(57)【要約】【課題】  周方向偏光状態から部分的に崩れた性状を有する部分周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布を形成する。【解決手段】  本発明の照明光学系中の偏光変換ユニット（５）は、第１方向（Ｙ方向）に対向した第１光束（Ｌ１１）および第４光束（Ｌ１２）を第１の偏光状態に変換する第１偏光変換部（５１ａ，５１ｂ）と、第２方向（Ｘ方向）に対向した第２光束（Ｌ１３）および第５光束（Ｌ１４）を第２の偏光状態に変換する第２偏光変換部（５２ａ，５２ｂ）と、第１光束と第２光束との間の第３光束（Ｌ１５）、第１光束と第５光束との間の第６光束（Ｌ１６）、第４光束と第２光束との間の第７光束（Ｌ１７）、第４光束と第５光束との間の第８光束（Ｌ１８）を、偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換する第３偏光変換部（５３ａ，５３ｂ，５３ｃ）とを備えている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束の偏光状態を所定の偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
前記入射光束のうち、第１光束を第１の偏光状態の光束に変換する第１偏光変換部と、
前記入射光束のうち、前記第１光束とは異なる第２光束を第２の偏光状態の光束に変換する第２偏光変換部と、
前記入射光束のうち、前記第１光束と前記第２光束との間に断面を有する第３光束を、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態よりも偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換する第３偏光変換部とを備えていることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項２】
前記第１偏光変換部は、前記第１光束とは異なる第４光束を前記第１の偏光状態の光束に変換し、
前記第２偏光変換部は、前記第２光束とは異なる第５光束を前記第２の偏光状態の光束に変換し、
前記第１光束と前記第４光束とは第１方向に対向した領域に断面を有し、
前記第２光束と前記第５光束とは前記第１方向と直交する第２方向に対向した領域に断面を有することを特徴とする請求項１に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３】
前記第３偏光変換部は、前記第３光束に加えて、前記第１光束と前記第５光束との間に断面を有する第６光束、前記第２光束と前記第４光束との間に断面を有する第７光束、および前記第４光束と前記第５光束との間に断面を有する第８光束のうちの少なくとも１つの光束を、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態よりも偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換することを特徴とする請求項２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４】
前記入射光束は輪帯状の領域内に分布していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５】
前記入射光束は輪帯状の断面を有し、
前記第１偏光変換部は、円弧状の断面を有する前記第１光束および前記第４光束を前記第２方向に偏光した直線偏光状態の光束に変換するように構成され、
前記第２偏光変換部は、円弧状の断面を有する前記第２光束および前記第５光束を前記第１方向に偏光した直線偏光状態の光束に変換するように構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の偏光変換ユニット。
【請求項６】
前記第３偏光変換部は、円弧状の断面を有する前記第３光束に加えて、前記第１光束と前記第５光束との間に円弧状の断面を有する第６光束、前記第２光束と前記第４光束との間に円弧状の断面を有する第７光束、および前記第４光束と前記第５光束との間に円弧状の断面を有する第８光束を、非偏光状態の光束に変換するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の偏光変換ユニット。
【請求項７】
前記第３偏光変換部は、円弧状の断面を有する前記第３光束および前記第６乃至前記第８光束を非偏光状態の光束に変換するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換ユニット。
【請求項８】
前記入射光束は直線偏光であり、
前記第１偏光変換部および前記第２偏光変換部の少なくとも一方は、旋光性を有する光学材料により形成された平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項９】
前記入射光束は直線偏光であり、
前記第１偏光変換部および前記第２偏光変換部の少なくとも一方は、波長板を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１０】
前記第３偏光変換部は、少なくとも１つのデポラライザを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのデポラライザは、複屈折性の結晶材料で形成された偏角プリズムの形態を有することを特徴とする請求項１０に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１２】
前記第３偏光変換部は、複屈折性の結晶材料で形成された第１偏角プリズムと、複屈折性の結晶材料で形成された第２偏角プリズムとを有し、
前記第１偏角プリズムおよび前記第２偏角プリズムは、結晶光学軸が互いに４５度をなすように位置決めされていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１３】
前記入射光束は直線偏光であり、
前記第３偏光変換部は、複屈折性の結晶材料で形成された偏角プリズムと、非複屈折性材料で形成されて前記偏角プリズムによる偏角作用を補正する補正偏角プリズムとを有し、
前記偏角プリズムは、結晶光学軸が前記入射光束の偏光方向に対して４５度をなすように位置決めされていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１４】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系と組み合わせて用いられ、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍に配置されることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１５】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項１６】
前記偏光変換ユニットは、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項１５に記載の照明光学系。
【請求項１７】
前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の照明光学系。
【請求項１８】
前記偏光変換ユニットは、前記照明光学系の照明光路に対して挿脱可能であることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１９】
所定のパターンを照明するための請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２０】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
【請求項２１】
照明光学系を介して所定のパターンを照明する照明工程と、
前記所定のパターンを感光性基板に露光する露光工程とを備え、
前記照明工程は、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍において入射光束の偏光状態を所定の偏光状態に変換して射出する変換工程を含み、
前記変換工程は、前記入射光束のうち、第１光束を第１の偏光状態の光束に変換する第１工程と、前記入射光束のうち、前記第１光束とは異なる第２光束を第２の偏光状態の光束に変換する第２工程と、前記入射光束のうち、前記第１光束と前記第２光束との間に断面を有する第３光束を、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態よりも偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換する第３工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２２】
前記第１工程では、前記第１光束とは異なる第４光束を前記第１の偏光状態の光束に変換し、
前記第２工程は、前記第２光束とは異なる第５光束を前記第２の偏光状態の光束に変換し、
前記第１光束と前記第４光束とは第１方向に対向した領域に断面を有し、
前記第２光束と前記第５光束とは前記第１方向と直交する第２方向に対向した領域に断面を有することを特徴とする請求項２１に記載の露光方法。
【請求項２３】
前記第３工程では、前記第３光束に加えて、前記第１光束と前記第５光束との間に断面を有する第６光束、前記第２光束と前記第４光束との間に断面を有する第７光束、および前記第４光束と前記第５光束との間に断面を有する第８光束のうちの少なくとも１つの光束を、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態よりも偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換することを特徴とする請求項２２に記載の露光方法。
【請求項２４】
前記入射光束は輪帯状の領域内に分布していることを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２５】
前記入射光束は輪帯状の断面を有し、
前記第１工程では、円弧状の断面を有する前記第１光束および前記第４光束を前記第２方向に偏光した直線偏光状態の光束に変換し、
前記第２工程では、円弧状の断面を有する前記第２光束および前記第５光束を前記第１方向に偏光した直線偏光状態の光束に変換し、
前記第３工程では、円弧状の断面を有する前記第３光束および前記第６乃至前記第８光束を非偏光状態の光束に変換することを特徴とする請求項２３に記載の露光方法。
【請求項２６】
請求項１９または２０に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項２７】
請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換ユニット、照明光学系、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学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。二次光源からの光は、コンデンサー光学系により集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ（感光性基板）上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００３】
近年、任意方向の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に輪帯状の二次光源（輪帯状の瞳強度分布）を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／０７６０４５号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロッド型インテグレータのような内面反射型のオプティカルインテグレータを用いる露光装置（以下、「内面反射タイプの露光装置」という）では、オプティカルインテグレータよりも前側において周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布を形成しても、複数回に亘る内面反射の影響により、オプティカルインテグレータよりも後側の照明瞳、とりわけ投影光学系の瞳面に形成される輪帯状の瞳強度分布は周方向偏光状態から部分的に崩れた偏光状態に変化する傾向がある。その結果、内面反射タイプの露光装置においてパターンを所望の線幅でウェハに転写できるように調整されたマスクを、フライアイレンズのような波面分割型のオプティカルインテグレータを用いる露光装置（以下、「波面分割タイプの露光装置」という）に適用すると、パターンの特性に応じてウェハに転写される線幅が変動するという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、周方向偏光状態から部分的に崩れた性状を有する部分周方向偏光状態に設定されて輪帯状の領域内に分布する瞳強度分布を形成することを目的とする。また、本発明は、部分周方向偏光状態に設定されて輪帯状の領域内に分布する瞳強度分布を形成する照明光学系を用いて、内面反射タイプの露光装置用に調整されたマスクのパターンを所望の線幅で感光性基板に転写することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、入射光束の偏光状態を所定の偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
前記入射光束のうち、第１光束を第１の偏光状態の光束に変換する第１偏光変換部と、
前記入射光束のうち、前記第１光束とは異なる第２光束を第２の偏光状態の光束に変換する第２偏光変換部と、
前記入射光束のうち、前記第１光束と前記第２光束との間に断面を有する第３光束を、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態よりも偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換する第３偏光変換部とを備えていることを特徴とする偏光変換ユニットを提供する。
【０００８】
本発明の第２形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された第１形態の偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。
【０００９】
本発明の第３形態では、所定のパターンを照明するための第２形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
本発明の第４形態では、照明光学系を介して所定のパターンを照明する照明工程と、
前記所定のパターンを感光性基板に露光する露光工程とを備え、
前記照明工程は、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍において入射光束の偏光状態を所定の偏光状態に変換して射出する変換工程を含み、
前記変換工程は、前記入射光束のうち、第１光束を第１の偏光状態の光束に変換する第１工程と、前記入射光束のうち、前記第１光束とは異なる第２光束を第２の偏光状態の光束に変換する第２工程と、前記入射光束のうち、前記第１光束と前記第２光束との間に断面を有する第３光束を、前記第１の偏光状態および前記第２の偏光状態よりも偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換する第３工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１１】
本発明の第５形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【００１２】
本発明の第６形態では、第４形態の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様にしたがう照明光学系では、入射光束の偏光状態を所定の偏光状態に変換して射出する偏光変換ユニットの作用により、周方向偏光状態から部分的に崩れた性状、例えば内面反射タイプの露光装置においてオプティカルインテグレータよりも後側の照明瞳に形成される輪帯状の瞳強度分布と類似した性状を有する部分周方向偏光状態に設定されて輪帯状の領域内に分布する瞳強度分布を形成することができる。
【００１４】
また、本発明の一態様にしたがう露光装置では、周方向偏光状態から部分的に崩れた性状、すなわち内面反射タイプの露光装置における偏光状態と類似の性状を有する部分周方向偏光状態に設定されて輪帯状の領域内に分布する瞳強度分布が形成されるので、内面反射タイプの露光装置用に調整されたマスクを使用しても、パターンを感光性基板に所望の線幅で転写することができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】アフォーカルレンズの瞳面に輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。
【図３】本実施形態の偏光変換ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図４】図３の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図５】水晶の旋光性について説明する図である。
【図６】マイクロフライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成される輪帯状の光強度分布を示す図である。
【図７】マイクロフライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成されて輪帯状の領域内に分布する複数極状の光強度分布を示す図である。
【図８】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図９】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの露光面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１７】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳ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や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源ＬＳから射出された光束は、整形光学系１、偏光状態切換部２、および回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ４に入射する。整形光学系１は、光源ＬＳからのほぼ平行な光束を所定の矩形状の断面を有する光束に変換して偏光状態切換部２へ導く機能を有する。
【００１８】
偏光状態切換部２は、光源側から順に、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１／４波長板２ａと、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方向を変化させる１／２波長板２ｂと、照明光路に対して挿脱自在なデポラライザ（非偏光化素子）２ｃとを備えている。偏光状態切換部２は、デポラライザ２ｃを照明光路から退避させた状態で、光源ＬＳからの光を所望の偏光方向を有する直線偏光の光に変換して回折光学素子３へ入射させる機能を有し、デポラライザ２ｃを照明光路中に設定した状態で、光源ＬＳからの光を実質的に非偏光の光に変換して回折光学素子３へ入射させる機能を有する。
【００１９】
アフォーカルレンズ４は、その前側焦点位置と回折光学素子３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ＩＰの位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。回折光学素子３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。以下、説明を簡単にするために、回折光学素子３は、輪帯照明用の回折光学素子であるものとする。
【００２０】
輪帯照明用の回折光学素子３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（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３に入射したほぼ平行光束は、図２に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に輪帯状の光強度分布２１を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中において、その瞳位置またはその近傍には、偏光変換ユニット５および円錐アキシコン系６が配置されている。偏光変換ユニット５の具体的な構成および作用については後述する。また、円錐アキシコン系６の構成および作用についても後述する。
【００２１】
アフォーカルレンズ４を介した光は、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ７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）８に入射する。マイクロフライアイレンズ８は、例えば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って、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ている。
【００２２】
マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロフライアイレンズ８として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号公報に開示されている。
【００２３】
所定面ＩＰの位置はズームレンズ７の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面ＩＰとマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とマイクロフライアイレンズ８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８の入射面上には、アフォーカルレンズ４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７の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ８に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置には、マイクロフライアイレンズ８の入射面に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（瞳強度分布）が形成される。
【００２５】
マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍には、必要に応じて、輪帯状の二次光源に対応した輪帯状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り９が配置されている。照明開口絞り９は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞り９は、投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。
【００２６】
マイクロフライアイレンズ８および照明開口絞り９を経た光は、コンデンサー光学系１０を介して、マスクブラインド１１を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１１には、マイクロフライアイレンズ８の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１１の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとからなる結像光学系１２を介して、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。すなわち、結像光学系１２は、マスクブラインド１１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。
【００２７】
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには、転写すべきパターンが形成されている。マスクＭのパターンを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。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】
円錐アキシコン系６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６ａ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６ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂ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６ａおよび第２プリズム部材６ｂ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６ａと第２プリズム部材６ｂとの間隔が可変に構成されている。
【００２９】
ここで、第１プリズム部材６ａと第２プリズム部材６ｂとが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系６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６ａと第２プリズム部材６ｂ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。
【００３０】
ズームレンズ７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７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７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００３１】
本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ８により形成される二次光源を光源として、照明光学系（１〜１２）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（１〜１２）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。
【００３２】
なお、瞳強度分布とは、照明光学系（１〜１２）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ８による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ８の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ８の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。すなわち、マイクロフライアイレンズ８の入射面と光学的に共役な面であるアフォーカルレンズ４の瞳面も照明瞳面と呼ぶことができる。
【００３３】
輪帯照明用の回折光学素子３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（不図示）を照明光路中に設定することによって、複数極照明を行うことができる。複数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、ファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数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８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の所定形状（円弧状、円形状など）の照野からなる複数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８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複数極状の二次光源が形成される。
【００３４】
また、輪帯照明用の回折光学素子３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８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面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。また、輪帯照明用の回折光学素子３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。回折光学素子３の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。
【００３５】
本実施形態では、輪帯照明に際して、偏光状態切換部２の作用により、Ｙ方向に偏光した直線偏光の光が偏光変換ユニット５に入射する。偏光変換ユニット５は、図３および図４に示すように、基盤５０と、基盤５０に取り付けられた４つの扇形状の旋光素子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂと、基盤５０に取り付けられた３つのプリズム組立体５３ａ，５３ｂ，５３ｃとを備えている。基盤５０は、例えば光軸ＡＸを中心とする円形状の外形形状を有し、石英または蛍石のような光学材料により形成された平行平面板の形態を有する。
【００３６】
各旋光素子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは、例えば光軸ＡＸを中心とする円を４等分して得られる扇形状の外形形状を有し、且つ水晶のような旋光性を有する光学材料により形成された平行平面板の形態を有する。各プリズム組立体５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、デポラライザ（偏光解消素子）として機能する一対の偏角プリズム５３ａａ，５３ａｂ；５３ｂａ，５３ｂｂ；５３ｃａ，５３ｃｂにより構成されている。各偏角プリズムは例えば複屈折性の結晶材料である水晶により形成され、且つ互いに対向する一対の偏角プリズム５３ａａと５３ａｂ、５３ｂａと５３ｂｂ、５３ｃａと５３ｃｂとは相補的な形状を有する。
【００３７】
第１プリズム組立体５３ａは、光軸ＡＸを通って＋Ｘ軸および＋Ｙ軸と４５度をなす直線に沿って基盤５０の外周の一端近傍から他端近傍まで延びるように配置されている。第２プリズム組立体５３ｂは、光軸ＡＸを通って＋Ｘ軸および−Ｙ軸と４５度をなす直線に沿って第１プリズム組立体５３ａの外周近傍から基盤５０の外周近傍まで延びるように配置されている。第３プリズム組立体５３ｃは、光軸ＡＸを通って−Ｘ軸および＋Ｙ軸と４５度をなす直線に沿って第１プリズム組立体５３ａの外周近傍から基盤５０の外周近傍まで延びるように配置されている。
【００３８】
第１旋光素子５１ａと第２旋光素子５１ｂとは光軸ＡＸを挟んでＹ方向に対向するように配置され、第３旋光素子５２ａと第２旋光素子５２ｂとは光軸ＡＸを挟んでＸ方向に対向するように配置されている。具体的に、第１旋光素子５１ａは、第１プリズム組立体５３ａの−Ｙ方向側（ひいては−Ｘ方向側）の部分の外周および第２プリズム組立体５３ｂの外周とほぼ接するように配置されている。第２旋光素子５１ｂは、第１プリズム組立体５３ａの＋Ｙ方向側（ひいては＋Ｘ方向側）の部分の外周および第３プリズム組立体５３ｃの外周とほぼ接するように配置されている。
【００３９】
第３旋光素子５２ａは、第１プリズム組立体５３ａの＋Ｙ方向側の部分の外周および第２プリズム組立体５３ｂの外周とほぼ接するように配置されている。第４旋光素子５２ｂは、第１プリズム組立体５３ａの−Ｙ方向側の部分の外周および第３プリズム組立体５３ｃの外周とほぼ接するように配置されている。そして、各旋光素子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂは、その結晶光学軸がＺ方向に延びるように（光軸ＡＸと平行に延びるように）、すなわち入射光の進行方向とほぼ一致するように設定されている。また、光軸ＡＸを挟んでＹ方向に対向する一対の旋光素子５１ａと５１ｂとは互いに同じ厚さを有し、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に対向する一対の旋光素子５２ａと５２ｂとは互いに同じ厚さを有する。
【００４０】
以下、図５を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図５を参照すると、厚さｄの水晶からなる平行平面板状の光学部材１００が、その結晶光学軸と光軸ＡＸとが一致するように配置されている。この場合、光学部材１００の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸ＡＸ廻りにθだけ回転した状態で射出される。このとき、光学部材１００の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材１００の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（ａ）で表わされる。
θ＝ｄ・ρ    （ａ）
【００４１】
一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性（使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質：旋光分散）があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第１６７頁の記述によれば、２５０．３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、１５３．９度／ｍｍである。
【００４２】
本実施形態において、旋光素子５１ａおよび５１ｂ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が設定されている。したがって、図３に示す輪帯状の光強度分布（図３中破線で示す）２１を形成する光束のうち、一対の旋光素子５１ａおよび５１ｂの旋光作用を受けた第１光束Ｌ１１および第４光束Ｌ１２の偏光方向はＸ方向になる。
【００４３】
旋光素子５２ａおよび５２ｂ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が設定されている。したがって、図３に示す輪帯状の光強度分布２１を形成する光束のうち、一対の旋光素子５２ａおよび５２ｂの旋光作用を受けた第２光束Ｌ１３および第５光束Ｌ１４の偏光方向はＹ方向になる。
【００４４】
各プリズム組立体５３ａ，５３ｂ，５３ｃでは、互いに対向する一対の偏角プリズム５３ａａと５３ａｂ、５３ｂａと５３ｂｂ、５３ｃａと５３ｃｂとにおいて、その結晶光学軸がＸＹ平面に沿って互いに４５度をなすように配置されている。したがって、図３に示す輪帯状の光強度分布２１を形成する光束のうち、第２プリズム組立体５３ｂの作用を受けた第３光束Ｌ１５、第１プリズム組立体５３ａの−Ｙ方向側の部分の作用を受けた第６光束Ｌ１６、第１プリズム組立体５３ａの＋Ｙ方向側の部分の作用を受けた第７光束Ｌ１７、および第２プリズム組立体５３ｂの作用を受けた第８光束Ｌ１８は、入射光の偏光状態にかかわらず実質的に非偏光状態の光束になる。
【００４５】
こうして、本実施形態において回折光学素子３および偏光変換ユニット５の作用を受けた光は、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、図６に示すように周方向偏光状態から部分的に崩れた性状を有する部分周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布２２を形成する。輪帯状の瞳強度分布２２において、光軸ＡＸを挟んでＹ方向に対向する一対の円弧状の断面を有する第１光束Ｌ２１および第４光束Ｌ２２は、偏光変換ユニット５の一対の旋光素子５１ａ，５１ｂを経た光束Ｌ１１，Ｌ１２に対応しており、Ｘ方向に偏光した直線偏光状態である。
【００４６】
光軸ＡＸを挟んでＸ方向に対向する一対の円弧状の断面を有する第２光束Ｌ２３および第５光束Ｌ２４は、偏光変換ユニット５の一対の旋光素子５２ａ，５２ｂを経た光束Ｌ１３，Ｌ１４に対応しており、Ｙ方向に偏光した直線偏光状態である。第１光束Ｌ２１と第２光束Ｌ２３との間の第３光束Ｌ２５、第１光束Ｌ２１と第５光束Ｌ２４との間の第６光束Ｌ２６、第４光束Ｌ２２と第２光束Ｌ２３との間の第７光束Ｌ２７、および第４光束Ｌ２２と第５光束Ｌ２４との間の第８光束Ｌ２８は、偏光変換ユニット５のプリズム組立体５３ａ，５３ｂ，５３ｃを経た光束Ｌ１５〜Ｌ１８に対応しており、実質的に非偏光状態である。
【００４７】
前述したように、ロッド型インテグレータのような内面反射型のオプティカルインテグレータを用いる内面反射タイプの露光装置では、オプティカルインテグレータよりも前側において所望の周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布を形成しても、複数回に亘る内面反射の影響により、オプティカルインテグレータよりも後側の照明瞳、とりわけ投影光学系の瞳面に形成される輪帯状の瞳強度分布は周方向偏光状態から部分的に崩れた偏光状態に変化する傾向がある。
【００４８】
具体的には、矩形状の断面を有するロッド型インテグレータを用いる場合、輪帯状の瞳強度分布において矩形状の断面の縦方向に間隔を隔てて対向する一対の領域（例えば図６の光束Ｌ２１，Ｌ２２に対応）の偏光状態および矩形状の断面の横方向に間隔を隔てて対向する一対の領域（例えば図６の光束Ｌ２３，Ｌ２４に対応）の偏光状態は、複数回に亘る内面反射の影響をあまり受けることなく、所要の直線偏光状態がほぼ維持される。しかしながら、輪帯状の瞳強度分布において矩形状の断面の対角線方向に間隔を隔てて対向する４つの領域（例えば図６の光束Ｌ２５〜Ｌ２８に対応）の偏光状態は、複数回に亘る内面反射の影響を受けて、直線偏光状態よりも偏光度のかなり低い偏光状態に変化する傾向がある。
【００４９】
ちなみに、偏光度Ｖは、次の式（ｂ）により表わされる。式（ｂ）において、Ｓ0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。
Ｖ＝（Ｓ12＋Ｓ22＋Ｓ32）1/2／Ｓ0    （ｂ）
【００５０】
その結果、内面反射タイプの露光装置においてパターンを所望の線幅で転写できるように調整されたマスクを、本実施形態のように波面分割型のオプティカルインテグレータを用いる波面分割タイプの露光装置に適用すると、パターンの特性に応じて線幅が変動するという不都合があった。具体的には、内面反射タイプの露光装置用に調整されたマスクのパターンのうち、例えばライン部とスペース部とのピッチ方向の寸法（幅寸法）が互いにほぼ等しいパターンを所望の線幅で転写できるように、波面分割タイプの露光装置において照明条件を設定すると、ライン部の幅寸法に比してスペース部の幅寸法のかなり大きいパターン、すなわち孤立パターンに近いパターンを所望の線幅で転写することができなくなる。逆に、孤立パターンに近いパターンを所望の線幅で転写できるように照明条件を設定すると、例えばライン部の幅寸法とスペース部の幅寸法とが互いにほぼ等しいパターンを所望の線幅で転写することができなくなる。
【００５１】
本実施形態の照明光学系（１〜１２）では、回折光学素子３および偏光変換ユニット５の作用により、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に（ひいては投影光学系ＰＬの瞳面に）、図６に示すように周方向偏光状態から部分的に崩れた性状を有する部分周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布２２を積極的に形成することができる。輪帯状の瞳強度分布２２では、内面反射タイプの露光装置においてオプティカルインテグレータよりも後側の照明瞳に形成される輪帯状の瞳強度分布と同様に、光軸ＡＸを挟んでＹ方向およびＸ方向に対向する４つの領域の光束（図６の光束Ｌ２１〜Ｌ２４に対応）は周方向偏光状態であり、他の４つの領域の光束（図６の光束Ｌ２５〜Ｌ２８に対応）は偏光度が０に近いほぼ非偏光状態である。
【００５２】
したがって、本実施形態の露光装置（１〜ＷＳ）では、内面反射タイプの露光装置用に調整されたマスクを使用しても、照明光学系（１〜１２）がマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、周方向偏光状態から部分的に崩れた性状、すなわち内面反射タイプの露光装置における偏光状態と類似の性状を有する部分周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布２２を形成するので、パターンの特性にかかわらずウェハＷ上に所望の線幅で転写することができる。
【００５３】
本実施形態の露光装置（１〜ＷＳ）において、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成された輪帯状の瞳強度分布２２のうち、光軸ＡＸを挟んでＹ方向およびＸ方向に対向する４つの領域の光束（図６の光束Ｌ２１〜Ｌ２４に対応）の偏光状態は、マイクロフライアイレンズ８よりも後側に配置された光学部材の影響をあまり受けることなく維持される。これに対し、輪帯状の瞳強度分布２２のうち、図６中光軸ＡＸを挟んで斜め方向に対向する４つの領域の光束（図６の光束Ｌ２５〜Ｌ２８に対応）の偏光状態は、マイクロフライアイレンズ８よりも後側に配置された光学部材の悪影響を受けて変化し易い。この傾向は、内面反射型のオプティカルインテグレータを用いる場合においても同様である。
【００５４】
本実施形態では、偏光変換ユニット５中のプリズム組立体５３ａ〜５３ｃの作用により、輪帯状の瞳強度分布２２において図６中光軸ＡＸを挟んで斜め方向に対向する４つの領域の光束（図６の光束Ｌ２５〜Ｌ２８に対応）を積極的に非偏光化している。非偏光化された光束は、複数の光学部材を経ても偏光状態が変化しにくい。したがって、本実施形態の露光装置（１〜ＷＳ）では、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に形成された輪帯状の瞳強度分布２２とほぼ同じ偏光状態の瞳強度分布を投影光学系ＰＬの瞳位置に安定的に形成することができる。
【００５５】
一般に、周方向偏光状態の輪帯状の瞳強度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。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：ウェハの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。その結果、周方向偏光輪帯照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ（感光性基板）上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。
【００５６】
なお、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５において、一対の旋光素子５１ａおよび５１ｂが、入射光束のうち、Ｙ方向（第１方向）に対向した領域に断面を有する第１光束Ｌ１１および第４光束Ｌ１２をＸ方向に偏光した直線偏光状態（第１の偏光状態）の光束に変換する第１偏光変換部を構成している。また、一対の旋光素子５２ａおよび５２ｂは、入射光束のうち、Ｙ方向と直交するＸ方向（第２方向）に対向した領域に断面を有する第２光束Ｌ１３および第５光束Ｌ１４をＹ方向に偏光した直線偏光状態（第２の偏光状態）の光束に変換する第２偏光変換部を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、第１偏光変換部および第２偏光変換部のうちの少なくとも一方を、１／２波長板により構成することもできる。
【００５７】
また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５において、各プリズム組立体５３ａ〜５３ｃがデポラライザとして機能する一対の偏角プリズム５３ａａ，５３ａｂ；５３ｂａ，５３ｂｂ；５３ｃａ，５３ｃｂにより構成されている。換言すれば、各プリズム組立体５３ａ〜５３ｃは、複屈折性の結晶材料で形成された第１偏角プリズム５３ａａ，５３ｂａ，５３ｃａと、複屈折性の結晶材料で形成された第２偏角プリズム５３ａｂ，５３ｂｂ，５３ｃｂとを有し、第１偏角プリズム５３ａａ，５３ｂａ，５３ｃａおよび第２偏角プリズム５３ａｂ，５３ｂｂ，５３ｃｂは結晶光学軸が互いに４５度をなすように位置決めされている。
【００５８】
しかしながら、これに限定されることなく、複屈折性の結晶材料で形成されてデポラライザとして機能する偏角プリズムと、非複屈折性材料で形成されて偏角プリズムによる偏角作用を補正する補正偏角プリズムとによりプリズム組立体を形成し、偏角プリズムの結晶光学軸を入射光束の偏光方向に対して４５度をなすように位置決めすることにより、各プリズム組立体５３ａ〜５３ｃと同様の非偏光化作用を発揮するプリズム組立体を実現することができる。
【００５９】
また、上述の実施形態では、デポラライザとして機能する偏角プリズムが水晶により形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばフッ化マグネシウムや方解石のような複屈折性の結晶材料を用いて偏角プリズムを形成することもできる。このような偏角プリズムを用いたデポラライザ（少なくとも一方が複屈折材料の２つの偏角プリズムからなるハンル・デポラライザ（Hanle depolarizer）や、速軸が逆方向に向けられた複屈折材料の２つの偏角プリズムからなるコルニュ・デポラライザ（Cornu depolarizer））には限定されず、厚みの比が２：１の複屈折材料の２つの平行波長板から成るライオット・デポラライザ（Lyot depolarizer）などの複数の複屈折材料の平行平面板を組み合わせたデポラライザや、半波長板（１／４波長板）と半波長板を回転させる手段とを含むアクティブ・デポラライザを用いても良い。また、速軸が平面内でランダムな向きに向けられるように配置された多数の複屈折材料の結晶チップ（例えば１／４波長板）から製作されるデポラライザを用いても良い。
【００６０】
上述のような複屈折性の結晶材料を用いる代わりに、非複屈折性の材料に外部応力を作用させることによって得られた複屈折性材料や、光学部材の表面に形成された入射光の波長よりも細かい微細構造が有する光学的異方性（構造複屈折性）を利用した偏光解消作用を持つ微細構造素子などを用いることもできる。ここでは、米国特許第４，１９８，１２３号公報、米国特許第５，０２８，１３４号公報、米国特許第６，４９８，８６９号公報、米国特許第７，０９９，０８１号公報、米国特許出願公開第２００７／００１４５０４号公報の教示を参照として援用する。
【００６１】
また、上述の実施形態では、旋光素子が水晶により形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて旋光素子を形成することもできる。
【００６２】
また、上述の実施形態では、アフォーカルレンズ４の光路中においてマイクロフライアイレンズ８の入射面と光学的に共役な位置の照明瞳またはその近傍に偏光変換ユニット５を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面の照明瞳またはその近傍に偏光変換ユニット５を配置することもできる。また、マイクロフライアイレンズ８よりも後側の別の照明瞳またはその近傍、例えば結像光学系１２の前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとの間の照明瞳またはその近傍に、偏光変換ユニット５を配置することもできる。
【００６３】
また、この偏光変換ユニット５を照明光学系の照明光路に対して挿脱可能に設け、必要に応じて照明光路内に位置させる構成であっても良い。また、この偏光変換ユニット５は照明光学系の光軸または当該光軸に平行な軸廻りに回転可能であっても良い。
【００６４】
また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５が有する第１および第２偏光変換部と見なすことができる旋光素子５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂの形状を扇形状としているが、扇形状には限定されず、たとえば輪帯形状や台形状であっても良い。
【００６５】
また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５が有する第３偏光変換部と見なすことができるプリズム組立体５３ａ，５３ｂ，５３ｃを、光軸方向（光入射（射出）方向）から見たときに全体としてＸ字状に配列しているが、この配列には限定されず、Ｘ字状から光軸周辺部分を切り欠いた形状であっても良い。また、上述の実施形態では、第１光束Ｌ１１、第４光束Ｌ１２、第２光束Ｌ１３および第５光束Ｌ１４の間の全てに偏光解消素子としてのプリズム組立体５３ａ，５３ｂ，５３ｃを設けているが、少なくとも第１光束Ｌ１１と第２光束Ｌ１３との間に断面を持つ第３光束Ｌ１５の位置に偏光解消素子としてプリズム組立体が配置されていれば良い。また、第３偏光変換部と見なすことができるプリズム組立体を、光軸方向（光入射（射出）方向）から見たときに全体として＊字状や、米字状に配列しても良い。すなわち、第３偏光変換部を構成するプリズム組立体の配列本数は２本には限定されない。
【００６６】
以上のように、偏光変換ユニットの具体的な構成については様々な形態が可能である。一般に、本発明の偏光変換ユニットは、入射光束のうち、第１光束を第１の偏光状態の光束に変換する第１偏光変換部と、入射光束のうち、第１光束とは異なる第２光束を第２の偏光状態の光束に変換する第２偏光変換部と、入射光束のうち、第１光束と第２光束との間に断面を有する第３光束を、第１の偏光状態および第２の偏光状態よりも偏光度の低い第３の偏光状態の光束に変換する第３偏光変換部とを備えていることが重要である。
【００６７】
また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５に入射する入射光束として、輪帯状の断面を有する光束を用いているが、これに限定されずに、輪帯状の領域内に分布する１つまたは複数の光束を入射光束として用いることができる。このとき、照明光学系の光軸に垂直な面内に上記輪帯状の領域を設定することができる。また、上記光軸またはこの光軸と平行な軸線を上記輪帯状の領域の中心に設定することができる。このような輪帯状の領域内に分布する１つまたは複数の光束としては、たとえば輪帯状の光束、４極状の光束や８極状の光束などの複数極状の光束を用いることができる。
【００６８】
４極状の光束を用いる場合には、これらの４つの光束を第３光束、第６光束、第７光束および第８光束と見なすことができる。図７（ａ）はこれら４つの光束によって形成される４極状の瞳強度分布３２を示している。この４極状の瞳強度分布３２において、第３光束Ｌ３５、第６光束Ｌ３６、第７光束Ｌ３７、および第８光束Ｌ３８は、光軸ＡＸを中心とする輪帯状の領域内に位置している。ここで、第３光束Ｌ３５は偏光変換ユニット５のプリズム組立体５３ｂを経た光束に対応しており、第６光束Ｌ３６および第７光束Ｌ３７はプリズム組立体５３ａを経た光束に対応しており、第８光束Ｌ３８はプリズム組立体５３ｃを経た光束に対応しており、これらの光束Ｌ３５〜Ｌ３８は実質的に非偏光状態である。
【００６９】
また、８極状の光束を用いる場合には、これらの８つの光束を第１乃至第８光束と見なすことができる。図７（ｂ）はこれら８つの光束によって形成される８極状の瞳強度分布４２を示している。この８極状の瞳強度分布４２において、第１光束Ｌ４１〜第８光束Ｌ４８は、光軸ＡＸを中心とする輪帯状の領域内に位置している。この８極状の瞳強度分布４２において、光軸ＡＸを挟んでＹ方向に対向する一対の楕円状の断面を有する第１光束Ｌ４１および第４光束Ｌ４２は、偏光変換ユニット５の一対の旋光素子５１ａ，５１ｂを経た光束に対応しており、Ｘ方向に偏光した直線偏光状態である。
【００７０】
光軸ＡＸを挟んでＸ方向に対向する一対の楕円状の断面を有する第２光束Ｌ４３および第５光束Ｌ４４は、偏光変換ユニット５の一対の旋光素子５２ａ，５２ｂを経た光束に対応しており、Ｙ方向に偏光した直線偏光状態である。第１光束Ｌ４１と第２光束Ｌ４３との間の第３光束Ｌ４５、第１光束Ｌ４１と第５光束Ｌ４４との間の第６光束Ｌ４６、第４光束Ｌ４２と第２光束Ｌ４３との間の第７光束Ｌ４７、および第４光束Ｌ４２と第５光束Ｌ４４との間の第８光束Ｌ４８は、偏光変換ユニット５のプリズム組立体５３ａ，５３ｂ，５３ｃを経た光束に対応しており、実質的に非偏光状態である。
【００７１】
このように複数極状の光束を用いる場合、それぞれの光束の断面形状は、円弧形状であっても良いし円形状であっても良い。このような１つまたは複数の光束は、上述の回折光学素子によって生成することができる。
【００７２】
また、上述の実施形態において、内面反射型のオプティカルインテグレータに起因して、輪帯状の瞳強度分布において矩形状の断面の縦方向に間隔を隔てて対向する一対の領域（たとえば図６の光束Ｌ２１，Ｌ２２に対応）の偏光状態および矩形状の断面の横方向に間隔を隔てて対向する一対の領域（たとえば図６の光束Ｌ２３，Ｌ２４に対応）の偏光状態の偏光度も低下してしまうような場合には、上述の偏光状態切換部２を制御して瞳強度分布における上記２組の一対の領域の偏光度を低下させても良い。
【００７３】
また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ８を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ（典型的にはロッド型インテグレータ）を用いても良い。この場合、ズームレンズ７の後側にその前側焦点位置がズームレンズ７の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその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。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が照明視野絞り１１の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系１２内の、投影光学系ＰＬの開口絞りの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。
【００７４】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【００７５】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図８は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図８に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。
【００７６】
ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。
【００７７】
図９は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図９に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルター形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。
【００７８】
ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００７９】
ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。
【００８０】
ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００８１】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００８２】
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）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００８３】
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、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【００８４】
また、上述の実施形態において、回折光学素子３に代えて、或いは加えて、たとえばアレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小な要素ミラーにより構成されて入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換する空間光変調素子を用いても良い。このような空間光変調素子を用いた照明光学系は、例えば特開２００２−３５３１０５号公報に開示されている。
【００８５】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【００８６】
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００８７】
２  偏光状態切換部
３  回折光学素子
４  アフォーカルレンズ
５  偏光変換ユニット
５０  基盤
５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ  旋光素子
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ  プリズム組立体
５３ａａ，５３ａｂ，５３ｂａ，５３ｂｂ，５３ｃａ，５３ｃｂ  偏角プリズム
６  円錐アキシコン系
７  ズームレンズ
８  マイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）
１０  コンデンサー光学系
１１  マスクブラインド
１２  結像光学系
ＬＳ  光源
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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