(57)【要約】【課題】  連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を形成することのできる照明光学系。【解決手段】  光源（１）からの光により被照射面（Ｍ）を照明する照明光学系（２〜１０）は、光源からの光に基づいて照明光学系の照明瞳に瞳強度分布を形成し、該瞳強度分布の複数の瞳領域の各々に、互いに異なる偏光状態を有する複数の光束を入射させる分布形成光学系（２〜４）と、照明瞳またはその近傍に配置されて、複数の瞳領域に対応する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうちの隣り合う２つの分割領域は互いに異なる偏光変換特性を有する第１光学素子（５）とを備えている。【選択図】  図１
2011040646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記光源からの光に基づいて前記照明光学系の照明瞳に瞳強度分布を形成し、該瞳強度分布の複数の瞳領域の各々に、互いに異なる偏光状態を有する複数の光束を入射させる分布形成光学系と、
前記照明瞳またはその近傍に配置されて、前記複数の瞳領域に対応する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうちの隣り合う２つの分割領域は互いに異なる偏光変換特性を有する第１光学素子とを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記分布形成光学系は、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調素子と、入射光束を互いに異なる偏光状態の複数の光束に変換する第２光学素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
【請求項３】
前記空間光変調素子は、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器を有し、
前記第２光学素子は、前記空間光変調器の入射側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
【請求項４】
前記空間光変調素子は、回折光学素子を有し、
前記第２光学素子は、前記回折光学素子の入射側または射出側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記第２光学素子は、旋光性を有する光学材料により形成された複数の平行平面板状の旋光部材を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記第２光学素子は、旋光性を有する光学材料により形成されて所定方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項７】
前記第２光学素子は、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる複数の波長板を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記第２光学素子は、入射光から所定の偏光状態の光を選択して射出する複数の偏光子を有することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記第１光学素子は光軸を中心とする円の周方向に沿って配列された複数の分割領域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項に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第１光学素子は、円形状または円環状の領域を周方向に沿って等分割して得られる前記複数の分割領域を有することを特徴とする請求項９に記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記第１光学素子は、旋光性を有する光学材料により形成された複数の平行平面板状の旋光部材を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記第１光学素子は、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる複数の波長板を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１３】
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１乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学系。
【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において、
前記光源からの光を、互いに異なる偏光状態を有する複数の光束に分割する第１偏光変換部材と、
隣り合う２つの分割領域が互いに異なる偏光変換特性を有する複数の分割領域を備える第２偏光変換部材とを備え、
前記第２偏光変換部材の前記複数の分割領域の１つには、前記第１偏光変換部材からの前記互いに異なる偏光状態を有する前記複数の光束が導かれることを特徴とする照明光学系。
【請求項１５】
所定のパターンを照明するための請求項１乃至１４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１６】
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１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光学系、露光装置、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、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（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。
【０００３】
二次光源からの光束は、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。
【０００４】
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】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２４６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された照明光学系では、４分割乃至８分割された円弧状の各分割領域を通過する光束の偏光状態を周方向に設定することにより、いわゆる連続性の比較的低い周方向偏光状態を実現している。しかしながら、周方向偏光の作用効果を良好に発揮するために、例えば８分割よりも細かい分割に基づく連続性の高い周方向偏光状態の実現が望まれている。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を形成することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を形成する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に転写することのできる露光装置およびデバイス製造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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１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、
前記光源からの光に基づいて前記照明光学系の照明瞳に瞳強度分布を形成し、該瞳強度分布の複数の瞳領域の各々に、互いに異なる偏光状態を有する複数の光束を入射させる分布形成光学系と、
前記照明瞳またはその近傍に配置されて、前記複数の瞳領域に対応する複数の分割領域を有し、該複数の分割領域のうちの隣り合う２つの分割領域は互いに異なる偏光変換特性を有する第１光学素子と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、
前記光源からの光を、互いに異なる偏光状態を有する複数の光束に分割する第１偏光変換部材と、
隣り合う２つの分割領域が互いに異なる偏光変換特性を有する複数の分割領域を備える第２偏光変換部材とを備え、
前記第２偏光変換部材の前記複数の分割領域の１つには、前記第１偏光変換部材からの前記互いに異なる偏光状態を有する前記複数の光束が導かれることを特徴とする照明光学系を提供する。
【００１０】
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１形態または第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。
【００１１】
本発明の第４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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様にしたがう照明光学系では、光源からの光に基づいて照明瞳に輪帯状の瞳強度分布を形成する分布形成光学系が、入射光束を互いに異なる偏光状態の４つの光束に変換するための４つの旋光部材を有する第１偏光変換部材を含み、これらの４つの光束を輪帯状瞳強度分布の８つの瞳領域の各々に入射させる。照明瞳またはその近傍に配置された第２偏光変換部材は、８つの瞳領域に対応する８つの旋光部材を有し、その隣り合う２つの旋光部材は互いに異なる偏光変換特性を有する。
【００１３】
その結果、第１偏光変換部材中の４つの旋光部材のうちの１つの旋光部材と、第２偏光変換部材中の８つの旋光部材のうちの１つの旋光部材との３２通りの組み合わせからなる一対の旋光部材の合成旋光作用により、第２偏光変換部材の直後の照明瞳には３２分割タイプのほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。すなわち、本発明の照明光学系では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を形成することができる。また、本発明の露光装置では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を形成する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に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】
【００１４】
【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】図１の空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図３】図２の第１偏光変換部材の構成を概略的に示す図である。
【図４】空間光変調ユニットにおける空間光変調器の作用を説明する図である。
【図５】空間光変調器の要部の部分斜視図である。
【図６】図１の第２偏光変換部材の構成およびその入射面に形成される輪帯状の光強度分布を示す図である。
【図７】第２偏光変換部材の直後の照明瞳に形成されるほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布を示す図である。
【図８】第２偏光変換部材の直後の照明瞳に形成されるほぼ連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布を示す図である。
【図９】変形例にかかる第１偏光変換部材を含む空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図１０】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１１】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】
【００１５】
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２は、図１の空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。図１では、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１６】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。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１から射出された光は、ビーム送光部２および空間光変調ユニット３を介して、リレー光学系４に入射する。ビーム送光部２は、光源１からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調ユニット３へ導くとともに、空間光変調ユニット３に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。
【００１７】
空間光変調ユニット３は、図２に示すように、照明光路中に並列的に配置された一対の空間光変調器３１および３２を備えている。各空間光変調器３１，３２は、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する。一対の空間光変調器３１，３２よりも光源側（図２中左側）の光路中において最も光源側には、第１偏光変換部材３３が配置されている。第１偏光変換部材３３と一対の空間光変調器３１，３２との間の光路中には、偏向部材３４が配置されている。一対の空間光変調器３１，３２とリレー光学系４との間の光路中には、偏向部材３５が配置されている。
【００１８】
第１偏光変換部材３３は、後述するように、光源１からの光束を、互いに異なる偏光状態を有する４つの光束に変換（分割）する。偏向部材３４は、第１偏光変換部材３３を経て生成された４つの光束のうち、第１光束および第２光束を第１空間光変調器３１へ導き、第３光束および第４光束を第２空間光変調器３２へ導く。偏向部材３５は、一対の空間光変調器３１，３２を経た光をリレー光学系４へ導く。空間光変調ユニット３の具体的な構成および作用については後述する。
【００１９】
空間光変調ユニット３から射出された光は、リレー光学系４を介して、第２偏光変換部材５に入射する。第２偏光変換部材５は、隣り合う２つの分割領域が互いに異なる偏光変換特性を有する８つの分割領域を備えているが、その構成および作用については後述する。リレー光学系４は、その前側焦点位置が各空間光変調器３１，３２の複数のミラー要素の配列面の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が第２偏光変換部材５の位置とほぼ一致するように設定されている。後述するように、各空間光変調器３１，３２を経た光は、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度分布を第２偏光変換部材５の位置に可変的に形成する。
【００２０】
第２偏光変換部材５の位置に光強度分布を形成した光は、リレー光学系６を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）７に入射する。リレー光学系６は、第２偏光変換部材５の位置とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的に共役に設定している。したがって、空間光変調ユニット３を経た光は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、第２偏光変換部材５の位置に形成された光強度分布と同じ外形形状の光強度分布を形成する。
【００２１】
マイクロフライアイレンズ７は、たと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り、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。マイクロフライアイレンズでは、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、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。
【００２２】
マイクロフライアイレンズ７における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、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）と相似な矩形状である。なお、マイクロフライアイレンズ７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】
マイクロフライアイレンズ７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の照明瞳には、入射面に形成される光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光束は、照明開口絞り（不図示）に入射する。照明開口絞りは、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍に配置され、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する。
【００２４】
照明開口絞りは、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。照明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。照明開口絞りは、後述する投影光学系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。なお、照明開口絞りの設置を省略することもできる。
【００２５】
照明開口絞りにより制限された二次光源からの光は、コンデンサー光学系８を介して、マスクブラインド９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９には、マイクロフライアイレンズ７の矩形状の微小屈折面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９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１０は、マスクブラインド９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。
【００２６】
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭ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。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハ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のパターンが順次露光される。
【００２７】
本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布を計測する瞳強度分布計測部ＤＴと、瞳強度分布計測部ＤＴの計測結果に基づいて空間光変調ユニット３中の各空間光変調器３１，３２を制御する制御部ＣＲとを備えている。瞳強度分布計測部ＤＴは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された撮像面を有するＣＣＤ撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。瞳強度分布計測部ＤＴの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号公報を参照することができる。
【００２８】
本実施形態では、マイクロフライアイレンズ７により形成される二次光源を光源として、照明光学系の被照射面に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）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。なお、瞳強度分布とは、照明光学系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。
【００２９】
マイクロフライアイレンズ７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７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７の入射面、および当該入射面と光学的にほぼ共役な位置、すなわち第２偏光変換部材５の直後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。図１の構成において、ビーム送光部２、空間光変調ユニット３、およびリレー光学系４は、光源１からの光に基づいて第２偏光変換部材５の直後の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。
【００３０】
次に、空間光変調ユニット３の内部構成および作用を具体的に説明する。第１偏光変換部材３３は、図３に示すように、互いに厚さの異なる４つの平行平面板状の旋光部材３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを有する。各旋光部材３３ａ〜３３ｄは、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されている。第１偏光変換部材３３が光路中に位置決めされている状態において、各旋光部材３３ａ〜３３ｄの入射面（ひいては射出面）は光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸は光軸ＡＸの方向とほぼ一致（すなわち入射光の進行方向であるＹ方向とほぼ一致）している。
【００３１】
４つの旋光部材３３ａ〜３３ｄは、光源１からの入射光束Ｆ１０をＸ方向に延びる線分によって４等分して得られる４つの光束Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４がそれぞれ通過するように区分されている。第１光束Ｆ１１が通過する第１旋光部材３３ａは、Ｚ方向に偏光方向を有するＺ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋１１．２５度（すなわち図３中反時計廻りに１１．２５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が設定されている。第２光束Ｆ１２が通過する第２旋光部材３３ｂは、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋２２．５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が設定されている。
【００３２】
第３光束Ｆ１３が通過する第３旋光部材３３ｃは、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を−１１．２５度（すなわち図３中時計廻りに１１．２５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が設定されている。第４光束Ｆ１４が通過する第４旋光部材３３ｄは、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、その偏光方向を変化させることなく（すなわちその偏光方向を０度または＋１８０度回転させて）Ｚ方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。このように、第１偏光変換部材３３は、光源１からの入射光束Ｆ１０を４等分し、且つ４等分された光束Ｆ１１〜Ｆ１４を互いに異なる偏光状態に設定する。以下の説明では、第１偏光変換部材３３にＺ方向直線偏光の光が入射するものとする。
【００３３】
偏向部材３４および３５は、例えばＸ方向に延びる三角柱状のプリズムミラーの形態を有する。偏向部材３４は、光源側に向けた一対の反射面３４ａおよび３４ｂを有し、反射面３４ａと３４ｂとの稜線は光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びている。偏向部材３５は、マスク側に向けた一対の反射面３５ａおよび３５ｂを有し、反射面３５ａと３５ｂとの稜線は光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びている。なお、例えば金属のような非光学材料や石英のような光学材料により形成された三角柱状の部材の側面に、アルミニウムや銀などからなる反射膜を設けることにより、偏向部材３４，３５を形成することもできる。あるいは、偏向部材３４，３５を、それぞれミラーとして形成することもできる。
【００３４】
光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射したＺ方向直線偏光の光束は、第１偏光変換部材３３を介して互いに異なる偏光状態を有する４つの光束Ｆ１１〜Ｆ１４に変換された後、偏向部材３４に入射する。偏向部材３４の第１反射面３４ａによって反射された第１光束Ｆ１１および第２光束Ｆ１２は第１空間光変調器３１に入射し、第２反射面３４ｂによって反射された第３光束Ｆ１３および第４光束Ｆ１４は第２空間光変調器３２に入射する。第１空間光変調器３１により変調された光は、偏向部材３５の第１反射面３５ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。第２空間光変調器３２により変調された光は、偏向部材３５の第２反射面３５ｂにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。
【００３５】
以下、説明を単純化するために、一対の空間光変調器３１と３２とは互いに同じ構成を有し、第１空間光変調器３１の複数のミラー要素の配列面と第２空間光変調器３２の複数のミラー要素の配列面とは、光軸ＡＸを含んでＸＹ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。すなわち、各空間光変調器３１，３２は、その複数のミラー要素の配列面が光軸ＡＸと平行になるように配置されている。また、偏向部材３４の第１反射面３４ａと第２反射面３４ｂ、および偏向部材３５の第１反射面３５ａと第２反射面３５ｂとは、光軸ＡＸを含んでＸＹ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。
【００３６】
したがって、第２空間光変調器３２について第１空間光変調器３１と重複する説明を省略し、第１空間光変調器３１に着目して、空間光変調ユニット３における一対の空間光変調器３１，３２の構成および作用を説明する。空間光変調器３１は、図４に示すように、ＸＹ平面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素３１ａと、複数のミラー要素３１ａを保持する基盤３１ｂと、基盤３１ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素３１ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３１ｃとを備えている。
【００３７】
空間光変調器３１（３２）は、図５に示すように、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素３１ａ（３２ａ）を備え、入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図４および図５では空間光変調器３１（３２）が４×４＝１６個のミラー要素３１ａ（３２ａ）を備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数のミラー要素３１ａ（３２ａ）を備えている。
【００３８】
図４を参照すると、光軸ＡＸと平行な方向に沿って偏向部材３４（図４では不図示）の第１反射面３４ａに入射して空間光変調器３１に向かって反射された光線群（第１光束Ｆ１１および第２光束Ｆ１２に対応）のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３１ａのうちのミラー要素ＳＥａに、光線Ｌ２はミラー要素ＳＥａとは異なるミラー要素ＳＥｂにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ３はミラー要素ＳＥａ，ＳＥｂとは異なるミラー要素ＳＥｃに、光線Ｌ４はミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｃとは異なるミラー要素ＳＥｄにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１〜Ｌ４に与える。
【００３９】
空間光変調器３１では、すべてのミラー要素３１ａの反射面が１つの平面（ＸＹ平面）に沿って設定された基準状態において、光軸ＡＸと平行な方向に沿って反射面３４ａに入射した光線が、空間光変調器３１で反射された後に、偏向部材３５（図４では不図示）の第１反射面３５ａにより光軸ＡＸとほぼ平行な方向に向かって反射されるように構成されている。また、空間光変調器３１の複数のミラー要素３１ａの配列面は、上述したように、リレー光学系４の前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。
【００４０】
したがって、空間光変調器３１の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、第２偏光変換部材５の入射面５ａ（ひいては第２偏光変換部材５の直後の照明瞳５ｂ）に所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成し、さらにマイクロフライアイレンズ７の入射面に光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した光強度分布を形成する。すなわち、リレー光学系４は、空間光変調器３１の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄが射出光に与える角度を、空間光変調器３１の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である第２偏光変換部材５の位置に変換する。
【００４１】
同様に、第２空間光変調器３２によって変調された光（第３光束Ｆ１３および第４光束Ｆ１４に対応）は、その複数のミラー要素３２ａの姿勢に応じた光強度分布を、第２偏光変換部材５の入射面５ａ（および直後の照明瞳５ｂ）に、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する。こうして、マイクロフライアイレンズ７が形成する二次光源の光強度分布（瞳強度分布）は、第１空間光変調器３１およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第１の光強度分布と、第２空間光変調器３２およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第２の光強度分布との合成分布に対応した分布となる。
【００４２】
空間光変調器３１は、図５に示すように、平面形状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素３１ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３１ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御部ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動部３１ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３１ａは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向（例えばＸ方向およびＹ方向）を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素３１ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。
【００４３】
なお、各ミラー要素３１ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図５には外形が正方形状のミラー要素３１ａを示しているが、ミラー要素３１ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素３１ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素３１ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。
【００４４】
本実施形態では、空間光変調器３１として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素３１ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば特表平１０−５０３３００号公報およびこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報およびこれに対応する米国特許第６,９００,９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報およびこれに対応する米国特許第７,０９５,５４６号公報、並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素３１ａの向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。
【００４５】
空間光変調器３１，３２では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３１ｃ，３２ｃ（３２ｃは不図示）の作用により、複数のミラー要素３１ａ，３２ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３１ａ，３２ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３１，３２の複数のミラー要素３１ａ，３２ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、図６に示すように、第２偏光変換部材５の入射面５ａに、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布（図６中ハッチングを施した部分）２０を形成する。
【００４６】
第２偏光変換部材５は、図６に示すように、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って配列された８つの平行平面板状の旋光部材５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８を有する。各旋光部材５１〜５８は、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されている。第２偏光変換部材５が光路中に位置決めされている状態において、各旋光部材５１〜５８の入射面（ひいては射出面）は光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸は光軸ＡＸの方向とほぼ一致（すなわち入射光の進行方向であるＹ方向とほぼ一致）している。
【００４７】
第２偏光変換部材５を構成する８つの旋光部材５１〜５８は、光軸ＡＸを中心とする円環状の領域を周方向に沿って８等分して得られる８つの分割領域を占めている。換言すれば、８つの旋光部材５１〜５８は、入射する輪帯状の光束２０を周方向に沿って８等分して得られる８つの円弧状の光束がそれぞれ通過するように区分されている。８つの旋光部材５１〜５８のうち、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の旋光部材は、互いに同じ厚さを有し、ひいては互いに同じ偏光変換特性を有する。あるいは、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の旋光部材は、互いに異なる厚さを有するが、互いに同じ偏光変換特性を有する。
【００４８】
具体的に、一対の旋光部材５１および５５は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、その偏光方向を変化させることなく（すなわちその偏光方向を０度または１８０度回転させて）Ｚ方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。一対の旋光部材５２および５６は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋４５度（または−１３５度：すなわち図６中反時計廻りに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が設定されている。
【００４９】
一対の旋光部材５３および５７は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋９０度（または−９０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が設定されている。一対の旋光部材５４および５８は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を−４５度（または＋１３５度：すなわち図６中時計廻りに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が設定されている。このように、照明瞳またはその近傍に配置された第２偏光変換部材５は、８つの瞳領域に対応する旋光部材（分割領域）５１〜５８を有し、これらの８つの旋光部材５１〜５８のうちの隣り合う２つの旋光部材は互いに異なる偏光変換特性を有する。
【００５０】
本実施形態では、第２偏光変換部材５を構成する８つの旋光部材５１〜５８の各々に、第１偏光変換部材３３からの互いに異なる偏光状態を有する４つの光束Ｆ１１〜Ｆ１４が導かれる。具体的に、旋光部材５１への入射光束に着目すると、４つの光束Ｆ１１〜Ｆ１４が図６中時計廻りに光束Ｆ１２、Ｆ１１、Ｆ１４、Ｆ１３の順に配列されて全体的に円弧状の光束を形成する。ここで、各光束Ｆ１１〜Ｆ１４が占める領域は、円弧状の光束領域を周方向に４等分して得られる領域に対応している。図示を省略したが、他の旋光部材５２〜５８についても、４つの光束Ｆ１１〜Ｆ１４の配列の態様は旋光部材５１の場合と同様である。
【００５１】
すなわち、本実施形態では、第１偏光変換部材３３の旋光部材３３ｂを経て生成された光束Ｆ１２が、第１空間光変調器３１により変調された後、８つの光束Ｆ１２になって旋光部材５１〜５８に１つずつ入射し、第２偏光変換部材５の入射面５ａに８極状の光強度分布を形成する。第１偏光変換部材３３の旋光部材３３ａを経て生成された光束Ｆ１１は、第１空間光変調器３１により変調された後、８つの光束Ｆ１１になって旋光部材５１〜５８に１つずつ入射し、第２偏光変換部材５の入射面５ａに８極状の光強度分布を形成する。光束Ｆ１１が形成する８極状の光強度分布は、図６中時計廻りの周方向に沿って光束Ｆ１２が形成する８極状の光強度分布に隣接する。
【００５２】
同様に、第１偏光変換部材３３の旋光部材３３ｃ，３３ｄを経て生成された光束Ｆ１３，Ｆ１４は、第２空間光変調器３２により変調された後、８つの光束Ｆ１３，Ｆ１４になって旋光部材５１〜５８に１つずつ入射し、第２偏光変換部材５の入射面５ａに８極状の光強度分布をそれぞれ形成する。光束Ｆ１４が形成する８極状の光強度分布は、図６中時計廻りの周方向に沿って光束Ｆ１１が形成する８極状の光強度分布に隣接し、光束Ｆ１３が形成する８極状の光強度分布は、図６中時計廻りの周方向に沿って光束Ｆ１４が形成する８極状の光強度分布に隣接する。
【００５３】
その結果、第２偏光変換部材５の直後の照明瞳には、図７に示すように、光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布２１が形成され、輪帯状の光強度分布２１の周方向に３２（＝４×８）等分された各分割領域を通過する光束の偏光状態が周方向に設定された連続性の高い周方向偏光状態が実現される。ただし、図７では、図面の明瞭化のために、３２等分された各分割領域を図示することなく、第２偏光変換部材５の８つの旋光部材５１〜５８に対応して８等分された円弧状の分割領域の境界線だけを破線で示している。
【００５４】
ここで、第２偏光変換部材５の旋光部材５１を経た円弧状の光束２１ａに着目すると、第１偏光変換部材３３の旋光部材３３ｂを経て生成された光束Ｆ１２に対応する光束部分は、Ｚ方向を＋２２．５度（図７中反時計廻りに２２．５度）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。ここで、旋光部材５１と３３ｂとの合成旋光角度である＋２２．５度は、旋光部材５１の旋光角度である０度と、旋光部材３３ｂの旋光角度である＋２２．５度との和に他ならない。
【００５５】
同様に、旋光部材３３ａを経て生成された光束Ｆ１１に対応する光束部分はＺ方向を＋１１．２５度（＝０＋１１．２５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になり、旋光部材３３ｄを経て生成された光束Ｆ１４に対応する光束部分はＺ方向を０度（＝０＋０）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光（すなわちＺ方向直線偏光）になり、旋光部材３３ｃを経て生成された光束Ｆ１３に対応する光束部分はＺ方向を−１１．２５度（＝０−１１．２５：図７中時計廻りに１１．２５度）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。
【００５６】
また、第２偏光変換部材５の旋光部材５２を経た円弧状の光束２１ｂに着目すると、第１偏光変換部材３３の旋光部材３３ｂを経て生成された光束Ｆ１２に対応する光束部分は、Ｚ方向を＋６７．５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。ここで、旋光部材５２と３３ｂとの合成旋光角度である＋６７．５度は、旋光部材５２の旋光角度である＋４５度と、旋光部材３３ｂの旋光角度である＋２２．５度との和として得られる。
【００５７】
同様に、旋光部材３３ａを経て生成された光束Ｆ１１に対応する光束部分はＺ方向を＋５６．２５度（＝＋４５＋１１．２５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になり、旋光部材３３ｄを経て生成された光束Ｆ１４に対応する光束部分はＺ方向を＋４５度（＝＋４５＋０）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になり、旋光部材３３ｃを経て生成された光束Ｆ１３に対応する光束部分はＺ方向を＋３３．７５度（＝＋４５−１１．２５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。
【００５８】
さらに、第２偏光変換部材５の旋光部材５８を経た円弧状の光束２１ｈに着目すると、第１偏光変換部材３３の旋光部材３３ｂを経て生成された光束Ｆ１２に対応する光束部分は、Ｚ方向を−２２．５度回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。ここで、旋光部材５８と３３ｂとの合成旋光角度である−２２．５度は、旋光部材５８の旋光角度である−４５度と、旋光部材３３ｂの旋光角度である＋２２．５度との和として得られる。
【００５９】
同様に、旋光部材３３ａを経て生成された光束Ｆ１１に対応する光束部分はＺ方向を−３３．７５度（＝−４５＋１１．２５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になり、旋光部材３３ｄを経て生成された光束Ｆ１４に対応する光束部分はＺ方向を−４５度（＝−４５＋０）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になり、旋光部材３３ｃを経て生成された光束Ｆ１３に対応する光束部分はＺ方向を−５６．２５度（＝−４５−１１．２５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。
【００６０】
こうして、他の旋光部材５３〜５７を経た円弧状の光束２１ｃ〜２１ｇについての説明を省略するが、第２偏光変換部材５の直後の照明瞳には、３２等分タイプの連続性の高い周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２１が形成される。周方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布２１を通過する光束が、光軸ＡＸを中心とした円の接線方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。その結果、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、輪帯状の光強度分布２１に対応するほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１０の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、輪帯状の光強度分布２１に対応するほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。
【００６１】
一般に、周方向偏光状態の輪帯状や複数極状（２極状、４極状、８極状など）の瞳強度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。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。
【００６２】
本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、光源１からの光に基づいて輪帯状の瞳強度分布を形成する分布形成光学系（２〜４）が、入射光束Ｆ１０を互いに異なる偏光状態の４つの光束Ｆ１１〜Ｆ１４に変換するための４つの旋光部材３３ａ〜３３ｄを有する第１偏光変換部材３３を含み、これらの４つの光束Ｆ１１〜Ｆ１４を輪帯状の瞳強度分布の８つの円弧状の瞳領域の各々に入射させる。照明瞳またはその近傍に配置された第２偏光変換部材５は、８つの円弧状の瞳領域に対応する８つの旋光部材（分割領域）５１〜５８を有し、その隣り合う２つの旋光部材は互いに異なる偏光変換特性を有する。
【００６３】
こうして、第１偏光変換部材３３中の４つの旋光部材３３ａ〜３３ｄのうちの１つの旋光部材と、第２偏光変換部材５中の８つの旋光部材５１〜５８のうちの１つの旋光部材との３２通りの組み合わせからなる一対の旋光部材の合成旋光作用により、第２偏光変換部材５の直後の照明瞳には３２等分タイプ（一般には３２分割タイプ）のほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２１が形成される。すなわち、本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布２１を形成することができる。また、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布２１を形成する照明光学系（２〜１０）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで周方向偏光の作用効果を良好に発揮して、微細パターンをウェハＷに正確に転写することができる。
【００６４】
ところで、第２偏光変換部材５のような構成を有する単体の偏光変換部材を用いて、３２分割タイプのほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２１を形成するには、隣り合う２つの旋光部材の間で僅かに偏光変換特性の異なる３２個の旋光部材を周方向に配列する必要がある。しかしながら、３２分割タイプの偏光変換部材の製造は、８分割タイプの第２偏光変換部材５の製造に比してはるかに困難である。このように、本実施形態では、周方向偏光状態の分割数が比較的多いにもかかわらず、偏光変換部材の製造が比較的容易である点において有利である。
【００６５】
なお、上述の実施形態では、第１偏光変換部材３３にＺ方向直線偏光の光を入射させているが、第１偏光変換部材３３にＸ方向直線偏光の光を入射させると、図８に示すように、第２偏光変換部材５の直後の照明瞳には、３２等分タイプの連続性の高い径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２２（２２ａ〜２２ｈ）が形成される。径方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布２２を通過する光束が、光軸ＡＸを中心とした円の径方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。
【００６６】
一般に、径方向偏光状態の輪帯状や複数極状の瞳強度分布に基づく径方向偏光照明では、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。
【００６７】
また、上述の実施形態では、図２に示す特定の構成を有する空間光変調ユニット３に基づいて本発明を説明しているが、空間光変調ユニットの構成については様々な形態が可能である。具体的に、上述の実施形態では、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調素子として光路中に並列配置された一対の反射型の空間光変調器３１，３２を用い、その光源側に第１偏光変換部材３３が配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、空間光変調素子のタイプ、数、空間光変調素子と第１偏光変換部材との位置関係などについて、様々な形態が可能である。
【００６８】
例えば、空間光変調素子として、二次元的に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を有する透過型の空間光変調器、透過型の回折光学素子、反射型の回折光学素子などを用いることができる。一般に、空間光変調素子として反射型の空間光変調器または反射型の回折光学素子を用いる場合、その射出側よりも入射側に第１偏光変換部材を配置する方が、光学部材同士の機械的な干渉を容易に回避することができる。また、空間光変調素子として透過型の回折光学素子または透過型の空間光変調器を用いる場合、その入射側に第１偏光変換部材を配置しても射出側に配置しても、光学部材同士の機械的な干渉を容易に回避することができる。
【００６９】
また、上述の実施形態では、第１偏光変換部材３３が４つの平行平面板状の旋光部材３３ａ〜３３ｄにより構成されているが、第１偏光変換部材の構成については様々な形態が可能である。例えば、図９に示すように、第１偏光変換部材３３に代えて、所定方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有する第１偏光変換部材３６を用いることができる。図９の変形例にかかる第１偏光変換部材３６は、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されて、Ｚ方向に沿って厚さが線形的に変化する偏角プリズムの形態を有する。第１偏光変換部材３６の射出側（あるいは入射側）には、第１偏光変換部材３６による光の偏向作用（光の進行方向の変化）を補償するコンペンセータとしての補正部材３７が配置されている。
【００７０】
一例として、補正部材３７は、第１偏光変換部材３６と同じ光学材料である水晶により形成されて第１偏光変換部材３６と補完的な形状を有する偏角プリズムである。また、補正部材３７は、通過する光の偏光状態を変化させることがないように、結晶光学軸が入射光の偏光方向と平行または垂直になるように配置されている。図９の変形例では、第１偏光変換部材３６を経て空間光変調器３１，３２に入射する光束が、所定の範囲に亘って連続的に偏光方向が変化する直線偏光成分を含んでいる。したがって、空間光変調器３１，３２の変調作用により、第２偏光変換部材５の各旋光部材５１〜５８へ所要の範囲に亘って連続的に偏光方向が変化する直線偏光の光を含む光束が入射する。
【００７１】
具体的に、旋光部材５１には、Ｚ方向を−１６．８７５度（＝（−１１．２５−２２．５）／２：図７中時計廻りに１６．８７５度）回転させた方向から、Ｚ方向を＋２８．１２５度（＝（＋２２．５＋３３．７５）／２：図７中反時計廻りに２８．１２５度）回転させた方向まで連続的に偏光方向が変化する直線偏光の光を含む光束が入射する。その結果、図９の変形例では、上述の実施形態よりもさらに連続性の高い周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。なお、図９の変形例では、補正部材３７の設置を省略し、偏向部材３４および３５のうちの少なくとも一方をコンペンセータとして、第１偏光変換部材３６による光の偏向作用を補償することもできる。
【００７２】
図２の実施形態および図９の変形例では、光源１から入射した光束をＺ方向に平行移動させて射出する光束移動部（不図示）を第１偏光変換部材３３，３６の入射側または射出側に付設することにより、光源１から入射した光を一対の空間光変調器３１および３２のうちの少なくとも一方へ選択的に導くことも可能である。光束移動部は、光軸に対して傾斜可能な平行平面板（ハービング）、一対のミラーなどを用いて構成される。
【００７３】
また、上述の実施形態では、第１偏光変換部材３３が、４つの矩形状の旋光部材３３ａ〜３３ｄにより構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、第１偏光変換部材を構成する基本要素の種別、形状、数などについては様々な形態が可能である。一般に、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる複数の波長板を用いて第１偏光変換部材を構成したり、入射光から所定の偏光状態の光を選択して射出する複数の偏光子を用いて第１偏光変換部材を構成したりすることが可能である。なお、複数の偏光子を用いて第１偏光変換部材を構成する場合、例えば非偏光状態の光を入射させることになる。
【００７４】
また、上述の実施形態では、第２偏光変換部材５が全体的に円環状の外形形状を有し、８つの円弧状の旋光部材５１〜５８により構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、第２偏光変換部材の全体的な外形形状、第２偏光変換部材を構成する基本要素の種別、形状、数などについては様々な形態が可能である。例えば、複数の扇形形状の旋光部材により、全体的に円形状の外形形状を有する第２偏光変換部材を構成することもできる。また、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる複数の波長板を用いて第２偏光変換部材を構成することが可能である。
【００７５】
一般に、本発明では、第１偏光変換部材は光源からの光を互いに異なる偏光状態を有する複数の光束に分割し、第２偏光変換部材は隣り合う２つの分割領域が互いに異なる偏光変換特性を有する複数の分割領域を備えている。そして、第２偏光変換部材の複数の分割領域の１つには、第１偏光変換部材からの互いに異なる偏光状態を有する複数の光束が導かれる。ここで、第１偏光変換部材を経て得られる光束（光束Ｆ１１〜Ｆ１４に対応）の数および偏光状態、第２偏光変換部材の分割領域（旋光部材５１〜５８に対応）の数および偏光変換特性、各分割領域における複数の光束の配列などについては、上述の実施形態に限定されることなく、様々な形態が可能である。
【００７６】
なお、上述の説明では、照明瞳に輪帯状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち輪帯照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、輪帯照明に限定されることなく、例えば複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。
【００７７】
また、上述の説明では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き（角度：傾き）を個別に制御可能な空間光変調器を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば特開平６−２８１８６９号公報及びこれに対応する米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに特表２００４−５２０６１８号公報およびこれに対応する米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば特表２００６−５１３４４２号公報およびこれに対応する米国特許第６，８９１，６５５号公報や、特表２００５−５２４１１２号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。
【００７８】
なお、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７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、リレー光学系６の代わりに、第２偏光変換部材５からの光を集光する集光光学系を配置する。そして、マイクロフライアイレンズ７とコンデンサー光学系８との代わりに、第２偏光変換部材５からの光を集光する集光光学系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マスクブラインド９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結像光学系１０内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳ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。ここで、上記の集光光学系、上記の結像光学系、およびロッド型インテグレータを分布形成光学系とみなすことができる。
【００７９】
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ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開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、ＤＭＤ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。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。
【００８０】
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。
【００８１】
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１０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１０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）。
【００８２】
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）。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。
【００８３】
図１１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１１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。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、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影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。
【００８４】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、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の組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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号パンプ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。
【００８８】
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】
【００８９】
１  光源
２  ビーム送光部
３  空間光変調ユニット
３１，３２  空間光変調器
３３  第１偏光変換部材
３４，３５  偏向部材
４，６  リレー光学系
５  第２偏光変換部材
７  マイクロフライアイレンズ
８  コンデンサー光学系
９  マスクブラインド
１０  結像光学系
ＤＴ  瞳強度分布計測部
ＣＲ  制御部
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】
2011040646.tif 000003
【図２】
2011040646.tif 000004
【図３】
2011040646.tif 000005
【図４】
2011040646.tif 000006
【図５】
2011040646.tif 000007
【図６】
2011040646.tif 000008
【図７】
2011040646.tif 000009
【図８】
2011040646.tif 000010
【図９】
2011040646.tif 000011
【図１０】
2011040646.tif 000012
【図１１】
2011040646.tif 000013