以下、本発明の実施形態の一例につき図面� ��参照して説明する。
 図1は、本実施形態の露光装置の概略構成を 示す図である。図1において、その露光装置� �、露光用の光源1と、光源1からの露光用の照 明光(露光光)ILでマスクMのパターン面(マスク 面)を照明する照明光学系ILSと、マスクMの位� ��決めを行うマスクステージ(不図示)と、マ� �クMのパターンの像をウエハW(感光性基板)上� ��投影する投影光学系PLと、ウエハWの位置決� ��を行うウエハステージ(不図示)と、装置全� �の動作を統括制御するコンピュータよりな� �主制御系20と、各種駆動系等とを備えている 。図1において、ウエハWの載置面の法線方向� ��沿ってZ軸を設定し、Z軸に垂直な平面内に� �いて図1の紙面に平行な方向にY軸を、図1の� �面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定してい� ��。

 図1の露光装置は、光源1として、波長193nmの ほぼ直線偏光のレーザ光を供給するArFエキシ マレーザ光源を備えている。なお、光源1と� �て、波長248nmのレーザ光を供給するKrFエキシ マレーザ光源、波長157nmのレーザ光を供給す� ��F ₂  レーザ光源、固体レーザ光源の高調波発生� ��置、又はi線(365nm)等の輝線を供給する水銀� �ンプなどを用いることができる。

 光源1からZ方向に射出されたほぼ平行光� �で、かつほぼ直線偏光のレーザ光よりなる� �明光ILは、X方向に沿って細長い矩形状の断� �を有し、不図示のビームマッチングユニッ� �(送光光学系)を介して、一対のZY面内で屈折� ��を持つレンズ2a及び2bからなるビームエキス パンダ2(整形光学系)に入射する。照明光ILは� ��ビームエキスパンダ2によってその断面形状 がY方向に拡大されて、所定の矩形状断面を� �する光束に整形される。

 ビームエキスパンダ2から射出された照明 光ILは、光路折り曲げ用のミラー3でY方向に� �射された後、照明光学系ILSの光軸AXIに沿っ� �順次、1/2波長板5、プリズム型の偏光ビーム� ��プリッタ(以下、PBSと言う。)4、及びデポラ� ��イザ6を通過して回折光学素子(Diffractive Opti cal Element:DOE)7A,7B,7C等のいずれかに入射する� �1/2波長板5、PBS4、及びデポラライザ6を含ん� �偏光制御部が構成されている。

 図2(A)、(B)、(C)は、それぞれ図1の偏光制� �部を示す斜視図である。図2(A)において、1/2� ��長板5及びPBS4は、それぞれ光軸AXIに平行な� �5Y及び4Yを中心として、時計周り及び反時計� ��りに回転可能に支持されている。さらに、1 /2波長板5が軸5Yの周りに角度θだけ回転され� �ときに、PBS4は軸4Yの周りに2倍の角度(2θ)だ� �回転されるように構成されている。また、1/ 2波長板5の第1結晶軸5A(後述)が、光軸AXIを通� �Z軸に平行な軸A1に平行である状態を、1/2波� �板5の回転角θが0である初期状態とする。さ� ��に、光軸AXIに平行にPBS4に入射する光束のう ちで、PBS4の偏光ビームスプリッタ面で反射� �れる光束がZ軸に平行な軸A3に沿って射出さ� �る状態を、PBS4の回転角(2θ)が0である初期状� ��とする。なお、本実施形態では、軸5Y及び� �4Yは共通の回転軸である光軸AXIに合致してい る。

 図1に戻り、一例として、1/2波長板5及びPB S4はそれぞれ円筒状の保持部材27A及び27Bを介� ��て不図示の鏡筒内に収納され、その鏡筒は� ��明光学系ILS用の支持フレーム(不図示)に支� �されている。保持部材27A及び27Bの外面の一� �に歯車が形成されている。また、光軸AXIに� �行で歯車22a及び22bが固定された駆動軸と、� �の駆動軸を回転する駆動部22とが、上記の支 持フレームに支持されている。その駆動軸に は回転角をモニタするためのロータリエンコ ーダ(不図示)が組み込まれている。歯車22a及� ��22bはそれぞれ不図示の鏡筒の開口を通して� ��持部材27A及び27Bに設けられた歯車に噛合し� ��いる。この場合、歯車22aと保持部材27Aの歯� ��との歯数の比の値に対して、歯車22bと保持� ��材27Bの歯車との歯数の比の値は2倍に設定さ れている。この結果、駆動部22によって歯車2 2a,22bを一体的に回転して1/2波長板5の回転角� �θになると、PBS4の回転角は2θとなる。主制� �系20からの偏光照明を設定するコマンドに応 じて、照明制御系21が駆動部22を介してその� �転角θを制御する。なお、偏光制御部の詳細 については後述する。

 図1において、回折光学素子7A等は、ガラ� ��基板に露光波長程度のピッチを有する微小� ��段差を二次元的に形成することによって構� ��され、入射ビームを種々の所望の角度に回� ��する作用を有する。回折光学素子7Aは、入� �した矩形状の平行光束を回折してファーフ� �ールドに円形状の光束を形成する機能を有� �る発散光束形成素子である。さらに、入射� �た照明光ILを回折して、ファーフィールドに 光軸AXIに対してほぼ対称にそれぞれX方向及� �Z方向(マスク面でのY方向に対応する)に偏心� ��た2箇所の照明領域(照野)を形成する機能を� ��する2極照明用の回折光学素子7B,7C、偏心し� ��4箇所の照明領域を形成する4極照明用の回� �光学素子(不図示)、及び輪帯状の照明領域を 形成する輪帯照明用の回折光学素子(不図示)� ��が備えられている。これらの回折光学素子7 A~7C等は、一例として円板8の周囲に保持され� ��いる。主制御系20からの照明条件を設定す� �指令に応じて、照明制御系21が回転モータ等 の駆動部23によって円板8を回転することによ って、その照明条件に応じた回折光学素子を 照明光ILの光路上に配置できるように構成さ� ��ている。図1では、照明光ILの光路上に通常� ��明用の回折光学素子7Aが設定されている。

 図1において、回折光学素子7A(又は7B,7C等) を介して回折された光束は、前群レンズ系9a� ��凹の円錐面を持つ第1プリズム10aと凸の円錐 面を持つ第2プリズム10bとからなるアキシコ� �系10、及び後群レンズ系9bを介して、オプテ� ��カルインテグレータとしてのマイクロレン� ��アレイ11を照明する。前群レンズ系9a及び後 群レンズ系9bから、所定範囲で焦点距離を連� ��的に変化させるズームレンズ(変倍光学系)9� ��構成されている。ズームレンズ9は、回折光 学素子7Aの射出面とマイクロレンズアレイ11� �後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んで� �る。換言すると、ズームレンズ9は、回折光� ��素子7Aの射出面とマイクロレンズアレイ11の 入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結 んでいる。

 回折光学素子7A等から射出される照明光IL は、ズームレンズ9の後側焦点面(ひいてはマ� ��クロレンズアレイ11の入射面)に、円形、2極 状等の所定形状の照明領域(照野)を形成する� ��このように回折光学装置7A等とズームレン� �9とは、照明領域形成手段を構成している。� ��の照明領域の全体的な大きさは、ズームレ� ��ズ9の焦点距離に依存して変化する。ズーム レンズ9のレンズ系9a及び9bをそれぞれ照明制� ��系21の指令に基づいて例えばスライド機構� �含む駆動部24及び26によって光軸AXIに沿って� ��動することで、ズームレンズ9の焦点距離が 所望の値に制御される。

 また、アキシコン系10において、第1プリ� ��ム10aと第2プリズム10bとの円錐面は対向して 配置され、第2プリズム10bは、照明制御系21の 指令に基づいて例えばスライド機構を含む駆 動部25によって光軸AXIに沿って駆動される。� ��のようにプリズム10a及び10bの光軸AXIに沿っ� ��間隔を制御することによって、回折光学素� ��7A等から射出された光束のマイクロレンズ� �レイ11の入射面における光軸AXIに対して半径 方向の位置を制御できる。従って、例えば後 述の図3(B)の2極状の照明領域32A及び32Bを使用� ��る場合、図1のアキシコン系10のプリズム10a� ��び10bの間隔を制御することによって、照明� ��域32A,32Bの中心の光軸AXIからの距離を制御で きる。一方、上記のズームレンズ9の焦点距� �を制御することによって、照明領域32A,32Bの� ��々の大きさを制御できる。

 マイクロレンズアレイ11は、縦横に稠密� �配列された多数の正屈折力を有する微小レ� �ズからなる光学素子である。マイクロレン� �アレイ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明領域の形状(ひい� ��はウエハ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。一般� �、マイクロレンズアレイは、たとえば平行� �面ガラス板にエッチング処理を施して微小� �ンズ群を形成することによって構成される� �マイクロレンズアレイ11を構成する各微小レ ンズは、通常の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。なお 、図1では、図面の明瞭化のために、マイク� �レンズアレイ11を構成する微小レンズの数を 実際よりも非常に少なく表している。

 従って、マイクロレンズアレイ11に入射� �た光束は多数の微小レンズにより二次元的� �分割され、各微小レンズの後側焦点面には� �数の光源がそれぞれ形成される。こうして� �マイクロレンズアレイ11の後側焦点面である 照明光学系ILSの瞳面(照明瞳面)12には、マイ� �ロレンズアレイ11への入射光束によって形成 される照明領域(例えば円形領域又は図3(B)の2 極の照明領域32A,32B等)とほぼ同じ光強度分布� ��有する二次光源、すなわち光軸AXIを中心と� ��た実質的な面光源からなる二次光源が形成� ��れる。

 図1において、マイクロレンズアレイ11の� ��側焦点面(照明瞳面12)に形成された二次光源 からの照明光ILは、必要に応じてその照明領� ��の光強度分布の輪郭を規定する開口絞り(不 図示)を介して制限された後、第1リレーレン� ��13、マスクブラインド14(視野絞り)、第2リレ ーレンズ15、光路折り曲げ用のミラー16、及� �コンデンサ光学系17を介して、転写用のパタ ーンが形成されたマスクMを重畳的に照明す� �。ビームエキスパンダ2から偏光制御部まで� ��光学部材、及び回折光学素子7A等からコン� �ンサ光学系17までの光学部材を含んで照明光 学系ILSが構成されている。

 マスクMのパターンを経た照明光ILは、投� ��光学系PLを介して、レジスト(感光材料)が塗 布されたウエハW上にマスクパターンの像を� �成する。こうして、投影光学系PLの光軸(Z軸� ��平行)と直交する平面(XY平面)内においてウ� �ハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光� ��は走査露光を行うことにより、ウエハWの各 ショット領域にはマスクMのパターンが逐次� �光される。

 なお、一括露光では、いわゆるステップ� ��アンド・リピート方式にしたがって、ウエ� ��の各ショット領域に対してマスクパターン� ��一括的に露光する。この場合、マスクM上で の照明領域の形状は正方形に近い矩形状であ り、マイクロレンズアレイ11の各微小レンズ� ��断面形状も正方形に近い矩形状となる。一� ��、走査露光では、いわゆるステップ・アン� ��・スキャン方式にしたがって、マスクM及び ウエハWを投影光学系PLに対して相対移動させ ながらウエハWの各ショット領域に対してマ� �クパターンを露光する。この場合、マスクM� ��での照明領域の形状は短辺と長辺との比が� ��えば1:3の長方形状であり、マイクロレンズ� ��レイ11の各微小レンズの断面形状もこれと� �似な長方形状となる。

 次に、図1の照明光学系ILS内の1/2波長板5、PB S4、及びデポラライザ6を含む偏光制御部の構 成及び作用につき説明する。なお、図2等に� �いて、説明の便宜上、偏光制御部内を通過� �る照明光ILを照明光IL1A~IL8として表している� ��
 図2(A)において、1/2波長板5は、入射する照� �光ILの断面形状を覆うことができる大きさの 光軸AXI(Y軸に平行な軸)に垂直な円板状の基板 より形成されている。1/2波長板5は、ArFエキ� �マレーザを透過する水晶、フッ化マグネシ� �ム(MgF ₂ )等の複屈折性を持つ材料からなる所定厚さ� �材料から形成できる。また、1/2波長板5は、� ��1結晶軸5Aとこれに直交する第2結晶軸(不図� �)とを有し、入射する露光波長λの光束が射� �される際に、第1結晶軸5Aの方向の偏光成分� �第2結晶軸の方向の偏光成分との間に180°(λ/2 )の位相差が生じる。

 本実施形態では、例えば、図1の駆動部22� ��よって、図2(B)及び図2(C)に示すように、1/2� �長板5を初期状態に対して光軸AXI(軸5Y)を中心 として、時計周り(又は反時計周りでもよい)� ��45°及び22.5°だけ回転できればよい。従って 、駆動部22には、ロータリエンコーダを設け� ��代わりに、1/2波長板5が初期状態、及びその 初期状態から45°及び22.5°だけ回転した状態� �検出するための3個のリミットスイッチを設� ��てもよい。

 本実施形態の図1の光源1は、ほぼ直線偏� �のレーザ光を射出するArFエキシマレーザ光� �であり、1/2波長板5に入射する際の照明光IL� �偏光方向は、Z方向になるように設定されて� ��る。しかしながら、実際には、光源1の発光 状態の微妙な変化若しくは経時変化、及びビ ームマッチングユニット(不図示)の振動等に� ��って、図2(A)の1/2波長板5に入射する際の照� �光ILの偏光状態は、偏光方向がZ方向から僅� �にずれたり、僅かに楕円偏光になったりす� �。以下では、説明の便宜上、1/2波長板5に入� ��する照明光ILの偏光状態(電場ベクトルの状� ��)は、Z軸にほぼ平行な方向に細長い楕円偏� �であるとする。

 また、PBS4は、ArFエキシマレーザ(波長193nm)� �透過する石英又は蛍石(CaF ₂  )等の光学材料から形成した2つの断面形状� �正三角形のプリズムの接合面に、偏光ビー� �スプリッタ膜を被着した後、その2つのプリ� ��ムを接合することによって製造できる。PBS4 は、1/2波長板5から入射する照明光のうちのP� ��光成分(入射面に平行に直線偏光した光)よ� �なる照明光をデポラライザ6側に透過させて� ��S偏光成分(入射面に垂直に直線偏光した光)� ��りなる照明光IL2を反射する。例えば、本実� ��形態では、1/2波長板5の回転角θに対して、P BS4の回転角は2θであるため、1/2波長板5の回� �角が45°及び22.5°であるときに、PBS4の回転角 はそれぞれ90°及び45°となる。1/2波長板5に入 射する照明光ILの偏光状態が変動しても、PBS4 を設けることによって、後段のデポラライザ 6に対して常に所望の方向に直線偏光した照� �光を供給することができ、偏光制御を高精� �に行うことができる。

 図1において、デポラライザ6は、照明光IL の断面形状を覆う大きさで中心軸が光軸AXIに 平行な円板状で、厚さ方向に楔型の水晶プリ ズム6aと、この水晶プリズム6aと相補的な形� �を有する楔型の石英ガラスプリズム6b(例え� �、水晶プリズム6aとほぼ同じ形状で、かつ回 転角が180°異なる状態で対向するように近接� ��て配置された石英ガラスプリズム6b)とを、� ��図示の支持フレームで支持することによっ� ��構成されている。水晶プリズム6aの代わり� �、ArFエキシマレーザを透過するフッ化マグ� �シウム等の複屈折性を持つ材料からなるプ� �ズムも使用できる。また、水晶プリズム6aだ けでは照明光ILの光路が曲がるため、照明光I Lの光路が曲がらないように、デポラライザ6� ��全体として平板状になるように、石英ガラ� ��プリズム6bが設けられている。石英ガラス� �リズム6bの代わりに、ArFエキシマレーザを透 過する蛍石等の複屈折性がないか、又は複屈 折性の小さい光学材料からなるプリズムを使 用してもよい。

 図2(A)に示すように、デポラライザ6の水� �プリズム6aは、その方向の屈折率が異なる直 交する第1結晶軸6aA及び第2結晶軸6aBを有して� ��り、水晶プリズム6aの厚さは、一例として� �第1結晶軸6aAに平行な方向では一定であり、� ��2結晶軸6aBに平行な方向でほぼ線形に変化し ている。また、水晶プリズム6aは、水晶プリ� ��ム6aの第1結晶軸6aAがZ軸に平行になるように 、即ち第2結晶軸6aBがX軸に平行になるような� ��度で安定に支持されている。

 次に、図1のマスクM上の転写対象のパタ� �ンが、図3(A)に示すように、X方向に微細なピ ッチで形成されたライン・アンド・スペース パターン(以下、L&Sパターンという)31Xであ る場合、その照明光を2極照明として、その� �明光の偏光状態を偏光方向B1がY方向の直線� �光とするものとする。この場合、図1の主制� ��系20の指令に基づいて照明制御系21は、駆動 部23を介して照明光の光路上に、照明瞳面12� �で図3(B)に示すように、X方向に離れた2箇所� �照明領域32A,32Bで光量を大きくするための、2 極照明用の回折光学素子7Bを設置する。さら� ��、照明制御系21は、1/2波長板5及びPBS4の回転 角は、図2(A)の初期状態のままに設定してお� �。

 この結果、図2(A)において、1/2波長板5に� �射するほぼZ軸に平行な楕円偏光の照明光IL� �、ほぼ同じ楕円偏光(ただし、電場ベクトル� ��回転方向は逆転している)の照明光IL1Aとし� �PBS4に入射する。PBS4に入射した照明光IL1Aの� �ちで、Z方向に直線偏光した光量の大きい照� ��光IL3(P偏光成分)はPBS4を透過してデポラライ ザ6に入射し、光量の小さいS偏光成分の照明� ��IL2は反射される。この場合、照明光IL3の偏� ��方向は水晶プリズム6aの第1結晶軸6aAに平行� ��あるため、水晶プリズム6a及びデポラライ� �6からは偏光方向が入射時と同じZ方向の直線 偏光の照明光IL4が射出される。なお、図1に� �いて、光路折り曲げ用のミラー16が設けられ ているため、偏光制御部及び照明瞳面12にお� ��るZ方向は、マスクM上のY方向に対応してい� ��。

 そして、図3(B)の照明瞳面12の2極の照明領域 32A,32Bは偏光方向B2がZ方向である直線偏光の� �明光IL4によって照明され、図3(A)のL&Sパタ ーン31XはY方向に直線偏光した2極照明によっ� ��照明されるため、L&Sパターン31Xを高解像 度でウエハW上に転写することができる。
 一方、図1のマスクM上の転写対象のパター� �が、図3(C)に示すように、Y方向に微細なピッ チで形成されたL&Sパターン31Yである場合� �その照明光をY方向の2極照明として、その偏 光状態を偏光方向B3がX方向の直線偏光とする ものとする。この場合、照明瞳面12上で図3(D) に示すように、Y方向に離れた2箇所の照明領� ��33A,33Bで光量を大きくするために、図1の照� �光の光路上に2極照明用の回折光学素子7Cを� �置する。さらに、照明制御系21は、図2(B)に� �すように、1/2波長板5の回転角θを初期状態� �ら45°に設定し、PBS4の回転角(2θ)を初期状態� ��ら90°に設定する。即ち、1/2波長板5の第1結� ��軸5Aを初期状態の直線A1に平行な状態から光 軸AXIの周りに45°回転し、X方向に偏光した直� ��偏光がPBS4を透過するようにPBS4を回転する� �

 この結果、図2(B)において、楕円偏光の照 明光ILは、1/2波長板5で偏光方向が90°回転し� �、X軸にほぼ平行な方向に細長い楕円偏光(た だし、電場ベクトルの回転方向は逆である)� �照明光IL1BとしてPBS4に入射する。そして、照 明光IL1Bのうちで、X方向に直線偏光した光量� ��大きい照明光IL5(P偏光成分)はPBS4を透過して デポラライザ6に入射し、光量の小さいS偏光� ��分の照明光IL2は反射される。この場合、照� ��光IL5の偏光方向は水晶プリズム6aの第2結晶� ��6aBに平行であるため、水晶プリズム6a及び� �ポラライザ6からは偏光方向が入射時と同じX 方向の直線偏光の照明光IL6が射出される。そ して、図3(D)の照明瞳面12の2極の照明領域33A,3 3Bは偏光方向B4がX方向の直線偏光の照明光IL6� ��よって照明され、図3(C)のL&Sパターン31Y� �X方向に直線偏光した2極照明によって照明さ れるため、L&Sパターン31Yを高解像度でウ� �ハW上に転写することができる。

 次に、図1のマスクM上の転写対象のパタ� �ンが、例えば密集度の低い粗いパターンで� �るような場合には、その照明光の偏光状態� �ランダム偏光(非偏光)に設定するものとする 。この場合、図1の照明光の光路上には例え� �回折光学素子7Aが設置される。さらに、照明 制御系21は、例えば、図2(C)に示すように、1/2 波長板5の回転角θを初期状態から22.5°(=45°/2) に設定し、PBS4の回転角(2θ)を初期状態から45� �に設定する。即ち、1/2波長板5の第1結晶軸5A� ��初期状態の直線A1に平行な状態から光軸AXI� �周りに22.5°回転し、Z軸(及びX軸)に対して45° で交差する方向に偏光した直線偏光がPBS4を� �過するようにPBS4を回転する。

 この結果、図2(C)において、楕円偏光の照 明光ILは、1/2波長板5で偏光方向が45°回転し� �、Z軸(及びX軸)にほぼ45°で交差する方向に細 長い楕円偏光の照明光IL1CとしてPBS4に入射す� ��。そして、照明光IL1Cのうちで、Z軸(及びX軸 )に対して45°で交差する斜め方向に直線偏光� ��た光量の大きい照明光IL7(P偏光成分)はPBS4を 透過してデポラライザ6に入射し、光量の小� �いS偏光成分の照明光IL2は反射される。この� ��合、照明光IL7の偏光方向は水晶プリズム6a� �2つの結晶軸6aA,6aBに45°で傾斜しており、か� �その偏光方向に沿って水晶プリズム6aの厚さ は次第に変化している。従って、水晶プリズ ム6a及びデポラライザ6からは偏光方向(又は� �円偏光の形状)が位置によってランダムの非� ��光の照明光IL8が射出される。従って、この� ��明光IL8を図1のマイクロレンズアレイ11(オプ ティカルインテグレータ)を介して重畳して� �スクMに照射することによって、マスクMのパ ターンは非偏光の照明光によって照明される 。

 このように本実施形態の露光装置によれ� ��、照明光学系ILS中の1/2波長板5及びPBS4の回� �角を制御することによって、マスクMに照射� ��れる照明光の偏光状態を、偏光方向がX方向 の直線偏光、偏光方向がY方向の直線偏光、� �び偏光状態がランダムの非偏光のいずれか� �設定することができる。従って、転写対象� �パターンに応じて照明光の偏光状態を容易� �最適化できるため、各種パターンをそれぞ� �高解像度でウエハW上に露光できる。なお、� ��わゆるPBS4の消光比は、完全であること又は より高いことが望ましいが、所望の偏光方向 と略直交する方向の偏光方向を有する直線偏 光のPBS4に対する透過率が概ね10%以下であれ� �、ウエハ上のパターンのコントラストをそ� �程低下させることなく、パターンを露光す� �ことができる。

 本実施形態の作用効果及び変形例は以下の� ��りである。
 (1)図1の照明光学系ILSは、照明光でマスクM� �パターン面(マスク面、被照射面)を照明する 照明光学装置において、その照明光の光路中 に配置されて、その照明光の偏光状態を所定 方向(図2(A)のZ方向、X方向、斜め方向のいず� �か)の偏光方向を有する直線偏光状態に可変( 制御)する1/2波長板5及びPBS4を含む偏光光学系 (5,4)と、その偏光光学系(5,4)より下流(マスク� ��側)に配置され、その偏光光学系から射出さ れた照明光の偏光状態を可変(制御)するデポ� ��ライザ6とを備えている。

 従って、光源1から偏光光学系(5,4)に供給� ��れる照明光ILの偏光状態が経時変化等によ� �て変動しても、偏光光学系(5,4)からデポララ イザ6に対して3つの方向のうちのいずれかの� ��向に正確に直線偏光した光量の大きい照明� ��が供給される。そして、デポラライザ6によ って3種類の異なる偏光状態の照明光を生成� �きる。従って、複数の偏光状態の制御を常� �高精度に行うことができる。

 (2)また、図2(A)~(C)に示すように、入射す� �照明光ILがほぼZ方向の楕円偏光(又は直線偏� ��)の場合、Z方向又はX方向に直線偏光した状� ��を第1偏光状態、Z軸(又はX軸)に45°で交差す� ��方向に直線偏光した状態を第2偏光状態とす る。このとき、その偏光光学系(5,4)は、照明� ��ILをZ軸(若しくはX軸)にほぼ平行な偏光状態( ほぼ第1偏光状態)の照明光IL1A(若しくはIL1B)、 又はZ軸にほぼ45°で交差する方向の偏光状態( ほぼ第2偏光状態)の照明光IL1Cに可変する1/2波 長板5(直線偏光可変素子)と、その第1偏光状� �の直線偏光の照明光IL3(若しくはIL5)、又はそ の第2偏光状態の直線偏光の照明光IL7を選択� �に透過させるPBS4(直線偏光抽出素子)とを備� �ている。

 このように、1/2波長板5とPBS4とを組み合わ� �ることによって、入射する照明光ILの利用効 率を低下させることなく、PBS4からデポララ� �ザ6に対して偏光方向の異なる複数の直線偏� ��を供給することができる。
 (3)また、デポラライザ6は、その第1偏光状� �の照明光IL3(又はIL5)を偏光方向が同じ直線偏 光(第3偏光状態)の照明光IL4(又はIL6)に可変し� ��その第2偏光状態の照明光IL7を非偏光(第4偏� ��状態)の照明光IL8に可変する。これによって 、照明光ILの利用効率を低下させることなく� ��直交する2方向の直線偏光の照明光又は非偏 光の照明光を生成できる。

 (4)また、図1において、PBS4は、1/2波長板5� ��マスク面との間に配置され、デポラライザ6 はPBS4とマスク面との間に配置されている。� �の配置によって、光源1から供給される照明� ��ILの偏光状態が僅かに変動しても、常に所� �方向に直線偏光した照明光をデポラライザ6� ��供給できるため、マスク面に照射される照� ��光の偏光状態を正確に制御できる。

 (5)また、図2(A)において、1/2波長板5は軸5Y(� �1回転軸)を中心として回転可能である。軸5Y� ��照明光学系ILSの光軸AXIと等しいが、光軸AXI� ��平行でもよい。これによって、マスク面で� ��要な照明光の偏光状態に応じて1/2波長板5を 回転できる。
 (6)この場合、1/2波長板5は、マスク面の照明 条件に応じて、軸5Yを中心として回転される� ��これによって、照明光の利用効率を高く維� ��して、偏光制御を行うことができる。

 (7)さらに、PBS4は、軸4Y(第2回転軸)を中心と� ��て回転可能に構成され、1/2波長板5と連動し て回転される。軸4Yは照明光学系ILSの光軸AXI� ��等しいが、光軸AXIに平行でもよい。
 このように、1/2波長板5と連動してPBS4を回� �することで、照明光ILの利用効率を高く維持 して、マスク面上での照明光の偏光状態を直 交する2方向の直線偏光、又は非偏光のいず� �にも正確に設定できる。

 (8)また、1/2波長板5の回転角をθとすると� ��PBS4は、1/2波長板5と連動して2θだけ回転す� �。一般に、1/2波長板5の回転角がθであると� �、入射する照明光の偏光方向は2θだけ回転� �る。従って、入射する照明光ILが直線偏光で ある場合、PBS4の回転角を1/2波長板5の回転角� ��2倍にすることによって、極めて少ない光量 損失で、入射する照明光ILに対して偏光方向� ��2θだけ異なる直線偏光の光を生成できる。

 (9)また、図1において、1/2波長板5とPBS4とを� ��転させる回転軸は1つ(光軸AXI)である。この� ��合、共通の駆動部22によって1/2波長板5とPBS4 とを連動して回転できるため、回転機構を簡 素化できる。
 (10)なお、1/2波長板5とPBS4とを回転させる回� ��軸は、図2(A9の軸5Y又は軸4Yでもよい。

 ただし、1/2波長板5及びPBS4をそれぞれ異な� �回転駆動機構によって回転してもよい。
 (11)また、デポラライザ6は、複屈折性の水� �プリズム6aを含んでいる。従って、水晶プリ ズム6aを楔形にするだけで容易に非偏光状態� ��光を生成できる部材を製造できる。

 なお、図4に示すように、デポラライザ6� �光軸AXI又は光軸AXIに平行な軸(第3回転軸)を� �心として回転可能として、デポラライザ6の� ��転角を駆動部28によって制御できるように� �てもよい。図1の照明制御系21によって制御� �れる駆動部28は、一例としてデポラライザ6� �保持する円筒状部材(不図示)を回転する歯車 機構から構成できる。

 図4の変形例において、マスクMを照明す� �照明光の偏光状態を非偏光にする場合には� �1/2波長板5及びPBS4の回転角を図2(A)の状態(初� ��状態)にしておき、駆動部28によってデポラ� ��イザ6を初期状態から時計回り(反時計回り� �もよい)に45°回転する。このとき、水晶プリ ズム6aの結晶軸6aAは、Z軸に平行な軸A2に対し� ��45°で傾斜する。この結果、PBS4からデポラ� �イザ6に向かうZ方向に偏光した照明光IL3の偏 光方向は、水晶プリズム6aの結晶軸6aA,6aBのい ずれにも45°で傾斜しているため、デポララ� �ザ6からは非偏光の照明光IL8が射出される。� ��4の変形例においては、デポラライザ6に入� �する照明光IL3の偏光状態が正確にZ軸に平行� ��あるため、非偏光状態を正確に、かつ高い� ��明効率で設定できる。

 (12)また、図1では、1/2波長板5を用いている� ��め、その回転角を制御するのみで、射出さ� ��る照明光の偏光方向を制御できる。
 (13)なお、1/2波長板5の代わりに、図6(A)、図6 (B)に示すように、入射する照明光ILの偏光方� ��をそれぞれ90°及び45°回転して照明光IL1B及� ��IL1Cとして射出する旋光素子36A及び36Bを用い てもよい。旋光素子36A,36Bは水晶等の複屈折� �材料の厚さを制御することで製造できる。� �の場合には、図1の回転可能な1/2波長板5の代 わりに、旋光素子36A,36Bを照明光ILの光路に対 して挿脱自在に構成すればよい。例えば、タ ーレット等を用いて、旋光素子36A,36Bを照明� �ILの光路に対して切り換え自在に構成すれば よい。

 (14)また、図1の照明光学系ILSでは、1/2波長� �5からの光から直線偏光の光を抽出するため� ��、プリズム型のPBS4を用いている。PBS4は入� �光と射出光との光路が同一直線上にあるた� �、光学系の設計・製造が容易である。
 (15)なお、ArFエキシマレーザ光に対するPBS4� �偏光ビームスプリッタ膜の製造が困難で、PB S4の製造コストが高いような場合には、PBS4の 代わりに、図5(A)に示す光学部材35を用いても よい。光学部材35は、厚さ1mm程度の平板状の� ��英等のガラス板34を斜めに複数枚(例えば10� �~20枚程度)積み重ねたものであり、その製造� ��極めて容易である。図5(A)のように光学部材 35に対する照明光ILの入射角θiを45°とした場� ��には、ガラス板34の1面でのP偏光の照明光IL1 の透過率は約99%、S偏光の照明光IL2の透過率� �約90%である。従って、例えばガラス板34を15� ��(30面)重ねた場合には、S偏光の透過率はほ� �5%以下に低下する。従って、光学部材35は、� ��射光からほぼP偏光の照明光IL1のみを高精度 に抽出する安価な光学部材として使用できる 。

 また、図5(B)に示すように、ガラス板34に入� ��する照明光ILの入射角θiをブリュースタ角θ bにすることによって、ガラス板34におけるS� �光の照明光IL2の透過率をさらに低下できる� �従って、より少ない枚数のガラス板34を用い て光学部材35を構成できる。
 なお、いわゆる光学部材35(ここでは、ガラ� ��板34を斜めに複数枚(例えば10枚~20枚程度)積� ��重ねたもの)の消光比は、完全であること又 はより高いことが望ましいが、所望の偏光方 向と略直交する方向の偏光方向を有する直線 偏光の光学部材35に対する透過率が概ね10%以� ��であれば、ウエハ上のパターンのコントラ� ��トをそれ程低下させることなく、パターン� ��露光することができる。
 (16)また、図1の照明光学系ILSは、デポララ� �ザ6とマスク面との間の光路中に配置されて� ��照明光でマスク面を均一に照明するための� ��イクロレンズアレイ11(オプティカルインテ� ��レータ)を備えている。これによって、マス ク面の照度分布を均一化できる。マイクロレ ンズアレイ11の代わりに通常のフライアイレ� ��ズも使用できる。

 なお、波面分割型のインテグレータであ� ��マイクロレンズアレイ11に代えて、内面反� �型のオプティカルインテグレータとしての� �ッド型インテグレータを用いることもでき� �。この場合、図1において、ズームレンズ9よ りもマスクM側に集光光学系を追加して回折� �学素子7A等の共役面を形成し、この共役面近 傍に入射端が位置決めされるようにロッド型 インテグレータを配置する。

 また、このロッド型インテグレータの射� ��端面又は射出端面近傍に配置される照明視� ��絞りの像をマスクM上に形成するためのリレ ー光学系を配置する。この構成の場合、二次 光源はリレー光学系の瞳面に形成される(二� �光源の虚像はロッド型インテグレータの入� �端近傍に形成される)。また、ロッド型イン� ��グレータからの光束をマスクMへ導くための リレー光学系が導光光学系となる。

 (17)また、マイクロレンズアレイ11とマスク� ��との間の光路中に配置されて、マイクロレ� ��ズアレイ11からの光束をマスク面へ導くた� �のリレー光学系(13,15)及びコンデンサ光学系1 7(導光光学系)をさらに備えている。これによ って、オプティカルインテグレータからの光 束が重畳してマスクM上に照射される。
 (18)また、デポラライザ6とマスク面との間� �光路中に挿脱可能に配置されて、所定形状� �光強度分布を有する照明光を形成する回折� �学素子7A~7C等(光強度分布形成手段)を備えて� ��る。回折光学素子7A等によって効率的に照� �光の光強度分布を所望の分布に形成できる� �なお、照明光ILの利用効率が低下してもよい 場合には、回折光学素子の代わりに照明瞳面 に配置されて種々の形状の開口絞りを備えた 開口絞り系を使用してもよい。

 (19)また、図1の実施形態では、照明光ILを供 給する光源1を備えている。本実施形態では� �光源1からの照明光ILの偏光状態が変動して� �、高精度に偏光制御を行うことができる。
 また、上記の実施形態の露光方法は、投影� ��学系PLを用いてウエハW(感光性基板)にパタ� �ンを露光する露光方法において、照明光学� �ILSを用いてマスク面を照明する照明工程と� �マスク面に配置されるマスクのパターンを� �エハWに露光する露光工程と、を有する。

 また、上記の実施形態の露光装置は、照明� ��学系ILSを備えるとともに、マスク面に配置� ��れるマスクMを照明する照明光を供給する光 源1と、マスクMのパターンをウエハWに露光す る投影光学系PLと、を備えている。
 この場合、高精度に偏光制御を行うことが� ��きるため、微細なパターンを高解像度でウ� ��ハW上に転写できる。

 なお、本発明は、例えば国際公開第99/49504� �パンフレットなどに開示される液浸型露光� �置、又はプロキシミティ方式の露光装置等� �も適用することができる。
 また、上記の実施形態の露光装置を用いて� ��導体デバイス等の電子デバイス(マイクロデ バイス)を製造する場合、電子デバイスは、� �7に示すように、電子デバイスの機能・性能� ��計を行うステップ221、この設計ステップに� ��づいてマスク(レチクル)を製作するステッ� �222、デバイスの基材である基板(ウエハ)を製 造するステップ223、前述した実施形態の露光 装置(投影露光装置)によりマスクのパターン� ��基板に露光する工程、露光した基板を現像� ��る工程、現像した基板の加熱(キュア)及び� �ッチング工程などを含む基板処理ステップ22 4、デバイス組み立てステップ(ダイシング工� ��、ボンディング工程、パッケージ工程など� ��加工プロセスを含む)225、並びに検査ステッ プ226等を経て製造される。

 言い換えると、このデバイスの製造方法は� ��リソグラフィ工程を含み、そのリソグラフ� ��工程で上記の実施形態の露光装置を用いて� ��光性基板を露光している。このとき、偏光� ��御を高精度に行って微細なパターンを高解� ��度で感光性基板上に転写できるため、高機� ��の電子デバイスを高精度に製造できる。
 また、本発明は、半導体デバイスの製造プ� ��セスへの適用に限定されることなく、例え� ��、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等� ��製造プロセスや、撮像素子(CMOS型、CCD等)、� ��イクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Syste ms:微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド� �及びDNAチップ等の各種デバイス(電子デバイ� ��)の製造プロセスにも広く適用できる。

 さらに、上述の各実施形態では、照明光学� ��置を備えた露光装置を例にとって本発明を� ��明したが、マスク以外の被照射面を照明す� ��ための一般的な照明光学装置に本発明を適� ��することができることは明らかである。
 また、本発明は上述の実施形態に限定され� ��、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の� ��成を取り得ることは勿論である。また、明� ��書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含� ��2007年10月12日付け提出の日本国特願2007-267256 の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用 して本願に組み込まれている。