(57)【要約】  比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射する反射鏡を含んでいるにもかかわらず、ほぼ直線偏光で入射する光束の光路中における偏光状態の変化が良好に抑えられた光学系。第１偏向平面鏡（Ｍ１１）と第２偏向平面鏡（Ｍ１２）とを備え、ほぼ直線偏光の光束が入射する光学系。第１偏向平面鏡および第２偏向平面鏡では、反射面に対してＰ偏光で入射する光と反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、反射面にＰ偏光で入射して反射された光と反射面にＳ偏光で入射して反射された光との位相差との変化が、反射面に入射するすべての光線についてそれぞれ３０度以内になるように構成されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの反射鏡を備え、ほぼ直線偏光の光束が入射する光学系において、
前記反射鏡の反射面に入射する光線の最大入射角度は２０度以上であり、
前記反射面に対してＰ偏光で入射する光と前記反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、前記反射面にＰ偏光で入射して反射された光と前記反射面にＳ偏光で入射して反射された光との位相差との変化が、前記反射面に入射するすべての光線について３０度以内になるように、前記反射鏡が構成されていることを特徴とする光学系。
【請求項２】
前記反射鏡は、基材の上に形成された金属層と、該金属層の上に形成された少なくとも１つの誘電体層とを有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記少なくとも１つの誘電体層は、３つまたは４つの誘電体層を有することを特徴とする請求項２に記載の光学系。
【請求項４】
前記金属層は、Ａｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｍｏ，Ｒｕからなるグループから選ばれた物質を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項５】
前記誘電体層は、ＭｇＦ2，ＬａＦ3，ＮｄＦ3，ＹＦ3，ＧｄＦ3，ＡｌＦ3，Ｎａ3ＡｌＦ6，ＣａＦ2，ＳｒＦ2，ＤｙＦ3，ＨｆＦ4，ＬｕＦ3，Ａｌ2Ｏ3，ＨｆＯ2，ＺｒＯ2，ＴｉＯ2，Ｎｂ2Ｏ5，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3からなるグループから選ばれた物質を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項６】
前記反射鏡は、光路を折り曲げるための偏向平面鏡であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項７】
前記反射鏡の前記反射面に対してＰ偏光で入射する光と前記反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、前記反射鏡の前記反射面に対してＰ偏光で入射する前記光と前記反射面に対してＳ偏光で入射する前記光との反射による位相差との間の変化量ｙ（度）が、前記反射面への光の入射角度をｘ（度）として、ｙ＝Ｃ1ｘ＋Ｃ2ｘ2＋Ｃ3ｘ3＋Ｃ4ｘ4＋Ｃ5ｘ5＋・・・で近似されるとき、変化量ｙから前記一次項Ｃ1ｘを除いた量ｙ’＝Ｃ2ｘ2＋Ｃ3ｘ3＋Ｃ4ｘ4＋Ｃ5ｘ5＋・・・のＰ−Ｖ（peak to valley：最大最小の差）値が前記反射面に入射する有効光線の入射角度範囲内において２５度以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項８】
前記光学系には、前記光学系のレンズ開口内においてほぼ円周方向に振動する直線偏光の光束が入射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項９】
前記反射鏡の反射面に入射する光線の最大入射角度と最小入射角度との差は２０度以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１０】
前記光学系は、ほぼ直線偏光の光によって照明される第１面上の有効視野領域の縮小像を第２面上に形成する投影光学系を有し、
前記投影光学系は、
前記第１面と前記第２面との間の光路中に配置された第１偏向平面鏡と、
前記第１偏向平面鏡と前記第２面との間の光路中に配置されて、少なくとも１つの凹面反射鏡を含む部分光学系と、
前記部分光学系と前記第２面との間の光路中に配置された第２偏向平面鏡と、
前記第２偏向平面鏡と前記第２面との間の光路中に配置されて正の屈折力を有する第１レンズ群と、
前記第１レンズ群と前記第２面との間の光路中に配置された開口絞りと、
前記開口絞りと前記第２面との間の光路中に配置されて正の屈折力を有する第２レンズ群とを備え、
前記投影光学系中の屈折力を有する光学部材のうち最も第２面側に位置する光学部材と前記第２面との間の光路は所定の液体で満たされ、
前記第１面の法線方向に沿ってＺ軸を、前記第１偏向平面鏡の入射光軸と射出光軸とが張る平面に垂直な方向に沿ってＸ軸を、前記Ｚ軸および前記Ｘ軸と直交する方向に沿ってＹ軸をそれぞれ設定し、
前記第１面に入射する光線のうち、ＸＹ平面内においてＸ軸と４５度および１３５度をなす方向に分布する光線についてのストークスパラメータのＳ０成分に対するＳ２成分の比は０．９以上であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１１】
前記第１面は、前記ＸＹ平面内においてほぼ円周方向に振動する直線偏光の光束で照明されることを特徴とする請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
前記第１面と前記第１偏向平面鏡との間の光路中に配置された第３レンズ群をさらに備えていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記投影光学系の入射瞳面上においてＸ軸と４５度および１３５度をなす方向に分布するすべての光線について、前記第１偏向平面鏡の反射面に対してＰ偏光で入射する光と前記第１偏向平面鏡の前記反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、前記第１偏向平面鏡の前記反射面に対してＰ偏光で入射する前記光と前記第１偏向平面鏡の前記反射面に対してＳ偏光で入射する前記光との反射による位相差との変化が３０度以下であり、前記第２偏向平面鏡の反射面に対してＰ偏光で入射する光と前記第２偏向平面鏡の前記反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、前記第２偏向平面鏡の前記反射面に対してＰ偏光で入射する前記光と前記第２偏向平面鏡の前記反射面に対してＳ偏光で入射する前記光との反射による位相差との変化が３０度以下であることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１４】
前記光学系は、光の入射順に第１偏向平面鏡と第２偏向平面鏡とを備えて第１面の像を第２面に形成する投影光学系を有し、
前記第１偏向平面鏡の反射面への入射前と前記第２偏向平面鏡の反射面での反射後との間の２つの光線の位相差の変化が、前記第１偏向平面鏡の反射面に入射する任意の２つの光線について５０度以内になるように、前記第１偏向平面鏡および前記第２偏向平面鏡が構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１５】
前記第１面から前記投影光学系へは、前記投影光学系のレンズ開口内においてほぼ円周方向に振動する直線偏光の光束が入射することを特徴とする請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
前記投影光学系は、前記第１偏向平面鏡と前記第２偏向平面鏡との間の光路中に配置された光学部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光学系。
【請求項１７】
前記光学系は、光源部から供給された直線偏光の光束を被照射面へ導く照明光学系を有し、
前記照明光学系は、光の入射順に、第３偏向平面鏡と第４偏向平面鏡とを備え、
前記第３偏向平面鏡の反射面への入射前と前記第４偏向平面鏡の反射面での反射後との間の２つの光線の位相差の変化が、前記第３偏向平面鏡の反射面に入射する任意の２つの光線について５０度以内になるように、前記第３偏向平面鏡および前記第４偏向平面鏡が構成されていることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１８】
前記光学系は、光源部から供給された直線偏光の光束を被照射面へ導く照明光学系を有し、
前記照明光学系は、光の入射順に、第１偏向平面鏡と第２偏向平面鏡とを備え、
前記第１偏向平面鏡の反射面への入射前と前記第２偏向平面鏡の反射面での反射後との間の２つの光線の位相差の変化が、前記第１偏向平面鏡の反射面に入射する任意の２つの光線について５０度以内になるように、前記第１偏向平面鏡および前記第２偏向平面鏡が構成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１９】
前記被照射面には、前記照明光学系のレンズ開口内においてほぼ円周方向に振動する直線偏光の光束が入射することを特徴とする請求項１８に記載の光学系。
【請求項２０】
前記光学系は、前記光源部から供給された前記光束を、前記光束の断面においてほぼ円周方向に振動する直線偏光に変換する円周偏光変換素子を備えていることを特徴とする請求項１９に記載の光学系。
【請求項２１】
前記照明光学系は、前記第１偏向平面鏡と前記第２偏向平面鏡との間の光路中に配置された光学部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の光学系を備え、光源部からの光束に基づいて照明されたマスク上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２３】
前記マスクは、前記ＸＹ平面内においてほぼ円周方向に振動する直線偏光の光束で照明されることを特徴とする請求項２２に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記感光性基板上には、前記感光性基板に対して常にＳ偏光となる直線偏光が入射することを特徴とする請求項２２または２３に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記光源部と前記マスクとの間の光路中の照明瞳には、光軸から外れた領域に偏在する光強度分布が形成されることを特徴とする請求項２４に記載の露光装置。
【請求項２６】
請求項１乃至２１のいずれか１項に記載の光学系を用いて、光源部からの光束に基づいて照明されたマスク上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方法。
【請求項２７】
前記マスクは、前記ＸＹ平面内においてほぼ円周方向に振動する直線偏光の光束で照明されることを特徴とする請求項２６に記載の露光方法。
【請求項２８】
前記感光性基板上には、前記感光性基板に対して常にＳ偏光となる直線偏光が入射することを特徴とする請求項２６または２７に記載の露光方法。
【請求項２９】
前記光源部と前記マスクとの間の光路中の照明瞳には、光軸から外れた領域に偏在する光強度分布が形成されることを特徴とする請求項２８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、光学系、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投影光学系に関するものである。
【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コントラストの高いパターン像を得ることが不可欠である。【０００４】
そこで、たとえば投影光学系のレンズ開口（瞳面）内において露光光の偏光状態を円周方向に振動する直線偏光状態（以下、「周方向偏光状態」という）に設定することにより、ウェハ上において微細パターンの高コントラスト像を得る技術が提案されている（特許文献１を参照）。【０００５】
【特許文献１】特開平５−９０１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、マスク上において一方向に並んだラインパターンの投影露光に着目すると、このラインパターンによる回折光はパターンのピッチ方向に局在し、レンズ開口内ではラインパターンのピッチ方向に平行な直径方向に分布する。このため、ラインパターンのピッチ方向に垂直に偏光方向を有する直線偏光の光を用いて投影露光することは、周方向偏光状態で投影露光することと光学的にほぼ等価である。【０００７】
このように、特定の直線偏光の光を用いて投影露光を行うことは、投影光学系の解像度向上に有効である。しかしながら、所望の直線偏光状態の光を用いてマスクを照明しても、投影光学系の光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が介在すると、所望の直線偏光状態で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。特に、比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射する反射鏡では、偏光方向による位相ずれが比較的大きく生じ易いことが知られている。【０００８】
本発明は、比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射する反射鏡を含んでいるにもかかわらず、ほぼ直線偏光で入射する光束の光路中における偏光状態の変化が良好に抑えられた光学系を提供することを目的とする。【０００９】
また、本発明は、ほぼ直線偏光で入射する光束の光路中における偏光状態の変化が良好に抑えられた光学系を用いて、マスクの微細パターンの高コントラスト像を感光性基板上に形成することにより忠実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】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明の第１形態では、少なくとも１つの反射鏡を備え、ほぼ直線偏光の光束が入射する光学系において、
前記反射鏡の反射面に入射する光線の最大入射角度は２０度以上であり、
前記反射面に対してＰ偏光で入射する光と前記反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、前記反射面にＰ偏光で入射して反射された光と前記反射面にＳ偏光で入射して反射された光との位相差との変化が、前記反射面に入射するすべての光線について３０度以内になるように、前記反射鏡が構成されていることを特徴とする光学系を提供する。【００１１】
本発明の第２形態では、第１形態の光学系を備え、光源部からの光束に基づいて照明されたマスク上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。【００１２】
本発明の第３形態では、第１形態の光学系を用いて、光源部からの光束に基づいて照明されたマスク上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方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の典型的な形態では、たとえば投影光学系中の反射鏡に所定の反射面構造を適用することにより、反射面に対してＰ偏光で入射する光とＳ偏光で入射する光との位相差と、反射面にＰ偏光で入射して反射された光とＳ偏光で入射して反射された光との位相差との変化、すなわち偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが、反射面に入射するすべての光線について３０度以内になるように構成している。その結果、本発明の投影光学系では、比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射する反射鏡を含んでいるにもかかわらず、ほぼ直線偏光で入射する光束の光路中における偏光状態の変化を良好に抑えることができる。【００１４】
したがって、本発明の露光装置および露光方法では、たとえば周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく周方向偏光輪帯照明などを行っても、ほぼ直線偏光で入射する光束の投影光学系中における偏光状態の変化が良好に抑えられ、マスクの微細パターンの高コントラスト像を感光性基板上に形成することにより忠実な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の偏光変換素子の構成を概略的に示す図である。
【図３】水晶の旋光性について説明する図である。
【図４】偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。
【図５】本実施形態にかかる投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。
【図６】本実施形態の第１変形例にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図７】本実施形態の第２変形例にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図８】本実施形態において投影光学系中の偏向平面鏡に適用している反射面構造を概略的に示す図である。
【図９】図８の反射面構造が適用された偏向平面鏡における光線の入射角と位相差との関係を示す図である。
【図１０】本実施形態の変形例にかかる反射面構造を概略的に示す図である。
【図１１】図１０の変形例にかかる反射面構造が適用された偏向平面鏡における光線の入射角と位相差との関係を示す図である。
【図１２】本実施形態の別の変形例にかかる反射面構造を概略的に示す図である。
【図１３】図１２の変形例にかかる反射面構造が適用された偏向平面鏡における光線の入射角と位相差との関係を示す図である。
【図１４】図５に示す投影光学系に対応する液浸型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図１５】液浸型の投影光学系における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。
【図１６】図７に示す投影光学系に対応する液浸型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。
【図１７】偏光変換素子の作用により径方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。
【図１８】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１９】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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。【００１７】
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。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ー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。【００１８】
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、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、デポラライザ（非偏光化素子）４ｃ、および輪帯照明用の回折光学素子５を介して、アフォーカルレンズ６に入射する。ここで、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、およびデポラライザ４ｃは、後述するように、偏光状態切換部４を構成している。アフォーカルレンズ６は、その前側焦点位置と回折光学素子５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７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。【００１９】
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、輪帯照明用の回折光学素子５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）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。【００２０】
したがって、光束変換素子としての回折光学素子５に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ６の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ６から射出される。なお、アフォーカルレンズ６の前側レンズ群６ａと後側レンズ群６ｂとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系８が配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系８の作用を無視して、基本的な構成および作用を説明する。【００２１】
アフォーカルレンズ６を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ９および偏光変換素子１０を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１１に入射する。偏光変換素子１０の構成および作用については後述する。マイクロフライアイレンズ１１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。【００２２】
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。【００２３】
所定面７の位置はズームレンズ９の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ１１の入射面はズームレンズ９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９は、所定面７とマイクロフライアイレンズ１１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６の瞳面とマイクロフライアイレンズ１１の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。【００２４】
したがって、マイクロフライアイレンズ１１の入射面上には、アフォーカルレンズ６の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ９の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ１１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。【００２５】
マイクロフライアイレンズ１１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、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳）には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、ビームスプリッター１２ａおよびコンデンサー光学系１３を介した後、マスクブラインド１４を重畳的に照明する。【００２６】
こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１４には、マイクロフライアイレンズ１１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１４の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、光路折り曲げ用の偏向平面鏡（平面反射鏡）Ｍ２１によりＹ方向に偏向された後、結像光学系１５に入射する。結像光学系１５の集光作用を受けた光束は、光路折り曲げ用の偏向平面鏡Ｍ２２によりＺ方向に偏向された後、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。【００２７】
すなわち、結像光学系１５は、マスクブラインド１４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。マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬの内部構成については後述する。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。【００２８】
なお、偏光状態切換部４において、１／４波長板４ａ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て、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する。また、１／２波長板４ｂ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て、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。また、デポラライザ４ｃは、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズムと楔形状の石英プリズムとにより構成されている。水晶プリズムと石英プリズムとは、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。【００２９】
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、これらの光源から射出される光は典型的には９５％以上の偏光度を有し、１／４波長板４ａにはほぼ直線偏光の光が入射する。しかしながら、光源１と偏光状態切換部４との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、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。【００３０】
偏光状態切換部４では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、１／４波長板４ａの作用により変換された直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射する。１／２波長板４ｂ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４ｂ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。【００３１】
また、１／２波長板４ｂ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４ｂ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、デポラライザ４ｃの水晶プリズム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。【００３２】
偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃが照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズム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４ｂ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４ｂ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。【００３３】
偏光状態切換部４では、上述したように、直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射するが、以下の説明を簡単にするために、図１においてＹ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｙ方向偏光」と称する）の光が１／２波長板４ｂに入射するものとする。デポラライザ４ｃを照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面（偏光方向）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４ｂに入射したＹ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＹ方向偏光のまま通過してデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＹ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＹ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換される。【００３４】
水晶プリズム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を介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＹ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、図１においてＸ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｘ方向偏光」と称する）の光になってデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＸ方向偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＸ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子５に入射する。【００３５】
これに対し、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させた場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＹ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＹ方向偏光のまま通過し、Ｙ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＹ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化してＸ方向偏光の光になり、Ｘ方向偏光状態で回折光学素子５に入射する。【００３６】
以上のように、偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃを照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。また、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定することにより、Ｙ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。さらに、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面に対して４５度をなすように設定することにより、Ｘ方向偏光状態の光を回折光学素子５に入射させることができる。【００３７】
換言すれば、偏光状態切換部４では、１／４波長板４ａと１／２波長板４ｂとデポラライザ４ｃとからなる偏光状態切換部の作用により、回折光学素子５への入射光の偏光状態（ひいてはマスクＭおよびウェハ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、直線偏光状態の場合には互いに直交する偏光状態間（Ｙ方向偏光とＸ方向偏光との間）で切り換えることができる。【００３８】
次に、円錐アキシコン系８は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材８ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材８ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材８ａおよび第２プリズム部材８ｂ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８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。【００３９】
ここで、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系８は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。【００４０】
ズームレンズ９は、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえばズームレンズ９の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ９の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系８およびズームレンズ９の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御できる。【００４１】
また、偏光モニター１２は、マイクロフライアイレンズ１１とコンデンサー光学系１３との間の光路中に配置された第１ビームスプリッター１２ａを備えており、この第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の偏光状態を検知する機能を有する。そして、制御部が偏光モニター１２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偏光状態または非偏光状態になっていないことを確認した場合、偏光状態切換部４を構成する１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂおよびデポラライザ４ｃを駆動調整し、マスクＭへの照明光の状態を所望の偏光状態または非偏光状態に調整することができる。【００４２】
なお、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、４極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、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に４極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、４極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１１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、マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。【００４３】
また、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１１の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした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、マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。【００４４】
さらに、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、他の複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な複数極照明（２極照明、８極照明など）を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。【００４５】
図２は、図１の偏光変換素子の構成を概略的に示す図である。また、図３は、水晶の旋光性について説明する図である。また、図４は、偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。本実施形態にかかる偏光変換素子１０は、マイクロフライアイレンズ１１の直前に、すなわち照明瞳またはその近傍に配置されている。したがって、輪帯照明の場合、偏光変換素子１０には光軸ＡＸを中心としたほぼ輪帯状の断面を有する光束が入射することになる。【００４６】
図２を参照すると、偏光変換素子１０は、全体として光軸ＡＸを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸ＡＸを中心とした円周方向に等分割された８つの扇形形状の基本素子により構成されている。これらの８つの基本素子において、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。すなわち、８つの基本素子は、光の透過方向（Ｚ方向）に沿った厚さ（光軸方向の長さ）が互いに異なる４種類の基本素子１０Ａ〜１０Ｄを２個づつ含んでいる。【００４７】
具体的には、第１基本素子１０Ａの厚さが最も大きく、第４基本素子１０Ｄの厚さが最も小さく、第２基本素子１０Ｂの厚さは第３基本素子１０Ｃの厚さよりも大きく設定されている。その結果、偏光変換素子１０の一方の面（たとえば入射面）は平面状であるが、他方の面（たとえば射出面）は各基本素子１０Ａ〜１０Ｄの厚さの違いにより凹凸状になっている。なお、偏光変換素子１０の双方の面（入射面および射出面）をともに凹凸状に形成することもできる。【００４８】
また、本実施形態では、各基本素子１０Ａ〜１０Ｄが旋光性を有する光学材料である水晶により構成され、各基本素子１０Ａ〜１０Ｄの結晶光学軸が光軸ＡＸとほぼ一致するように設定されている。以下、図３を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図３を参照すると、厚さｄの水晶からなる平行平面板状の光学部材１００が、その結晶光学軸と光軸ＡＸとが一致するように配置されている。この場合、光学部材１００の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸ＡＸ廻りにθだけ回転した状態で射出される。【００４９】
このとき、光学部材１００の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材１００の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（１）で表わされる。
θ＝ｄ・ρ    （１）
一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性（使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質：旋光分散）があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第１６７頁の記述によれば、２５０．３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、１５３．９度／ｍｍである。【００５０】
本実施形態において、第１基本素子１０Ａは、Ｙ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋１８０度回転させた方向すなわちＹ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＡが設定されている。したがって、この場合、図４に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第１基本素子１０Ａの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ａを通過する光束の偏光方向はＹ方向になる。【００５１】
第２基本素子１０Ｂは、Ｙ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋１３５度回転させた方向すなわちＹ方向をＺ軸廻りに−４５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＢが設定されている。したがって、この場合、図４に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第２基本素子１０Ｂの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ｂを通過する光束の偏光方向はＹ方向をＺ軸廻りに−４５度回転させた方向になる。【００５２】
第３基本素子１０Ｃは、Ｙ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋９０度回転させた方向すなわちＸ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＣが設定されている。したがって、この場合、図４に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第３基本素子１０Ｃの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ｃを通過する光束の偏光方向はＸ方向になる。【００５３】
第４基本素子１０Ｄは、Ｙ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋４５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さｄＤが設定されている。したがって、この場合、図４に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第４基本素子１０Ｄの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ｄを通過する光束の偏光方向はＹ方向をＺ軸廻りに＋４５度回転させた方向になる。【００５４】
なお、別々に形成された８つの基本素子を組み合わせて偏光変換素子１０を得ることもできるし、あるいは平行平面板状の水晶基板に所要の凹凸形状（段差）を形成することにより偏光変換素子１０を得ることもできる。また、偏光変換素子１０を光路から退避させることなく通常の円形照明を行うことができるように、偏光変換素子１０の有効領域の径方向の大きさの１／３以上の大きさを有し且つ旋光性を有しない円形状の中央領域１０Ｅが設けられている。ここで、中央領域１０Ｅは、たとえば石英のように旋光性を有しない光学材料により形成されていてもよいし、単純に円形状の開口であってもよい。ただし、中央領域１０Ｅは偏光変換素子１０に必須の要素ではない。【００５５】
本実施形態では、周方向偏光輪帯照明（輪帯状の二次光源を通過する光束が周方向偏光状態に設定された変形照明）に際して、偏光状態切換部４のデポラライザ４ｃを照明光路から退避させ、且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸の光軸廻りの角度位置を調整して輪帯照明用の回折光学素子５にＹ方向偏光を入射させることによって、Ｙ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を偏光変換素子１０に入射させる。その結果、マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍には、図４に示すように、輪帯状の二次光源（輪帯状の照明瞳分布）３１が形成され、この輪帯状の二次光源３１を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光状態では、輪帯状の二次光源３１を構成する円弧状領域３１Ａ〜３１Ｄをそれぞれ通過する光束は、各円弧状領域３１Ａ〜３１Ｄの円周方向に沿った中心位置における光軸ＡＸを中心とする円の接線方向とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。【００５６】
こうして、本実施形態では、偏光変換素子１０の旋光作用により、光量損失を実質的に発生させることなく、周方向偏光状態の輪帯状の二次光源３１を形成することができる。換言すれば、本実施形態の照明光学装置では、光量損失を良好に抑えつつ、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布を形成することができる。なお、周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく周方向偏光輪帯照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になる。【００５７】
ここで、Ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。ただし、入射面とは、光が媒質の境界面（被照射面：ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。その結果、周方向偏光輪帯照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ（感光性基板）上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。【００５８】
一般に、輪帯照明に限定されることなく、たとえば周方向偏光状態の複数極状の照明瞳分布に基づく照明においても、ウェハＷに入射する光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。このときには、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）用の回折光学素子を照明光路に設定し、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ、且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸の光軸廻りの角度位置を調整して複数極照明用の回折光学素子にＹ方向偏光を入射させることによって、Ｙ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を偏光変換素子１０に入射させる。また、前述したように、マスクＭ上のラインパターンのピッチ方向に垂直に偏光方向を有する直線偏光の光でマスクＭを照明する場合にも、ウェハＷに入射する光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。【００５９】
しかしながら、前述したように、所望の直線偏光状態の光を用いてマスクＭを照明しても、投影光学系ＰＬの光路中に光の偏光状態を変化させる光学素子が介在すると、ウェハＷ上において所望の直線偏光状態（Ｓ偏光を主成分とする偏光状態）で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。特に、反射鏡では、とりわけ入射角度範囲が広範に亘る光路折り曲げ用の偏向平面鏡では、偏光方向による位相ずれが比較的大きく生じ易いことが知られている。一方、投影光学系ＰＬにおいて像側開口数ＮＡを大きく確保し、ひいては高い解像力を確保するには、偏向平面鏡を含む反射屈折型の光学系を採用することが有効である。【００６０】
図５は、本実施形態にかかる投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。図５を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１を備えている。第１結像光学系Ｇ１は、凹面反射鏡ＣＭと複数のレンズと第１偏向平面鏡Ｍ１１とを有し、マスクＭからの光束に基づいて中間像を形成する。第１結像光学系Ｇ１が形成する中間像の形成位置の近傍には、第２偏向平面鏡Ｍ１２が配置されている。【００６１】
第２偏向平面鏡Ｍ１２は、中間像へ向かう光束または中間像からの光束を屈折型の第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する。第２結像光学系Ｇ２は、中間像からの光束に基づいて、マスクＭのパターンの最終像をウェハＷ上に形成する。第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２はともに平面状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡）として一体的に構成されている。【００６２】
図６は、本実施形態の第１変形例にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。図６を参照すると、第１変形例の投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１を備えている。第１結像光学系Ｇ１は、凹面反射鏡ＣＭと複数のレンズとを有し、マスクＭからの光束に基づいて中間像を形成する。第１結像光学系Ｇ１が形成する中間像の形成位置の近傍には、第１偏向平面鏡Ｍ１１が配置されている。【００６３】
第１偏向平面鏡Ｍ１１は、中間像からの光束を第２偏向平面鏡Ｍ１２に向かって偏向する。さらに、第２偏向平面鏡Ｍ１２は、中間像からの光束を屈折型の第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する。第２結像光学系Ｇ２は、中間像からの光束に基づいて、マスクＭのパターンの最終像をウェハＷ上に形成する。なお、第１結像光学系Ｇ１および第２結像光学系Ｇ２はともに直線状に延びた光軸をそれぞれ有し、これらの２つの光軸は互いにほぼ平行に設定されている。【００６４】
図７は、本実施形態の第２変形例にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。図７を参照すると、第２変形例の投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ１を備えている。第１結像光学系Ｇ１が形成する第１中間像の形成位置（第１面（第２面）と光学的に共役な位置）の近傍には、第１偏向平面鏡Ｍ１１が配置されている。第１偏向平面鏡Ｍ１１は、第１中間像へ向かう光束または第１中間像からの光束を、反射屈折型の第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する。【００６５】
第２結像光学系Ｇ２は、凹面反射鏡ＣＭとレンズとを有し、第１中間像からの光束に基づいて第２中間像（第１中間像の像であってパターンの２次像）を第１中間像の形成位置の近傍に形成する。第２結像光学系Ｇ２が形成する第２中間像の形成位置（第１面（第２面）と光学的に共役な位置）の近傍には、第２偏向平面鏡Ｍ１２が配置されている。第２偏向平面鏡Ｍ１２は、第２中間像へ向かう光束または第２中間像からの光束を屈折型の第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向する。【００６６】
第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像からの光束に基づいて、マスクＭのパターンの縮小像（第２中間像の像であって投影光学系の最終像）をウェハＷ上に形成する。ここで、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面と第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面とは、空間的に重複しないように位置決めされている。また、第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２はともに平面状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡）として一体的に構成されている。なお、第１面（第２面）と光学的に共役な位置は、第１偏向平面鏡Ｍ１１の凹面反射鏡ＣＭ側の光路および第２偏向平面鏡Ｍ１２の凹面反射鏡ＣＭ側の光路に位置している。【００６７】
上述の実施形態および各変形例にかかる投影光学系ＰＬは、１つの凹面反射鏡ＣＭと、２つの光路折り曲げ用の偏向平面鏡Ｍ１１およびＭ１２とを備えている。ここで、凹面反射鏡ＣＭは投影光学系ＰＬの瞳またはその近傍に配置されており、凹面反射鏡ＣＭに入射する光線の入射角度範囲は比較的狭いので、凹面反射鏡ＣＭにおいて偏光方向による位相ずれは発生し難い。これに対し、一対の偏向平面鏡Ｍ１１およびＭ１２では、入射角度範囲が広範に亘る（たとえば最大入射角度が２０度以上）ため、偏光方向による位相ずれが比較的大きく生じ易い。【００６８】
第１偏向平面鏡Ｍ１１や第２偏向平面鏡Ｍ１２における偏光方向による位相ずれに起因して、投影光学系ＰＬの光路中において光の偏光状態が比較的大きく変化すると、ウェハＷ上において所望の直線偏光状態（Ｓ偏光を主成分とする偏光状態）で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。そこで、本実施形態では、比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射しても、偏光方向による位相ずれの発生を良好に抑えることのできる反射面構造を投影光学系ＰＬ中の第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２に適用している。【００６９】
図８は、本実施形態において投影光学系中の偏向平面鏡に適用している反射面構造を概略的に示す図である。図８を参照すると、投影光学系ＰＬ中の第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２に適用された本実施形態の反射面構造は、光学研磨されたガラス基板１０１と、基材としてのガラス基板１０１の上に形成された金属層としてのアルミニウム（Ａｌ）膜１０２と、アルミニウム膜１０２の上に形成された誘電体層としてのフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜１０３とを備えている。【００７０】
アルミニウム膜１０２は、１００〜１５０ｎｍの膜厚、０．１７２の屈折率、および２．２２の吸収係数を有する。また、フッ化マグネシウム膜１０３は、λを設計主波長（本実施形態ではＡｒＦエキシマレーザ光の波長：１９３ｎｍ）として０．２５λの光学的膜厚、および１．４１の屈折率を有する。本実施形態では、アルミニウム膜１０２およびフッ化マグネシウム膜１０３の成膜に際して真空蒸着方法を採用したが、この方法に限定されることなく、各種スパッタ法やイオンプロセス方法（イオンアシスト、イオンプレーティング、イオンビームスパッタ）などを用いることもできる。【００７１】
図９は、図８の反射面構造が適用された偏向平面鏡における光線の入射角と位相差との関係を示す図である。図９において、横軸は、反射面に対する光線の入射角（度）を示している。一方、縦軸は、反射面に対してＰ偏光で入射する光とＳ偏光で入射する光との位相差と、反射面にＰ偏光で入射して反射された光とＳ偏光で入射して反射された光との位相差との変化（すなわち偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれ）の絶対値（度）を示している。図９を参照すると、０度〜約７０度の広い入射角度範囲に亘って、偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが約２３度以下に抑えられていることがわかる。【００７２】
図１０は、本実施形態の変形例にかかる反射面構造を概略的に示す図である。図１０を参照すると、本実施形態の変形例にかかる反射面構造は、光学研磨されたガラス基板１０１と、基材としてのガラス基板１０１の上に形成された金属層としてのアルミニウム（Ａｌ）膜１０２と、アルミニウム膜１０２の上に形成された第１誘電体層としてのフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜１０３と、フッ化マグネシウム膜１０３の上に形成された第２誘電体層としてのフッ化ランタン（ＬａＦ3）膜１０４とを備えている。【００７３】
アルミニウム膜１０２は、１００〜１５０ｎｍの膜厚、０．１７２の屈折率、および２．２２の吸収係数を有する。フッ化マグネシウム膜１０３は、λを設計主波長として０．２５λの光学的膜厚、および１．４１の屈折率を有する。フッ化ランタン膜１０４は、λを設計主波長として０．２２λの光学的膜厚、および１．６５の屈折率を有する。図１０の変形例においても、アルミニウム膜１０２、フッ化マグネシウム膜１０３およびフッ化ランタン膜１０４の成膜に際して、真空蒸着方法などを用いることができる。【００７４】
図１１は、図１０の変形例にかかる反射面構造が適用された偏向平面鏡における光線の入射角と位相差との関係を示す図である。図１１においても図９と同様に、横軸は入射角（度）であり、縦軸は偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれの絶対値（度）である。図１１を参照すると、０度〜約７０度の広い入射角度範囲に亘って、偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが約１３度以下に抑えられていることがわかる。【００７５】
図１２は、本実施形態の別の変形例にかかる反射面構造を概略的に示す図である。図１２の変形例にかかる反射面構造は、光学研磨されたガラス基板１０１と、基材としてのガラス基板１０１の上に形成された金属層としてのアルミニウム（Ａｌ）膜１０２と、アルミニウム膜１０２の上に形成された第１誘電体層としてのフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜１０３と、フッ化マグネシウム膜１０３の上に形成された第２誘電体層としてのフッ化ランタン（ＬａＦ3）膜１０４と、フッ化ランタン膜１０４の上に形成された第３誘電体層としてのフッ化マグネシウム膜１０５とを備えている。【００７６】
アルミニウム膜１０２は、１５０ｎｍの膜厚、０．１７２４７の屈折率、および２．２２５２７の吸収係数を有する。フッ化マグネシウム膜１０３は、４４．２１ｎｍの膜厚、および１．４３２７１の屈折率を有する。フッ化ランタン膜１０４は、１６．７９ｎｍの膜厚、および１．６３１８９の屈折率を有する。フッ化マグネシウム膜１０５は、６１．２ｎｍの膜厚、および１．４３２７１の屈折率を有する。図１２の変形例においても、アルミニウム膜１０２、フッ化マグネシウム膜１０３、フッ化ランタン膜１０４およびフッ化マグネシウム膜１０５の成膜に際して、真空蒸着方法などを用いることができる。【００７７】
図１３は、図１２の変形例にかかる反射面構造が適用された偏向平面鏡における光線の入射角と位相差との関係を示す図である。図１３では、図９および図１１と同様に、横軸は入射角（度）であり、縦軸は偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれ（度）である。ただし、図９および図１１ではＰ−Ｓ位相ずれの絶対値（度）を縦軸としているが、図１３ではＰ−Ｓ位相ずれの符号を含む値（度）を縦軸としている。図１３を参照すると、０度〜約７０度の広い入射角度範囲に亘って、偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが約２１度以下に抑えられていることがわかる。【００７８】
図１２の変形例では、基材としてのガラス基板１０１の上に形成された金属層（アルミニウム膜１０２）と、この金属層の上に形成された３つの誘電体層（フッ化マグネシウム膜１０３、フッ化ランタン膜１０４およびフッ化マグネシウム膜１０５）とを有する反射面構造を採用しているので、光の入射角度帯域に対して偏光方向による位相差（偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれ）を小さく抑えるとともに、レーザ照射による反射面の性能変化（劣化）を小さく抑えることができる。なお、金属層の上に形成される誘電体層の数は３つに限定されることなく、たとえば４つの誘電体層を金属層の上に形成する反射面構造においても図１２の変形例と同様の効果を得ることができる。【００７９】
以上のように、本実施形態では、投影光学系ＰＬ中の第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２に図８に示す反射面構造を適用している。したがって、第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２は、反射面に対してＰ偏光で入射する光とＳ偏光で入射する光との位相差と、反射面にＰ偏光で入射して反射された光とＳ偏光で入射して反射された光との位相差との変化、すなわち第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２における偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが、反射面に入射するすべての光線について３０度以内になるようにそれぞれ構成されている。【００８０】
その結果、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射する反射鏡（第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２）を含んでいるにもかかわらず、ほぼ直線偏光で入射する光束の光路中における偏光状態の変化を良好に抑えることができる。したがって、本実施形態の露光装置では、たとえば周方向偏光輪帯照明などを行っても、ほぼ直線偏光で入射する光束の投影光学系ＰＬ中における偏光状態の変化が良好に抑えられ、マスクの微細パターンの高コントラスト像を感光性基板上に形成することにより忠実な露光を行うことができる。【００８１】
なお、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、パターン像のコントラストを向上させるとともに、解像線幅のばらつき（たとえば縦方向と横方向との間のパターンの線幅の誤差）を良好に抑えるために、投影光学系ＰＬ中の第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２に図１０や図１２に示す反射面構造を適用して、第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２における偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが反射面に入射するすべての光線について２０度以内になるようにそれぞれ構成することが好ましい。【００８２】
また、本実施形態の投影光学系ＰＬでは、パターン像のコントラストを向上させるとともに、解像線幅のばらつきを良好に抑えるために、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面への入射前と第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面での反射後との間の２つの光線の位相差の変化が、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面に入射する任意の２つの光線について５０度以内になるように、第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２を構成することが好ましい。【００８３】
この場合、コントラストの向上および解像線幅ばらつきの抑止の観点から、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面への入射前と第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面での反射後との間の２つの光線の位相差の変化が、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面に入射する任意の２つの光線について４０度以内になることがさらに好ましい。【００８４】
ところで、たとえば本実施形態の投影光学系ＰＬ中の第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２において、反射面に対してＰ偏光で入射する光と反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、反射面に対してＰ偏光で入射する上記光と反射面に対してＳ偏光で入射する上記光との反射による位相差との間の変化量ｙ（度）は、反射面への光の入射角度をｘ（度）として次の式（２）により近似される。
ｙ＝Ｃ1ｘ＋Ｃ2ｘ2＋Ｃ3ｘ3＋Ｃ4ｘ4＋Ｃ5ｘ5＋・・・      （２）【００８５】
ここで、変化量ｙ（度）は、図９および図１１において縦軸に示すＰ−Ｓ位相ずれの絶対値ではなく、図１３において縦軸に示すＰ−Ｓ位相ずれの符号を含む値（度）に対応している。このとき、変化量ｙから式（２）の一次項Ｃ1ｘを除いた量ｙ’＝Ｃ2ｘ2＋Ｃ3ｘ3＋Ｃ4ｘ4＋Ｃ5ｘ5＋・・・のＰ−Ｖ（peak to valley：最大最小の差）値を、反射面に入射する有効光線の入射角度範囲内において２５度以下に抑えることが好ましい。この構成により、投影光学系ＰＬが比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射する反射鏡（第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２）を含んでいるにもかかわらず、ほぼ直線偏光で入射する光束の光路中における偏光状態の変化を良好に抑え、ひいては投影光学系ＰＬの結像性能を良好に維持することができる。【００８６】
なお、本発明の上記効果をさらに良好に発揮するには、上記の量ｙ’＝Ｃ2ｘ2＋Ｃ3ｘ3＋Ｃ4ｘ4＋Ｃ5ｘ5＋・・・のＰ−Ｖ値を反射面に入射する有効光線の入射角度範囲内において２０度以下に抑えることがさらに好ましい。以下、変化量ｙから式（２）の一次項Ｃ1ｘを除いている理由について簡単に説明する。たとえば図５〜図７に示す投影光学系ＰＬにおいて、各偏向平面鏡Ｍ１１およびＭ１２の反射面に入射する光線の最大入射角度と最小入射角度との差は２０度以上であるが、第１偏向平面鏡Ｍ１１に約７０度の入射角度で入射する光線は、第２偏向平面鏡Ｍ１２に約３０度の入射角度で入射する。すなわち、第１偏向平面鏡Ｍ１１に高入射角度で入射した光線は第２偏向平面鏡Ｍ１２に低入射角度で入射するため、式（２）の一次項Ｃ1ｘの影響は小さく無視し得ることになる。【００８７】
また、上述の実施形態において、図５〜図７に示す投影光学系ＰＬは、いわゆる乾燥型の光学系として構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば図５に示す投影光学系ＰＬおよび図７に示す投影光学系ＰＬを、いわゆる液浸型の光学系として構成することもできる。図１４は、図５に示す投影光学系に対応する液浸型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。【００８８】
図１４に示す液浸型の投影光学系ＰＬは、マスクＭ上のパターンの中間像を形成するための反射屈折型の第１結像光学系Ｇ１を備えている。第１結像光学系Ｇ１は、凹面反射鏡ＣＭと複数のレンズと第１偏向平面鏡Ｍ１１とを有し、マスクＭからの光束に基づいて中間像を形成する。第１結像光学系Ｇ１が形成する中間像の形成位置の近傍には、第２偏向平面鏡Ｍ１２が配置されている。【００８９】
第２偏向平面鏡Ｍ１２は、中間像へ向かう光束または中間像からの光束を屈折型の第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する。第２結像光学系Ｇ２は、中間像からの光束に基づいて、マスクＭのパターンの最終像（縮小像）をウェハＷ上に形成する。第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２はともに平面状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡）として一体的に構成されている。【００９０】
さらに、第２結像光学系Ｇ２は、第２偏向平面鏡Ｍ１２とウェハＷとの間の光路中に配置され、第２偏向平面鏡Ｍ１２側から順に、正の屈折力を有するレンズ群Ｇ２１と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有するレンズ群Ｇ２２とにより構成されている。そして、レンズ群Ｇ２２中の最もウェハＷ側のレンズ（屈折力を有する光学部材）が境界レンズＬｂを構成している。【００９１】
図１５は、液浸型の投影光学系における境界レンズとウェハとの間の構成を概略的に示す図である。液浸型の投影光学系ＰＬでは、図１５（ａ）に示すように、正の屈折力を有する境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路が、たとえば純水のような液体（媒質）Ｌｍで満たされている。換言すれば、投影光学系ＰＬ中の屈折力を有する光学部材のうち最も像側（ウェハＷ側）に位置する光学部材である境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、所定の液体Ｌｍで満たされている。【００９２】
ただし、図１５（ｂ）に示す変形例のように、境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に平行平面板Ｌｐを挿脱自在に配置し、境界レンズＬｂと平行平面板Ｌｐとの間の光路および平行平面板ＬｐとウェハＷとの間の光路を例えば純水のような液体Ｌｍで満たす構成も可能である。この場合、液体ＬｍがウェハＷに塗布されたフォトレジスト等による汚染を受けても、境界レンズＬｂとウェハＷとの間に交換可能に介在する平行平面板（一般にはほぼ無屈折力の光学部材）Ｌｐの作用により、汚染された液体Ｌｍによる境界レンズＬｂの像側光学面の汚染を有効に防ぐことができる。【００９３】
図１６は、図７に示す投影光学系に対応する液浸型の投影光学系の構成を概略的に示す図である。図１６に示す液浸型の投影光学系ＰＬは、マスクＭ上のパターンの第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ１を備えている。第１結像光学系Ｇ１が形成する第１中間像の形成位置（第１面（第２面）と光学的に共役な位置）の近傍には、第１偏向平面鏡Ｍ１１が配置されている。第１偏向平面鏡Ｍ１１は、第１中間像へ向かう光束または第１中間像からの光束を反射屈折型の第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する。【００９４】
第２結像光学系Ｇ２は、凹面反射鏡ＣＭとレンズ群とを有し、第１中間像からの光束に基づいて第２中間像を形成する。第１結像光学系Ｇ１が形成する第２中間像の形成位置（第１面（第２面）と光学的に共役な位置）の近傍には、第２偏向平面鏡Ｍ１２が配置されている。第２偏向平面鏡Ｍ１２は、第２中間像へ向かう光束または第２中間像からの光束を屈折型の第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向する。第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像からの光束に基づいて、マスクＭのパターンの最終像（縮小像）をウェハＷ上に形成する。【００９５】
具体的に、第３結像光学系Ｇ３は、第２偏向平面鏡Ｍ１２側から順に、正の屈折力を有するレンズ群Ｇ３１と、開口絞りＡＳと、正の屈折力を有するレンズ群Ｇ３２とにより構成されている。そして、レンズ群Ｇ３２中の最もウェハＷ側のレンズ（屈折力を有する光学部材）が境界レンズＬｂを構成している。また、第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２はともに平面状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材（１つの光路折り曲げ鏡）として一体的に構成されている。なお、第１面（第２面）と光学的に共役な位置は、第１偏向平面鏡Ｍ１１の凹面反射鏡ＣＭ側の光路および第２偏向平面鏡Ｍ１２の凹面反射鏡ＣＭ側の光路に位置している。【００９６】
なお、投影光学系ＰＬに対してウェハＷを相対移動させつつ走査露光を行うステップ・アンド・スキャン方式の露光装置において、走査露光の開始から終了まで投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体Ｌｍを満たし続けるには、たとえば国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。【００９７】
国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術では、液体供給装置から供給管および排出ノズルを介して所定の温度に調整された液体を境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路を満たすように供給し、液体供給装置により回収管および流入ノズルを介してウェハＷ上から液体を回収する。一方、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術では、液体を収容することができるようにウェハホルダテーブルを容器状に構成し、その内底部の中央において（液体中において）ウェハＷを真空吸着により位置決め保持する。また、投影光学系ＰＬの鏡筒先端部が液体中に達し、ひいては境界レンズＬｂのウェハ側の光学面が液体中に達するように構成する。【００９８】
図１４および図１６に示す液浸型の投影光学系ＰＬは、ほぼ直線偏光の光によって照明されるマスク（第１面）Ｍ上の有効視野領域の縮小像をウェハ（第２面）Ｗ上に形成する光学系である。また、図１４および図１６に示す液浸型の投影光学系ＰＬは、マスクＭとウェハＷとの間の光路中に配置された第１偏向平面鏡Ｍ１１と、第１偏向平面鏡Ｍ１１とウェハＷとの間の光路中に配置されて凹面反射鏡ＣＭを含む部分光学系（Ｇ１；Ｇ２）と、部分光学系（Ｇ１；Ｇ２）とウェハＷとの間の光路中に配置された第２偏向平面鏡Ｍ１２と、第２偏向平面鏡Ｍ１２とウェハＷとの間の光路中に配置されて正の屈折力を有する第１レンズ群（Ｇ２１；Ｇ３１）と、第１レンズ群（Ｇ２１；Ｇ３１）とウェハＷとの間の光路中に配置された開口絞りＡＳと、開口絞りＡＳとウェハＷとの間の光路中に配置されて正の屈折力を有する第２レンズ群（Ｇ２２；Ｇ３２）とを備えている。【００９９】
また、図１４および図１６に示す液浸型の投影光学系ＰＬでは、投影光学系ＰＬ中の屈折力を有する光学部材のうち最もウェハＷ側に位置する境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は所定の液体で満たされている。なお、図１６に示す液浸型の投影光学系ＰＬでは、マスクＭと第１偏向平面鏡Ｍ１１との間の光路中に配置された第３レンズ群として第１結像光学系Ｇ１をさらに備えている。図１４および図１６では、マスクＭのパターン面の法線方向に沿ってＺ軸が、第１偏向平面鏡Ｍ１１の入射光軸ＡＸ１と射出光軸ＡＸ２とが張る平面（図１４の紙面および図１６の紙面）に垂直な方向に沿ってＸ軸が、Ｚ軸およびＸ軸と直交する方向に沿ってＹ軸がそれぞれ設定されている。【０１００】
ここで、図１４および図１６に示すように２つの偏向平面鏡Ｍ１１およびＭ１２を含む反射屈折型で液浸型の投影光学系ＰＬを用いる露光装置では、マスクＭ上のパターン領域には、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面と第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面との交線（一般的には第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面を仮想的に延長した面と第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面を仮想的に延長した面との交線）に平行な方向（Ｘ方向）に細長く延びるパターンすなわちＸ方向パターンと、上記交線に垂直な方向（Ｙ方向）に細長く延びるパターンすなわちＹ方向パターンとが混在しているのが一般的である。【０１０１】
ただし、マスクＭ上のパターン領域には、ＸＹ平面内においてＸ軸と４５度および１３５度をなす斜め方向に細長く延びるパターンすなわち斜めパターンも比較的多く混在している場合もある。この場合、図１４および図１６に示す液浸型の投影光学系ＰＬでは、マスク（第１面）Ｍに入射する光線のうち、ＸＹ平面内においてＸ軸と４５度および１３５度をなす方向に分布する光線についてのストークスパラメータのＳ０成分に対するＳ２成分の比Ｓ２／Ｓ０が０．９以上であることが好ましい。【０１０２】
この構成により、斜めパターンに対してその長手方向に振動する直線偏光の光を入射させることができ、ひいてはウェハＷ上において斜めパターンの像をほぼＳ偏光状態（Ｓ偏光を主成分とする偏光状態）で高コントラストに形成することが可能になる。換言すれば、偏向平面鏡Ｍ１１およびＭ１２における偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれを小さく抑えても、ＸＹ平面内においてＸ軸と４５度および１３５度をなす方向に分布する光線についてのストークスパラメータのＳ０成分に対するＳ２成分の比Ｓ２／Ｓ０が０．９を下回ると、斜めパターンに対して所望の直線偏光状態の光を入射させることができなくなり、ひいてはウェハＷ上に形成される斜めパターン像のコントラストが低下してしまう。【０１０３】
また、この場合、投影光学系ＰＬの入射瞳面（レンズ開口）上においてＸ軸と４５度および１３５度をなす方向に分布するすべての光線について、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面に対してＰ偏光で入射する光と第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面に対してＰ偏光で入射する上記光と第１偏向平面鏡Ｍ１１の反射面に対してＳ偏光で入射する上記光との反射による位相差との変化を３０度以下に抑えるとともに、第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面に対してＰ偏光で入射する光と第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面に対してＳ偏光で入射する光との位相差と、第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面に対してＰ偏光で入射する上記光と第２偏向平面鏡Ｍ１２の反射面に対してＳ偏光で入射する上記光との反射による位相差との変化も３０度以下に抑えることが好ましい。【０１０４】
換言すれば、投影光学系ＰＬの入射瞳面（レンズ開口）上においてＸ軸と４５度および１３５度をなす方向に分布するすべての光線について、第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２の双方において偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれを３０度以下に抑えることが好ましい。この構成により、斜めパターンに対してその長手方向に振動する直線偏光の光を入射させたときに、投影光学系ＰＬの光路中における偏光状態の変化を良好に抑えることができ、ひいてはウェハＷ上において斜めパターンの像をほぼＳ偏光状態で高コントラストに形成することが可能になる。本発明の上記効果をさらに良好に発揮するには、第１偏向平面鏡Ｍ１１および第２偏向平面鏡Ｍ１２の双方において上記Ｐ−Ｓ位相ずれを２０度以下に抑えることがさらに好ましい。【０１０５】
なお、上述の実施形態および変形例では、図８、図１０および図１２に示す反射面構造において、金属層としてアルミニウム膜を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばＡｇ（銀），Ｓｉ（シリコン），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｍｏ（モリブデン），Ｒｕ（ルテニウム）からなるグループから選ばれた物質を用いて金属層を形成することもできる。【０１０６】
また、上述の実施形態および変形例では、図８、図１０および図１２に示す反射面構造において、誘電体層としてフッ化マグネシウム膜やフッ化ランタン膜を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばＮｄＦ3（フッ化ネオジウム），ＹＦ3（フッ化イットリウム），ＧｄＦ3（フッ化ガドリニウム），ＡｌＦ3（フッ化アルミニウム），Ｎａ3ＡｌＦ6（クライオライト），ＣａＦ2（フッ化カルシウム），ＳｒＦ2（フッ化ストロンチウム），ＤｙＦ3（フッ化ジスプロシウム），ＨｆＦ4（フッ化ハフニウム），ＬｕＦ3（フッ化ルテチウム），Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム），ＨｆＯ2（酸化ハフニウム），ＺｒＯ2（酸化ジルコニウム），ＴｉＯ2（酸化チタン），Ｎｂ2Ｏ5（酸化ニオブ），Ｔａ2Ｏ5（酸化タンタル），ＳｉＯ2（酸化シリコン），Ｙ2Ｏ3（酸化イットリウム）からなるグループから選ばれた物質を用いて誘電体層を形成することもできる。【０１０７】
なお、上述の説明では、投影光学系ＰＬに着目して本発明を説明したが、偏光変換素子１０とマスクＭとの間の光路中に配置された照明光学系（１１〜Ｍ２２）に対しても、ひいては偏光変換素子１０とウェハＷとの間の光路中に配置された光学系（１１〜ＰＬ）に対しても、同様に本発明を適用することができる。すなわち、偏向平面鏡Ｍ２１や偏向平面鏡Ｍ２２における偏光方向による位相ずれに起因して、照明光学系（１１〜Ｍ２２）の光路中において光の偏光状態が比較的大きく変化すると、ウェハＷ上において所望の直線偏光状態（Ｓ偏光を主成分とする偏光状態）で結像しなくなり、ひいては結像性能が悪化する可能性がある。【０１０８】
そこで、本実施形態では、照明光学系（１１〜Ｍ２２）中の偏向平面鏡Ｍ２１および偏向平面鏡Ｍ２２に図８に示す反射面構造を適用している。したがって、偏向平面鏡Ｍ２１およびＭ２２は、反射面に対してＰ偏光で入射する光とＳ偏光で入射する光との位相差と、反射面にＰ偏光で入射して反射された光とＳ偏光で入射して反射された光との位相差との変化、すなわち偏向平面鏡Ｍ２１およびＭ２２における偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが、反射面に入射するすべての光線について３０度以内になるようにそれぞれ構成されている。【０１０９】
その結果、照明光学系（１１〜Ｍ２２）では、比較的広い入射角度範囲に亘って光線が入射する反射鏡（偏向平面鏡Ｍ２１およびＭ２２）を含んでいるにもかかわらず、ほぼ直線偏光で入射する光束の光路中における偏光状態の変化を良好に抑えることができる。したがって、本実施形態の露光装置では、たとえば周方向偏光輪帯照明などを行っても、ほぼ直線偏光で入射する光束の照明光学系（１１〜Ｍ２２）中における偏光状態の変化が良好に抑えられ、マスクの微細パターンの高コントラスト像を感光性基板上に形成することにより忠実な露光を行うことができる。【０１１０】
なお、本実施形態の照明光学系（１１〜Ｍ２２）では、パターン像のコントラストを向上させるとともに、解像線幅のばらつき（線幅誤差）を良好に抑えるために、照明光学系（１１〜Ｍ２２）中の偏向平面鏡Ｍ２１およびＭ２２に図１０に示す反射面構造を適用して、偏向平面鏡Ｍ２１およびＭ２２における偏光方向によるＰ−Ｓ位相ずれが反射面に入射するすべての光線について２０度以内になるようにそれぞれ構成することが好ましい。【０１１１】
また、本実施形態の照明光学系（１１〜Ｍ２２）では、パターン像のコントラストを向上させるとともに、解像線幅のばらつきを良好に抑えるために、偏向平面鏡Ｍ２１の反射面への入射前と偏向平面鏡Ｍ２２の反射面での反射後との間の２つの光線の位相差の変化が、偏向平面鏡Ｍ２１の反射面に入射する任意の２つの光線について５０度以内になるように、偏向平面鏡Ｍ２１およびＭ２２を構成することが好ましい。【０１１２】
この場合、コントラストの向上および解像線幅ばらつきの抑止の観点から、偏向平面鏡Ｍ２１の反射面への入射前と偏向平面鏡Ｍ２２の反射面での反射後との間の２つの光線の位相差の変化が、偏向平面鏡Ｍ２１の反射面に入射する任意の２つの光線について４０度以内になることがさらに好ましい。【０１１３】
ところで、本実施形態では、Ｘ方向に偏光方向を有する直線偏光の光を偏光変換素子１０に入射させることにより、図１７に示すように輪帯状の二次光源３２を通過する光束を径方向偏光状態に設定し、径方向偏光輪帯照明（輪帯状の二次光源を通過する光束が径方向偏光状態に設定された変形照明）を行うことができる。径方向偏光状態では、輪帯状の二次光源３２を構成する円弧状領域３２Ａ〜３２Ｄをそれぞれ通過する光束は、各円弧状領域３２Ａ〜３２Ｄの円周方向に沿った中心位置における光軸ＡＸを中心とする円の半径方法とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。【０１１４】
径方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく径方向偏光輪帯照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がＰ偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、Ｐ偏光とは、上述のように定義される入射面に対して平行な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に平行な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。その結果、径方向偏光輪帯照明では、ウェハＷに塗布されたレジストにおける光の反射率を小さく抑えて、ウェハ（感光性基板）上において良好なマスクパターン像を得ることができる。【０１１５】
なお、上述の実施形態では、偏光変換素子１０に入射する光束を、Ｙ方向に偏光方向を有する直線偏光状態とＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態との間で切り換えることにより、周方向偏光輪帯照明と径方向偏光輪帯照明とを実現している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばＹ方向またはＸ方向に偏光方向を有する直線偏光状態の入射光束に対して、偏光変換素子１０を図２に示す第１状態と光軸ＡＸ廻りに９０度だけ回転させた第２状態との間で切り換えることにより、周方向偏光輪帯照明と径方向偏光輪帯照明とを実現することもできる。【０１１６】
また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ１１の直前に偏光変換素子１０を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に照明瞳またはその近傍に、たとえば投影光学系ＰＬの瞳またはその近傍や、結像光学系１５の瞳またはその近傍や、円錐アキシコン系８の直前（アフォーカルレンズ６の瞳またはその近傍）などに偏光変換素子１０を配置することもできる。【０１１７】
ただし、投影光学系ＰＬ中や結像光学系１５中に偏光変換素子１０を配置すると、偏光変換素子１０の所要有効径が大きくなり易いため、高品質で大きい水晶基板を得ることが困難である現状を考えるとあまり好ましくない。また、円錐アキシコン系８の直前に偏光変換素子１０を配置すると、偏光変換素子１０の所要有効径を小さく抑えることができるが、最終的な被照射面であるウェハＷまでの距離が長く、その間の光路中にレンズの反射防止コートやミラーの反射膜のように偏光状態を変化させる要素が介在し易いのであまり好ましくない。【０１１８】
また、上述の実施形態では、偏光変換素子１０の少なくとも一方の面（たとえば射出面）が凹凸状に形成され、ひいては偏光変換素子１０が周方向に離散的（不連続的）に変化する厚さ分布を有する。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換素子１０が周方向にほぼ不連続的に変化する厚さ分布を有するように、偏光変換素子１０の少なくとも一方の面（たとえば射出面）を曲面状に形成することもできる。【０１１９】
また、上述の実施形態では、輪帯状の有効領域の８分割に対応する８つの扇形形状の基本素子により偏光変換素子１０を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば円形状の有効領域の８分割に対応する８つの扇形形状の基本素子により、あるいは円形状または輪帯状の有効領域の４分割に対応する４つの扇形形状の基本素子により、あるいは円形状または輪帯状の有効領域の１６分割に対応する１６つの扇形形状の基本素子により偏光変換素子１０を構成することもできる。すなわち、偏光変換素子１０の有効領域の形状、有効領域の分割数（基本素子の数）などについて様々な変形例が可能である。【０１２０】
また、上述の実施形態では、水晶を用いて各基本素子１０Ａ〜１０Ｄを（ひいては偏光変換素子１０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、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて各基本素子を形成することもできる。この場合、使用波長の光に対して１００度／ｍｍ以上の旋光能を有する光学材料を用いることが好ましい。すなわち、旋光能の小さい光学材料を用いると、偏光方向の所要回転角を得るために必要な厚さが大きくなり過ぎて、光量損失の原因になるので好ましくない。【０１２１】
また、上述の実施形態において、偏光変換素子１０を照明光路に対して固定的に設けたが、この偏光変換素子１０を照明光路に対して挿脱可能に設けても良い。また、上述の実施形態では、ウェハＷに対するＳ偏光と輪帯照明とを組み合わせた例を示したが、ウェハＷに対するＳ偏光と２極や４極などの多極照明および円形照明と組み合わせても良い。なお、上述の実施形態において、マスクＭへの照明条件やウェハＷへの結像条件（開口数や収差等）は、例えばマスクＭのパターンの種類等に従って自動的に設定することができる。【０１２２】
なお、上述の実施形態において、非偏光の円形照明を行うためには、デポラライザ４ｃを照明光路に挿入し、且つ輪帯照明用の回折光学素子５に代えて円形照明用の回折光学素子を照明光路に設定する。この場合、偏光変換素子１０に非偏光の光が入射することになる。各基本素子１０Ａ〜１０Ｄに非偏光の光が入射しても非偏光のまま射出され、且つ中央領域１０Ｅに非偏光の光が入射しても非偏光のまま射出される。また、直線偏光の小σの円形照明を行うためには、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて円形照明用の回折光学素子を照明光路に設定し、偏光変換素子１０の中央領域１０Ｅにのみ光が照射されるようにズームレンズ９の焦点距離を設定する。このとき、１／２波長板４ｂの結晶光学軸の光軸廻りの回転角度位置を適宜設定することにより小σの円形照明における直線偏光の偏光方向を任意に設定することができる。【０１２３】
また、上述の実施形態において、偏光変換素子１０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、この偏光収差に起因して偏光方向が変化することがある。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、偏光変換素子１０により旋回される偏光面の方向を設定すれば良い。また、偏光変換素子１０よりもウェハＷ側の光路中に反射部材が配置されている場合、この反射部材にて反射された偏光方向毎に位相差が生じることがある。このとき、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、偏光変換素子１０により旋回される偏光面の方向を設定すれば良い。また、上述の実施形態における照明光学系としては、たとえば国際公開番号ＷＯ２００５／０３６６１９号パンフレットに開示された照明光学系や、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１６２４７号で提案された照明光学系、あるいは米国特許公開第２００４／０１２７６４号公報に開示された照明光学系などを適用しても良い。【０１２４】
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１８のフローチャートを参照して説明する。【０１２５】
先ず、図１８のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。【０１２６】
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１９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１９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。【０１２７】
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。【０１２８】
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。【０１２９】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）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２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や波長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。【０１３０】
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。【０１３１】
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。
【符号の説明】
【０１３２】
１  光源
４  偏光状態切換部
４ａ  １／４波長板
４ｂ  １／２波長板
４ｃ  デポラライザ
５  回折光学素子（光束変換素子）
６  アフォーカルレンズ
８  円錐アキシコン系
９  ズームレンズ
１０  偏光変換素子
１０Ａ〜１０Ｄ  各基本素子
１１  マイクロフライアイレンズ
１２  偏光モニター
１２ａ  ビームスプリッター
１３  コンデンサー光学系
１４  マスクブラインド
１５  結像光学系
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２  偏向平面鏡
Ｇ１  第１結像光学系
Ｇ２  第２結像光学系
Ｇ３  第３結像光学系
【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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【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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【国際調査報告】
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