(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  入射光束に基づいて所定面に所定の光強度分布を形成するための光束変換素子は、所定の偏光状態を有する入射光束を第１の偏光状態を有する射出光束に変換する第１の構造性複屈折領域と；所定の偏光状態を有する入射光束を前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する射出光束に変換する第２の構造性複屈折領域と；前記第１の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第１の領域へ導く第１手段と；前記第２の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第２の領域へ導く第２手段と；を備える。【選択図】  図１
2006196715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束に基づいて所定面に所定の光強度分布を形成するための光束変換素子において、
所定の偏光状態を有する入射光束を第１の偏光状態を有する射出光束に変換する第１の構造性複屈折領域と、
所定の偏光状態を有する入射光束を前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する射出光束に変換する第２の構造性複屈折領域と、
前記第１の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第１の領域へ導く第１手段と、
前記第２の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第２の領域へ導く第２手段とを備えることを特徴とする光束変換素子。
【請求項２】
前記第１の領域および前記第２の領域は、前記所定面における所定点を中心とする所定の輪帯領域である所定輪帯領域の少なくとも一部に位置決めされ、
前記第１の領域および前記第２の領域を通過する光束は、前記所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を有することを特徴とする請求項１に記載の光束変換素子。
【請求項３】
前記所定の光強度分布は、前記所定輪帯領域とほぼ同一形状の外形を有し、
前記第１の領域を通過する光束の偏光状態は、前記第１の領域の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、
前記第２の領域を通過する光束の偏光状態は、前記第２の領域の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することを特徴とする請求項２に記載の光束変換素子。
【請求項４】
前記所定の光強度分布は、前記所定輪帯領域内に分布する多極状であり、
前記第１の領域を通過する光束の偏光状態は、前記第１の領域の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有し、
前記第２の領域を通過する光束の偏光状態は、前記第２の領域の円周方向に沿った中心位置における前記所定点を中心とする円の接線方向とほぼ一致した直線偏光成分を有することを特徴とする請求項２に記載の光束変換素子。
【請求項５】
前記第１手段および前記第２手段は、回折光学素子または屈折光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の光束変換素子。
【請求項６】
前記第１手段と前記第１の構造性複屈折領域とは一対一対応して設けられ、前記第２手段と前記第２の構造性複屈折領域とは一対一対応して設けられることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の光束変換素子。
【請求項７】
前記第１および第２の構造性複屈折領域と、前記第１および第２手段とは別の光学部材上に形成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光束変換素子。
【請求項８】
前記第１および第２の構造性複屈折領域と、前記第１および第２手段とは同じ光学部材上に形成されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の光束変換素子。
【請求項９】
前記第１手段は前記第１の構造性複屈折領域に形成され、前記第２手段は前記第２の構造性複屈折領域に形成されることを特徴とする請求項８に記載の光束変換素子。
【請求項１０】
前記第１の構造性複屈折領域と前記第２の構造性複屈折領域とは同じ基板上の異なる領域に一体的に形成されることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の光束変換素子。
【請求項１１】
所定の偏光状態を有する入射光束を前記第１および第２の偏光状態とは異なる第３の偏光状態を有する射出光束に変換する第３の構造性複屈折領域と、
所定の偏光状態を有する入射光束を前記第１乃至第３の偏光状態とは異なる第４の偏光状態を有する射出光束に変換する第４の構造性複屈折領域と、
前記第３の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第３の領域へ導く第３手段と、
前記第４の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第３の領域へ導く第４手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光束変換素子。
【請求項１２】
前記第１乃至第４の構造性複屈折領域は同じ基板上の異なる領域に一体的に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の光束変換素子。
【請求項１３】
光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の照明瞳またはその近傍に照明瞳分布を形成するために前記光源からの光束を変換するための請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光束変換素子を備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１４】
前記光束変換素子は、特性の異なる他の光束変換素子と交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記光束変換素子と前記被照射面との間の光路中に配置された波面分割型のオプティカルインテグレータをさらに備え、
前記光束変換素子は、入射光束に基づいて前記オプティカルインテグレータの入射面に前記所定の光強度分布を形成することを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記光束変換素子からの光束の偏光状態を、前記被照射面に照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
所定のパターンを照明するための請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
前記光束変換素子からの光束の偏光状態を、前記感光性基板に照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
【請求項１９】
請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２０】
前記光束変換素子からの光束の偏光状態を、前記感光性基板に照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態となるように設定することを特徴とする請求項１９に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束変換素子、照明光学装置、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、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスや、液晶表示素子等の表示デバイスをリソグラフィー工程で製造する際に使用される露光装置に好適な照明光学装置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（一般には、照明光学装置の照明瞳またはその近傍に形成される照明瞳分布）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均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
たとえば本出願人の出願にかかる特許第３２４６６１５号公報には、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に輪帯状の二次光源を形成し、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開示されている。
【特許文献１】特許第３２４６６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の公報に開示された従来技術では、フライアイレンズを介して形成された円形状の光束を輪帯状の開口部を有する開口絞りを介して制限することにより輪帯状の二次光源を形成している。その結果、従来技術では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生し、ひいては露光装置のスループットが低下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、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を目的とする。また、本発明は、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して、適切な照明条件のもとで任意方向の微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写する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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明にかかる光束変換素子は、入射光束に基づいて所定面に所定の光強度分布を形成するための光束変換素子であって、
所定の偏光状態を有する入射光束を第１の偏光状態を有する射出光束に変換する第１の構造性複屈折領域と、
所定の偏光状態を有する入射光束を前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態を有する射出光束に変換する第２の構造性複屈折領域と、
前記第１の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第１の領域へ導く第１手段と、
前記第２の構造性複屈折領域に対応して設けられて、前記入射光束を前記所定面上の第２の領域へ導く第２手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、上述の目的を達成するために、本発明にかかる照明光学装置は、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置であって、
前記照明光学装置の照明瞳またはその近傍に照明瞳分布を形成するために前記光源からの光束を変換するための上述の光束変換素子を備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、上述の目的を達成するために、本発明にかかる露光装置は、所定のパターンを照明するための上述の照明光学装置を備え、前記所定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。
【００１０】
また、上述の目的を達成するために、本発明にかかる露光装置方法は、上述の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照明光学装置では、開口絞りにおいて大きな光量損失が発生する従来技術とは異なり、構造性複屈折領域の移相作用と光偏向作用とを用いて、光量損失を実質的に発生させることなく、周方向偏光状態の輪帯状または多極状の照明瞳分布を形成することができる。すなわち、本発明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または多極状の照明瞳分布を形成することができる。
【００１２】
また、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、光量損失を良好に抑えつつ周方向偏光状態の輪帯状または多極状の照明瞳分布を形成することのできる照明光学装置を用いているので、適切な照明条件のもとで任意方向の微細パターンを忠実に且つ高スループットで転写することができ、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造すること
ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明にかかる実施形態の概要について説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる光束変換素子の構成を概略的に示す図であり、図１（ａ）は本実施形態にかかる光束変換素子を光束の入射側から見た平面図、図１（ｂ）は本実施形態にかかる光束変換素子を光束の射出側から見た平面図、図１（ｃ）は本実施形態にかかる光束変換素子の側面図である。
【００１４】
図１（ａ）に示す通り、本実施形態にかかる光束変換素子１００は、２次元マトリックス状に配置された複数の構造複屈折領域１１０をその入射側に備えている。そして、図１（ｂ）に示す通り、本実施形態にかかる光束変換素子１００は、入射側に設けられた複数の構造複屈折領域１１０のそれぞれに一対一対応でその射出側に設けられた複数の回折領域１２０を備えている。これらの複数の回折領域１２０も２次元マトリックス状に配列されている。また、図１（ｃ）に示す通り、複数の構造複屈折領域１１０と複数の回折領域１２０とは、光束変換素子１００の基板１３０の両面に設けられている。
【００１５】
次に、光束変換素子１００の射出側に設けられた複数の回折領域１２０の作用について、図２を参照して説明する。なお、以下の説明においては説明を簡単にするために、構造複屈折領域１１０の作用を無視している。図２において、光束変換素子１００への入射ビーム１４０は、好ましくはほぼコリメートされた光束（ほぼ平行光束）であり、複数の回折領域１２０の全体を照射する。各々の回折領域１２０は、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）に位置する所定面１５０上に所定形状（図２では矩形状）の照射領域を重畳的に形成する。この光束の重畳により、所定面１５０上に形成される照射領域の光強度分布はほぼ均一なものとなる。なお、図２では、所定面１５０上に形成される照射領域の形状を矩形状としたが、必要に応じて、輪帯形状、多極形状、円形状とすることができる。このような回折領域の詳細は、例えば米国特許第５，８５０，３００号公報（及びそれに対応する特開平８−９４８３９号公報並びに特表２００１−５０７１３９号公報）や、米国特許第６，０７５，６２７号公報（及びそれに対応する特表２００３−５２９７８４号公報）を参照することができる。このように、本実施形態の複数の回折領域１２０は、波面分割型のオプティカルインテグレータと同様の機能を有している。
【００１６】
次に、図３及び図４を参照して、構造複屈折領域１１０の作用について説明する。ここで、図３は構造複屈折の原理を説明する原理図であり、図４は、構造複屈折領域１１０の作用を説明するための概略図である。
【００１７】
本実施形態の光束変換素子１００では、構造複屈折によって入射光に移相作用を与えている。図３は、光束変換素子１００上の構造複屈折領域１１０の一部を概略的に示す図である。この構造複屈折領域１１０は、基板１３０上に形成された位相型の回折格子１１１を備えている。この位相型の回折格子１１１の周期がＰ、深さがｄであり、微細格子を形成する基板部分の幅がａである。このとき、回折格子１１１のデューティ比はａ／Ｐで定義される。
【００１８】
また、図３において、位相型回折格子１１１に入射する波長λの光束を入射光束１４１とし、位相型回折格子１１１から射出される光束を射出光束１４４とする。ここで、入射光束１４１は、位相型回折格子１１１の溝と平行な方向の偏光成分１４２と位相型回折格子の溝と直交する方向の偏光成分１４３とに分解できる。また、射出光束１４４は、位相型回折格子１１１の溝と平行な方向の偏光成分１４５と位相型回折格子の溝と直交する方向の偏光成分１４６とに分解できる。
【００１９】
なお、位相型回折格子１１１のピッチＰは、射出光束１４４として０次以外の回折光が発生しないようにするために、波長λ以下に設定されている。
図３では、入射光１４１においては偏光成分１４２と偏光成分１４３との間で位相差が存在しなかったものが、位相型回折格子１１１を透過することで、偏光成分１４５と偏光成分１４６とに位相差ψが発生していることを表している。そのため、入射光束１４１が直線偏光であるとすると、射出光束１４４は楕円偏光に変換されてしまうことが理解できる。このような現象は構造複屈折（form birefringence）と呼ばれている。
【００２０】
言い換えると、使用波長以下のピッチを持つ位相型回折格子では、回折格子のピッチ方向とピッチ直交方向（溝方向）とでその実効的な屈折率が異なる。
偏光成分１４２（回折格子の溝に平行な振動面を持つ偏光成分）に対する回折格子の屈折率ｎIIと、偏光成分１４３（回折格子のピッチ方向に平行な振動面を持つ偏光成分）に対する回折格子の屈折率ｎ⊥とは、
【００２１】
【数１】
2006196715.tif 000003
【００２２】
で表される。ただし、Ｐは回折格子のピッチ、ａ／Ｐはデューティ比、ｎ１は回折格子を形成している材料の屈折率、ｎ２は回折格子の入射側媒質の屈折率である。
そして、回折格子の溝の深さをｄ、使用波長をλとするとき、偏光成分１４５と偏光成分１４６との間に現れる位相差ψは、
【００２３】
【数２】
2006196715.tif 000004
【００２４】
で与えられる。
このように、回折格子のピッチＰ（＜λ）、デューティ比、溝深さをパラメータとして位相差ψを任意の値に設定することができる。すなわち、回折格子のピッチ方向（溝方向）、回折格子のピッチＰ（＜λ）、デューティ比、溝深さをパラメータとして、１つの構造複屈折領域１１０の移相作用を所要のものとすることができる。
【００２５】
ここで、使用波長λを１９３ｎｍとすると、基板１３０として石英を用いるとその屈折率は１９３ｎｍの波長ではｎ＝１．５６となる。このとき、構造性複屈折領域１１０の回折格子のデューティ比を１：１（＝０．５）とすると、回折格子のピッチ方向の屈折率ｎ⊥は、ｎ⊥＝１．１９、ピッチ直交方向の屈折率ｎIIはｎII＝１．３１となる。例えば構造性複屈折領域１１０が位相差λ／２を与えるようにするためには、回折格子の溝の深さｄは、ｄ≒０．８０４μｍとすれば良い。
【００２６】
図４は、本実施形態にかかる光束変換素子１００の作用を概略的に示す図である。図４（ａ）は、光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｂ２及びその構造複屈折領域１１０ｂ２に対応する回折領域１２０ｂ２の作用を示す図であり、図４（ｂ）は、光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、別の構造複屈折領域１１０ｃ２及びその構造複屈折領域１１０ｃ２に対応する回折領域１２０ｃ２の作用を示す図である。
【００２７】
図４（ａ）において、構造複屈折領域１１０ｂ２は、入射光束に対して、０λの位相差を与える。そして、位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｂ２に対応する回折領域１２０ｂ２によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを挟む２カ所の照明領域１６１，１６２に導かれる。ここで、図中Ｘ方向に振動する直線偏光が構造複屈折領域１１０ｂ２に入射した場合には、所定面上の２カ所の照明領域１６１，１６２に到達する光束は、図中Ｘ方向に振動する直線偏光となる。
【００２８】
また、図４（ｂ）において、構造複屈折領域１１０ｃ２は、入射光束に対して、λ／２の位相差を与える。そして、位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｃ２に対応する回折領域１２０ｃ２によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを挟む２カ所の照明領域１６３，１６４に導かれる。ここで、図中Ｘ方向に振動する直線偏光が構造複屈折領域１１０ｃ２に入射した場合には、所定面上の２カ所の照明領域１６３，１６４に到達する光束は、図中Ｙ方向に振動する直線偏光となる。
【００２９】
このように、図４に示す光束変換素子１００は、２組の構造複屈折領域と回折領域との組によって、光軸ＡＸを中心とする周方向に振動（偏光）方向を持つ直線偏光によって、所定面１５０上に４極状の照明領域１６１〜１６４を形成する。
【００３０】
なお、図４の例では、４極状の照明領域１６１〜１６４を所定面上に形成したが、同様の手法により、６極状や８極状等の多極状の照明領域や、多極状の照明領域を繋げてなる輪帯状の照明領域を形成することができる。
【００３１】
また、図４に示した例では、所定面上の光軸を中心とする輪帯状領域の少なくとも一部に、光軸ＡＸを中心とする周方向に振動（偏光）方向を持つ直線偏光成分を持つ多極状の照明領域１６１〜１６４を形成したが、所定面上にほぼ非偏光状態の照明領域を形成することもできる。
【００３２】
以下、図５〜図７を参照して、所定面上にほぼ非偏光状態の照明領域を形成する場合を説明する。
ここで、図５（ａ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ａ１及びその構造複屈折領域１１０ａ１に対応する回折領域１２０ａ１の作用を示す図であり、図５（ｂ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｂ１及びその構造複屈折領域１１０ｂ１に対応する回折領域１２０ｂ１の作用を示す図であり、図５（ｃ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｃ１及びその構造複屈折領域１１０ｃ１に対応する回折領域１２０ｃ１の作用を示す図である。
【００３３】
図６（ａ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｄ１及びその構造複屈折領域１１０ｄ１に対応する回折領域１２０ｄ１の作用を示す図であり、図６（ｂ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｅ１及びその構造複屈折領域１１０ｅ１に対応する回折領域１２０ｅ１の作用を示す図であり、図６（ｃ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｆ１及びその構造複屈折領域１１０ｆ１に対応する回折領域１２０ｆ１の作用を示す図である。
【００３４】
図７（ａ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｇ１及びその構造複屈折領域１１０ｇ１に対応する回折領域１２０ｇ１の作用を示す図であり、図７（ｂ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｈ１及びその構造複屈折領域１１０ｈ１に対応する回折領域１２０ｈ１の作用を示す図である。
【００３５】
なお、図５（ａ）〜図７（ｂ）の説明においては、光束変換素子１００には、図中ＸＹ平面（光軸と直交する面、光束進行方向と直交する面）内において、光束の射出側から見てＸ軸から−４５°（＋１３５°）方向に振動面（偏光面）を持つ直線（偏光光束の入射側から見てＸ軸から＋４５°（＋２２５°）方向に振動面（偏光面）を持つ直線偏光）が入射するものとする。以下の光束の偏光状態の説明においては、光束の射出側から見た場合で説明する。
【００３６】
図５（ａ）において、構造複屈折領域１１０ａ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、０λの位相差を与える。そして、位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ａ１に対応する回折領域１２０ａ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７１に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７１に到達する光束は、４５°方向直線偏光となる。
【００３７】
図５（ｂ）において、構造複屈折領域１１０ｂ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、λ／８の位相差を与える。そして、λ／８の位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｂ１に対応する回折領域１２０ｂ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７２に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７２に到達する光束は、４５°方向に長軸を持つ右回り楕円偏光となる。なお、ほぼ円形状の照明領域１７２と、図５（ａ）に示した照明領域１７１とは実質的に同じ形状・大きさである。
【００３８】
図５（ｃ）において、構造複屈折領域１１０ｃ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、λ／４の位相差を与える。そして、λ／４の位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｃ１に対応する回折領域１２０ｃ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７３に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７３に到達する光束は、右回り円偏光となる。なお、ほぼ円形状の照明領域１７３と、図５（ａ）に示した照明領域１７１とは実質的に同じ形状・大きさである。
【００３９】
図６（ａ）において、構造複屈折領域１１０ｄ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、３λ／８の位相差を与える。そして、３λ／８の位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｄ１に対応する回折領域１２０ｄ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７４に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７４に到達する光束は、−４５°方向に長軸を持つ右回り楕円偏光となる。なお、ほぼ円形状の照明領域１７４と、図５（ａ）に示した照明領域１７１とは実質的に同じ形状・大きさである。
【００４０】
図６（ｂ）において、構造複屈折領域１１０ｅ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、λ／２の位相差を与える。そして、λ／２の位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｅ１に対応する回折領域１２０ｅ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７５に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７５に到達する光束は、−４５°方向直線偏光となる。なお、ほぼ円形状の照明領域１７５と、図５（ａ）に示した照明領域１７１とは実質的に同じ形状・大きさである。
【００４１】
図６（ｃ）において、構造複屈折領域１１０ｆ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、５λ／８の位相差を与える。そして、５λ／８の位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｆ１に対応する回折領域１２０ｆ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７６に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７６に到達する光束は、−４５°方向に長軸を持つ左回り楕円偏光となる。なお、ほぼ円形状の照明領域１７６と、図５（ａ）に示した照明領域１７１とは実質的に同じ形状・大きさである。
【００４２】
図７（ａ）において、構造複屈折領域１１０ｇ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、３λ／４の位相差を与える。そして、３λ／４の位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｇ１に対応する回折領域１２０ｇ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７７に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７７に到達する光束は、左回り円偏光となる。なお、ほぼ円形状の照明領域１７７と、図５（ａ）に示した照明領域１７１とは実質的に同じ形状・大きさである。
【００４３】
図７（ｂ）において、構造複屈折領域１１０ｈ１は、４５°方向直線偏光の入射光束に対して、７λ／８の位相差を与える。そして、７λ／８の位相差が与えられた光束は、構造複屈折領域１１０ｈ１に対応する回折領域１２０ｈ１によって、所定面１５０上で光軸ＡＸを中心としたほぼ円形状の照明領域１７８に導かれる。ここで、ほぼ円形状の照明領域１７８に到達する光束は、−４５°方向に長軸を持つ左回り楕円偏光となる。なお、ほぼ円形状の照明領域１７８と、図５（ａ）に示した照明領域１７１とは実質的に同じ形状・大きさである。
【００４４】
所定面１５０上では、これら種々の偏光状態を有する光束が互いに重畳されるので（照明領域１７１〜１７８が重畳するので）、実質的に非偏光の照明領域を得ることができる。
【００４５】
ここで、図４に示した例と図５〜７に示した例とを１つの光束変換素子上に設ければ、図８に示すような照明領域、即ち光軸ＡＸを中心とする非偏光の照明領域１７０と、光軸ＡＸを中心とする輪帯状領域１６５の少なくとも一部に配置されて光軸ＡＸを中心とする周方向に振動（偏光）方向を持つ直線偏光成分を持つ多極状の照明領域１６１〜１６４とを同時に形成することができる。
【００４６】
なお、図４（ａ），（ｂ）に示した多極状の照明領域１６１〜１６４のそれぞれを、複数組の構造複屈折領域及び回折領域の組で形成して、それぞれの照明領域１６１〜１６４における光強度分布の均一性を向上させることが好ましい。
【００４７】
上述の実施形態にかかる光束変換素子では、構造性複屈折領域の移相作用と光偏向作用（回折作用、屈折作用等）とを用いて、光量損失を実質的に発生させることなく、周方向偏光状態の輪帯状または多極状の照明瞳分布を形成することができる。特に、複数の構造性複屈折領域を１つの基板上に一体的に形成した場合には、各領域同士をアライメントする必要がないため製造が容易であり、素子の安定性の向上も図ることができる。
【００４８】
次に、図９を参照して、上述の実施形態にかかる光束変換素子を照明光学装置に適用した場合の実施形態について説明する。なお、図９に示す照明光学装置は、感光性基板であるウェハＷ上にマスクＭのパターンを露光する露光装置に適用されるものであるため、この照明光学装置が適用された露光装置について説明する。
【００４９】
図９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９の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図９の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。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。
【００５０】
光源１として、例えば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源を用いることができる。光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａ及び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及び２ｂは、図９の紙面内（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、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図９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。
【００５１】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、デポラライザ（非偏光化素子）４ｃ、及び上述の実施形態で示した光束変換素子１００を介して、アフォーカルレンズ６に入射する。ここで、１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ、及びデポラライザ４ｃは、後述するように、偏光状態切換部４を構成している。アフォーカルレンズ６は、その前側焦点位置と回折光学素子５の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面７の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。
【００５２】
前述したように、光束変換素子１００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）に所定形状（光軸を中心とするほぼ円形状光強度分布と光軸を中心とする輪帯領域内に配置される多極状光強度分布とを合成した形状）の光強度分布を形成する機能を有する。
【００５３】
したがって、光束変換素子１００に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ６の瞳面に所定形状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ６から射出される。なお、アフォーカルレンズ６の前側レンズ群６ａと後側レンズ群６ｂとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系８が配置されているが、その詳細な構成及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、基本的な構成及び作用を説明する。
【００５４】
アフォーカルレンズ６を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ９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。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、例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。
【００５５】
ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００５６】
所定面７の位置はズームレンズ９の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ１１の入射面はズームレンズ９の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ９は、所定面７とマイクロフライアイレンズ１１の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ６の瞳面とマイクロフライアイレンズ１１の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
【００５７】
従って、マイクロフライアイレンズ１１の入射面上には、アフォーカルレンズ６の瞳面と同様に、例えば光軸ＡＸを中心とした所定形状（光軸を中心とするほぼ円形状光強度分布と光軸を中心とする輪帯領域内に配置される多極状光強度分布とを合成した形状）の照野が形成される。この照野の全体形状は、ズームレンズ９の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ１１を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。
【００５８】
マイクロフライアイレンズ１１に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳）には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、ビームスプリッター１２ａ及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。
【００５９】
こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１４には、マイクロフライアイレンズ１１を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド１４の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、光路折り曲げ用の偏向平面鏡（平面反射鏡）Ｍ２１によりＹ方向に偏向された後、結像光学系１５に入射する。結像光学系１５の集光作用を受けた光束は、光路折り曲げ用の偏向平面鏡Ｍ２２によりＺ方向に偏向された後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００６０】
即ち、光学系１５は、マスクブラインド１４の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬの内部構成については後述する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００６１】
なお、偏光状態切換部４において、１／４波長板４ａは、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する。また、１／２波長板４ｂは、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。また、デポラライザ４ｃは、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズムと楔形状の石英プリズムとにより構成されている。水晶プリズムと石英プリズムとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。
【００６２】
光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、これらの光源から射出される光は典型的には９５％以上の偏光度を有し、１／４波長板４ａにはほぼ直線偏光の光が入射する。しかしながら、光源１と偏光状態切換部４との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光の偏光面がＰ偏光面またはＳ偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。
【００６３】
偏光状態切換部４では、例えば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、１／４波長板４ａの作用により変換された直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射する。１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。
【００６４】
また、１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、デポラライザ４ｃの水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。
【００６５】
偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃが照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板４ｂの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板４ｂに入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が９０度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
【００６６】
偏光状態切換部４では、上述したように、直線偏光の光が１／２波長板４ｂに入射するが、以下の説明を簡単にするために、図９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。
【００６７】
デポラライザ４ｃを照明光路から退避させた場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＹ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＹ方向偏光のまま通過し、Ｙ方向偏光状態で光束変換素子に入射する。また、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方向偏光状態で光束変換素子１００に入射する。そして、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４５度だけ変化して４５°直線偏光の光になって、光束変換素子１００に入射する。
【００６８】
一方、デポラライザ４ｃを照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面（偏光方向）に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＹ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＹ方向偏光のまま通過してデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＹ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＹ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換される。
【００６９】
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、非偏光状態で光束変換素子１００に入射する。一方、１／２波長板４ｂの結晶光学軸を入射するＹ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板４ｂに入射したＹ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、図９においてＸ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｘ方向偏光」と称する）の光になってデポラライザ４ｃの水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＸ方向偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＸ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で光束変換素子１００に入射する。
【００７０】
以上のように、偏光状態切換部４では、デポラライザ４ｃを照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を光束変換素子１００に入射させることができる。また、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させ且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸の光軸回りの回転角度を設定することにより、所望の方向に偏光面（振動面）を持つ直線偏光を光束変換素子１００に入射させることができる。
【００７１】
換言すれば、偏光状態切換部４では、１／４波長板４ａと１／２波長板４ｂとデポラライザ４ｃとからなる偏光状態切換部の作用により、光束変換素子１００への入射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光束変換素子１００への入射直線偏光の偏光方向を任意の方向に設定することができる。
【００７２】
次に、円錐アキシコン系８は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材８ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材８ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材８ａ及び第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。
【００７３】
ここで、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系８は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、二次光源の輪帯比（内径／外径）及び大きさ（外径）が変化する。
【００７４】
ズームレンズ９は、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。例えばズームレンズ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、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、二次光源の輪帯比が変化することなく、その輪帯幅及び大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系８及びズームレンズ９の作用により、二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御できる。
【００７５】
また、偏光モニター１２は、マイクロフライアイレンズ１１とコンデンサー光学系１３との間の光路中に配置された第１ビームスプリッター１２ａを備えており、この第１ビームスプリッター１２ａへの入射光の偏光状態を検知する機能を有する。そして、制御部が偏光モニター１２の検知結果に基づいてマスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光が所望の偏光状態または非偏光状態になっていないことを確認した場合、偏光状態切換部４を構成する１／４波長板４ａ、１／２波長板４ｂ及びデポラライザ４ｃを駆動調整し、マスクＭへの照明光の状態を所望の偏光状態または非偏光状態に調整することができる。
【００７６】
本実施形態では、周方向偏光照明（輪帯状領域に分布する二次光源を通過する光束が周方向偏光状態に設定された変形照明）に際して、偏光状態切換部４のデポラライザ４ｃを照明光路から退避させ、且つ１／２波長板４ｂの結晶光学軸の光軸廻りの角度位置を調整して光束変換素子１００に４５°方向直線偏光を入射させることによって、照明光学装置の照明瞳面内に図８に示した光強度分布を形成する。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は、輪帯状領域に分布する多極状の二次光源と光軸近傍に分布する二次光源とが形成される。ここで、この輪帯状領域に分布する多極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る。周方向偏光状態では、輪帯状領域に分布する二次光源を構成する長円領域１６１〜１６４をそれぞれ通過する光束は、各長円領域１６１〜１６４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。
【００７７】
こうして、本実施形態では、光束変換素子１００の移相作用と回折作用とにより、光量損失を実質的に発生させることなく、輪帯状領域に分布する周方向偏光状態の二次光源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、周方向偏光状態の照明瞳分布に基づく周方向偏光照明では、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。
【００７８】
ここで、Ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面
に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。ただし、入射面とは、光が媒質の境界面（被照射面：ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。その結果、周方向偏光輪帯照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ（感光性基板）上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。
【００７９】
また、上述の光束変換素子１００では、照明光学装置の照明瞳面（所定面１５０と共役な面）内に光軸上の極を含む多極状の光強度分布を形成するものであったが、図１０（ａ）に示すようにほぼ輪帯形状の光強度分布や、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように２極状の光強度分布や、図１０（ｄ）に示すように４極状の光強度分布や、図１０（ｅ）に示すように８極状の光強度分布であっても良い。なお、図１０（ａ）〜（ｅ）においては、各々の光強度分布を形成する光束の偏光方向を矢印で図示している。また、図１０（ｆ）に示すように光軸を含むほぼ円形状の光強度分布を非偏光光束で形成しても良い。このような複数種類の光束変換素子を予め準備しておき、図９の光束変換素子１００と交換可能に設けても良い。
【００８０】
また、上述の例では、１枚の基板１３０の両面に構造性複屈折領域１１０と回折領域１２０とを設けていたが、図１１に示すように、基板１３１の片側に構造性複屈折領域１１０を形成し、基板１３１とは別の基板１３２の片側に回折領域１２０を形成しても良い。このとき、２枚の基板１３１，１３２のそれぞれに、これら２枚の基板を光学的に位置合わせするためのアライメントマーク１３３，１３４を設けておくことが好ましい。なお、このように狭い間隔で２枚の基板１３１，１３２を保持する手法としては、例えば特開２００４−１４６７９２号公報の技術を参照することができる。
【００８１】
上述のように、構造性複屈折領域１１０と回折領域１２０とを別に設ける場合には、光束の入射側に構造性複屈折領域１１０が位置し、光束の射出側に回折領域１２０が位置することが好ましい。この順序が逆の場合には、構造性複屈折領域１１０に入射する光束の角度範囲が広くなりすぎ、光束に所望の位相差をまんべんなく与えることが困難になるため好ましくない。
【００８２】
また、図１２に示すように、回折領域１２０の回折パターンを、波長λ以下のピッチを持つ微細パターンの集合体で形成しても良い。この場合、回折領域１２０の回折パターン自体が構造性複屈折の作用を持つことになる。
【００８３】
なお、上述の構造性複屈折領域１１０における回折格子の作成手法としては、基板１３０上に感光性材料を塗布した後に、ＥＢ直描、二光束干渉露光法、近接場光を用いた露光法で回折格子パターンを露光し、露光された感光性材料を現像する。その後、現像された感光性材料をマスクとして、所要の溝深さとなるようにエッチングを行うか、基板１３０と同じ材料を堆積させるかを行う。また、フォトニック結晶への加工に使われているガスエネルギークラスターイオンを用いた加工技術も使用可能である。
【００８４】
また、上述の例では、基板１３０（１３１，１３２）の材料として、１９３ｎｍの波長で屈折率が比較的高い石英を適用したが、この基板材料としては蛍石でも良い。なお、蛍石を用いる場合には、蛍石の固有複屈折による影響を防ぐために、蛍石の結晶軸｛１１１｝または｛１００｝を光軸方向とすることが好ましい。また、基板材料として、水晶やフッ化マグネシウムなどの複屈折性を示す光学材料を用いても良い。この場合には、基板に対する光束の入射角が異なると基板を通過する光の光路長が異なるため、基板による複屈折の影響が入射角に依存して変化する。従って、構造性複屈折領域での入射角依存性を基板での入射角依存性で補償することが可能となる。即ち、位相差の基板に対する入射角度依存性を所定角度範囲内で一定にすることも可能である。
【００８５】
また、上述の例では、光束変換素子１００に対して直線偏光光を入射させるようにしたが、円偏光を入射させても良い。このときには、光束変換素子１００の複屈折領域１１０中の回折格子の溝深さを半減させることが可能となる。
【００８６】
また、上述の実施形態では、光束変換素子１００に入射する入射光束を所定面１５０上の所定の領域へ導く手段として回折作用を用いたが、例えばマイクロプリズムアレイや、フレネルレンズアレイ、マイクロレンズアレイ等の屈折作用を用いるものであっても良い。
【００８７】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１３のフローチャートを参照して説明する。
【００８８】
先ず、図１３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。
【００８９】
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、表示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１４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１４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。
【００９０】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ
ー等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００９１】
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。
【００９２】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2 レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００９３】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。
【００９４】
なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてＦ2 レーザ
光を用いる場合は、液体としてはＦ2 レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フ
ッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施形態にかかる光束変換素子の構成を概略的に示す図であり、図１（ａ）は本実施形態にかかる光束変換素子を光束の入射側から見た平面図、図１（ｂ）は本実施形態にかかる光束変換素子を光束の射出側から見た平面図、図１（ｃ）は本実施形態にかかる光束変換素子の側面図である。
【図２】光束変換素子１００の射出側に設けられた複数の回折領域１２０の作用について説明するための概略図である。
【図３】構造複屈折の原理を説明する原理図である。
【図４】構造複屈折領域１１０の作用を説明するための概略図である。
【図５】光束変換素子１００に設けられた構造複屈折領域及び回折領域の作用を示す図であり、図５（ａ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ａ１及びその構造複屈折領域１１０ａ１に対応する回折領域１２０ａ１の作用を示す図であり、図５（ｂ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｂ１及びその構造複屈折領域１１０ｂ１に対応する回折領域１２０ｂ１の作用を示す図であり、図５（ｃ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｃ１及びその構造複屈折領域１１０ｃ１に対応する回折領域１２０ｃ１の作用を示す図である。
【図６】光束変換素子１００に設けられた構造複屈折領域及び回折領域の作用を示す図であり、図６（ａ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｄ１及びその構造複屈折領域１１０ｄ１に対応する回折領域１２０ｄ１の作用を示す図であり、図６（ｂ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｅ１及びその構造複屈折領域１１０ｅ１に対応する回折領域１２０ｅ１の作用を示す図であり、図６（ｃ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｆ１及びその構造複屈折領域１１０ｆ１に対応する回折領域１２０ｆ１の作用を示す図である。
【図７】光束変換素子１００に設けられた構造複屈折領域及び回折領域の作用を示す図であり、図７（ａ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｇ１及びその構造複屈折領域１１０ｇ１に対応する回折領域１２０ｇ１の作用を示す図であり、図７（ｂ）は光束変換素子１００に設けられた複数の構造複屈折領域及び回折領域のうち、特定の構造複屈折領域１１０ｈ１及びその構造複屈折領域１１０ｈ１に対応する回折領域１２０ｈ１の作用を示す図である。
【図８】光束変換素子１００によって形成される照明領域の一例を示す図である。
【図９】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１０】光束変換素子１００によって形成される照明領域の別の例を示す図である。
【図１１】光束変換素子１００の変形例を示す図である。
【図１２】光束変換素子１００の構造複屈折領域及び回折領域の変形例を示す図である。
【図１３】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１４】表示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。
【符号の説明】
【００９６】
１００  光束変換素子
１１０  構造複屈折領域
１２０  回折領域
１３０  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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