WO2005124420A1

WO2005124420A1 - 光学系、露光装置、および露光方法

Info

Publication number: WO2005124420A1
Application number: PCT/JP2005/010589
Authority: WO
Inventors: Yasuhiro Omura; Haruhisa Iida; Takeshi Tsuda
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2005-12-29
Also published as: EP1767978A1; KR20070026784A; JPWO2005124420A1; TW200600829A; EP1767978A4; KR101244994B1

Abstract

　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。

Description

明細書

光学系、露光装置、および露光方法

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

発明が解決しょうとする課題

[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。し力、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力 Sある。特に、比較的広い入射角度範囲に亘つ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レ、る。

[0008] 本発明は、比較的広い入射角度範囲に亘つ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レ、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つ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、ひレ、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力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]水晶の旋光性にっレ、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]本実施形態に力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変形例に力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変形例に力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力、かる反射面構造を概略的に示す図である。

[図 11]図 10の変形例に力、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力かる反射面構造を概略的に示す図である。

[図 13]図 12の変形例に力、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

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の面内にぉレ、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レ、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、 1Z2波長板 4b、デボラライザ (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、ァフォーカルレンズ 6に入射する。ここで、 1Z4波長板 4a、 1 /2波長板 4b、およびデボラライザ 4cは、後述するように、偏光状態切換部 4を構成してレ、る。ァフォーカルレンズ 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ァフォーカル系（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ほ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、ァフォーカルレンズ 6の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となつてァフォーカルレンズ 6から射出される。なお、ァフォーカルレンズ 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が配置されている力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] ァフォーカルレンズ 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。し力ながら、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、マイクロフラィアイレンズ 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、ひいてはァフォーカルレンズ 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、ァフォーカルレンズ 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。マイク口フライアイレンズ 11を構成する各微小レンズは、マスク M上において形成すベき照野の形状（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、入射光束によつ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。マイクロフライアィレンズ 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。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、ゥヱハステージ 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、デボラライザ 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、照明光路に対して揷脱自在に構成されてレ、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、 1Z4波長板 4aにはほぼ直線偏光の光が入射する。し力、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力波長板 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、 1Z2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、デボラライザ 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、デボラライザ 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 1Z2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。デボラライザ 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、 1Z2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ボラライザ 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 Υ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 Υ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、 1Z2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）の光になってデボラライザ 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、デボラライザ 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、デボラライザ 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、デボラライザ 4cを照明光路から退避させ且つ 1Z2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、デボラライザ 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とデポララィザ 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 8 a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。し力ながら、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ぐ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ビームスプリツター 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 1Z4波長板 4a、 1/2波長板 4bおよびデボラライザ 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レ、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個づっ含んでいる。

[0047] 具体的には、第 1基本素子 10Aの厚さが最も大きぐ第 4基本素子 10Dの厚さが最も小さぐ第 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 1 OA〜： 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レ、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 10 0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 pとにより、次の式（1)で表わされる。 θ = ά · 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 P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 10 Aの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域 31 A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 1Z3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レ、。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のデボラライザ 4 cを照明光路から退避させ、且つ 1Z2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ぐ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、ゥェハ (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ぐ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、ゥヱハ 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、デボラライザ 4cを照明光路から退避させ、且つ 1Z2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つて、 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一ン像を得ることができる。

[0059] し力ながら、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、本実施形態に力、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 Mi l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 Mi l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 Ml 1が配置されてレ、る。

[0063] 第 1偏向平面鏡 Mi l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レ、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 Mi lが配置されている。第 1偏向平面鏡 Mi lは、第 1中間像へ向力光束または第 1中間像からの光束を、反射屈折型の第 2結像光学系 G 2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中間像へ向力光束または第 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 Mi l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 Mi lおよび第 2偏向平面鏡 Ml 2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 Mi lの凹面反射鏡 CM側の光路および第 2 偏向平面鏡 Ml 2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 C Mと、 2つの光路折り曲げ用の偏向平面鏡 Mi l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 Mi l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 Mi lや第 2偏向平面鏡 Ml 2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つ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 Mi l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 Mi l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 (A1)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（MgF )膜 103とを備えている。

2

[0070] ァノレミニゥム膜 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. 25 λ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ゥム膜 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ぐ各種スパッタ法ゃ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、ィ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 Ρ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 Ρ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 Ρ— 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 Ρ— 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力かる反射面構造を概略的に示す図である。図 1 0を参照すると、本実施形態の変形例に力かる反射面構造は、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ゥム (A1)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（MgF )膜 103と、フッ化マグネシウム膜 103の上に形成された第 2

2

誘電体層としてのフッ化ランタン (LaF )膜 104とを備えてレ、る。

3

[0073] ァノレミニゥム膜 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. 25えの光学的膜厚、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. 22 λ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 1 04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の変形例に力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つて、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レ、ることがわかる。

[0075] 図 12は、本実施形態の別の変形例に力、かる反射面構造を概略的に示す図である。図 12の変形例に力、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 (A1)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（Mg F )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

2

ィ匕ランタン (LaF )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

3

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、 150應の膜厚、 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. 432 71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 · 6318 9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. 432 71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、フッ化マグネシゥム膜 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の変形例に力、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）を縦軸としている力図 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つて、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（アルミ二ゥム膜 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ィ匕 (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ぐたとえば 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 Mi l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 Mi l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 Mi lおよび第 2偏向平面鏡 Ml 2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っレ、て 30度以内になるようにそれぞれ構成されてレ、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つて光線が入射する反射鏡 (第 1偏向平面鏡 Mi l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つても、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 Mi l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 Mi l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っレ、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レ、。 [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 Mi l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 Mi l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 Mi l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 Mi l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 Mi l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 Mi l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=C x+ C x² + C x³ + C x⁴ + C χ⁵Η (2)

1 2 3 4 5

[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ぐ図 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 C Xを除いた量 y' =C x + C χ³

1 2 3

+ C x⁴ + C x + - · ·の Ρ— V (peak to valley：最大最小の差)値を、反射面に入射す

4 5

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が比較的広レ、入射角度範囲に亘つて光線が入射する反射鏡 (第 1偏向平面鏡 Mi l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' =C x + C χ³

2 3

+ C x⁴ + C x + - · ·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

4 5

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 C x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

1

学系 PLにおいて、各偏向平面鏡 Mi l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 Mi l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 Mi l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 C Xの影響は小さく無視し

1

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。し力ながら、これに限定されることなぐたとえば図 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 Mi l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 Ml 2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 Mi l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 Ml 2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 L b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との間の光路力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で満たされてレ、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を揷脱自在に配置し、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 Mi lが配置されている。第 1偏向平面鏡 Mi lは、第 1 中間像へ向力う光束または第 1中間像からの光束を反射屈折型の第 2結像光学系 G 2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 Mi lおよび第 2偏向平面鏡 Ml 2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 Mi lの凹面反射鏡 CM側の光路および第 2 偏向平面鏡 Ml 2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查露光を行うステツプ'アンド 'スキャン方式の露光装置において、走查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 WO99Z49504号公報に開示された技術や、特開平 10— 3 03114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とゥェハ 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ノレを介してウェハ 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ぉレ、て (液体中にぉレヽて）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 M 11と、第 1偏向平面鏡 Mi l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（Gl ; 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)とを備えてレ、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 Mi l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軸力第 1偏向平面鏡 Mi l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）に垂直な方向に沿つて 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 Mi l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 Mi l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 Mi lの反射面を仮想的に延長した面と第 2偏向平面鏡 Ml 2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 13 5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一タスパラメータの SO成分に対する S2成分の比 S2ZS0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 Mi l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一タスパラメータの SO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）上にぉレ、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 Mi l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 Mi l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 Mi l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 Mi l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 Mi lおよび第 2偏向平面鏡 Ml 2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 Mi l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。し力ながら、これに限定されることなぐたとえば Ag (銀）， Si (シリコン）， Ge (ゲルマニウム）， Mo (モリブデン） , Ru (ノレテニゥム）からなるグノレ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。し力ながら、これに限定されることなぐたとえば NdF (フッ化ネオジゥム）， YF (フッ化イットリウム）， GdF (フッ化ガドリニウム）， A1F (フッ化アルミニウム）， Na A1F ( クライオライト）， CaF (フッ化カルシウム）， SrF (フッ化ストロンチウム）， DyF (フッ化ジスプロシウム）， HfF (フッ化ハフニウム）， LuF (フッ化ルテチウム）， Al O (酸化ァルミ二ゥム）， Hf〇（酸化ハフニウム）， ZrO (酸化ジルコニウム）， TiO (酸化チタン）

, Nb O (酸化ニオブ）， Ta O (酸化タンタル）， Si〇（酸化シリコン）， Y O (酸化イツトリウム）からなるグノレ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〜P L)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、ひレ、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位相ずれ力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つ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っレ、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。し力、しながら、これに限定されることなぐたとえば 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。し力しながら、これに限定されることなぐ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（ァフォーカルレンズ 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レ、。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までの距離が長ぐ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レ、。

[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ぐ偏光変換素子 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 1 0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。し力、しながら、これに限定されることなぐ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）などにっレ、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。し力、しながら、これに限定されることなぐ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レ、。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レ、。

[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への照明条件ゃゥヱハ 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つ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、デボラライザ 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、デボラライザ 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 (リタ一デーシヨン)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力 S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っき図 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本のストライブ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ぐ他の適当なレーザ光源、たとえば 248η m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 F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レ、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— 30311 4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力 S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 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レ、。

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 デボラライザ

5 回折光学素子 (光束変換素子）

6 ァフォー力ノレレンズ

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

12 偏光モニター

12a ビームスプリツター

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

Mi l , 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

Claims

請求の範囲

[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。

[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。

[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。

[4] 前記金属層は、 Ag, Al, Si, Ge, Mo, Ru力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。

[5] 前記誘電体層は、 MgF , LaF , NdF , YF , GdF , A1F , Na A1F , CaF , SrF

2 3 3 3 3 3 3 6 2 2

, DyF， HfF , LuF , Al O , HfO , ZrO , TiO , Nb O , Ta〇， Si〇， Y〇から

3 4 3 2 3 2 2 2 2 5 2 5 2 2 3 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。

[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のレ、ずれか 1項に記載の光学系。

[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 χ (度）として、 y= C χ + C χ +

1 2

C x + C x⁴+ C x⁵ + · · ·で近似されるとき、変化量 yから前記一次項 C Xを除いた量

3 4 5 1 y， C x² + C x + C x⁴ + C x⁵+ · · ·の P— V (peak to valley :最大最小の差）値が前

2 3 4 5

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のいずれ力 1項に記載の光学系。

[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。

[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のいずれ力 4項に記載の光学系。

[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一タスパラメータの SO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のいずれ力 4項に記載の光学系。

[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。

[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。

[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のいずれ力、 1項に記載の光学系。

[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。

[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。

[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。

[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のいずれ力、 1項に記載の光学系。

[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。

[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。

[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。

[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のいずれ力、 1項に記載の光学系。

[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レ、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。

[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。

[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。

[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。

[26] 請求項 1乃至 21のいずれ力 4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。

[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。

[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。

[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。