の角度をなすように設定することにより、偏角プリズム組立体１５からの射出光が実質的に非偏光状態の光に変換される。一方、入射する直線偏光の偏光面に対して水晶プリズム１５ａの結晶光学軸の方向が０度または９０度の角度をなすように設定すると、入射した直線偏光の偏光面が変化することなくそのまま偏角プリズム組立体１５を通過する。
【００７８】
こうして、１／２波長板１４は、光軸ＡＸから間隔を隔てた２つの周辺面光源３０ｂヘ向かう直線偏光の光束の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材を構成している。具体的には、１／２波長板１４の結晶光学軸を所要の角度位置に設定することにより、２つの周辺面光源３０ｂに達する光の偏光状態を、任意の方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することができる。
【００７９】
また、偏角プリズム組立体１５は、光軸ＡＸを含む中心面光源３０ａヘ向かう直線偏光
の光束を必要に応じて非偏光化するための偏光解消素子を構成している。具体的には、偏角プリズム組立体１５における水晶プリズム１５ａの結晶光学軸を所要の角度位置に設定することにより、中心面光源３０ａに達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。あるいは、偏角プリズム組立体１５を光路に対して挿脱自在に構成し、偏角プリズム組立体１５を光路中に設定することにより非偏光状態を実現したり、偏角プリズム組立体１５を光路から退避させることにより光量損失を回避しつつ直線偏光状態を実現したりすることもできる。以下、具体的に、第２実施形態の３極照明、５極照明および９極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する。
【００８０】
図１６は、第２実施形態の３極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。Ｚ方向３極照明またはＸ方向３極照明の場合、図１６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５１のピッチ方向に沿って光軸ＡＸを中心として間隔を隔てた２つの周辺面光源４１ｂを形成し、この２つの周辺面光源４１ｂを通過する光束の偏光状態を、たとえばパターン５１のピッチ方向と直交する方向に偏光面（図中両方向矢印で示す）を有する直線偏光状態に設定する。また、光軸ＡＸを中心とした中心面光源４１ａを通過する光束の偏光状態を、たとえば非偏光状態に設定する。
【００８１】
この場合、ライン・アンド・スペース・パターン５１に適した２極照明（２つの周辺面光源４１ｂからの光束によるマスクの照明）と、孤立パターン５２に適した小σ照明（中心面光源４１ａからの光束によるマスクの照明）との組み合わせからなる３極照明により、投影光学系の結像性能の向上を図りつつ忠実なパターン転写を実現することができる。なお、３極照明において、中心面光源４１ａを通過する光束の偏光状態を、所望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もできる。また、２つの周辺面光源４１ｂを通過する光束の偏光状態を、所望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もできる。
【００８２】
図１７は、第２実施形態の５極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。５極照明の場合、図１７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５１のピッチ方向に沿った辺を有する正方形（または長方形）の各頂点の位置に４つの周辺面光源４１ｄを形成し、この４つの周辺面光源４１ｄを通過する光束の偏光状態を、たとえばパターン５１のピッチ方向と直交する方向に偏光面（図中両方向矢印で示す）を有する直線偏光状態に設定する。また、光軸ＡＸを中心とした中心面光源４１ａを通過する光束の偏光状態を、たとえば非偏光状態に設定する。
【００８３】
この場合、ライン・アンド・スペース・パターン５１に適した４極照明（４つの周辺面光源４１ｄからの光束によるマスクの照明）と、孤立パターン５２に適した小σ照明（中心面光源４１ａからの光束によるマスクの照明）との組み合わせからなる５極照明により、投影光学系の結像性能の向上を図りつつ忠実なパターン転写を実現することができる。なお、５極照明において、中心面光源４１ａを通過する光束の偏光状態を、所望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もできる。また、４つの周辺面光源４１ｄを通過する光束の偏光状態を、所望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もできる。特に、４つの周辺面光源４１ｄを通過する光束の偏光状態を、たとえば周辺面光源４１ｄの間隔方向と４５度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。
【００８４】
また、各周辺面光源４１ｄを通過する光束の偏光状態を、それぞれ所望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もできる。典型的には、図１８に示すように、４
つの周辺面光源のうち、光軸ＡＸを挟んで対向する一方の対の周辺面光源４１ｄ１および４１ｄ３を通過する光束の偏光状態を、周辺面光源４１ｄ１と４１ｄ３との間隔方向と４５度の角度をなす同一方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定し、光軸ＡＸを挟んで対向する他方の対の周辺面光源４１ｄ２および４１ｄ４を通過する光束の偏光状態を、周辺面光源４１ｄ１および４１ｄ３を通過する直線偏光の偏光面方向と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もできる。ただし、図１８に示す偏光状態を実現するには、図１５に示す輪帯状の１／２波長板１４に代えて、一方の対の周辺面光源４１ｄ１および４１ｄ３に向かう光束の光路中に第１の１／２波長板を設けると共に、他方の対の周辺面光源４１ｄ２および４１ｄ４に向かう光束の光路中に第２の１／２波長板を設ける必要がある。
【００８５】
図１９は、第２実施形態の９極照明における周辺面光源および中心面光源の偏光状態の設定例を説明する図である。９極照明の場合、図１９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５１ａのピッチ方向に沿った辺を有する正方形（または長方形）の各頂点の位置に４つの内側周辺面光源４１ｅを形成し、この４つの内側周辺面光源４１ｅを通過する光束の偏光状態を、たとえばパターン５１ａのピッチ方向と直交する方向に偏光面（図中両方向矢印で示す）を有する直線偏光状態に設定する。また、４つの外側周辺面光源４１ｆを通過する光束の偏光状態を、４つの内側周辺面光源４１ｅを通過する直線偏光の偏光面方向と直交する方向に偏光面（図中両方向矢印で示す）を有する直線偏光状態に設定する。
【００８６】
また、光軸ＡＸを中心とした中心面光源４１ａを通過する光束の偏光状態を、たとえば非偏光状態に設定する。この場合、ライン・アンド・スペース・パターン５１ａに適した４極照明（４つの内側周辺面光源４１ｅからの光束によるマスクの照明）と、パターン５１ａよりも微細で且つパターン５１ａのピッチ方向と直交するピッチ方向を有するライン・アンド・スペース・パターン５１ｂに適した４極照明（４つの外側周辺面光源４１ｆからの光束によるマスクの照明）と、孤立パターン５２に適した小σ照明（中心面光源４１ａからの光束によるマスクの照明）との組み合わせからなる９極照明により、投影光学系の結像性能の向上を図りつつ忠実なパターン転写を実現することができる。
【００８７】
なお、９極照明において、中心面光源４１ａを通過する光束の偏光状態を、所望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もできる。また、４つの内側周辺面光源４１ｅを通過する光束の偏光状態、および４つの外側周辺面光源４１ｆを通過する光束の偏光状態を、それぞれ所望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もできる。特に、４つの内側周辺面光源４１ｅを通過する光束の偏光状態および４つの外側周辺面光源４１ｆを通過する光束の偏光状態を、たとえば周辺面光源の間隔方向と４５度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定することもできる。
【００８８】
典型的には、図２０に示すように、４つの内側周辺面光源のうち、光軸ＡＸを挟んで対向する一方の対の内側周辺面光源４１ｅ１および４１ｅ３を通過する光束の偏光状態を、内側周辺面光源４１ｅ１と４１ｅ３との間隔方向と４５度の角度をなす同一方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定し、光軸ＡＸを挟んで対向する他方の対の内側周辺面光源４１ｅ２および４１ｅ４を通過する光束の偏光状態を、内側周辺面光源４１ｅ１および４１ｅ３を通過する直線偏光の偏光面方向と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もできる。
【００８９】
同様に、４つの外側周辺面光源のうち、光軸ＡＸを挟んで対向する一方の対の外側周辺面光源４１ｆ１および４１ｆ３を通過する光束の偏光状態を、外側周辺面光源４１ｆ１と４１ｆ３との間隔方向と４５度の角度をなす同一方向に偏光面を有する直線偏光状態に設定し、光軸ＡＸを挟んで対向する他方の対の外側周辺面光源４１ｆ２および４１ｆ４を通
過する光束の偏光状態を、外側周辺面光源４１ｆ１および４１ｆ３を通過する直線偏光の偏光面方向と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もできる。
【００９０】
ただし、図１９に示す偏光状態を実現するには、図２１に示すように、図１５に示すプリズム対６に代えて２段式プリズム対６０を配置し（あるいはプリズム対６をそのまま用いて）、図１５に示す輪帯状の１／２波長板１４に代えて、内側周辺面光源４１ｅに向かう光束３１ｅの光路中に光軸ＡＸを中心として回転可能な第１の輪帯状の１／２波長板１４ａを設けると共に、外側周辺面光源４１ｆに向かう光束３１ｆの光路中に光軸ＡＸを中心として回転可能な第２の輪帯状の１／２波長板１４ｂを設ける必要がある。
【００９１】
あるいは、図２２に示すように、図２１の第１の輪帯状の１／２波長板１４ａに代えて、中心面光源４１ａに向かう光束３１ａおよび内側周辺面光源４１ｅに向かう光束３１ｅの光路中に光軸ＡＸを中心として回転可能な第１の円形状の１／２波長板１４ｃを設けると共に、図２１の第２の輪帯状の１／２波長板１４ｂに代えて、中心面光源４１ａに向かう光束３１ａ、内側周辺面光源４１ｅに向かう光束３１ｅおよび外側周辺面光源４１ｆに向かう光束３１ｆの光路中に光軸ＡＸを中心として回転可能な第２の円形状の１／２波長板１４ｄを設ける構成も可能である。
【００９２】
図２２の構成では、内側周辺面光源４１ｅを通過する光束の偏光状態および外側周辺面光源４１ｆを通過する光束の偏光状態を、ともに横偏光状態または縦偏光状態に設定することができる。また、内側周辺面光源４１ｅを通過する光束の偏光状態を横偏光状態に設定し、外側周辺面光源４１ｆを通過する光束の偏光状態を縦偏光状態に設定することもできる。また、内側周辺面光源４１ｅを通過する光束の偏光状態を縦偏光状態に設定し、外側周辺面光源４１ｆを通過する光束の偏光状態を横偏光状態に設定することもできる。
【００９３】
一方、図２０に示す偏光状態を実現するには、図１５に示すプリズム対６に代えて２段式プリズム対６０を配置し（あるいはプリズム対６をそのまま用いて）、図１５に示す輪帯状の１／２波長板１４に代えて、一方の対の内側周辺面光源４１ｅ１および４１ｅ３に向かう光束の光路中に第１の１／２波長板を設け、他方の対の内側周辺面光源４１ｅ２および４１ｅ４に向かう光束の光路中に第２の１／２波長板を設け、一方の対の外側周辺面光源４１ｆ１および４１ｆ３に向かう光束の光路中に第３の１／２波長板を設け、他方の対の外側周辺面光源４１ｆ２および４１ｆ４に向かう光束の光路中に第４の１／２波長板を設ける必要がある。
【００９４】
以上のように、第２実施形態では、１／２波長板１４および偏角プリズム組立体１５は、光軸ＡＸを中心とした中心面光源（一般には瞳面またはその近傍において光軸を含む中心領域としての第１領域）を通過する光束を非偏光状態に設定すると共に、光軸ＡＸから間隔を隔てた周辺面光源（一般には瞳面またはその近傍において光軸から間隔を隔てた１つまたは複数の周辺領域としての第２領域）を通過する光束を直線偏光状態（一般には偏光状態）に設定するための偏光設定手段を構成している。
【００９５】
また、別の観点によれば、１／２波長板１４および偏角プリズム組立体１５は、光軸ＡＸから間隔を隔てた周辺面光源（一般には瞳面またはその近傍において光軸から間隔を隔てた１つまたは複数の周辺領域としての第２領域）を通過する光束の偏光状態を、光軸ＡＸを中心とした中心面光源（一般には瞳面またはその近傍において光軸を含む中心領域としての第１領域）を通過する光束の偏光状態とは独立に変更するための偏光状態変更手段を構成している。この偏光状態変更手段（１４，１５）は、たとえば光軸ＡＸを中心とした中心面光源（第１領域）を通過する光束の状態を非偏光状態と直線偏光状態との間で変更する。
【００９６】
また、この偏光状態変更手段（１４，１５）は、たとえば光軸ＡＸから間隔を隔てた周辺面光源（第２領域）を通過する光束の偏光状態を互いに異なる方向に偏光面を有する２つの直線偏光状態の間で変更する。その結果、第２実施形態では、周辺面光源の位置および大きさに関して多様性に富んだ３極照明、５極照明および９極照明を実現することができるという第１実施形態の効果に加えて、周辺面光源および中心面光源の偏光状態（非偏光状態を含む）に関して多様性に富んだ３極照明、５極照明および９極照明を実現することができる。
【００９７】
なお、上述の第２実施形態において、Ｚ方向３極照明用の回折光学素子３に代えて輪帯照明用の回折光学素子を照明光路中に設定するとともに、プリズム対６に代えて屈折面が平面状の中央部を有することなく１つの円錐部だけを有するプリズム対（以下、「円錐プリズム対」という）を用いることによって、輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、たとえば光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００９８】
したがって、輪帯照明用の回折光学素子を介した光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に、光軸ＡＸを中心とする円形状の光強度分布を形成する。そして、円錐プリズム対の間隔に応じて、マイクロレンズアレイ８の入射面には光軸ＡＸを中心とする輪帯状の照野が形成される。その結果、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面（照明光学装置の瞳面またはその近傍）には、図２３（ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心とする輪帯状の実質的な面光源３５が形成される。
【００９９】
通常、輪帯状の面光源を通過する光束は、その全体に亘って一定の偏光状態（非偏光状態を含む）を有する。これに対し、図２３（ａ）に示す輪帯状の面光源３５は、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って複数（図２３では８つ）の領域３５ａ〜３５ｈを有し、各領域３５ａ〜３５ｈを通過する光束の偏光状態が、各領域３５ａ〜３５ｈの中心において上記円にほぼ接する方向に沿った偏光面（図中両方向矢印で示す）を有する直線偏光状態に設定されている。
【０１００】
図２３（ａ）に示す偏光状態を実現するには、図１５に示す輪帯状の１／２波長板１４および偏角プリズム組立体１５に代えて、たとえば図２３（ｂ）に示す位相部材組立体１６を光路中に設定する必要がある。ここで、位相部材１６は、輪帯状の面光源３５を構成する８つの領域３５ａ〜３５ｈに対応する８つの位相部材１６ａ〜１６ｈを有し、各位相部材１６ａ〜１６ｈ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。具体的には、図中水平方向に偏光面を有する直線偏光すなわち横偏光の光が位相部材１６に入射する場合、位相部材１６ａおよび１６ｅは図中水平方向に対して０度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する１／２波長板により形成されている。
【０１０１】
また、位相部材１６ｃおよび１６ｇは図中水平方向に対して４５度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する１／２波長板により形成されている。また、位相部材１６ｂおよび１６ｆは図中水平方向に対して反時計廻りに２２．５度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する１／２波長板により形成されている。また、位相部材１６ｄおよび１６ｈは図中水平方向に対して時計廻りに２２．５度の角度をなす方向に結晶光学軸を有する１／２波長板により形成されている。
【０１０２】
この構成により、マスクＭまたはウェハＷ上に照射される光をＳ偏光を主成分とする偏光状態に設定することが可能である。なお、位相部材組立体１６よりもウェハＷ側の光学系（照明光学系や投影光学系）が偏光収差（リターデーション）を有している場合には、この偏光収差（リターデーション）に起因して偏光方向が変わることがある。この場合には、これらの光学系の偏光収差の影響を考慮した上で、位相部材組立体１６により偏光面
を変化させる状態を設定すれば良い。また、位相部材組立体１６よりもウェハＷ側の光学系（照明光学系や投影光学系）中に反射部材が配置されている場合、当該反射部材において反射光が偏光方向ごとに位相差を有することがある。この場合においても、反射面の偏光特性に起因する光束の位相差を考慮した上で、位相部材組立体１６により偏光面を変化させる状態を設定すれば良い。ここで、上述の事項は、図２３に示した変形例だけではなく、第１実施形態および第２実施形態にも適用することができる。なお、図２３に示した変形例において、円周方向に偏光面を持つ輪帯状の面光源３５に加えて、光軸ＡＸを中心とする円形状の中心面光源を形成するようにしても良い。
【０１０３】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図２４のフローチャートを参照して説明する。
【０１０４】
先ず、図２４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ｌ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。
【０１０５】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図２５のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図２５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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レー
ザ光源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてＦ2レーザ
光を用いる場合は、液体としてはＦ2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フ
ッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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