(57)【要約】【課題】  比較的簡素でコンパクトな構成に基づいて照明光の偏光状態を検知することのできる照明光学装置。【解決手段】  光源部（１）からの光で被照射面（Ｍ，Ｗ）を照明する照明光学装置。光源部と被照射面との間の光路中に配置されて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光（または透過光）を光路から取り出すためのビームスプリッター（３１）と、ビームスプリッターにより光路から取り出された反射光（または透過光）の強度を検出するための光強度検出器（３３）とを備えている。光強度検出器の出力に基づいてビームスプリッターへの入射光の偏光状態を検知する。【選択図】  図１
2005108925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部からの光で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光または透過光を前記光路から取り出すためのビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターにより前記光路から取り出された前記反射光または前記透過光の強度を検出するための光強度検出器とを備え、
前記光強度検出器の出力に基づいて前記ビームスプリッターへの前記入射光の偏光状態を検知することを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記ビームスプリッターは、前記反射光または前記透過光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞２の条件を満たすような反射特性または透過特性を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記ビームスプリッターと前記被照射面との間の光路中には、光の偏光状態を変化させる光学部材が配置されていないことを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記光学部材は、蛍石により形成された光透過部材であることを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記ビームスプリッターは、平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記ビームスプリッターと前記光強度検出器との間の光路中に配置されて、前記ビームスプリッターに対するＰ偏光成分および前記ビームスプリッターに対するＳ偏光成分のうちの一方の偏光成分を選択的に透過または選択的に反射する偏光選択手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記ビームスプリッターからの前記反射光または前記透過光の一部を反射または透過させるための第２ビームスプリッターと、該第２ビームスプリッターからの反射光または透過光の強度を検出するための第２光強度検出器とをさらに備え、
前記第２ビームスプリッターは、前記ビームスプリッターに対するＰ偏光が前記第２ビームスプリッターに対するＳ偏光になり且つ前記ビームスプリッターに対するＳ偏光が前記第２ビームスプリッターに対するＰ偏光になるように設定され、
前記第２光強度検出器の出力に基づいて、前記ビームスプリッターへの入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、前記ビームスプリッターへの前記入射光の光量を検知することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記光源部と前記ビームスプリッターとの間の光路中に配置されて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段をさらに備え、
前記光強度検出器の出力に基づいて前記偏光状態切換手段を調整することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
マスクを照明するための請求項１乃至８のいずれか１項に記載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。
【請求項１０】
前記ビームスプリッターは、前記光源部と前記マスクとの間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
光源部からの光に基づいてマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記光源部からの光の光路中から前記光を取り出して、該取り出された光の偏光状態を検知するための偏光モニターを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成された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方法。
【請求項１３】
光源部からの光に基づいてマスクを照明する工程と、
前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する工程と、
前記光源部からの光の光路中から前記光を取り出して、取り出された光の偏光状態を検知する工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【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好適な照明光学装置に関する。
【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（またはマイクロフライアイレンズ）を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【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極状など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、マスクのパターン特性に応じてマスクを照明する光の偏光状態を変化させることはなく、非偏光状態の光でマスクを照明するのが通常であり、マスクのパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を必ずしも実現することができない。
【０００６】
そこで、マスクパターンを忠実に転写するのに必要な適切な照明条件を実現するために、マスクを照明する光の状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換える構成が考えられる。具体的には、たとえば照明光の状態を非偏光状態に設定することにより、縦方向と横方向との間にパターンの線幅差を発生させることなく、線幅の比較的大きい二次元パターンを高スループットで露光することが考えられる。また、たとえば２極照明などにおいて照明光の状態を直線偏光状態に設定することにより、所定のピッチ方向を有する線幅の細いパターンに対する結像性能（焦点深度）の向上を図ることが考えられる。
【０００７】
この場合、たとえば円形照明や輪帯照明などにおいて、残存偏光度が十分に低いような所望の非偏光状態が実現されないと、縦方向と横方向との間にパターンの線幅差が発生してしまう。また、たとえば２極照明などにおいて、所定方向に偏光面を有する所望の直線偏光状態が実現されないと、特定のピッチ方向を有する線幅の細いパターンに対する結像性能の向上を図ることができなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素でコンパクトな構成に基づいて照明光の偏光状態を検知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、照明光の偏光状態を検知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】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源部からの光で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置されて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光または透過光を前記光路から取り出すためのビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターにより前記光路から取り出された前記反射光または前記透過光の強度を検出するための光強度検出器とを備え、
前記光強度検出器の出力に基づいて前記ビームスプリッターへの前記入射光の偏光状態を検知することを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１０】
第１形態の好ましい態様によれば、前記ビームスプリッターは、前記反射光または前記透過光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞２の条件を満たすような反射特性または透過特性を有する。また、前記ビームスプリッターと前記被照射面との間の光路中には、光の偏光状態を変化させる光学部材が配置されていないことが好ましい。この場合、前記光学部材は、たとえば蛍石により形成された光透過部材である。また、前記ビームスプリッターは、平行平面板の形態を有することが好ましい。第１形態の好ましい態様によれば、前記ビームスプリッターと前記光強度検出器との間の光路中に配置されて、前記ビームスプリッターに対するＰ偏光成分および前記ビームスプリッターに対するＳ偏光成分のうちの一方の偏光成分を選択的に透過または選択的に反射する偏光選択手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記ビームスプリッターからの前記反射光または前記透過光の一部を反射または透過させるための第２ビームスプリッターと、該第２ビームスプリッターからの反射光または透過光の強度を検出するための第２光強度検出器とをさらに備え、前記第２ビームスプリッターは、前記ビームスプリッターに対するＰ偏光が前記第２ビームスプリッターに対するＳ偏光になり且つ前記ビームスプリッターに対するＳ偏光が前記第２ビームスプリッターに対するＰ偏光になるように設定され、前記第２光強度検出器の出力に基づいて、前記ビームスプリッターへの入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、前記ビームスプリッターへの前記入射光の光量を検知する。なお、前記第２ビームスプリッターは、前記偏光選択手段であることが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記光源部と前記ビームスプリッターとの間の光路中に配置されて、前記被照射面を照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えるための偏光状態切換手段をさらに備え、前記光強度検出器の出力に基づいて前記偏光状態切換手段を調整する。
【００１３】
本発明の第２形態では、マスクを照明するための第１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。第２形態の好ましい態様によれば、前記ビームスプリッターは、前記光源部と前記マスクとの間の光路中に配置される。また、本発明の第３形態では、光源部からの光に基づいてマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光装置であって、前記光源部からの光の光路中から前記光を取り出して、該取り出された光の偏光状態を検知するための偏光モニターを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４形態では、第１形態の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成された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方法を提供する。また、本発明の第５形態では、光源部からの光に基づいてマスクを照明する工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する工程と、前記光源部からの光の光路中から前記光を取り出して、取り出された光の偏光状態を検知する工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の照明光学装置では、ビームスプリッターにより入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の光を光路から取り出し、光路から取り出した光の強度を検出することにより、ビームスプリッターへの入射光の偏光状態を検知することができる。すなわち、本発明では、比較的簡素でコンパクトな構成に基づいて照明光の偏光状態を検知することのできる照明光学装置を実現することができる。
【００１６】
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、比較的簡素でコンパクトな構成に基づいて照明光の偏光状態を検知し、照明光の状態を所望の偏光状態に調整して、適切な照明条件を実現することができる。その結果、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる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、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【００１８】
本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するためのレーザ光源１を備えている。レーザ光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源を用いることができる。レーザ光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、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。
【００１９】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、位相部材２０、デポラライザ（非偏光化素子）２１、および回折光学素子４を介して、アフォーカルズームレンズ５に入射する。位相部材２０およびデポラライザ２１の構成および作用については後述する。一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子４は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００２０】
したがって、回折光学素子４を介した光束は、アフォーカルズームレンズ５の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子４は、照明光路から退避可能に構成されている。アフォーカルズームレンズ５は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ５を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子６に入射する。アフォーカルズームレンズ５は、回折光学素子４の発散原点と回折光学素子６の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子６の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ５の倍率に依存して変化する。
【００２１】
輪帯照明用の回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。回折光学素子６は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１やＸ方向２極照明用の回折光学素子６２やＹ方向２極照明用の回折光学素子６３と切り換え可能に構成されている。４極照明用の回折光学素子６０、円形照明用の回折光学素子６１、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子６２、およびＹ方向２極照明用の回折光学素子６３の構成および作用については後述する。
【００２２】
回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７に入射する。ズームレンズ７の後側焦点面の近傍には、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）８の入射面が位置決めされている。マイクロフライアイレンズ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、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。
【００２３】
ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００２４】
上述したように、回折光学素子４を介してアフォーカルズームレンズ５の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ５から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子６に入射する。すなわち、回折光学素子４は、角度光束形成機能を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する光束変換素子としての機能を有する。したがって、回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７の後側焦点面に（ひいてはマイクロフライアイレンズ８の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【００２５】
マイクロフライアイレンズ８の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ７は、回折光学素子６とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。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、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面には、図２（ａ）に示すように、入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００２６】
マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、ビームスプリッター３１および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、マイクロフライアイレンズ８を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。なお、ビームスプリッター３１を内蔵する偏光モニター３０の内部構成および作用については後述する。
【００２７】
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（レチクル）Ｍを重畳的に照明する。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。
【００２８】
本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ（円形状の中心線の光軸ＡＸからの距離）ｄ０が変化することなく、その幅（外径（直径）と内径(直径)との差の１／２）ｗ０だけが変化する。すなわち、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ（外径）およびその形状（輪帯比：内径／外径）をともに変更することができる。
【００２９】
また、ズームレンズ７の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さｄ０およびその幅ｗ０がともに変化する。すなわち、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００３０】
なお、回折光学素子６に代えて回折光学素子６０を照明光路中に設定することによって４極照明を行うことができる。４極照明用の回折光学素子６０は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子６０を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成する。その結果、図２（ｂ）に示すように、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。
【００３１】
４極照明においても輪帯照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、４極状の二次光源の外径（４つの円形状の面光源に外接する円の直径）Ｄｏおよび輪帯比（４つの円形状の面光源に内接する円の直径Ｄｉ／４つの円形状の面光源に外接する円の直径Ｄｏ）をともに変更することができる。また、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、４極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、４極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００３２】
また、回折光学素子４を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子６または６０に代えて円形照明用の回折光学素子６１を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。この場合、アフォーカルズームレンズ５には光軸ＡＸに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ５に入射した光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸ＡＸに沿ってアフォーカルズームレンズ５から射出され、回折光学素子６１に入射する。
【００３３】
ここで、円形照明用の回折光学素子６１は、回折光学素子４と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子６１により形成された円形光束は、ズームレンズ７を介して、マイクロフライアイレンズ８の入射面において光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、アフォーカルズームレンズ５の倍率またはズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。
【００３４】
さらに、回折光学素子６、６０または６１に代えて回折光学素子６２を照明光路中に設定することによってＸ方向２極照明を行うことができる。Ｘ方向２極照明用の回折光学素子６２は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、Ｘ方向に沿って間隔を隔てた２点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子６２を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って間隔を隔てた２つの円形状の照野からなる２極状の照野を形成する。その結果、図３（ａ）に示すように、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じＸ方向に沿った２極状の二次光源が形成される。
【００３５】
また、回折光学素子６、６０、６１または６２に代えて回折光学素子６３を照明光路中に設定することによってＹ方向２極照明を行うことができる。Ｙ方向２極照明用の回折光学素子６３は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに、Ｚ方向（マスク上およびウェハ上においてＹ方向に対応）に沿って間隔を隔てた２点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子６３を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に沿って間隔を隔てた２つの円形状の照野からなる２極状の照野を形成する。その結果、図３（ｂ）に示すように、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じＺ方向に沿った２極状の二次光源が形成される。
【００３６】
２極照明においても４極照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、２極状の二次光源の外径（２つの円形状の面光源に外接する円の直径）ｄｏおよび輪帯比（２つの円形状の面光源に内接する円の直径ｄｉ／２つの円形状の面光源に外接する円の直径ｄｏ）をともに変更することができる。また、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、２極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、２極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００３７】
図４は、図１の位相部材およびデポラライザの構成を概略的に示す図である。図４を参照すると、位相部材２０は、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された１／２波長板により構成されている。一方、デポラライザ２１は、楔形状の水晶プリズム２１ａと、この水晶プリズム２１ａと相補的な形状を有する楔形状の石英プリズム２１ｂとにより構成されている。水晶プリズム２１ａと石英プリズム２１ｂとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。なお、図１に示すように、１／２波長板２０の光軸ＡＸを中心とした回転およびデポラライザ２１の照明光路に対する挿脱などは、制御系４０からの指令を受けた駆動系２２によって行われる。
【００３８】
レーザ光源１としてＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、１／２波長板２０には直線偏光の光が入射する。ここで、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板２０に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板２０に入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム２１ａに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。
【００３９】
本実施形態では、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路中に設定するとき、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように位置決めする。ちなみに、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズム２１ａに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板２０に入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が９０度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
【００４０】
本実施形態では、上述したように、レーザ光源１からの直線偏光の光が１／２波長板２０に入射するが、以下の説明を簡単にするために、Ｐ偏光の光が１／２波長板２０に入射するものとする。この場合、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路中に挿入するとともに、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過して水晶プリズム２１ａに入射する。水晶プリズム２１ａの結晶光学軸は入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように駆動系２２により設定されているので、水晶プリズム２１ａに入射したＰ偏光の光は非偏光状態の光に変換される。
【００４１】
水晶プリズム２１ａを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズム２１ｂを介して、非偏光状態でマスクＭ（ひいてはウェハＷ）を照明する。一方、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路中に挿入するとともに、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、Ｓ偏光の光になって水晶プリズム２１ａに入射する。水晶プリズム２１ａの結晶光学軸は入射するＳ偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように駆動系２２により設定されているので、水晶プリズム２１ａに入射したＳ偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム２１ｂを介して、非偏光状態でマスクＭを照明する。
【００４２】
これに対し、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路から退避させるとともに、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過し、Ｐ偏光状態の光でマスクＭを照明する。一方、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路から退避させるとともに、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０度だけ変化してＳ偏光の光になり、Ｓ偏光状態の光でマスクＭを照明する。
【００４３】
以上のように、本実施形態では、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態でマスクＭを照明することができる。また、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路から退避させ且つ１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定することにより、Ｐ偏光状態でマスクＭを照明することができる。さらに、駆動系２２がデポラライザ２１を照明光路から退避させ且つ１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度をなすように設定することにより、Ｓ偏光状態でマスクＭを照明することができる。
【００４４】
換言すれば、本実施形態では、１／２波長板２０とデポラライザ２１とからなる偏光状態切換手段の作用により、被照射面としてのマスクＭ（ひいてはウェハＷ）を照明する光の偏光状態を直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光の光で照明する場合にはＰ偏光状態とＳ偏光状態との間で切り換える（直線偏光の偏光面を可変とする）ことができる。その結果、本実施形態では、マスクＭのパターン特性に応じて照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現することができるので、マスクＭのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。
【００４５】
具体的には、たとえばＸ方向２極照明に設定するとともに、マスクＭ上においてＸ方向に沿って偏光面を有する直線偏光状態の光でマスクＭを照明することにより、ウェハＷ上のクリティカルレイヤにおけるＸ方向に沿った線幅の非常に小さいパターンを忠実に露光することができる。次いで、たとえばＹ方向２極照明に切り換えるとともに、マスクＭ上においてＹ方向に沿って偏光面を有する直線偏光状態の光でマスクＭを照明することにより、ウェハＷ上の同じクリティカルレイヤにおけるＹ方向に沿った線幅の非常に小さいパターンを忠実に露光することができる。
【００４６】
さらに、クリティカルレイヤにおける二重露光が終了した後に、たとえば２極照明のままで、あるいは４極照明や輪帯照明や円形照明に切り換えるとともに、非偏光状態の光でマスクＭを照明することにより、ウェハＷ上のノンクリティカルレイヤ（ミドルレイヤまたはラフレイヤ）における線幅の比較的大きい二次元パターンを高スループットで露光することができる。ただし、これは一例であって、一般的には、マスクＭのパターン特性に応じて、二次光源の適切な形状または大きさを設定し、且つマスクＭを照明する光を適切な偏光状態に設定することにより、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。
【００４７】
実際に、Ｐ偏光の光線が斜入射する場合とＳ偏光の光線が斜入射する場合とでは、ウェハＷ上に形成されたレジスト層の表面における散乱が異なる。具体的には、Ｓ偏光の方がＰ偏光よりも反射率が高く、したがってＰ偏光の方がＳ偏光よりもレジスト層の内部へ深く達する。このようなレジスト層に対するＰ偏光とＳ偏光との光学特性の相違を利用し、マスクＭのパターン特性に応じて照明光の偏光状態を変化させて適切な照明条件を実現すれば、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができることになる。
【００４８】
しかしながら、前述したように、たとえば円形照明や輪帯照明などにおいて、残存偏光度が十分に低いような所望の非偏光状態が実現されないと、縦方向と横方向との間にパターンの線幅差が発生してしまう。また、たとえば２極照明などにおいて、所定方向に偏光面を有する所望の直線偏光状態が実現されないと、特定のピッチ方向を有する線幅の細いパターンに対する結像性能の向上を図ることができなくなってしまう。そこで、本実施形態では、被照射面としてのマスクＭ（ひいてはウェハＷ）を照明する光の偏光状態を検知するための偏光モニター３０を備えている。
【００４９】
図５は、図１の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。本実施形態の偏光モニター３０は、図１に示すように、マイクロフライアイレンズ８とコンデンサー光学系９との間の光路中に配置された第１ビームスプリッター３１を備えている。第１ビームスプリッター３１は、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板（すなわち素ガラス）の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。
【００５０】
図５を参照すると、第１ビームスプリッター３１により光路から取り出された光は、第２ビームスプリッター３２に入射する。第２ビームスプリッター３２は、第１ビームスプリッター３１と同様に、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。そして、第１ビームスプリッター３１に対するＰ偏光が第２ビームスプリッター３２に対するＳ偏光になり、且つ第１ビームスプリッター３１に対するＳ偏光が第２ビームスプリッター３２に対するＰ偏光になるように設定されている。
【００５１】
また、第２ビームスプリッター３２を透過した光は第１光強度検出器３３により検出され、第２ビームスプリッター３２で反射された光は第２光強度検出器３４により検出される。第１光強度検出器３３および第２光強度検出器３４の出力は、それぞれ制御系４０（図１を参照）に供給される。また、前述したように、制御系４０は、駆動系２２を介して、偏光状態切換手段を構成する１／２波長板２０およびデポラライザ２１を駆動する。
【００５２】
上述のように、第１ビームスプリッター３１および第２ビームスプリッター３２において、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率とが実質的に異なっている。したがって、本実施形態の偏光モニター３０では、第１ビームスプリッター３１からの反射光が、例えば第１ビームスプリッター３１への入射光の１０％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター３１に対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター３２に対するＰ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター３１への入射光の１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター３１に対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター３２に対するＳ偏光成分）とを含むことになる。
【００５３】
また、第２ビームスプリッター３２からの反射光は、例えば第１ビームスプリッター３１への入射光の１０％×１％＝０．１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター３１に対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター３２に対するＳ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター３１への入射光の１％×１０％＝０．１％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター３１に対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター３２に対するＰ偏光成分）とを含むことになる。
【００５４】
こうして、本実施形態の偏光モニター３０では、第１ビームスプリッター３１が、その反射特性に応じて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。その結果、第２ビームスプリッター３２の偏光特性による偏光変動の影響を僅かに受けるものの、第１光強度検出器３３の出力（第２ビームスプリッター３２の透過光の強度に関する情報、すなわち第１ビームスプリッター３１からの反射光とほぼ同じ偏光状態の光の強度に関する情報）に基づいて、第１ビームスプリッター３１への入射光の偏光状態（偏光度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の偏光状態を検知することができる。
【００５５】
また、本実施形態の偏光モニター３０では、第１ビームスプリッター３１に対するＰ偏光が第２ビームスプリッター３２に対するＳ偏光になり且つ第１ビームスプリッター３１に対するＳ偏光が第２ビームスプリッター３２に対するＰ偏光になるように設定されている。その結果、第２光強度検出器３４の出力（第１ビームスプリッター３１および第２ビームスプリッター３２で順次反射された光の強度に関する情報）に基づいて、第１ビームスプリッター３１への入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第１ビームスプリッター３１への入射光の光量（強度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の光量を検知することができる。
【００５６】
こうして、本実施形態では、偏光モニター３０を用いて、第１ビームスプリッター３１への入射光の偏光状態を検知し、ひいてはマスクＭへの照明光が所望の非偏光状態または直線偏光状態になっているか否かを判定することができる。そして、制御系４０が偏光モニター３０の検知結果に基づいてマスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光が所望の非偏光状態または直線偏光状態になっていないことを確認した場合、駆動系２２を介して偏光状態切換手段を構成する１／２波長板２０およびデポラライザ２１を駆動調整し、マスクＭへの照明光の状態を所望の非偏光状態または直線偏光状態に調整することができる。
【００５７】
以上のように、本実施形態では、比較的簡素でコンパクトな構成を有する偏光モニター３０を用いて、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光の偏光状態を検知し、照明光の状態を所望の偏光状態に調整して、適切な照明条件を実現することができる。その結果、本実施形態では、マスクＭのパターン特性に応じて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。
【００５８】
なお、上述の実施形態において、第１ビームスプリッター３１からの反射光が第１光強度検出器３３に直接入射するように構成すれば、第１光強度検出器３３の出力が第２ビームスプリッター３２の偏光特性による偏光変動の影響を受けることなく、第１ビームスプリッター３１への入射光の偏光状態を高精度に検知することができる。
【００５９】
また、上述の実施形態において、第１ビームスプリッター３１への入射光の偏光状態を高精度に検知するには、第１ビームスプリッター３１および第２ビームスプリッター３２が、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率とが十分に異なるような反射特性を有することが好ましい。具体的には、第１ビームスプリッター３１の反射光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞２の条件を満たすような反射特性を有することが好ましい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、平行平面板の形態を有するビームスプリッターを使用し、その反射光を光路から取り出している。しかしながら、これに限定されることなく、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の透過光を光路から取り出すビームスプリッターを用い、当該ビームスプリッターにより光路から取り出された透過光の強度に基づいて、当該ビームスプリッターへの入射光の偏光状態を検知することもできる。この場合、当該ビームスプリッターの反射光に含まれるＰ偏光の強度ＩｐとＳ偏光の強度Ｉｓとの強度比Ｉｐ／ＩｓがＩｐ／Ｉｓ＜１／２またはＩｐ／Ｉｓ＞２の条件を満たすような透過特性を有することが好ましい。
【００６１】
図６は、変形例にかかる偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。図６の変形例にかかる偏光モニター３０’は、図５に示す実施形態にかかる偏光モニター３０と類似の構成を有するが、第２ビームスプリッター３２と第２光強度検出器３４との間に第３ビームスプリッター３５が付設されている。ここで、第３ビームスプリッター３５は、第１ビームスプリッター３１および第２ビームスプリッター３２と同様に、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。
【００６２】
そして、第２ビームスプリッター３２に対するＰ偏光（すなわち第１ビームスプリッター３１に対するＳ偏光）が第３ビームスプリッター３５に対するＳ偏光になり、且つ第２ビームスプリッター３２に対するＳ偏光（すなわち第１ビームスプリッター３１に対するＰ偏光）が第３ビームスプリッター３５に対するＰ偏光になるように設定されている。また、第３ビームスプリッター３５を透過した光は第２光強度検出器３４により検出され、第３ビームスプリッター３５で反射された光は第３光強度検出器３５により検出される。第３光強度検出器３５の出力も、第１光強度検出器３３および第２光強度検出器３４の出力と同様に、制御系４０に供給される。
【００６３】
変形例にかかる偏光モニター３０’では、第３ビームスプリッター３５の偏光特性による偏光変動の影響を僅かに受けるものの、第２光強度検出器３４の出力に基づいて、第１ビームスプリッター３１への入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第１ビームスプリッター３１への入射光の光量（強度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の光量を検知することができる。なお、第３ビームスプリッター３５の分割面に誘電体多層膜を設けて、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率とをほぼ一致させることにより、第３ビームスプリッター３５の偏光特性による偏光変動の第２光強度検出器３４の出力に対する影響を抑えることができる。
【００６４】
一方、第３ビームスプリッター３５の反射光の強度を検出する第３光強度検出器３６の出力は、投影光学系ＰＬにより形成される空間像を検出する空間像検出装置からの信号を規格化するための信号として用いられる。こうして、第３光強度検出器３６からの規格化信号の作用により、レーザ光源１からの照明光の発光強度の変動に起因して空間像検出装置の出力誤差が発生するのを防止することができる。なお、空間像検出装置の具体的な構成および作用は、たとえば特開２００２−１９５９１２号公報に開示されている。
【００６５】
ところで、レーザ光源１としてＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、エネルギ密度の高い光の照射を受ける光透過部材に蛍石を用いて所要の耐久性を確保するのが一般的である。この場合、蛍石で形成された光透過部材を透過する際に直線偏光の偏光面が短期的に且つ長期的に変化することがある。したがって、本実施形態では、蛍石で形成された光透過部材を介して直線偏光の偏光面が変化しても水晶プリズム２１ａが非偏光化素子として機能するように、制御系４０が駆動系２２を介して水晶プリズム２１ａの結晶光学軸の向きを調整する必要がある。
【００６６】
また、第１ビームスプリッター３１とマスクＭとの間の光路中には、光の偏光状態を変化させる光学部材、たとえば蛍石で形成された光透過部材を配置しないことが好ましい。この構成により、第１ビームスプリッター３１への入射光の偏光状態と、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光の偏光状態とがほぼ一致し、偏光モニター３０または３０’の出力に基づいて、マスクＭへの照明光の偏光状態を高精度に検知することができる。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、入射する直線偏光の光の偏光面を必要に応じて変化させるための位相部材としての１／２波長板２０を光源側に配置し、入射する直線偏光の光を必要に応じて非偏光化するためのデポラライザ２１をマスク側に配置している。しかしながら、これに限定されることなく、デポラライザ２１を光源側に配置し且つ１／２波長板２０をマスク側に配置しても同じ光学的な作用効果を得ることができる。
【００６８】
また、上述の実施形態では、水晶プリズム２１ａを介した光の進行方向を補償するためのコンペンセータとして石英プリズム２１ｂを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、ＡｒＦエキシマレーザ光に対して耐久性の高い光学材料、たとえば水晶や蛍石などにより形成された楔形状のプリズムをコンペンセータとして用いていることもできる。
【００６９】
また、上述の実施形態では、デポラライザ２１を照明光路に対して挿脱自在に構成しているが、デポラライザ２１を構成する水晶プリズム２１ａと石英プリズム２１ｂとが一体的に光軸ＡＸを中心として回転するように構成する変形例も可能である。この場合、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過して水晶プリズム２１ａに入射する。このとき、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２１ａに入射したＰ偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム２１ｂを介して非偏光状態でマスクＭを照明する。
【００７０】
また、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２１ａに入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過し、石英プリズム２１ｂを介してＰ偏光状態でマスクＭを照明する。一方、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、Ｓ偏光の光になって水晶プリズム２１ａに入射する。このとき、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２１ａに入射したＳ偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム２１ｂを介して非偏光状態でマスクＭを照明する。一方、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射するＳ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２１ａに入射したＳ偏光の光は偏光面が変化することなくＳ偏光のまま通過し、石英プリズム２１ｂを介してＳ偏光状態でマスクＭを照明する。
【００７１】
また、上述の実施形態では、デポラライザ２１を照明光路に対して挿脱自在に構成しているが、デポラライザ２１を照明光路中に固定的に位置決めする変形例も可能である。この場合、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように位置決めされる。したがって、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過して水晶プリズム２１ａに入射する。水晶プリズム２１ａの結晶光学軸は入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように位置決めされるので、水晶プリズム２１ａに入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過し、石英プリズム２１ｂを介してＰ偏光状態でマスクＭを照明する。
【００７２】
また、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、Ｓ偏光の光になって水晶プリズム２１ａに入射する。水晶プリズム２１ａの結晶光学軸は入射するＳ偏光の偏光面に対しても０度または９０度の角度をなすように位置決めされるので、水晶プリズム２１ａに入射したＳ偏光の光は偏光面が変化することなくＳ偏光のまま通過し、石英プリズム２１ｂを介してＳ偏光状態でマスクＭを照明する。
【００７３】
さらに、１／２波長板２０の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定すると、前述したように、１／２波長板２０に入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過するＰ偏光成分と偏光面が９０度だけ変化したＳ偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換されて、水晶プリズム２１ａに入射する。水晶プリズム２１ａの結晶光学軸は入射するＰ偏光成分の偏光面に対してもＳ偏光成分の偏光面に対しても０度または９０度の角度をなすように位置決めされるので、水晶プリズム２１ａに入射したＰ偏光成分もＳ偏光成分も偏光面が変化することなく通過し、石英プリズム２１ｂを介して非偏光状態でマスクＭを照明する。
【００７４】
また、上述の実施形態では、１／２波長板２０とデポラライザ２１とにより偏光状態切換手段を構成しているが、光軸ＡＸを中心として回転自在なデポラライザ２１のみにより偏光状態切換手段を構成する変形例も可能である。この場合、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２１ａに入射したＰ偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズム２１ｂを介して非偏光状態でマスクＭを照明する。一方、水晶プリズム２１ａの結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、水晶プリズム２１ａに入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過し、石英プリズム２１ｂを介してＰ偏光状態でマスクＭを照明する。さらに、偏光状態切換手段については様々な変形例が可能である。
【００７５】
ところで、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ってしまう。しかしながら、本実施形態の偏光状態切換手段（２０，２１）では、直線偏光が入射することを前提としており、楕円偏光が入射すると所要の作用を奏することができない。
【００７６】
そこで、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための位相部材として、たとえば光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成された１／４波長板を、偏光状態切換手段において１／２波長板２０の光源側に付設することが好ましい。この場合、たとえば直角プリズムに起因して楕円偏光が偏光状態切換手段（２０，２１）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波長板の結晶光学軸を設定することにより、１／２波長板２０に直線偏光を入射させて偏光状態切換手段（２０，２１）の本来の動作を維持することができる。なお、１／４波長板は、１／２波長板２０のマスク側に配置することもできる。なお、上述の実施形態において、光源として波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、色収差補正やコンパクション低減のために投影光学系ＰＬ中の光学素子として等軸晶系の結晶材料から形成された光学素子を用いることがある。この場合、周知の手法を用いて投影光学系ＰＬの偏光収差を補正しておくことが好ましい。このことは、光源として波長１５７ｎｍのＦ2レーザ光源を用いる場合にも同様である。
【００７７】
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７のフローチャートを参照して説明する。
【００７８】
先ず、図７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。
【００７９】
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８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８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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
また、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）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ＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）や、波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源や、レーザ光源以外の光源、例えばｉ線やｇ線、ｈ線等の紫外光を供給するランプ光源に対して本発明を適用することもできる。また、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。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】輪帯照明および４極照明において形成される輪帯状の二次光源および４極状の二次光源を示す図である。
【図３】２極照明において形成される２極状の二次光源を示す図である。
【図４】図１の位相部材およびデポラライザの構成を概略的に示す図である。
【図５】図１の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】変形例にかかる偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。
【図７】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８】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】
【００８４】
１  レーザ光源
４  回折光学素子（オプティカルインテグレータ）
５  アフォーカルズームレンズ
６，６０〜６３  回折光学素子
７  ズームレンズ
８  マイクロフライアイレンズ
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
２０  位相部材（１／２波長板）
２１  デポラライザ
２１ａ  水晶プリズム
２１ｂ  石英プリズム
２２  駆動系
３０，３０’  偏光モニター
３１，３２，３５  ビームスプリッター
３３，３４，３６  光強度検出器
４０  制御系
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【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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