WO2005078778A1

WO2005078778A1 - 照明光学装置、偏光状態検出器、露光装置及び露光方法

Info

Publication number: WO2005078778A1
Application number: PCT/JP2005/000744
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Hirota; Yasushi Mizuno
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2006-08-12

Abstract

　光源部１からの光で被照射面Ｍを照明する照明光学装置において、前記光源部１と前記被照射面Ｍとの間の光路を進行する光束の偏光状態を検出するための偏光状態検出手段５０を備え、前記偏光状態検出手段５０は、錐体形状または錐体の一部の形状を有する光学面を備える光学素子と、前記光学素子を介した光の強度を検出する光強度検出器とを備える。

Description

明細書

照明光学装置、偏光状態検出器、露光装置及び露光方法

技術分野

[0001] この発明は、半導体素子、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用いられる照明光学装置、該照明光学装置が備える偏光状態検出器、該照明光学装置を備えた露光装置及び該照明光学装置を用、た露光方法に関するものである。

背景技術

[0002] 従来の露光装置においては、光源力射出された光束がオプティカルインテグレー面に多数の光源力もなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、必要に応じて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ィ匕されており、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] また、マスクのパターンが微細になり、露光装置の解像限界付近にて露光が行われるようになると、照明光学系の開口絞りから射出した光のうち、解像に寄与するのは、開口絞りの周辺部から射出した光のみとなり、開口部の中心部力射出した光は像のコントラストを下げるだけの働きし力持たなくなる。従って、近年、照明光学系の照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状や多極状 (例えば、 4極状)の変形照明を行うことにより、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（例えば、特開昭 61- 91662号公報及び特開平 4-101148号公報参照)。

発明の開示 [0005] ところで、上述の露光装置において、マスクのパターン特性に応じて輪帯状や多極状の変形照明 (輪帯照明や多極照明）を行う場合、通常、非偏光状態の光でマスクを照明する。し力しながら、マスクのパターン特性、例えばパターンの微細度及び方向性に応じて照明光 (露光光)の偏光状態を最適化することにより、露光装置の結像性能を高めることができる。特に、投影光学系の限界解像力に近い微細度のパターンに対しては、ノターンの方向性に応じて照明光を適切な直線偏光を主成分とする光にすることが望ましい。

[0006] 即ち、マスクのパターン特性に応じてマスクを照明する照明光を直線偏光または非偏光に切り換えることができる構成を露光装置に備えることが望ましい。例えば、比較的線幅の大きい二次元パターンを有するマスクを照明する場合には、照明光を非偏光に切り換えることにより、縦方向と横方向との間にパターンの線幅差が発生することなぐ高スループットで露光することができる。また、例えば、所定のピッチ方向を有する線幅の細いパターンを有するマスクを照明する場合には、照明光を直線偏光を主成分とする光に切り換えることにより、投影光学系の結像性能 (焦点深度)を高めることがでさる。

[0007] し力しながら、マスクを直線偏光の照明光で照明する場合において、所望の直線偏光状態が実現されないときには、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の向上を図ることができない。したがって、マスクのパターン特性に応じた最適な照明条件を実現するために、照明光の偏光状態を検知し、制御する機構を備える必要がある。

[0008] この発明の課題は、露光装置に搭載された場合に輪帯照明等の照明光の偏光状態を正確に検知することができる照明光学装置、該照明光学装置が備える偏光状態検出器、該照明光学装置を備えた露光装置及び該照明光学装置を用いた露光方法を提供することである。

[0009] この発明の照明光学装置は、光源部力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を進行する光束の偏光状態を検出するための偏光状態検出手段を備え、前記偏光状態検出手段は、錐体形状または錐体の一部の形状を有する光学面を備える光学素子と、前記光学素子を介した光の強度を検出する光強度検出器とを備えることを特徴とする。

[0010] この発明の照明光学装置によれば、偏光状態検出手段が錐体形状または錐体の一部の形状を有する光学面を備える光学素子を備えているため、照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状または 4極状等の変形照明を行う場合において、照明光学装置の光軸を中心とする円形領域の円周に沿った方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0011] 例えば輪帯照明において、照明瞳またはその近傍に形成される輪帯照明形状が図 3Bに示す形状であり、輪帯照明形状 35が複数（図 3Bでは 8つ）の照明領域 35a 一 35hを有し、各照明領域 35a— 35hを通過する光が輪帯照明形状 35の外周に沿つた方向を偏光方向とする直線偏光（図 3Bの両方向矢印で示す)を主成分とする場合を考える。各照明領域 35a— 35hを通過する光が錐体形状または錐体の一部の形状を有する光学面を備える光学素子の光学面に対して偏光状態が変化することなく入射し、その光学面により同一の偏光状態で反射される、またはその光学面を同一の偏光状態で透過するため、各照明領域 35a— 35hを通過する光の偏光状態を正確に検出することができる。

[0012] また、この発明の照明光学装置は、前記偏光状態検出手段が前記光源部と前記被照射面との間の前記光路中に配置されて、前記光路を進行する光束を、前記光路力分岐するための光路分岐部材を備えることを特徴とする。

[0013] この発明の照明光学装置によれば、光束を光源部と被照射面との間の光路力も分岐するための光路分岐部材を備えているため、偏光状態検出手段が備える光学素子や光強度検出器の配置の自由度を向上させることができる。

[0014] また、この発明の照明光学装置は、前記光学素子の前記光学面を介した光の偏光状態と、前記光学素子を介した後に前記光強度検出器に達する光束の偏光状態と力略同一であることを特徴とする。

[0015] この発明の照明光学装置によれば、前記光学素子の前記光学面を介した直後の光束の偏光状態と、光学素子を介した後に光強度検出器に達する光束の偏光状態とが略同一であるため、光強度検出器に達する光束の偏光状態を検出することにより、光源部力射出され被照射面を照射する光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0016] また、この発明の照明光学装置は、前記偏光状態検出手段が前記光学素子の前記光学面と前記光強度検出器との間の光路中に配置されて、前記光路分岐部材により取り出された光束の前記偏光状態と、前記光学素子を介した前記光路分岐部材力の光束の前記偏光状態とを略同一にする機能を有する膜を備えることを特徴とする。また、この発明の照明光学装置は、前記膜が多層膜を備えていることを特徴とする。

[0017] この発明の照明光学装置によれば、前記光学素子の前記光学面を介した直後の光束の前記偏光状態と、前記光学素子を介した後に前記光強度検出器に達する光束の前記偏光状態とを略同一にする機能を有する膜または多層膜を前記光学面と前記光強度検出器との間の光路中に配置しているため、光強度検出器に達する光束の偏光状態を検出することにより、光源部力射出され被照射面を照射する光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0018] なお、上記膜または多層膜は、光学素子と光強度検出器との間に凹面鏡が配置される場合には、その凹面鏡の反射面に設けられることが好ましい。また、光学素子が複数の光学面を有している場合には、最も入射側の光学面と光強度検出器との間に存在する光学面に設けられることが好ましぐ光学素子と光強度検出器との間に集光光学系が介在するときには、当該集光光学系の光学面にも設けられることが好ましい

[0019] また、この発明の照明光学装置は、前記偏光状態検出手段が前記光学素子を介した反射光を集光させて前記光強度検出器へ導く凹面鏡を更に備えていることを特徴とする。この発明の照明光学装置によれば、偏光状態検出手段が凹面鏡を備えているため、光学素子により反射された反射光を確実に集光させて光強度検出器に導くことができる。

[0020] また、この発明の照明光学装置は、前記凹面鏡が前記光学素子の光軸に対して偏心した状態で配置されることを特徴とする。この発明の照明光学装置によれば、凹面鏡を光学素子の光軸に対して偏心した状態で配置することができるため、光学素子により反射された反射光を所望の位置に集光させて光強度検出器に導くことができ、偏光状態検出手段が備える光学素子や光強度検出器の配置の自由度を向上させることができる。

[0021] また、この発明の照明光学装置は、前記光学素子と前記光強度検出器とが前記光源部と前記被照射面との間の前記光路を挟んだ位置に対向してそれぞれ配置されることを特徴とする。

[0022] この発明の照明光学装置によれば、光学素子と光強度検出器とが光源部と被照射面との間の光路を挟んだ位置に対向してそれぞれ配置されるため、簡単な構成により被照射面を照明するために必要な光束の偏光状態を検出することができる。

[0023] また、この発明の照明光学装置は、前記偏光状態検出手段が前記光学素子を介した透過光を集光させて前記光強度検出器へ導く集光光学系を更に備えていることを特徴とする。また、この発明の照明光学装置は、前記集光光学系がレンズを備えていることを特徴とする。

[0024] この発明の照明光学装置によれば、偏光状態検出手段がレンズ等で構成されている集光光学系を備えて、るため、光学素子を透過した透過光を確実に集光させて光強度検出器に導くことができる。

[0025] また、この発明の照明光学装置は、錐体形状または錐体の一部の形状を有する別の光学面を備えることを特徴とする。この発明の照明光学装置によれば、錐体形状または錐体の一部の形状を有する 2つの光学面を用いて、光束を有効に集光光学系へ導くことができる。

[0026] また、この発明の照明光学装置は、前記光学素子の前記光学面が凸面であり、前記別の光学面が凹面であることを特徴とする。この発明の照明光学装置によれば、光学素子が凸の錐体形状または錐体の一部の形状の光学面と、凹の錐体形状または錐体の一部の形状の別の光学面を備えているため、集光光学系への負担を軽減できる。

[0027] また、この発明の照明光学装置は、前記光学素子が光の入射側から順に、前記凸面を有する前記光学面と、前記凹面を有する前記別の光学面とが位置するように配置されることを特徴とする。

[0028] この発明の照明光学装置によれば、凸の錐体形状または錐体の一部の形状の光学面が光の入射側に位置しているため、この凸の光学面におけるブリュースター角の設定を容易に実現できる。また、凹の光学面によって光束の発散 Z収斂状態を入射時の状態に近づけることができるので、集光光学系に対する負担を少なくできる。

[0029] また、この発明の照明光学装置は、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置された S偏光生成手段を備え、前記 S偏光生成手段は、前記光源部からの光束に基づいて、前記被照射面に照射される照明光のうち特定の入射角度範囲で前記被照射面に照射される光束を前記被照射面に対して S偏光を主成分とする偏光状態の光として生成することを特徴とする。

[0030] この発明の照明光学装置によれば、被照射面に照射される照明光のうち特定の入射角度範囲で被照射面に照射される光束を被照射面に対して S偏光を主成分とする偏光状態の光として生成する S偏光生成手段を備えているため、被照射面に対して P偏光を主成分とする偏光状態の光と比較して高いコントラストを有する照明光により被照射面を照射することができる。従って、照明光学装置を露光装置に搭載した場合、被照射面となるマスクのパターン特性に応じた最適な照明光によりマスクを照明することができる。

[0031] また、この発明の照明光学装置は、前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置された円周方向偏光生成手段を備え、前記円周方向偏光生成手段は、前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍の面内における、前記照明光学装置の光軸を中心とする所定の輪帯領域である特定輪帯領域内の少なくとも一部の領域を通過する前記照明光を、前記特定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態の光として生成することを特徴とする。

[0032] この発明の照明光学装置によれば、光軸を中心とする所定の輪帯領域である特定輪帯領域内の少なくとも一部の領域を通過する照明光を特定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態の光として生成する円周方向偏光生成手段を備えているため、高いコントラストを有する照明光により被照射面を照明することができる。従って、照明光学装置を露光装置に搭載した場合、被照射面となるマスクのパターン特性に応じた最適な照明光によりマスクを照明することができる [0033] また、この発明の照明光学装置は、前記光学素子が前記 S偏光生成手段または前記円周方向偏光生成手段と、前記光強度検出器との間の光路中に配置されることを特徴とする。

[0034] この発明の照明光学装置によれば、光学素子が S偏光生成手段または円周方向偏光生成手段と光強度検出器との光路中に配置されるため、 S偏光生成手段または円周方向偏光生成手段により生成された偏光状態を有する光束が光学素子を介して光強度検出器に確実に導かれ、光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0035] また、この発明の照明光学装置は、錐体形状または錐体の一部の形状が円錐形状または円錐の一部の形状を有することを特徴とする。

[0036] また、この発明の照明光学装置は、錐体形状または錐体の一部の形状が角錐形状または角錐の一部の形状を有することを特徴とする。

[0037] また、この発明の露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置において、前記マスクを照明するためのこの発明の照明光学装置と、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とを備えることを特徴とする。

[0038] この発明の露光装置によれば、この発明の何れか一項に記載の照明光学装置を備えているため、マスクのパターンの特性に対応した最適な偏光状態の光で照明を行うことができ、良好な露光を行うことができる。

[0039] また、この発明の露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、この発明の何れか一項に記載の照明光学装置を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程とを含むことを特徴とする。

[0040] この発明の露光方法によれば、この発明の照明光学装置を用いてマスクの照明を行うため、マスクのパターンの特性に対応した最適な偏光状態の光で照明を行うことができ、良好な露光を行うことができる。

[0041] また、この発明の偏光状態検出器は、光源部からの光で被照射面を照明する照明光学装置に適用されて、前記光源部と前記被照射面との間の光路を進行する光束の偏光状態を検出するための偏光状態検出器であって、前記光束から周方向偏光成分の光又は径方向偏光成分の光を選択する偏光選択手段と、該偏光選択手段により選択された前記周方向偏光成分の光又は前記径方向偏光成分の光を検出する光強度検出器とを備えることを特徴とする。

[0042] この発明の偏光状態検出器によれば、光源部からの光束の所定断面において所定の点を中心として円周方向に偏光方向を有する周方向偏光または当該所定の点を中心として半径方向に偏光方向を有する径方向偏光を選択的に取り出し、取り出された周方向偏光または径方向偏光の光強度を検出しているため、当該光束の周方向偏光の度合いを正確に検出することができる。ここで、周方向偏光は被照射面に対して S偏光となる偏光に対応し、径方向偏光は被照射面に対して P偏光となる偏光に対応している。

[0043] また、この発明の偏光状態検出器は、前記偏光選択手段が錐体形状または錐体形状の一部の形状を有する光学面を備える光学素子を有することを特徴とする。この発明の偏光状態検出器によれば、錐体形状または錐体形状の一部の形状を有する光学面を用いて、簡単に且つ効率よく周方向偏光または径方向偏光を選択的に通過させることができる。なお、周方向偏光または径方向偏光を選択的に通過させる構成としては、光透過性基板上に円周方向または放射方向に溝等を設ける構成が考えられるが、この構成よりも錐体形状または錐体形状の一部の形状を有する光学面を用いた方が製造の容易性や精度の点で有利である。

[0044] また、この発明の偏光状態検出器は、前記光学素子を介した反射光を集光させて前記光強度検出器へ導く凹面鏡を更に備えていることを特徴とする。この発明の偏光状態検出器によれば、光学素子の光学面で反射されて周方向偏光を主成分とする反射光を確実に集光させて光強度検出器に導くことができる。

[0045] また、この発明の偏光状態検出器は、前記光学素子を介した透過光を集光させて前記光強度検出器へ導く集光光学系を更に備えていることを特徴とする。この発明の偏光状態検出器によれば、光学素子の光学面で透過して径方向偏光を主成分とする透過光を確実に集光して光強度検出器に導くことができる。

[0046] また、この発明の偏光状態検出器は、前記錐体形状または前記錐体形状の一部の形状が円錐形状または円錐の一部の形状を有することを特徴とする。

[0047] また、この発明の偏光状態検出器は、前記錐体形状または前記錐体形状の一部の形状が角錐形状または角錐の一部の形状を有することを特徴とする。

[0048] また、この発明の偏光状態検出器は、前記偏光選択手段が移相子及び偏光子を備え、前記移相子及び前記偏光子のうちの少なくとも一方は光軸を中心として回転可能に構成されることを特徴とする。この発明の偏光状態検出器によれば、回転移相子法を利用して偏光状態を測定でき、その測定結果力も周方向偏光の度合いまたは径方向偏光の度合いを算出することができる。

[0049] また、この発明の偏光状態検出器は、前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも 4つの状態を設定するための設定手段を更に備えていることを特徴とする。この発明の偏光状態検出器によれば、 4つのスト一タスパラメータを測定することが可能である。

[0050] また、この発明の偏光状態検出器は、前記光強度検出器が前記照明光学装置の照明瞳面と光学的にほぼ共役な面に配置されて、前記照明瞳面と光学的にほぼ共役な面の光強度分布を検出することを特徴とする。この発明の偏光状態検出器によれば、照明瞳面における偏光状態を測定できる。

[0051] また、この発明の偏光状態検出器は、前記光強度検出器からの出力を処理する処理手段を更に備え、前記処理手段は、前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度に関する情報と、前記光強度検出器による前記光強度分布の情報とに基づいて、前記周方向偏光成分の光または前記径方向偏光成分の光の状態を出力することを特徴とする。

[0052] また、この発明の偏光状態検出器は、前記照明光学装置中に配置されて前記光源部から前記被照射面の光路を進行する光束を前記光路から分岐するための光路分岐部材によって分岐された光束の光路中に配置されることを特徴とする。

[0053] この発明の偏光状態検出器によれば、光束を照明光路から分岐するための光路分岐部材を備えているため、偏光状態検出器中の偏光選択手段や光強度検出器の配置の自由度を向上させることができる。

[0054] また、この発明の照明光学装置は、光源部力もの光で被照射面を照明する照明光学装置であって、この発明の偏光状態検出器と、前記光源部と前記被照射面との間の光路を進行する光束を、該光路から分岐するための光路分岐部材とを備えて、ることを特徴とする。

[0055] この発明の照明光学装置によれば、この発明の偏光状態検出器により、被照射面への照明光の偏光状態を正確に把握した状態で被照射面を照明することができる。

[0056] また、この発明の露光装置は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置であって、前記マスクを照明するためのこの発明の照明光学装置と、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とを備えることを特徴とする。

[0057] この発明の露光装置によれば、この発明の照明光学装置を備えているため、マスクのパターンの特性に対応した最適な偏光状態の光で照明を行うことができ、良好な露光を行うことができる。

[0058] また、この発明の露光方法は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光方法であって、この発明の照明光学装置を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程とを含むことを特徴とする。

[0059] また、この発明の露光方法は、感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光方法であって、前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と、この発明の偏光状態検出器を用いて、前記マスクまたは前記感光性基板へ向力う光束の偏光状態を検出する偏光状態検出工程とを含むことを特徴とする。

[0060] この発明の露光方法によれば、マスクのパターンの特性に対応した最適な偏光状態の光で照明を行うことができ、良好な露光を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0061] [図 1]第 1の実施の形態に力かる露光装置の概略構成を示す図である。

[図 2]第 1の実施の形態に力かる照明光学装置が備える 1Z2波長板及びデボラライザ一の概略構成を示す図である。

[図 3A]第 1の実施の形態にカゝかる位相部材組立体の概略構成を示す図である。圆 3B]第 1の実施の形態に力かる照明光学装置の照明瞳またはその近傍に形成される輪帯照明形状を示す図である。

圆 4]第 1の実施の形態に力かる照明光学装置が備える円錐アキシコン系の概略構成を示す図である。

圆 5]第 1の実施の形態に力かる輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明するための図である。

圆 6]第 1の実施の形態に力かる照明光学装置が備える第 1シリンドリカルレンズ対及び第 2シリンドリカルレンズ対の概略構成を示す図である。

圆 7]第 1の実施の形態に力かる輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明するための図である。

圆 8]第 1の実施の形態に力かる照明光学装置が備える偏光モニターの概略構成を示す図である。

圆 9]第 2の実施の形態に力かる照明光学装置が備える偏光モニターの概略構成を示す図である。

圆 10]第 3の実施の形態に力かる照明光学装置が備える偏光モニターの概略構成を示す図である。

圆 11]第 4の実施の形態に力かる照明光学装置が備える偏光モニターの概略構成を示す図である。

圆 12]この発明の実施の形態に力かる露光装置が備えるウェハ面偏光モニターの概略構成を示す図である。

圆 13]この発明の実施の形態に力かる露光装置が備えるウェハ偏光モニターの別の変形例の概略構成を示す図である。

[図 14]図 13のウェハ面偏光モニターの検出手段を説明するための図である。

[図 15]この発明の実施の形態にカゝかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法を示すフローチャートである。

[図 16]この発明の実施の形態に力かるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を示す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 [0062] 図面を参照して、この発明の第 1の実施の形態に力かる露光装置ついて説明する。図 1は、この実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図 1中に示す XYZ直交座標系を設定し、この XYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。 XYZ直交座標系は、 X軸及び Y軸がウェハ Wに対して平行となるように設定され、 Z軸がウェハ Wに対して直交する方向に設定されている。また、この実施の形態に力かる照明光学装置は、輪帯照明を行うように構成されて、る。

[0063] この実施の形態に力かる露光装置は、図 1に示すように、露光光 (照明光)を供給するためのレーザー光源 (光源部） 1として、例えば波長が約 193nmの光を供給する ArFエキシマレーザー光源または波長が約 248nmの光を供給する KrFエキシマレ一ザ一光源を備えている。レーザー光源 1から Z方向に沿って射出された略平行な光束は、 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及び 2b 力もなるビームエキスパンダー 2に入射する。各レンズ 2a及び 2bは、図 1の YZ平面内において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームェキスパンダー 2に入射した光束は、図 1の YZ平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。

[0064] 整形光学系としてのビームエキスパンダー 2を介した平行な光束は、折り曲げミラー 3により反射され Y方向に偏向された後、光軸 AXを中心として結晶光学軸が回転自在に、かつ光軸 AXから挿脱可能に構成されている 1/4波長板 11に入射する。ここで、 1Z4波長板 11は、楕円偏光の光が入射した場合において、入射する楕円偏光の特性に応じてその 1Z4波長板 11の結晶光学軸を設定することにより、楕円偏光の入射光を直線偏光の光に変換する機能を有する。

[0065] 即ち、レーザー光源 1として KrFエキシマレーザー光源や ArFエキシマレーザー光源を用いる場合、レーザー光源 1は略直線偏光、例えば偏光度 95%以上の直線偏光の光を射出する。

[0066] ここで、偏光度 Vは、次の式 (a)により表わされる。式 (a)にお、て、 SOは全強度を、 S1は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度を、 S2は 45度直線偏光強度マイナス 135度直線偏光強度を、 S3は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度をそれぞれ表わしている。ここで、 SO— S3はスト一タスパラメータと呼ばれる。 V= (Sl²+S2²+S3²) ^1/2/S0 (a)

通常、レーザー光源 1と 1Z4波長板 11との間の光路中には裏面反射鏡としての複数個の直角プリズム（図示せず)が配置されている。一般的に、裏面反射鏡としての直角プリズムに入射する直線偏光が直角プリズムの入射面に対して P偏光または S 偏光に一致していない場合、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化する。従って、例えば直角プリズムを介することにより入射光が直線偏光力ゝら楕円偏光に変化した場合においても、 1Z4波長板 11に入射する楕円偏光の特性に応じて 1Z4波長板 11の結晶光学軸を設定することにより、入射光を楕円偏光から直線偏光に変化させることができる。

[0067] 1Z4波長板 11を通過した光束は、 1Z2波長板 10及びデボラライザ一（非偏光化素子） 20を通過する。図 2は、 1Z2波長板 10及びデボラライザ一 20の概略構成を示す図である。図 2に示すように、 1Z2波長板 10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いる。また、デボラライザ一 20は、くさび形状の水晶プリズム 20aと、この水晶プリズム 20aと相補的な形状を有するくさび形状の石英プリズム 20bにより構成されている。水晶プリズム 20aと石英プリズム 20b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。

[0068] 1Z2波長板 10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 9 0度の角度をなすように設定された場合、 1Z2波長板 10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、 1Z2波長板 10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 Z2波長板 10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。更に、水晶プリズム 20a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 20a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。

[0069] この実施の形態においては、デボラライザ一 20が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズム 20a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 20a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 20a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、 1Z2波長板 10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、 1Z2波長板 10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。

[0070] この実施の形態においては、上述したように、直線偏光の光が 1Z2波長板 10に入射する。デボラライザ一 20を照明光路中に位置決めした場合、 1Z2波長板 10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すると、 1Z2波長板 10に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなく通過して水晶プリズム 20aに入射する。水晶プリズム 20aの結晶光学軸は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ているので、水晶プリズム 20aに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換される。

[0071] 一方、 1Z2波長板 10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すると、 1Z2波長板 10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なって水晶プリズム 20aに入射する。水晶プリズム 20aの結晶光学軸は入射する直線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 20aに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換される。水晶プリズム 20a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 20bを通過する。

[0072] これに対し、デボラライザ一 20を照明光路力退避させた場合、 1Z2波長板 10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すると、 1Z2波長板 10に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなく通過する。一方、 1Z2波長板 10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すると、 1Z2波長板 10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なる。

[0073] 以上のように、この実施の形態では、デボラライザ一 20を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光に変換することができる。また、デボラライザ一 20を照明光路から退避させ且つ 1Z2波長板 10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することにより、その直線偏光状態が変化することなく光は進行する。さらに、デボラライザ一 20を照明光路力も退避させ且つ 1Z2波長板 10の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して 45度をなすように設定することにより、偏光面が 90度変化した直線偏光状態の光に変換することができる。

[0074] デボラライザ一 20を通過した光束は、回折光学素子 4aに入射する。一般に、回折光学素子 (DOE)は、ガラス基板に露光光 (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 4a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。したがって、回折光学素子 4aを介した光束は、後述するァフォーカルレンズ 85の瞳位置に輪帯状の光強度分布、すなわち輪帯状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子 4aは、照明光路から退避可能に構成されている。

[0075] 回折光学素子 4aを通過した光束は、ァフォーカルレンズ (リレー光学系） 85に入射する。ァフォーカルレンズ 85は、その前側焦点位置と回折光学素子 4a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 86の位置とがほぼ一致するように設定されたァフォーカル系（無焦点光学系）である。したがって、回折光学素子 4aに入射した略平行な光束は、ァフォーカルレンズ 85の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、略平行な光束となってァフォーカルレンズ 85から射出される。

[0076] なお、ァフォーカルレンズ 85の前側レンズ群 85aと後側レンズ群 85bとの間の光路中において瞳またはその近傍には、光源側から順に、位相部材組立体 (S偏光生成手段及び円周方向偏光生成手段） 16、円錐アキシコン系 87、第 1シリンドリカルレンズ対 88及び第 2シリンドリカルレンズ対 89が配置されて、る。 1Z2波長板 10及びデボラライザ一 20を介することにより、直線偏光状態または非偏光状態の光に変換されている光束は、ァフォーカルレンズ 85の前側レンズ群 85aを通過し、位相部材組立体 16に入射する。 [0077] 図 3Aは、位相部材組立体 16の概略構成を示す図である。位相部材組立体 16は、図 3A【こ示すよう【こ、 8つの位ネ目咅材 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g, 16h【こより構成されており、照明光学装置の光路から挿脱可能に設けられている。各位相部材 16a— 16hは、各位相部材 16a— 16hに入射する光束に基づいて、直線偏光の光を生成し、必要に応じて直線偏光の光の偏光方向を変化させる。

[0078] 具体的には、図中水平方向を偏光方向とする直線偏光が位相部材組立体 16に入射する場合、位相部材 16a及び 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 1Z2波長板により構成されている。また、位相部材 16c及び 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 Z2波長板により構成されている。また、位相部材 16b及び 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 1Z2波長板により構成されている。また、位相部材 16d及び 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 1Z2波長板により構成されている。

[0079] ここで、例えば円形照明や輪帯照明等において、照明光 (露光光)の進行する方向に対して振動方向が照明領域のラジアル方向（径方向）である偏光 (径方向偏光)をウェハ _W (マスク M)に対する P偏光とする。また、例えば円形照明や輪帯照明等において、照明光 (露光光)の進行する方向に対して振動方向が照明領域の円周方向である偏光 (周方向偏光）をウェハ W (マスク M)に対する S偏光とする。位相部材組立体 16は、位相部材^ &立体 16に入射する光束に基づいて、ウェハ W上に照射される照明光のうち特定の入射角度範囲でウェハ W上に照射される光束をウェハ Wに対する S偏光を主成分とする偏光状態の光として生成する。また、位相部材組立体 16 は、位相部材組立体 16に入射する光束に基づいて、照明光学装置の照明瞳面またはその近傍の面内における、照明光学装置の光軸を中心とする所定の輪帯領域である特定輪帯領域内の少なくとも一部の領域を通過する照明光を、特定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態の光として生成する。

[0080] 従って、位相部材^ &立体 16を通過することにより、図 3Bに示すように、照明光学装置の照明瞳面またはその近傍の面内に輪帯照明形状 (特定輪帯領域) 35が形成される。図 3Bに示すように、照明光学装置の光軸 AXを中心とする円の周方向に沿つて複数（図 3Bでは 8つ）の領域 35a, 35b, 35c, 35d, 35e, 35f, 35g, 35hを有しており、各領域 35a— 35hは、それぞれ各位相部材 16a— 16hに対応している。照明光が各位相部材 16a— 16hを通過することにより、各領域 35a— 35hを通過する光束の偏光状態は、輪帯照明形状 35の外周に沿った方向を偏光方向（図中両方向矢印で示す）とするウェハ Wに対して S偏光状態となる。

[0081] 従って、マスク M (ウェハ W)上に照射される光をマスク M (ウェハ W)に対する S偏光を主成分とする偏光状態とすることが可能である。なお、位相部材組立体 16を照明光学装置の光路から退避させることにより、照明光が非偏光状態である場合には、非偏光状態の照明光をマスク M上に照射することができる。また、位相部材組立体 1 6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、位相部材組立体 16により偏光方向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 1 6よりもウェハ W側の光学系中に反射部材が配置されて!、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により偏光方向を変化させる状態を設定すれば良い。

[0082] 位相部材組立体 16を介することによりマスク M (ウェハ W)に対する S偏光を主成分とする偏光状態に設定された光束は、円錐アキシコン系 87に入射する。図 4は、円錐アキシコン系 87の概略構成を示す図である。円錐アキシコン系 87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 87aと、マスク M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 87bとから構成されて、る。

[0083] 第 1プリズム部材 87aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 87b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 87aおよび第 2プリズム部材 87b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 87aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 87b の凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。

[0084] ここで、第 1プリズム部材 87aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 87bの凸円錐状の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 87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 87aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 87bの凸円錐状の屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系 87は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系 87の間隔の変化に伴って、図 1中破線で示す所定面 86への入射光束の角度は変化する。

[0085] 図 5は、輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系 87の作用を説明するための図である。円錐アキシコン系 87の間隔が 0でかつ後述するズームレンズ 90の焦点距離が最小値に設定された状態 (以下、「標準状態」 t 、う）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源 130aは、円錐アキシコン系 87の間隔を 0から所定の値まで拡大させることにより、その幅 (外径と内径との差の 1Z2:図中矢印で示す)が変化することなぐその外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源 130bに変化する。即ち、円錐アキシコン系 87の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなぐその輪帯比（内径 Z外径)および大きさ (外径)がともに変化する。

[0086] 図 6は、ァフォーカルレンズ 85の前側レンズ群 85aと後側レンズ群 85bとの間の光路中に配置された第 1シリンドリカルレンズ対 88および第 2シリンドリカルレンズ対 89 の概略構成を示す図である。図 6に示すように、第 1シリンドリカルレンズ対 88は、光源側から順に、たとえば YZ平面内に負屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル負レンズ 88aと、同じく YZ平面内に正屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル正レンズ 88bとにより構成されている。一方、第 2シリンドリカルレンズ対 89は、光源側から順に、たとえば XY平面内に負屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力の第 2シリンドリカル負レンズ 89aと、同じく XY平面内に正屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力の第 2シリンドリカル正レンズ 89bとにより構成されている。

[0087] 第 1シリンドリカル負レンズ 88aと第 1シリンドリカル正レンズ 88bとは、光軸 AXを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第 2シリンドリカル負レンズ 89aと第 2シリンドリカル正レンズ 89bとは、光軸 AXを中心として一体的に回転するように構成されて、る。第 1シリンドリカルレンズ対 88は Z方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能し、第 2シリンドリカルレンズ対 89は X方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能する。また、この実施の形態においては、第 1シリンドリカルレンズ対 88及び第 2シリンドリカルレンズ対 89のパワーが同一となるように設定されている。従って、第 1シリンドリカルレンズ対 88及び第 2シリンドリカルレンズ対 89を通過した光束は、 Z方向及び X方向に同一のパワーにより拡大作用を受ける

[0088] ァフォーカルレンズ 85を介した光束は、 σ値可変用のズームレンズ 90を介して、ォプティカルインテグレーターとしてのマイクロレンズアレイ 8に入射する。所定面 86の位置はズームレンズ 90の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロレンズアレイ 8の入射面はズームレンズ 90の後側焦点面またはその近傍に配置されている。即ち、ズームレンズ 90は、所定面 86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、ひいてはァフォーカルレンズ 85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略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、ァフォーカルレンズ 85の瞳面と同様に、例えば光軸 ΑΧ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 90の焦点距離に依存して相似的に変化する。

[0089] 図 7は、輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズ 90の作用を説明するための図である。標準状態で形成された輪帯状の二次光源 130aは、ズームレンズ 90の焦点距離を最小値力所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源 130cに変化する。即ち、ズームレンズ 9 0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ぐその幅及び大きさ（外径)が共に変化する。

[0090] また、マイクロレンズアレイ 8は、縦横にか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。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にお!/、て形成すべき照野の形状（ひ、てはウェハ W上にお!、て形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形上の断面を有する。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）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略同じ光強度分布を有する二次光源、即ち光軸 AXを中心とした輪帯状の実質的な面光源カゝらなる二次光源が形成される。

[0091] マイクロレンズアレイ 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、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 (偏光状態検出手段) 50に備えられて、るビームスプリツター (光路分岐部材) 5 1及びコンデンサーレンズ 9aを介して、マスクブラインド MBを重畳的に照明する。

[0092] 照明視野絞りとしてのマスクブラインド MB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 MBの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系 9b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 (被照射面) Mを重畳的に照明する。即ち、結像光学系 9bは、マスクブラインド MBの矩形状開口部の像をマスク M上に形成する。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。

[0093] なお、被照射面としてのマスク Mへの照明条件や感光性基板としてのウエノ、 Wへの結像条件は、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。ここで、マスク Mへの照明条件を変更するためのパラメータとしては、 1Z2 波長板の揷脱ゃ回転角度位置、デボラライザ一 20の挿脱、回折光学素子 4aの種類の選択、位相部材組立体 16の挿脱、円錐アキシコン系 87の間隔、第 1及び第 2シリンドリカルレンズ対 88, 89の非等方的な拡大縮小倍率、 σ値可変用のズームレンズ 90の焦点距離等が挙げられ、ウェハ Wへの結像条件を変更するためのパラメータとしては、投影光学系 PL中の 1つ又は複数の光学素子の位置や姿勢、投影光学系 P L中の図示なき可変開口絞りの径等が挙げられる。 [0094] ところで、上述したように、例えば円形照明や輪帯照明等において、照明光 (露光光)の進行する方向に対して振動方向が照明領域のラジアル方向（径方向）である偏光をウェハ W (マスク M)に対する P偏光とし、照明光 (露光光）の進行する方向に対して振動方向が照明領域の円周方向である偏光をウェハ W (マスク M)に対する S偏光とした場合、 S偏光照明することにより、特定のピッチ方向を有する線幅の細いバターンに対する結像性能の向上を図ることができる。そこで、この実施の形態にかかる照明光学装置は、マスク M (ひいてはウェハ W)を照明する光が所望の S偏光状態となって、る力否かを検知するための偏光モニター 50を備えて、る。

[0095] 図 8は、ビームスプリッタ 51を備える偏光モニター 50の概略構成を示す図である。

図 8に示すように、マイクロレンズアレイ 8から射出した光束は、偏光モニター 50に備えられているビームスプリッタ 51に入射する。ビームスプリッタ 51は、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 (即ち素ガラス）の形態を有している。ビームスプリッタ 51により反射されることにより光路力も分岐された光束は、アキシコンミラ一 52に入射する。

[0096] ここで、アキシコンミラー 52は、例えばノンコートの錐体（この実施の形態においては円錐)形状を有する光学面を備える光学素子により構成されており、入射光の入射角がブリュースター角（偏光角）で入射するように配置されている。入射光がアキシコンミラー 52にブリュースター角で入射することにより、入射光に含まれるウェハ Wに対する S偏光の成分はアキシコンミラー 52により反射され、入射光に含まれるウエノ、 W に対する P偏光の成分はアキシコンミラー 52を透過する。

[0097] アキシコンミラー 52により反射された S偏光を主成分とする光束は、凹面鏡 53により反射されることにより集光されて、光強度検出器 54に到達する。ここで、凹面鏡 53は、光強度検出器 54に光を導くような略楕円形状の反射面を有するミラー (略楕円ミラ一）により構成されている。また、アキシコンミラー 52と光強度検出器 54との間の光路は、レーザー光源 1とマスク Mとの間の光軸 AXを挟んだ位置に対向してそれぞれ配置されている。この凹面鏡 53は、アキシコンミラー 52で反射された光束の偏光状態を実質的に保存した状態で光強度検出器 54へ導くために、多層膜で形成された反射面を有している。 [0098] 上述したように、アキシコンミラー 52で反射された光束の偏光状態と、凹面鏡 53にて反射されたアキシコンミラー 52からの光束の偏光状態とは略同一となるように構成されているため、光強度検出器 54の出力に基づいて、ビームスプリッタ 51への入射光の偏光状態 (ウェハ Wに対する S偏光の度合、)及び光強度を検出することができる。ひいてはマスク Mを照明する照明光またはウェハ Wに達する露光光の偏光状態 (ウェハ _Wに対する S偏光の度合い)及び光強度を検出することができる。そして、偏光モニター 50の検出結果に基づいて、 1Z2波長板 10及びデボラライザ一 20を調整することにより、マスク Mへの照明光の偏光状態を所望の S偏光状態に調整することがでさる。

[0099] この第 1の実施の形態によれば、偏光モニターが円錐形状を有するアキシコンミラ一により反射された反射光の偏光状態及び光強度を検出するため、照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状の変形照明を行う場合において、照明光学装置の光軸を中心とする円形領域の円周に沿った方向を偏光方向とする S偏光を主成分とする光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0100] 例えば輪帯照明において、照明瞳またはその近傍に形成される輪帯照明形状が図 3Bに示す形状であり、輪帯照明形状 35が複数（図 3Bでは 8つ）の照明領域 35a 一 35hを有し、各照明領域 35a— 35hを通過する光が輪帯照明形状 35の外周に沿つた方向を偏光方向とする直線偏光（図 3Bの両方向矢印で示す)を主成分とする場合を考える。各照明領域 35a— 35hを通過する光がアキシコンミラーの反射面 (光学面）に対して偏光状態が変化することなく入射し、その反射面により同一の偏光状態で反射されるため、各照明領域 35a— 35hを通過する光の偏光状態を正確に検出することができる。従って、マスクのパターン特性に応じた最適な照明光 (露光光）によりマスクを照明することができ、良好な露光を行うことができる。

[0101] なお、第 1の実施の形態において、ビームスプリッタ 51により取り出された光束の強度 (全偏光成分の強度)を検出する光強度検出器を別に設け、この光強度検出器の出力に対する光強度検出器 54の出力から、マスク Mを照明する照明光またはウェハ Wに達する露光光のうち、ウェハ Wに対する S偏光の割合を求めることが可能である [0102] 次に、図面を参照して、この発明の第 2の実施の形態について説明する。この第 2 の実施の形態に力かる露光装置の構成は、第 1の実施の形態に力かる露光装置の偏光モニター 50を偏光モニター 55に変更したものである。従って、第 2の実施の形態の説明においては、第 1の実施の形態に力かる露光装置の構成と同一の構成の詳細な説明は省略する。なお、第 2の実施の形態の説明においては、第 1の実施の形態に力かる露光装置の構成と同一の構成には第 1の実施の形態で用いたのと同一の符号を用いて説明を行う。

[0103] 図 9は、この第 2の実施の形態に力かる偏光モニター 55の概略構成を示す図である。図 9に示すように、マイクロレンズアレイ 8から射出した光束は、偏光モニター 55に備えられているビームスプリッタ 51に入射する。ビームスプリッタ 51により反射されることにより光路力も分岐された光束はアキシコンミラー 52に入射する。

[0104] ここで、アキシコンミラー 52は、入射光の入射角がブリュースター角（偏光角）で入射するように、かつ、後述する凹面鏡 53の 2つの焦点のうちの一方またはその近傍に配置されている。入射光がアキシコンミラー 52にブリュースター角で入射することにより、入射光に含まれるウェハ Wに対する S偏光の成分はアキシコンミラー 52により反射され、入射光に含まれるウェハ Wに対する P偏光の成分はアキシコンミラー 52を透過する。

[0105] アキシコンミラー 52により反射された S偏光を主成分とする光束は、凹面鏡 53により反射されることにより集光されて、光強度検出器 54に到達する。ここで、凹面鏡 53は、光強度検出器 54に光を導くような略楕円形状の反射面を有するミラー (略楕円ミラ一）により構成されており、アキシコンミラー 52の光軸に対して偏心した状態で配置されている。この実施の形態においては、凹面鏡 53はアキシコンミラー 52の光軸に対してチルトした状態で配置されている。なお、凹面鏡 53は、アキシコンミラー 52の光軸に対してシフトした状態で配置させてもよい。また、光強度検出器 54は、凹面鏡 53 の 2つの焦点のうちアキシコンミラー 52が配置されていない方またはその近傍に配置されている。この凹面鏡 53は、アキシコンミラー 52で反射された光束の偏光状態を実質的に保存した状態で光強度検出器 54へ導くために、多層膜で形成された反射面を有している。 [0106] 上述したように、アキシコンミラー 52で反射された光束の偏光状態と、凹面鏡 53にて反射されたアキシコンミラー 52からの光束の偏光状態とは略同一となるように構成されているため、光強度検出器 54の出力に基づいて、ビームスプリッタ 51への入射光の偏光状態 (ウェハ Wに対する S偏光の度合、)及び光強度を検出することができる。ひいてはマスク Mを照明する照明光またはウェハ Wに達する露光光の偏光状態 (ウェハ _Wに対する S偏光の度合い)及び光強度を検出することができる。そして、偏光モニター 55の検出結果に基づいて、 1Z2波長板 10及びデボラライザ一 20を調整することにより、マスク Mを照明する照明光の状態を所望の S偏光状態に調整することができる。

[0107] この第 2の実施の形態に力かる露光装置によれば、偏光モニターが円錐形状を有するアキシコンミラーにより反射された反射光の偏光状態及び光強度を検出するため、照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状の変形照明を行う場合において、照明光学装置の光軸を中心とする円形領域の円周に沿った方向を偏光方向とする S偏光を主成分とする光束の偏光状態を正確に検出することができる。従って、マスクのパターン特性に応じた最適な照明光 (露光光）によりマスクを照明することができ、良好な露光を行うことができる。

[0108] また、偏光モニターが備える凹面鏡をアキシコンミラーの光軸に対して偏心した状態で配置することができるため、アキシコンミラーにより反射された反射光を所望の位置に集光させて光強度検出器に導くことができ、アキシコンミラーや光強度検出器の配置の自由度を向上させることができる。

[0109] なお、第 2の実施の形態においても、ビームスプリヅタ 51により取り出された光束の強度 (全偏光成分の強度)を検出する光強度検出器を別に設け、この光強度検出器の出力に対する光強度検出器 54の出力から、マスク Mを照明する照明光またはゥェハ Wに達する露光光のうち、ウェハ Wに対する S偏光の割合を求めることが可能である。

[0110] 次に、図面を参照して、この発明の第 3の実施の形態について説明する。この第 3 の実施の形態に力かる露光装置の構成は、第 1の実施の形態に力かる露光装置の偏光モニター 50を偏光モニター 57に変更したものである。従って、第 3の実施の形態の説明においては、第 1の実施の形態に力かる露光装置の構成と同一の構成の詳細な説明は省略する。なお、第 3の実施の形態の説明においては、第 1の実施の形態に力かる露光装置の構成と同一の構成には第 1の実施の形態で用いたのと同一の符号を用いて説明を行う。

[0111] 図 10は、この第 3の実施の形態に力かる偏光モニター 57の概略構成を示す図である。図 10に示すように、マイクロレンズアレイ 8から射出した光束は、偏光モニター 57 に備えられているビームスプリッタ 51に入射する。ビームスプリッタ 51により反射されることにより光路力も分岐された光束はアキシコンミラー 59に入射する。

[0112] ここで、アキシコンミラー 59は、例えばノンコートの錐体（この実施の形態においては円錐)の一部、即ち円錐の角を落とした形状を有する光学面を備える光学素子により構成されている。また、アキシコンミラー 59は、入射光の入射角がブリュースター角（偏光角）で入射するように、かつ、後述する凹面鏡 53の 2つの焦点のうちの一方またはその近傍に配置されている。入射光がアキシコンミラー 59にブリュースター角で入射することにより、入射光に含まれるウエノ、 Wに対する S偏光の成分はアキシコンミラー 59により反射され、入射光に含まれるウェハ Wに対する P偏光の成分はアキシコンミラー 59を透過する。

[0113] アキシコンミラー 59により反射された S偏光を主成分とする光束は、凹面鏡 53により反射されることにより集光されて、光強度検出器 54に到達する。ここで、凹面鏡 53は、光強度検出器 54に光を導くような略楕円形状の反射面を有するミラー (略楕円ミラ一）により構成されており、アキシコンミラー 59の光軸に対して偏心した状態で配置されている。この実施の形態においては、凹面鏡 53はアキシコンミラー 59の光軸に対してチルトした状態で配置されている。なお、凹面鏡 53は、アキシコンミラー 59の光軸に対してシフトした状態で配置させてもよい。また、光強度検出器 54は、凹面鏡 53 の 2つの焦点のうちアキシコンミラー 59が配置されていない方またはその近傍に配置されている。

[0114] この凹面鏡 53は、アキシコンミラー 52で反射された光束の偏光状態を実質的に保存した状態で光強度検出器 54へ導くために、多層膜で形成された反射面を有している。 [0115] 上述したように、アキシコンミラー 59で反射された光束の偏光状態と、凹面鏡 53にて反射されたアキシコンミラー 59からの光束の偏光状態とは略同一となるように構成されているため、光強度検出器 54の出力に基づいて、ビームスプリッタ 51への入射光の偏光状態 (ウェハ Wに対する S偏光の度合、)及び光強度を検出することができる。ひいてはマスク Mを照明する照明光またはウェハ Wに達する露光光の偏光状態 (ウェハ _Wに対する S偏光の度合い)及び光強度を検出することができる。そして、偏光モニター 57の検出結果に基づいて、 1Z2波長板 10及びデボラライザ一 20を調整することにより、マスク Mを照明する照明光の状態を所望の S偏光状態に調整することができる。

[0116] この第 3の実施の形態に力かる露光装置によれば、偏光モニターが錐体の一部の形状を有する光学面を備えるアキシコンミラーにより反射された反射光の偏光状態及び光強度を検出するため、照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状の変形照明を行う場合において、照明光学装置の光軸を中心とする円形領域の円周に沿った方向を偏光方向とする S偏光を主成分とする光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0117] また、光束が錐体の一部の形状を有する光学面を備えるアキシコンミラーを介するため、光束の周辺部のみの偏光状態及び光強度を検出することになるが、照明光（露光光)の偏光状態を調整するためには照明光学系の開口数 (NA)が大きい光束に対応する部分、即ち光束の周辺部分を検出することができれば実用的に足りる。また、光束全体を取り込む必要がないため、アキシコンミラーの作製がより容易となり、アキシコンミラーや光強度検出器の配置の自由度を向上させることができる。

[0118] また、偏光モニターが備える凹面鏡をアキシコンミラーの光軸に対して偏心した状態で配置することができるため、アキシコンミラーにより反射された反射光を所望の位置に集光させて光強度検出器に導くことができ、アキシコンミラーや光強度検出器の配置の自由度を向上させることができる。

[0119] なお、第 3の実施の形態においても、ビームスプリッタ 51により取り出された光束の強度 (全偏光成分の強度)を検出する光強度検出器を別に設け、この光強度検出器の出力に対する光強度検出器 54の出力から、マスク Mを照明する照明光またはゥェハ Wに達する露光光のうち、ウェハ Wに対する S偏光の割合を求めることが可能である。

[0120] 次に、図面を参照して、この発明の第 4の実施の形態について説明する。この第 4 の実施の形態に力かる露光装置の構成は、第 1の実施の形態に力かる露光装置の偏光モニター 50を偏光モニター 60に変更したものである。従って、第 4の実施の形態の説明においては、第 1の実施の形態に力かる露光装置の構成と同一の構成の詳細な説明は省略する。なお、第 4の実施の形態の説明においては、第 1の実施の形態に力かる露光装置の構成と同一の構成には第 1の実施の形態で用いたのと同一の符号を用いて説明を行う。

[0121] 図 11は、この第 4の実施の形態に力かる偏光モニター 60の概略構成を示す図である。図 11に示すように、マイクロレンズアレイ 8から射出した光束は、偏光モニター 60 に備えられているビームスプリッタ 51に入射する。ビームスプリッタ 51により反射されることにより光路力も分岐された光束はアキシコンレンズ 62に入射する。

[0122] ここで、アキシコンレンズ 62は、例えばノンコートの錐体（この実施の形態においては円錐)形状であって入射側に凸を向けた光学面 62aと、錐体形状 (この実施の形態においては円錐)形状であって射出側に凹 (入射側に凸）を向けた光学面 62bとを備える光学素子により構成されている。そして、アキシコンレンズ 62は、入射光の入射角が入射側の光学面 62aにお、てブリュースター角（偏光角）で入射するように配置されて!、る。入射光がアキシコンレンズ 62の光学面（入射面） 62aに対してブリュースター角で入射することにより、入射光に含まれるウェハ Wに対する S偏光の成分はアキシコンレンズ 62の入射面 62aにより反射され、入射光に含まれるウェハ Wに対する P偏光の成分は、当該入射面 62aで屈折された後、アキシコンレンズ 62のもう一つの光学面 (射出面） 62bを介してアキシコンレンズ 62から射出される。

[0123] アキシコンレンズ 62を透過した P偏光を主成分とする光束は、集光レンズ 64を介することにより集光されて、光強度検出器 54に到達する。ここで、アキシコンレンズ 62の射出面 62b及び集光レンズ 64の各レンズ面には、アキシコンレンズ 62の入射面 62a を透過した光束の偏光状態を実質的に保存した状態で光強度検出器 54へ導くために、多層膜で形成されたコートが設けられている。 [0124] このように、ビームスプリッタ 51により取り出された光束の偏光成分のうち、アキシコンレンズ 62の入射面 62aでウェハ Wに対する P偏光の成分を選択的に抽出して光強度検出器 54へ導くようにしているため、この光強度検出器の出力に基づいて、ビームスプリッタ 51への入射光の偏光状態（ウェハ Wに対する P偏光の度合い)を検出することができる。なお、不図示ではあるが、ビームスプリッタ 51により取り出された光束の強度 (全偏光成分の強度)を検出する光強度検出器が別に設けられているため、この別の光強度検出器の出力を用いれば、ビームスプリッタ 51への入射光のウェハ Wに対する S偏光の度合いを求めることができる。ひいてはマスク Mを照明する照明光またはウェハ Wに達する露光光の偏光状態（ウェハ Wに対する S偏光の度合、）及び光強度を検出することができる。なお、ビームスプリッタ 51とアキシコンレンズ 62 との間の光路中に、 1Z2波長板を配置すれば、ウェハ Wに対する S偏光成分をゥェハ Wに対する P偏光成分に変換できるため、ビームスプリッタ 51への入射光のウェハ Wに対する S偏光の度合いを直接求めることができる。そして、偏光モニター 60の検出結果に基づいて、 1Z2波長板 10及びデボラライザ一 20を調整することにより、マスク Mを照明する照明光の状態を所望の S偏光状態に調整することができる。

[0125] この第 4の実施の形態に力かる露光装置によれば、偏光モニターが錐体形状を有する光学面を備えるアキシコンレンズを透過した透過光の偏光状態及び光強度を検出するため、照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状の変形照明を行う場合において、照明光学装置の光軸を中心とする円形領域の円周に沿った方向を偏光方向とする S偏光を主成分とする光束の偏光状態を正確に検出することができる。従つて、マスクのパターン特性に応じた最適な照明光 (露光光）によりマスクを照明することができ、良好な露光を行うことができる。

[0126] なお、上述の各実施の形態においては、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 1Z2波長板 10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ボラライザ一 20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ぐデボラライザ一 20を光源側に配置し且つ 1Z2波長板 10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。 [0127] また、上述の各実施の形態においては、水晶プリズム 20a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ーとして石英プリズム 20bを用いている。しかしながら、これに限定されることなぐ KrFエキシマレーザー光や ArFエキシマレーザー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ーとして用いて、ることもできる。

[0128] また、上述の各実施の形態においては、ビームスプリツタカもの反射光を用いて偏光状態を検出しているが、ビームスプリッタを介することなく直接照明光がアキシコンミラーまたはアキシコンレンズに入射するように配置することもできる。この場合には、ビームスプリッタの偏光特性による偏光変動の影響を受けることなぐ照明光の偏光状態をより高精度に検出することができる。

[0129] また、上述の各実施の形態においては、ビームスプリツタカの反射光をアキシコンミラーまたはアキシコンレンズにより受光し偏光状態を検出しているが、照明光学装置に偏光モニターを組み込む際に、配置の都合上折り曲げミラー等を介在させなければならない場合がある。この場合には、ビームスプリッタから取り出す反射光の方向を光軸 AXに対して直交する方向とし、かつ、折り曲げミラー等により光束を折り曲げる角度を直角に設定することにより、折り曲げミラー等の介在により生じた偏光状態の変化を低減することができる。また、折り曲げミラー等の介在により生じる偏光状態の変化が既知のものであれば、それをオフセット量として調整することにより、折り曲げミラー等の介在により生じた偏光状態の変化を低減することができる。

[0130] また、上述の各実施の形態においては、円錐形状または円錐の一部の形状を有する光学面を備えたアキシコンミラーまたはアキシコンレンズを用いている力角錐形状または角錐の一部の形状を有する光学面を備えたアキシコンミラーまたはアキシコンレンズを用いてもよい。

[0131] また、上述の各実施の形態においては、偏光モニターによりビームスプリッタに入射する光束、即ちマスクを照明する照明光の偏光状態及び光強度を検出しているが、実際にはウェハを照明する光の偏光状態が重要となる。偏光モニター力ウェハへ至る光路中において光束の偏光状態の変化が生じる場合がある。具体的には、光束力 Sビームスプリッタからウェハまでの光学系（照明光学系の一部及び投影光学系）を通過することにより偏光状態に変化が生じる場合がある。光束の偏光状態に変化が生じた場合には、偏光モニターの検出結果と、ウェハを照明する光の偏光状態及び光強度を検出するために新たに取り付けたウェハ面偏光モニターの検出結果との対応関係を検知する必要がある。

[0132] 図 12は、ウェハ Wを照明する光の偏光状態及び光強度を検出するためのウェハ面偏光モニター 70の概略構成を示す図である。図 12に示すように、ウェハ面偏光モ二ター 70は、ウェハ Wを載置するウェハステージ（図示せず）の脇に取り付けられている。図 1に示す照明光学装置、マスク M及び投影光学系 PLを介した光束は、ゥェハ面偏光モニター 70が備える集光光学系 72に入射する。ここで、集光光学系 72は、投影光学系 PLの像面位置 Sまたはその近傍が前側焦点位置となるように配置されている。従って、投影光学系 PLにより集光された光束は、集光光学系 72を介することにより略平行な光束に変換される。

[0133] 集光光学系 72を通過した光束は、ウェハ面偏光モニター 70が備えるアキシコンミラー 73、凹面鏡 74により順次反射され、光強度検出器 75に到達する。なお、アキシコンミラー 73、凹面鏡 74、光強度検出器 75の構成及び作用は、第 2の実施の形態にかかる偏光モニター 55が備えるアキシコンミラー 52、凹面鏡 53、光強度検出器 54 のそれぞれと同一の構成及び作用を有するため、詳細な説明は省略する。上述の各実施の形態に力かる偏光モニターの検出結果とウェハ面偏光モニター 70の検出結果に基づいてオフセット値を算出し、上述の各実施の形態に力かる偏光モニターの検出結果に算出されたオフセット値を加算することにより偏光状態及び光強度の補正を行う。なお、ウェハ面偏光モニターの構成は、第 1、第 3または第 4の実施の形態にかかる偏光モニターと同一の構成を有するようにしてもょ、。

[0134] また、上述の各実施の形態においては、非偏光照明を行う場合に、位相部材組立体 16を照明光路力も退避させたが、位相部材組立体 16に非偏光を通過させても非偏光のままであるため、退避させなくてもかまわない。

[0135] また、 1Z2波長板 10の回転角を変更して位相部材組立体 16への直線偏光の偏光面を 90度回転させることにより、位相部材組立体 16を介した光束の偏光状態をゥエノ、 Wに対する S偏光力もウェハ Wに対する P偏光に切り換えることができる。 [0136] また、上述の各実施の形態では、ウェハ Wに対する S偏光と円形照明または輪帯照明とを組み合わせた例を示した力ウェハ Wに対する S偏光と 2極や 4極などの多極照明と組み合わせても良、。

[0137] 上述の各実施の形態では、光束から周方向偏光成分の光または径方向成分の光を選択する偏光選択手段として、錐体形状または錐体形状の一部の形状を有する光学面を備える光学素子を用いたが、その代わりに、少なくとも一方が光軸を中心として回転可能な移相子及び偏光子を用いても良ヽ。

[0138] 次に、図面を参照して、偏光選択手段として、少なくとも一方が光軸を中心として回転可能な移相子及び偏光子を用いたウェハ面偏光モニター 100について説明する。図 13は、ウェハ Wを照明する光の偏光状態及び光強度を検出するためのウェハ面偏光モニター 100の概略構成を示す図である。図 13に示すように、ウェハ面偏光モニター 100は、ウェハ Wの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材 91を備えている。なお、ウェハ面偏光モニター 100の使用時には、ウェハ Wを光路力も退避させる。ピンホール部材 91のピンホール 91aを通過した光は、投影光学系 P Lの像面位置 Sまたはその近傍が前側焦点位置となるように配置されて、るコリメートレンズ 92を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡 93で反射された後、リレーレンズ系 94に入射する。リレーレンズ系 94を介したほぼ平行な光束は、移相子としての λ /4 板 95及び偏光子としての偏光ビームスプリッタ 96を介した後、二次元 CCD97の検出面 97aに達する。ここで、二次元 CCD97の検出面 97aは、投影光学系 PLの射出瞳と光学的にほぼ共役、ひいては照明光学装置の照明瞳面と光学的にほぼ共役となっている。

[0139] λ Ζ4板 95は、光軸を中心として回転可能に構成されており、この λ Ζ4板 95には、その光軸を中心とした回転角を設定するための設定部 98が接続されている。こうして、ウェハ Wに対する照明光の偏光度が 0でない場合には、設定部 98を介して λ Ζ 4板 95を光軸廻りに回転させることにより二次元 CCD97の検出面 97aにおける光強度分布が変化する。したがって、ウェハ面偏光モニター 100では、設定部 98を用いて λ Ζ4板 95を光軸廻りに回転させながら検出面 97aにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果力回転移相子法により照明光の偏光状態を測定することができる。

[0140] なお、回転移相子法については、例えば鶴田著、「光の鉛筆一光技術者のための応用光学」、株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材 90 (ひいてはピンホール 90a)をウェハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、ウェハ面偏光モニター 100では、二次元的な検出面 97aにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。

[0141] 具体的には、処理部 99は、二次元 CCD97からの出力と、設定部 98からの移相子としての λ Ζ4板 95と偏光子としての偏光ビームスプリッタ 96との相対的な回転角度に関する情報とを受けて、水平直線方向強度マイナス垂直直線偏光強度 S1の二次元的な分布と、 45度直線偏光強度マイナス 135度直線偏光強度 S2の二次元的な分布と、右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度 S3の二次元的な分布とを算出する。

[0142] そして、全強度 SOに対する水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度 S1の二次元的な分布（S1ZS0の二次元的な分布）と、全強度 SOに対する 45度直線偏光強度マイナス 135度直線偏光強度 S2の二次元的な分布（S2ZS0の二次元的な分布）とを求める。次に、 S1ZS0の二次元的な分布を当該分布の中心点を中心とした円の周方向に等分割し、 S2ZS0の二次元的な分布を当該分布の中心点を中心とした円の周方向に等分割する。

[0143] 図 14に周方向に等分割した領域の一例を示す。図 14の例では 8つの領域 101a 一 101hに等分割している。ここで、領域 101a及び 101eに着目すると、これらの領域 101a, 101eでの周方向偏光成分の偏光面は、領域 101a, 101eでの円周の接線方向である水平方向に近似できる。また、領域 101c及び lOlgに着目すると、これらの領域 101c, lOlgでの周方向偏光成分の偏光面は、領域 101c, lOlgでの円周の接線方向である垂直方向に近似できる。同様に、領域 101d及び 101hに着目すると、これらの領域 101d, 101hでの周方向偏光成分の偏光面は 45度方向に近似でき、領域 101b及び lOlfに着目すると、これらの領域 101b, lOlfでの周方向偏光成分の偏光面は 135度方向に近似できる。

[0144] 従って、 S1ZSOの二次元的な分布から領域 101a, 101e及び領域 101c, 101g を切り出して、これらの領域 101a, 101e及び領域 101c, 101gにおける SlZSOの値を求めると共に、 S2/S0の二次元的な分布力も領域 101b, 101f及び領域 101d , 101hを切り出して、これらの領域 101b, 101f及び領域 101d, 101hにおける S2

Zsoの値を求めることにより、照明光学装置の光軸を中心とする円形領域の円周に沿った方向を偏光方向とする S偏光を主成分とする光束の偏光状態を評価することができる。

[0145] なお、上述の例では、偏光状態の分布（S1ZS0の二次元分布や S2ZS0の二次元分布等)を円周方向に 8分割したが、分割数については必要に応じてもっと多く分割しても良く、また 4分割や 2分割であっても良、。

[0146] このように、ウェハ面偏光モニター 100では、照明光学装置の照明瞳面と光学的にほぼ共役な面に二次元 CCD97の検出面 97aを配置して、るため、照明瞳面での偏光状態の分布（S1ZS0の二次元分布や S2ZS0の二次元分布等）を計測することができる。

[0147] ところで、ウェハ面偏光モニター 100では、移相子として λ Ζ4板 95に代えて λ / 2板を用いることも可能である。どのような移相子を用いたとしても、偏光状態、すなわち 4つのスト一タスパラメータを測定するためには、移相子と偏光子 (偏光ビームスプリツタ 96)との光軸廻りの相対角度を変えたり、移相子または偏光子を光路から退避させたりして、少なくとも 4つの異なる状態で検出面 97aにおける光強度分布の変化を検出する必要がある。なお、本実施形態では移相子としての λ Z4板 95を光軸廻りに回転させたが、偏光子としての偏光ビームスプリッタ 96を光軸廻りに回転させても良ぐ移相子及び偏光子の双方を光軸廻りに回転させても良い。また、この動作に代えて、あるいはこの動作にカ卩えて、移相子としての λ Ζ4板 95及び偏光子としての偏光ビームスプリッタ 96のうちの一方または双方を光路カも揷脱させても良い。

[0148] また、ウェハ面偏光モニター 100では、反射鏡 93の偏光特性により光の偏光状態が変化する場合がある。この場合、反射鏡 93の偏光特性は予めわ力つているので、所要の計算によって反射鏡 93の偏光特性の偏光状態への影響に基づいてウェハ面偏光モニター 100の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。また、反射鏡に限らず、レンズなどの他の光学部品に起因して偏光状態が変化する場合でも同様にウェハ面偏光モニター 100の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。

[0149] また、上述の例では周方向偏光状態を検出したが、径方向偏光状態を検出しても良い。

[0150] また、上述の各実施の形態では、露光光として KrFエキシマレーザ光（波長： 248η m)や ArFエキシマレーザ光（波長： 193nm)を用いて!/、るが、これに限定されることなぐ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 Fレーザ

2 光源や、レーザ光源以外の光源、例えば i線、 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。さらに、上述の各実施の形態では、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。

[0151] また、上述の各実施の形態において、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 WO99Z49504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— 303 114号公報に開示されてヽ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。

[0152] 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ぐ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ぐたとえば 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 F レーザ光を用いる場合は、液体としては Fレーザ光を透過可能な例えばフッ素系ォ

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ィルゃ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！/、。 [0153] また、本発明は、特開平 10— 163099号公報、特開平 10— 214783号公報、特表 2 000— 505958号公報等に開示されているように、ウェハ等の被処理基板を別々に載置して XY方向に独立に移動可能な 2つのステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

[0154] 上述の各実施の形態に力かる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチタル)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 (ウェハ）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、上述の実施の形態に力かる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 15のフローチャートを参照して説明する。

[0155] 先ず、図 15のステップ S301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 S302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 S303において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、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 S304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 S305において、その 1口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力 S、各ウェハ上の各ショット領域に形成される

[0156] 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、回路パターンの特性に対応した最適な偏光状態を有する照明光 (露光光）によって露光を行うため、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスを精度良く及びスループット良く得ることができる。なお、ステップ S301—ステップ S305では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸ィ匕膜を形成後、そのシリコンの酸ィ匕膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良、ことは、うまでもな、。

[0157] また、上述の実施の形態に力かる露光装置では、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 16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 16において、パターン形成工程 S401では、上述の実施の形態に力かる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、所謂光リソグラフイエ程が実行される。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 S402へ移行する。

[0158] 次に、カラーフィルター形成工程 S402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されたり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 S402の後に、セル組み立て工程 S4 03が実行される。セル組み立て工程 S403では、パターン形成工程 S401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 S402にて得られたカラーフィルタ一等を用いて液晶パネル (液晶セル)を組み立てる。セル組み立て工程 S403では、例えば、パターン形成工程 S401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 S402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。

[0159] その後、モジュール組み立て工程 S404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、回路パターンの特性に対応した最適な偏光状態を有する照明光 (露光光）により露光を行うため、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子を精度良く及びスループット良く得ることがでさる。

[0160] この発明の照明光学装置によれば、偏光状態検出手段が錐体形状または錐体の一部の形状を有する光学面を備える光学素子を備えているため、照明瞳の周辺部に光強度分布を有する輪帯状または 4極状等の変形照明を行う場合において、照明光学装置の光軸を中心とする円形領域の円周に沿った方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0161] また、光路分岐部材により取り出された光束と光学素子を介した光束の偏光状態が略同一であるため、光学素子を介した光束の偏光状態を検出することにより、光源部力射出され被照射面を照射する光束の偏光状態を正確に検出することができる。

[0162] また、被照射面に照射される照明光のうち特定の入射角度範囲で被照射面に照射される照明光を被照射面に対して S偏光を主成分とする偏光状態の光として生成する S偏光生成手段を備えているため、高いコントラストを有する照明光により被照射面を照射することができる。

[0163] また、光軸を中心とする所定の輪帯領域である特定輪帯領域内の少なくとも一部の領域を通過する照明光を特定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態の光として生成する円周方向偏光生成手段を備えているため、高いコントラストを有する照明光により被照射面を照明することができる。

[0164] また、この発明の露光装置によれば、この発明の照明光学装置を備えているため、マスクのパターンの特性に対応した最適な偏光状態の光で照明することができ、良好な露光を行うことができる。

[0165] また、この発明の露光方法によれば、この発明の照明光学装置を用いてマスクの照明を行うため、マスクのノターンの特性に対応した最適な偏光状態の光で照明を行うことができ、良好な露光を行うことができる。

産業上の利用可能性

[0166] 以上のように、この発明の照明光学装置、偏光状態検出器、露光装置及び露光方法は、半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造に用いるのに適している。

Claims

請求の範囲

[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を進行する光束の偏光状態を検出するための偏光状態検出手段を備え、

前記偏光状態検出手段は、錐体形状または錐体の一部の形状を有する光学面を備える光学素子と、

前記光学素子を介した光の強度を検出する光強度検出器と

を備えることを特徴とする照明光学装置。

[2] 前記偏光状態検出手段は、前記光源部と前記被照射面との間の前記光路中に配置されて、前記光路を進行する光束を、前記光路から分岐するための光路分岐部材を備えることを特徴とする請求項 1記載の照明光学装置。

[3] 前記光学素子の前記光学面を介した光の偏光状態と、前記光学素子を介した後に前記光強度検出器に達する光束の偏光状態とは、略同一であることを特徴とする請求項 1または請求項 2記載の照明光学装置。

[4] 前記偏光状態検出手段は、前記光学素子の前記光学面と前記光強度検出器との間の光路中に配置されて、前記光路分岐部材により取り出された光束の前記偏光状態と、前記光学素子を介した前記光路分岐部材からの光束の前記偏光状態とを略同一にする機能を有する膜を備えることを特徴とする請求項 2または請求項 3記載の照明光学装置。

[5] 前記膜は、多層膜を備えていることを特徴とする請求項 4記載の照明光学装置。

[6] 前記偏光状態検出手段は、前記光学素子を介した反射光を集光させて前記光強度検出器へ導く凹面鏡を更に備えていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5の何れか一項に記載の照明光学装置。

[7] 前記凹面鏡は、前記光学素子の光軸に対して偏心した状態で配置されることを特徴とする請求項 6記載の照明光学装置。

[8] 前記光学素子と前記光強度検出器とは、前記光源部と前記被照射面との間の前記光路を挟んだ位置に対向してそれぞれ配置されることを特徴とする請求項 1乃至請求項 7の何れか一項に記載の照明光学装置。

[9] 前記偏光状態検出手段は、前記光学素子を介した透過光を集光させて前記光強度検出器へ導く集光光学系を更に備えていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5の何れか一項に記載の照明光学装置。

[10] 前記集光光学系は、レンズを備えていることを特徴とする請求項 9記載の照明光学装置。

[11] 前記光学素子は、錐体形状または錐体の一部の形状を有する別の光学面を備えることを特徴とする請求項 9または請求項 10に記載の照明光学装置。

[12] 前記光学素子の前記光学面は凸面であり、前記別の光学面は凹面であることを特徴とする請求項 11に記載の照明光学装置。

[13] 前記光学素子は、光の入射側から順に、前記凸面を有する前記光学面と、前記凹面を有する前記別の光学面とが位置するように配置されることを特徴とする請求項 1 2に記載の照明光学装置。

[14] 前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置された S偏光生成手段を備え、前記 S偏光生成手段は、前記光源部からの光束に基づいて、前記被照射面に照射される照明光のうち特定の入射角度範囲で前記被照射面に照射される光束を前記被照射面に対して S偏光を主成分とする偏光状態の光として生成することを特徴とする請求項 1乃至請求項 13の何れか一項に記載の照明光学装置。

[15] 前記光源部と前記被照射面との間の光路中に配置された円周方向偏光生成手段を備え、

前記円周方向偏光生成手段は、前記光源部からの光束に基づいて、前記照明光学装置の瞳面またはその近傍の面内における、前記照明光学装置の光軸を中心とする所定の輪帯領域である特定輪帯領域内の少なくとも一部の領域を通過する前記照明光を、前記特定輪帯領域の円周方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態の光として生成することを特徴とする請求項 1乃至請求項 13の何れか一項に記載の照明光学装置。

[16] 前記光学素子は、前記 S偏光生成手段または前記円周方向偏光生成手段と、前記光強度検出器との間の光路中に配置されることを特徴とする請求項 14または請求項 15記載の照明光学装置。

[17] 前記錐体形状または前記錐体の一部の形状は、円錐形状または円錐の一部の形状を有することを特徴とする請求項 1乃至請求項 16の何れか一項に記載の照明光学装置。

[18] 前記錐体形状または前記衰退の一部の形状は、角錐形状または角錐の一部の形状を有することを特徴とする請求項 1乃至請求項 16の何れか一項に記載の照明光学装置。

[19] 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置にお!ヽて、

前記マスクを照明するための請求項 1乃至請求項 18の何れか一項に記載の照明光学装置と、

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とを備えることを特徴とする露光装置。

[20] 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法にお!、て、

請求項 1乃至請求項 18の何れか一項に記載の照明光学装置を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、

前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と

を含むことを特徴とする露光方法。

[21] 光源部力の光で被照射面を照明する照明光学装置に適用されて、前記光源部と前記被照射面との間の光路を進行する光束の偏光状態を検出するための偏光状態検出器において、

前記光束から周方向偏光成分の光又は径方向偏光成分の光を選択する偏光選択手段と、

該偏光選択手段により選択された前記周方向偏光成分の光又は前記径方向偏光成分の光を検出する光強度検出器と

を備えることを特徴とする偏光状態検出器。

[22] 前記偏光選択手段は、錐体形状または錐体形状の一部の形状を有する光学面を備える光学素子を有することを特徴とする請求項 21記載の偏光状態検出器。

[23] 前記光学素子を介した反射光を集光させて前記光強度検出器へ導く凹面鏡を更に備えていることを特徴とする請求項 22記載の偏光状態検出器。

[24] 前記光学素子を介した透過光を集光させて前記光強度検出器へ導く集光光学系を更に備えていることを特徴とする請求項 22記載の偏光状態検出器。

[25] 前記錐体形状または前記錐体形状の一部の形状は、円錐形状または円錐の一部の形状を有することを特徴とする請求項 21乃至請求項 24の何れか一項に記載の偏光状態検出器。

[26] 前記錐体形状または前記錐体形状の一部の形状は、角錐形状または角錐の一部の形状を有することを特徴とする請求項 21乃至請求項 24の何れか一項に記載の偏光状態検出器。

[27] 前記偏光選択手段は、移相子及び偏光子を備え、

前記移相子及び前記偏光子のうちの少なくとも一方は、光軸を中心として回転可能に構成されることを特徴とする請求項 21記載の露光装置。

[28] 前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度の異なる少なくとも 4つの状態を設定するための設定手段を更に備えていることを特徴とする請求項 27記載の偏光状態検出器。

[29] 前記光強度検出器は、前記照明光学装置の照明瞳面と光学的にほぼ共役な面に配置されて、前記照明瞳面と光学的にほぼ共役な面の光強度分布を検出することを特徴とする請求項 27または請求項 28に記載の偏光状態検出器。

[30] 前記光強度検出器からの出力を処理する処理手段を更に備え、

前記処理手段は、前記移相子と前記偏光子との相対的な回転角度に関する情報と、前記光強度検出器による前記光強度分布の情報とに基づいて、前記周方向偏光成分の光または前記径方向偏光成分の光の状態を出力することを特徴とする請求項 29記載の偏光状態検出器。

[31] 前記偏光状態検出器は、前記照明光学装置中に配置されて前記光源部から前記被照射面の光路を進行する光束を前記光路から分岐するための光路分岐部材によつて分岐された光束の光路中に配置されることを特徴とする請求項 21乃至請求項 3 0の何れか一項に記載の偏光状態検出器。

[32] 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、

請求項 21乃至請求項 31の何れか一項に記載の偏光状態検出器と、前記光源部と前記被照射面との間の光路を進行する光束を、該光路から分岐するための光路分岐部材と

を備えていることを特徴とする照明光学装置。

[33] 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光装置にお!ヽて、

前記マスクを照明するための請求項 32記載の照明光学装置と、

[34] 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光方法にお!、て、

請求項 32記載の照明光学装置を用いて前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、

を含むことを特徴とする露光方法。

[35] 感光性基板上にマスクのパターンを転写する露光方法にお!、て、

前記所定のパターンが形成されるマスクを照明する照明工程と、

前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と、

請求項 21乃至請求項 31の何れか一項に記載の偏光状態検出器を用いて、前記マスクまたは前記感光性基板へ向力う光束の偏光状態を検出する偏光状態検出ェ程と

を含むことを特徴とする露光方法。