(57)【要約】  本発明の一実施形態は、照明光学系の光路中に配置され、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現するための構造を備えた偏光変換ユニットに関する。入射光を所定の偏光状態の光に変換する偏光変換ユニットは、第１光学素子と第２光学素子を備える。第１光学素子は、複数の第１領域を有し、少なくとも隣り合う２つの第１領域は、異なる偏光変換特性を有するよう厚みが異なる。第２光学素子も、同様に、複数の第２領域を有し、少なくとも隣り合う２つの第２領域は、異なる偏光変換特性を有する。第１および第２光学素子は、１つの第１領域を経た光束が隣り合う２つの第２領域に入射するように配置され、これにより、光の通過位置ことに第１および第２光学素子の厚みの合計が変えられている。【選択図】  図１
2013502703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の光軸上に配置され、前記光軸に相当する光軸方向に沿って通過する伝搬光の偏光状態を変換する偏光変換ユニットにおいて、
前記光軸方向に一致または平行な結晶軸を持つよう配置された、旋光性を有する光学材料からなる第１光学素子であって、前記伝搬光として入射してくる直線偏光を前記光軸方向を中心に回転させる偏光変換特性をそれぞれが有する複数の第１領域を有する第１光学素子と、そして、
前記第１光学素子の射出側に配置されるとともに、前記光軸方向に一致または平行な結晶軸を持つよう配置された、旋光性を有する光学材料からなる第２光学素子であって、前記伝搬光として入射してくる直線偏光を前記光軸方向を中心に回転させる偏光変換特性をそれぞれが有する複数の第２領域を有する第２光学素子とを備え、
前記複数の第１領域から選択された少なくとも２つの第１領域の、前記光軸方向の厚みは異なるとともに、前記複数の第１領域は、互いに異なる偏光変換特性を有する２つの第１領域が隣接するよう配置され、
前記複数の第２領域から選択された少なくとも２つの第２領域の、前記光軸方向の厚みは異なるとともに、前記複数の第２領域は、互いに異なる偏光変換特性を有する２つの第２領域が隣接するよう配置され、そして、
前記第１光学素子の１つの第１領域を経た光束が前記第２光学素子の隣り合う２つの第２領域に入射するように前記第１および第２光学素子が配置されることにより、前記光軸方向に平行な第１基準軸が通過する第１および第２領域双方の前記光軸方向の厚みの合計が、前記光軸方向に平行であり、かつ、前記第１基準軸とは異なる第２基準軸が通過する別の第１および第２領域双方の前記光軸方向の厚みの合計と異なっ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光学素子の前記複数の第１領域は、前記光軸に直交する平面上における前記光軸を中心とした回転方向に相当する周方向に沿って前記光軸を取り囲むように配列され、前記第２光学素子の前記複数の第２領域は、前記光軸を中心とする周方向に沿って前記光軸を取り囲むように配列されていることを特徴とする請求項１記載の偏光変換ユニット。
【請求項３】
前記第１光学素子の前記複数の第１領域は、円形状または円環状の前記光学材料を、前記光学材料の周方向に沿って等分割することにより得られた領域であり、
前記第２光学素子の前記複数の第２領域は、円形状または円環状の前記光学材料を、前記光学材料の周方向に沿って等分割することにより得られる領域であり、
前記第１光学素子の入射側から前記光軸方向に沿って前記第１および第２光学素子それぞれを見たとき、前記第１および第２光学素子は、前記複数の第１領域のうちの隣り合う２つの第１領域の境界線は、前記複数の第２領域のうちの対応する第２領域の入射面中心と前記光軸とを結ぶ中心線と光学的に対応していることを特徴とする請求項２記載の偏光変換ユニット。
【請求項４】
前記第１光学素子は、前記複数の第１領域として、旋光性を有する光学材料からなる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１〜３のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項５】
前記第１光学素子は、前記複数の第１領域として、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１〜３のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項６】
前記第１光学素子は、前記複数の第１領域として、入射光から所定の偏光状態の光成分を選択的に通過させる複数の偏光子を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項７】
前記第２光学素子は、前記複数の第２領域として、旋光性を有する光学材料からなる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１〜６のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項８】
前記第２光学素子は、前記複数の第２領域として、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１〜６のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項９】
前記第１および第２光学素子は、前記光軸方向に沿って互いに隣接した状態で配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項１０】
前記第１光学素子と前記第２光学素子との間に配置され、前記第１光学素子と前記第２光学素子とを互いに光学的に共役にするリレー光学系を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項１１】
当該偏光変換ユニットは、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の光路中であって、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１〜１０のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項１２】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、
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１〜１１のいずれか一項記載の偏光変換ユニットを備えた照明光学系。
【請求項１３】
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１２記載の照明光学系。
【請求項１４】
当該照明光学系は、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に配置されていることを特徴とする請求項１３記載の照明光学系。
【請求項１５】
所定のパターンを感光性基板に露光する露光装置であって、前記所定のパターンを照明するための請求項１２〜１４のいずれか一項記載の照明光学系を備えた露光装置。
【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更に備えることを特徴とする請求項１５記載の露光装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６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し、
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することで、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し、そして、
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デバイス製造方法。
【請求項１８】
光学系の光軸上に配置され、前記光軸に相当する光軸方向に沿って通過する伝搬光の偏光状態を変換する偏光変換ユニットにおいて、
前記伝搬光として入射してくる直線偏光を前記光軸方向を中心に回転させる第１旋光部材であって、前記光軸方向に一致または平行な結晶軸を持つよう配置された、旋光性を有する光学材料からなり、かつ、複数箇所において前記光軸方向の厚みが異なる第１の厚さ分布を有する第１旋光部材と、
前記伝搬光として前記第１旋光部材を経て入射してくる直線偏光をさらに前記光軸方向を中心に回転させる第２旋光部材であって、前記光軸方向に一致または平行な結晶軸を持つよう配置された、旋光性を有する光学材料からなり、かつ、複数箇所において前記光軸方向の厚みが異なる第２の厚さ分布を有する第２旋光とを備え、
前記第１および第２旋光部材は、前記光軸方向に平行な第１基準軸が通過する第１および第２旋光部材における所定箇所双方の前記光軸方向の厚みの合計が、前記光軸方向に平行であり、かつ、前記第１基準軸とは異なる第２基準軸が通過する第１および第２旋光部材における別の箇所双方の前記光軸方向の厚みの合計と異なるように配置されている偏光変換ユニット。
【請求項１９】
前記第１および前記第２旋光部材のうちの少なくとも一方は、連続する表面を有する単一部材で構成されていることを特徴とする請求項１８記載の偏光変換ユニット。
【請求項２０】
前記第１および前記第２旋光部材のうちの少なくとも一方は、連続する表面を有する単一の第１分割部材と、連続する表面を有する単一の第２分割部材で構成されていることを特徴とする請求項１８記載の偏光変換ユニット。
【請求項２１】
前記第１および第２旋光部材のうちの少なくとも一方は、平行平面板の少なくとも一方の面をエッチングすることにより表面加工されていることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項２２】
前記第１および第２旋光部材は前記光軸と交差するよう配置されており、かつ、前記第１および第２旋光部材のうちの少なくとも一方の前記光軸方向の厚みは、前記光軸と直交する平面上において前記光軸を中心とした回転方向に相当する周方向に沿って変化していることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項２３】
前記第１および第２旋光部材は前記光軸と交差するよう配置されており、かつ、前記第１および前記第２旋光部材のうちの少なくとも一方は、前記光軸と直交する平面上において前記光軸を中心とした回転方向に相当する周方向に分割された複数の領域であって、前記光軸方向の厚みが異なる２つの領域が隣り合うように配置された複数の領域で構成されていることを特徴とする請求項１８〜２２のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項２４】
前記複数の領域それぞれは、円形状または円環状の前記光学材料を、前記光学材料の周方向に沿って分割して得られる外形形状を有することを特徴とする請求項２３記載の偏光変換ユニット。
【請求項２５】
前記第１および第２旋光部材は、互いに同じ構造を有することを特徴とする請求項１８〜２４のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項２６】
前記光軸方向に沿って前記第１および第２旋光部材を見たとき、前記第１および第２旋光部材は、前記第１の厚さ分布と前記第２の厚さ分布が一致するように配置されていることを特徴とする請求項２５記載の偏光変換ユニット。
【請求項２７】
前記第１および第２旋光部材のうちの少なくとも一方は、水晶からなることを特徴とする請求項１８〜２６のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項２８】
前記第１および第２旋光部材は、前記光軸方向に沿って互いに隣接した状態で配置されていることを特徴とする請求項１８〜２７のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項２９】
当該偏光変換ユニットは、光源からの光により披照射面を照明する照明光学系の光路中であって、前記照明光学系の照明瞳を含む瞳空間に配置されていることを特徴とする請求項１８〜２８のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項３０】
前記第１および第２の厚さ分布それぞれは、前記光学材料における各部位の位置情報とともに前記各部位の前記光軸方向の厚みを、前記光軸方向と直行する平面上に対応付けた分布であって、不均一な分布であることを特徴とする請求項１８〜２９のいずれか一項記載の偏光変換ユニット。
【請求項３１】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系であって、前記光源と前記被照射面との間の光洛中に配置された請求項１８〜３０のいずれか一項記載の偏光変換ユニットを備えた照明光学系。
【請求項３２】
前記偏光変換ユニットは、前記照明光学系の照明瞳を含む瞳空間に配置されていることを特徴とする請求項３１記載の照明光学系。
【請求項３３】
当該照明光学系は、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に配置されていることを特徴とする請求項３２記載の照明光学系。
【請求項３４】
所定のバターンを感光性基板に露光する露光装置であって、前記所定のパターンを照明するための請求項３１〜３３のいずれか一項記載の照明光学系を備えた露光装置。
【請求項３５】
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更に備えることを特徴とする請求項３４記載の露光装置。
【請求項３６】
請求項３４または３５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し、
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することにより、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し、そして、
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、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、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。なお、二次光源は、一般には照明瞳における所定の光強度分布を意味する。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。なお、露光装置の場合、被照射面はマスクまたはウェハに相当する。
【０００３】
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。このとき、マスクに形成されたパターンは高集積化されている。そのため、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照明光学系が提案されている（特許文献１を参照）。この照明光学系は、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、また、輪帯状の二次光源を通過する光の偏光状態を、該二次光源の周方向に回転した偏光状態（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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特許第３２４６６１５号公報
【特許文献２】米国特許第６９１３３７３号公報
【特許文献３】米国特開第２００８／００３０７０７号公報
【特許文献４】欧州特許公開第７７９５３０号公報（日本国特表平１０−５０３３００号公報に対応）
【特許文献５】米国特許第６,９００,９１５号公報（日本国特開２００４−７８１３６号公報に対応）
【特許文献６】米国特許第７,０９５,５４６号公報（日本国特表２００６−５２４３４９号公報に対応）
【特許文献７】日本国特開２００６−１１３４３７号公報
【特許文献８】米国特許第５，３１２，５１３号公報（日本国特開平６−２８１８６９号公報に対応）
【特許文献９】米国特許第６，８８５，４９３号公報（日本国特表２００４−５２０６１８号公報に対応）
【特許文献１０】米国特許第６，８９１，６５５号公報（日本国特表２００６−５１３４４２号公報に対応）
【特許文献１１】米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報（日本国特表２００５−５２４１１２号公報に対応）
【特許文献１２】日本国特開２００４−３０４１３５号公報
【特許文献１３】米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報（国際公開第２００６／０８０２８５号パンフレットに対応）
【特許文献１４】国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレット
【特許文献１５】日本国特開平６−１２４８７３号公報
【特許文献１６】日本国特開平１０−３０３１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者らは、上記従来の照明光学系について詳細に検討した結果、以下のような課題を発見した。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載された照明光学系は、円形状または円環状の部材を４分割乃至８分割することにより得られる円弧状の各分割領域を通過する光の偏光状態を、該部材の周方向に沿って回転するよう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。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、例えば照明光学系の光路中に配置され、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現するための構造を備えた偏光変換ユニット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実現する偏光変換ユニットを用いて、所望の周方向偏光状態の光で被照射面を照明するための構造を備えた照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の周方向偏光状態の光で所定のパターンを照明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ための構造を備えた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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光学系の光軸上に配置され、該光軸に相当する光軸方向に沿って通過する伝搬光の偏光状態を変換する偏光変換ユニットを提供する。当該偏光変換ユニットは、第１光学素子と、第２光学素子を備える。第１光学素子は、光軸方向に一致または平行な結晶軸を持つよう配置された、旋光性を有する光学材料からなる。また、第１光学素子は、複数の第１領域を有し、これら複数の第１領域それぞれは、伝搬光として入射してくる直線偏光を光軸方向を中心に回転させる偏光変換特性を有する。一方、第２光学素子は、第１光学素子の射出側に配置されるとともに、光軸方向に一致または平行な結晶軸を持つよう配置された、旋光性を有する光学材料からなる。第２光学素子も複数の第２領域を有しており、これら複数の第２領域それぞれは、伝搬光として入射してくる直線偏光を光軸方向を中心に回転させる偏光変換特性を有する。
【００１０】
上述のような構造を有する偏光変換ユニットにおいて、複数の第１領域から選択された少なくとも２つの第１領域の、光軸方向の厚みは異なる。また、複数の第１領域は、互いに異なる偏光変換特性を有する２つの第１領域が隣接するよう配置される。一方、複数の第２領域から選択された少なくとも２つの第２領域の、光軸方向の厚みも異なっている。そして、これら複数の第２領域も、互いに異なる偏光変換特性を有する２つの第２領域が隣接するよう配置されている。第１および第２光学素子の位置関係に言及すれば、これら第１および第２光学素子は、第１光学素子の１つの第１領域を経た光が第２光学素子の隣り合う２つの第２領域に入射するように配置される。これにより、光軸方向に平行な第１基準軸が通過する第１および第２領域双方の光軸方向の厚みの合計は、光軸方向に平行で、かつ、第１基準軸とは異なる第２基準軸が通過する別の第１および第２領域双方の光軸方向の厚みの合計と異なっている。
【００１１】
また、第１形態の偏光変換ユニットは、第１の厚さ分布を有する第１旋光部材と、第２の厚さ分布を有する第２旋光部材を備えてもよい。第１および第２旋光部材は、いずれも、伝搬光として入射してくる直線偏光を光軸方向を中心に回転させる部材であって、光軸方向に一致または平行な結晶軸を持つよう配置された、旋光性を有する光学材料からなる。このような構成において、第１および第２旋光部材は、光軸方向に平行な第１基準軸が通過する第１および第２旋光部材における所定箇所双方の光軸方向の厚みの合計が、光軸方向に平行な前記第１基準軸とは異なる第２基準軸が通過する第１および第２旋光部材における別の箇所双方の光軸方向の厚みの合計と異なるように配置されている。
【００１２】
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を提供する。当該照明光学系は、光源と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。
【００１３】
本発明の第３形態では、所定のパターンを感光性基板に露光する露光装置を提供する。当該露光装置は、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ている。
【００１４】
本発明の第４形態では、露光工程、現像工程および加工工程を備えたデバイス製造方法を提供する。露光工程では、第３形態の露光装置を用いて、所定のパターンが感光性基板に露光される。現像工程では、所定のパターンが転写された感光性基板を現像することにより、該所定のパターンに対応する形状のマスク層が感光性基板の表面に形成される。加工工程では、マスク層を介して感光性基板の表面が加工される。
【００１５】
なお、この発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施形態は単に例示のために示されるものであって、この発明を限定するものと考えるべきではない。
【００１６】
また、この発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、この発明の範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様に係る偏光変換ユニットでは、第１光学素子中の８つの第１領域のうちの１つの第１領域と、第２光学素子中の８つの第２領域のうちの対応する一対の隣り合う第２領域との合成偏光変換作用、すなわち８つの第１領域と各第１領域に対応する２つの第２領域との１６通りの組み合わせからなる合成偏光変換作用により、第２光学素子の直後には１６分割タイプのほぼ連続的な周方向偏光状態で輪帯状の瞳強度分布が形成される。すなわち、本発明の偏光変換ユニットでは、照明光学系の光路中に配置されて、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の一態様に係る照明光学系では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニットを用いて、所望の周方向偏光状態の光で被照射面を照明することができる。また、本発明の一態様に係る露光装置では、所望の周方向偏光状態の光で被照射面としてのパターン面を照明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】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】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】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４】空間光変調器の要部の部分斜視図である。
【図５】第１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６】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１偏光変換部材中の各旋光部材と第２偏光変換部材中の各旋光部材との位置関係を示す図である。
【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９】傾斜可能な平行平面板が第２姿勢に設定されたときの空間光変調ユニット内の光路を示す図である。
【図１０】傾斜可能な平行平面板が第３姿勢に設定されたときの空間光変調ユニット内の光路を示す図である。
【図１１】第１および第２偏光変換部材の他の構成例を示す図である。
【図１２】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１３】波長板を用いて形成された第１偏光変換部材の構成を示す図である。
【図１４】波長板を用いて形成された第２偏光変換部材の構成を示す図である。
【図１５】波長板を用いた変形例における偏光変換作用を説明する図である。
【図１６】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１７】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】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図１〜図１７を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２１】
図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図であり、図１（Ｂ）は、偏光変換ユニットＴＵの変形例を示す図である。図２は、図１（Ａ）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（Ａ）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。
【００２２】
図１（Ａ）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としては、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からの入射光を適切な大きさおよび形状の断面を有する光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。
【００２３】
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）の光路中には、光の入射側から順に、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３、および偏向部材３４が配置されている。一対の空間光変調器３１，３２よりもマスク側（図２中右側）の光路中には、偏向部材３５が配置されている。
【００２４】
平行平面板３３および偏向部材３４は、光源１からビーム送光部２を経て空間光変調ユニット３へ入射した光を一対の空間光変調器３１、３２のうちの少なくとも一方の空間光変調器へ選択的に導く。以下、説明の理解を容易にするために、光源１からの光が偏向部材３４により２分割され、一方の分割光が第１空間光変調器３１へ導かれ、他方の分割光が第２空間光変調器３２へ導かれるものとする。偏向部材３５は、第１空間光変調器３１を経た光および第２空間光変調器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。
【００２５】
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、光軸ＡＸに沿って互いに隣接して配置された一対の偏光変換部材５および６を有する偏光変換ユニットＴＵに入射する。各偏光変換部材５，６の構成および作用、すなわち偏光変換ユニットＴＵ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、かつ、その後側焦点位置が一対の偏光変換部材５，６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一対の偏光変換部材５，６の位置に可変的に形成する。
【００２６】
一対の偏光変換部材５，６の位置に光強度分布を形成した光は、リレー光学系７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）８に入射する。リレー光学系７は、一対の偏光変換部材５，６の位置とマイクロフライアイレンズ８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８の入射面に、一対の偏光変換部材５，６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。
【００２７】
マイクロフライアイレンズ８は、たとえば縦横に、かつ、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。
【００２８】
マイクロフライアイレンズ８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、例えば上記特許文献２に開示されている。
【００２９】
マイクロフライアイレンズ８に入射した光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８の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、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８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。
【００３０】
照明開口絞りは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、かつ、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。
【００３１】
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９を介して、マスクブラインド１０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１０には、マイクロフライアイレンズ８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１０の矩形状の開口部（光透過部）を通過した光は、結像光学系１１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１１は、マスクブラインド１０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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、例えば上記特許文献３を参照することができる。
【００３４】
本実施形態では、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。そのため、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。
【００３５】
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ほぼ共役な位置、すなわち第２偏光変換部材６の直後（ひいては偏光変換ユニットＴＵ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（Ａ）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偏光変換ユニットＴＵ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。
【００３６】
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。図２を参照すると、平行平面板３３は、光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びる軸線（不図示）廻りに回転可能に構成されている。ハービングとしての平行平面板３３は、制御部ＣＲからの指令にしたがって、図２において実線３３ａで示す第１姿勢、破線３３ｂで示す第２姿勢、または破線３３ｃで示す第３姿勢をとる。実線３３ａで示す第１姿勢に設定された平行平面板３３では、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交し、ひいてはＸＺ平面と平行になる。
【００３７】
破線３３ｂで示す第２姿勢は、平行平面板３３を第１姿勢から図２中反時計廻りに所定角度だけ回転させることにより得られる。破線３３ｃで示す第３姿勢は、第１姿勢を中心として第２姿勢とは対称的な姿勢であって、平行平面板３３を第１姿勢から図２中時計廻りに所定角度だけ回転させることにより得られる。なお、必要に応じて、平行平面板３３が第２姿勢と第３姿勢との間の任意の姿勢をとるように制御することもできる。
【００３８】
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。
【００３９】
平行平面板３３が実線３３ａで示す第１姿勢に設定されている場合、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射した平行光は、平行平面板３３の入射面および射出面で屈折作用を受けることなくそのまま通過した後、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光は第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光は第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。
【００４０】
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。
【００４１】
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３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。
【００４２】
空間光変調器３１（３２）は、図４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３および図４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。
【００４３】
図３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３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。
【００４４】
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３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。
【００４５】
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出射光は、一対の偏光変換部材５，６の位置（図３中破線５ａで示す位置）に所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。さらに、出射光は、マイクロフライアイレンズ８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）である一対の偏光変換部材５，６の位置に変換する。
【００４６】
同様に、第２空間光変調器３２によって変調された光は、その複数のミラー要素３２ａの姿勢に応じた光強度分布を、一対の偏光変換部材５，６の位置に、ひいてはマイクロフライアイレンズ８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８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４，７がマイクロフライアイレンズ８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４，７がマイクロフライアイレンズ８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。ここで、第１の光強度分布と第２の光強度分布とは、互いに全く異なるものであってもよいし、互いに一部または全部が重複するものであってもよい。
【００４７】
空間光変調器３１は、図４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、かつ、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。
【００４８】
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よい。図４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。
【００４９】
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、たとえば上記特許文献４〜７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。
【００５０】
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５（Ａ）に示すように、偏光変換ユニットＴＵ中の第１偏光変換部材５の入射面に、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布（図５中ハッチングを施した部分）２０を形成する。また、図６に示すように、第１偏光変換部材５の直後に隣接して配置された第２偏光変換部材６の入射面には、光強度分布２０に対応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）２１が形成される。
【００５１】
図５（Ａ）を参照すると、第１偏光変換部材５は、光軸ＡＸを中心した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。なお、「光軸ＡＸを中心とした周方向」とは、光軸ＡＸに直交する平面上において該光軸ＡＸを中心とした仮想円の円周方向または回転方向に相当する方向を意味し、以下の説明においても同様の意味で使用する。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１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。
【００５２】
第１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（光軸ＡＸに直交する平面上で規定、以下の説明においても同様）を、該領域の周方向に沿って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、入射光に相当する輪帯状の光束２０を上記周方向に沿って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において隣り合う２つの旋光部材は、互いに異なる厚さを有し、ひいては互いに異なる偏光変換特性を有する。互いに異なる厚さを有する旋光部材５１〜５８から構成される第１偏光変換部材５は、全体として当該第１偏光変換部材５の周方向に変化する厚さ分布（第１の厚さ分布）を有している。
【００５３】
なお、上述の構成は、図５（Ｂ）に示すように、リング形状の補強部材５０の一方の面に旋光部材５１〜５８それぞれの一端を固定することにより実現可能である。補強部材５０の他方の面には第２偏光変換部材６の一部が固定される。旋光部材５１〜５８の光透過部分は、それぞれ所望の厚みになるよう加工されている。旋光部材５１〜５８から選択された２つの旋光部材の厚みに言及すれば、例えば、厚み隣接する旋光部材５１と旋光部材５２の場合、旋光部材５１の光通過部分の厚みがＤ１に設定される一方、旋光部材５２の光通過部分の厚みがＤ２（≠Ｄ１）に設定されている。
【００５４】
具体的に、旋光部材５１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、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Ｄ１が設定されている。旋光部材５１は、その周方向に沿った中心を通って光軸ＡＸ廻りの円の径方向に延びる中心線が、光軸ＡＸから＋Ｘ方向に延びる線分を図５中時計廻りに１１．２５度回転させて得られる線分と平行になる（あるいは一致する）ように位置決めされている。図５中反時計廻りの周方向に沿って旋光部材５１に隣接した旋光部材５２は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋２２．５度（図５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の光を射出するように厚さＤ２が設定されている。
【００５５】
旋光部材５２に隣接した旋光部材５３は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋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Ｄ３が設定されている。旋光部材５３に隣接した旋光部材５４は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、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の光を射出するように厚さＤ４が設定されている。旋光部材５４に隣接した旋光部材５５、すなわち光軸ＡＸを挟んで旋光部材５１に対向する旋光部材５５は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋９０度回転させたＸ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光の光を射出するように厚さＤ５が設定されている。
【００５６】
旋光部材５５に隣接した旋光部材５６は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を−６７．５度（または＋１１２．５度：すなわち図５中時計廻りに６７．５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Ｄ６が設定されている。旋光部材５６に隣接した旋光部材５７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）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Ｄ７が設定されている。旋光部材５７と旋光部材５１とに隣接した旋光部材５８は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を−２２．５度（または＋１５７．５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Ｄ８が設定されている。以下の説明では、第１偏光変換部材５に（ひいては偏光変換ユニットＴＵに）Ｚ方向直線偏光の光が入射するものとする。
【００５７】
第２偏光変換部材６は、図６（Ａ）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６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８を有する。各旋光部材６１〜６８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６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６１〜６８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の方向とほぼ一致している。
【００５８】
８つの旋光部材６１〜６８は、光軸ＡＸを中心とする円環状の領域を、該領域の周方向に沿って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６１〜６８は、入射光に相当する輪帯状の光束２１を上記周方向に沿って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６１〜６８において隣り合う２つの旋光部材は、互いに異なる厚さを有し、ひいては互いに異なる偏光変換特性を有する。互いに異なる厚さを有する旋光部材６１〜６８から構成される第２偏光変換部材６は、全体として当該第２偏光変換部材６の周方向に変化する厚さ分布（第２の厚さ分布）を有している。本実施形態では第１の厚さ分布と第２の厚さ分布とは同じ分布であるが、光軸を中心とする方位角が異なるように対応付けられて位置決めされている。
【００５９】
なお、上述の構成は、図６（Ｂ）に示すように、リング形状の補強部材５０の他方の面に旋光部材６１〜６８それぞれの一端を固定することにより実現可能である。補強部材５０の一方の面には上述のように第１偏光変換部材５の一部が固定される。旋光部材６１〜６８の光透過部分は、それぞれ所望の厚みになるよう加工されている。旋光部材６１〜６８から選択された２つの旋光部材の厚みに言及すれば、例えば、厚み隣接する旋光部材６８と旋光部材６１の場合、旋光部材６８の光通過部分の厚みがＤ８に設定される一方、旋光部材６１の光通過部分の厚みがＤ１（≠Ｄ８）に設定されている。
【００６０】
具体的に、旋光部材６１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Ｄ１が設定されている。旋光部材６１は、図６中時計廻りの周方向に沿って旋光部材６１に隣接する旋光部材６８との境界線が、旋光部材５１の径方向に延びる中心線と対応するように位置決めされている。図６中反時計廻りの周方向に沿って旋光部材６１に隣接した旋光部材６２は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋２２．５度（図６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の光を射出するように厚さＤ２が設定されている。
【００６１】
旋光部材６２に隣接した旋光部材６３は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋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Ｄ３が設定されている。旋光部材６３に隣接した旋光部材６４は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、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の光を射出するように厚さＤ４が設定されている。旋光部材６４に隣接した旋光部材６５は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を＋９０度回転させたＸ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光の光を射出するように厚さＤ５が設定されている。
【００６２】
旋光部材６５に隣接した旋光部材６６は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を−６７．５度（または＋１１２．５度：すなわち図６中時計廻りに６７．５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Ｄ６が設定されている。旋光部材６６に隣接した旋光部材６７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）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Ｄ７が設定されている。旋光部材６７と旋光部材６１とに隣接した旋光部材６８は、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向を−２２．５度（または＋１５７．５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Ｄ８が設定されている。
【００６３】
このように、第２偏光変換部材６は、第１偏光変換部材５と基本的に同じ構成を有し、光軸ＡＸを中心として図５中反時計廻りに第１偏光変換部材５を１１．２５度回転させた姿勢で配置されている。その結果、図７に示すように、光軸ＡＸに沿ってリレー光学系４側から一対の偏光変換部材５，６を見ると、第１偏光変換部材５中の８つの旋光部材５１〜５８のうちの隣り合う２つの旋光部材の境界線は、第２偏光変換部材６中の８つの旋光部材６１〜６８のうちの対応する旋光部材の、周方向に沿った円弧の中心を通って光軸ＡＸを中心とした円の径方向（光軸ＡＸに直交する平面上において規定される光軸ＡＸを中心とした仮想円の径方向、以下の説明においても同様）に延びる中心線に対応している。
【００６４】
別の表現をすると、第１偏光変換部材５中の８つの旋光部材５１〜５８のうちの１つの旋光部材の径方向に延びる中心線は、第２偏光変換部材６中の８つの旋光部材６１〜６８のうちの対応する２つの隣り合う旋光部材の境界線に対応している。具体的に、旋光部材５１の上記径方向に延びる中心線は、旋光部材６１と旋光部材６８との境界線（図７中破線で示す）に対応している。旋光部材５２の上記径方向に延びる中心線は、旋光部材６１と旋光部材６２との境界線に対応している。上述の中心線と境界線との位置関係は、他の旋光部材５３〜５８についても同様である。
【００６５】
したがって、旋光部材５１を経て所定の直線偏光状態に設定された光束に着目すると、この光束の半分は旋光部材６１に入射し、残りの半分は旋光部材６８に入射する。旋光部材６１と６８とは互いに異なる偏光変換特性を有するので、旋光部材５１および６１を経た光束の偏光状態と旋光部材５１および６８を経た光束の偏光状態とは互いに異なるものとなる。同様に、旋光部材５２および６１を経た光束の偏光状態と旋光部材５２および６２を経た光束の偏光状態とは互いに異なるものとなる。
【００６６】
こうして、他の旋光部材５３〜５８を経た光束に関する説明を省略するが、第１偏光変換部材５中の１つの旋光部材と第２偏光変換部材６中の対応する２つの隣り合う旋光部材とを介して、その直後に偏光状態の互いに異なる２つの光束が生成される。すなわち、第１偏光変換部材５の８つの旋光部材に対応して、第２偏光変換部材６の直後（ひいては偏光変換ユニットＴＵの直後）には、隣り合う２つの光束の偏光状態が互いに異なる１６個（＝８×２）の光束が生成される。
【００６７】
本実施形態では、第１偏光変換部材５において、隣り合う２つの旋光部材が互いに異なる偏光変換特性を有する８つの旋光部材５１〜５８が、４５度の角度ピッチにしたがって、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って配列されている。同様に、第２偏光変換部材６では、旋光部材５１〜５８にそれぞれ対応する偏光変換特性を有する８つの旋光部材６１〜６８が、４５度の角度ピッチにしたがって、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って配列されている。つまり、８つの旋光部材６１〜６８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。
【００６８】
ただし、第１偏光変換部材５と第２偏光変換部材６とで対応する一対の旋光部材、例えば旋光部材５１と６１とは、４５度の角度ピッチの半分だけ光軸ＡＸを中心とした周方向に角度ずれして配置されている。その結果、第１偏光変換部材５と第２偏光変換部材６とは、第１偏光変換部材５の１つの旋光部材を経た光束が、第２偏光変換部材６の対応する２つの隣り合う旋光部材に入射するように配置されている。
【００６９】
なお、上述のように配置された第１および第２偏光変換部材５、６を通過する光束の偏光状態は、通過位置により異なることになる。すなわち、図７（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸに平行な第１基準軸Ｒ１が通過する旋光部材５３と旋光部材６３双方の厚みの合計（Ｄ３＋Ｄ３）は、光軸ＡＸに平行で、かつ、第１基準軸Ｒ１とは異なる第２基準軸Ｒ２が通過する旋光部材５７と旋光部材６６双方の厚みの合計（Ｄ７＋Ｄ６）と異なる。このことは、旋光部材内における光束の総伝搬距離が通過位置ごとに異なることを意味しており、これにより、通過位置ごとに異なる偏光状態を通過光に与えることが可能になる。
【００７０】
また、第１偏光変換部材５中の旋光部材５１〜５８それぞれの偏光変換特性（ひいては第２偏光変換部材６中の旋光部材６１〜６８それぞれの偏光変換特性）が、図５および図６を参照して説明したように設定されている。その結果、第２偏光変換部材６の直後の照明瞳には、図８に示すように、光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布２２が形成され、輪帯状の光強度分布２２の周方向に１６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。
【００７１】
先ず、第１偏光変換部材５中の旋光部材５１を経た円弧状の光束に着目すると、第２偏光変換部材６中の旋光部材６１を介して生成される光束Ｆ１１は、Ｚ方向を０度（または１８０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６１との合成旋光角度である０度は、旋光部材５１の旋光角度である０度と、旋光部材６１の旋光角度である０度との和に他ならない。一方、旋光部材５１および旋光部材６８を介して生成される光束Ｆ１８は、Ｚ方向を−２２．５度（図８中時計廻りに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６８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６８の旋光角度である−２２．５度との和として得られる。
【００７２】
第１偏光変換部材５中の旋光部材５２を経た円弧状の光束に着目すると、第２偏光変換部材６中の旋光部材６１を介して生成される光束Ｆ２１は、Ｚ方向を＋２２．５度（＝＋２２．５＋０：図８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。一方、旋光部材５２および旋光部材６２を介して生成される光束Ｆ２２は、Ｚ方向を＋４５度（＝＋２２．５＋２２．５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。
【００７３】
第１偏光変換部材５中の旋光部材５８を経た円弧状の光束に着目すると、第２偏光変換部材６中の旋光部材６８を介して生成される光束Ｆ８８は、Ｚ方向を−４５度（＝−２２．５−２２．５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。一方、旋光部材５８および旋光部材６７を介して生成される光束Ｆ８７は、Ｚ方向を−６７．５度（＝−２２．５−４５）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光になる。
【００７４】
こうして、第１偏光変換部材５中の他の旋光部材５３〜５７を経た円弧状の光束についての説明を省略するが、第２偏光変換部材６の直後の照明瞳には、１６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２２が形成される。周方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布２２を通過する光束が、光軸ＡＸに直交する平面上で規定された該光軸ＡＸを中心とした仮想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８の直後の照明瞳には、輪帯状の光強度分布２２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８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１１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２２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。
【００７５】
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。
【００７６】
本実施形態では、図９に示すように、平行平面板３３を第１姿勢から第２姿勢（図２において破線３３ｂで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射した平行光束は、平行平面板３３の入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、偏向部材３４の第１反射面３４ａへ導かれる。第１反射面３４ａによって反射された光は、第１空間光変調器３１により変調され、偏向部材３５の第１反射面３５ａにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。
【００７７】
すなわち、傾斜可能な平行平面板３３が第２姿勢に設定されると、平行平面板３３と偏向部材３４との協働作用により、光源１からの光は第１空間光変調器３１へ導かれ、第２空間光変調器３２へは導かれない。こうして、第１空間光変調器３１を経た光は、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、例えば輪帯状の光強度分布２２に対応する輪帯状の光強度分布を形成する。
【００７８】
図１０に示すように、平行平面板３３を第１姿勢から第３姿勢（図２において破線３３ｃで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射した平行光束は、平行平面板３３の入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、偏向部材３４の第２反射面３４ｂへ導かれる。第２反射面３４ｂによって反射された光は、第２空間光変調器３２により変調され、偏向部材３５の第２反射面３５ｂにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。
【００７９】
すなわち、傾斜可能な平行平面板３３が第３姿勢に設定されると、平行平面板３３と偏向部材３４との協働作用により、光源１からの光は第２空間光変調器３２へ導かれ、第１空間光変調器３１へは導かれない。こうして、第２空間光変調器３２を経た光は、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、例えば輪帯状の光強度分布２２に対応する輪帯状の光強度分布を形成する。
【００８０】
以上のように、本実施形態の偏光変換ユニットＴＵでは、第１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、第２偏光変換部材６中の８つの旋光部材６１〜６８のうちの対応する２つの隣り合う旋光部材との合成旋光作用、すなわち８つの前側旋光部材と各前側旋光部材に対応する２つの後側旋光部材との１６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６の直後の照明瞳には１６等分タイプ（一般には１６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２２が形成される。その結果、本実施形態の偏光変換ユニットＴＵでは、照明光学系（２〜１１）の光路中に配置されて、連続性の高い周方向偏光状態で輪帯状の瞳強度分布を実現することができる。
【００８１】
また、本実施形態の照明光学系（２〜１１）では、連続性の高い周方向偏光状態で輪帯状の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニットＴＵを用いて、所望の周方向偏光状態の光でマスクＭのパターン面（被照射面）を照明することができる。また、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、所望の周方向偏光状態の光でマスクＭのパターン面を照明する照明光学系（２〜１１）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。
【００８２】
ところで、偏光変換部材５または６のような構成を有する単体の偏光変換部材を用いて、１６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２２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１６個の旋光部材を周方向に配列する。しかしながら、１６分割タイプの偏光変換部材の製造は、８分割タイプの偏光変換部材５または６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。
【００８３】
なお、上述の実施形態では、複数の旋光部材５１〜５８，６１〜６８を用いて第１および第２偏光変換部材５，６を構成した（図５および図６参照）。しかしながら、第１または第２偏光変換部材５、６を、第１または第２の厚さ分布を有するように、旋光性を有する光学材料からなる平行平面板の少なくとも一方の面をエッチング処理して形成してもよい。このとき、図１１（Ａ）に示すように、１枚の平行平面板をエッチング処理して第１または第２偏光変換部材５，６を形成してもよい。なお、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）中のＩ−Ｉ線に沿った第１または第２偏光変換部材５，６の断面図である。あるいは、図１１（Ｃ）に示すように、複数の平行平面板をエッチング処理して第１または第２偏光変換部材５，６を形成してもよい。例えば、図１１（Ｃ）の例では、旋光部材５１〜５４（６１〜６４）に相当する部分として、１枚の平行平面板をエッチング処理することで得られる分割部材５ａ（６ａ）を形成する一方、旋光部材５５〜５８（６５〜６８）に相当する部分として、別の１枚の平行平面板をエッチング処理することにより獲られる分割部材５ｂ（６ｂ）を形成する。そして、これら分割部材５ａ（６ａ）と分割部材５ｂ（６ｂ）を組み合わせることにより、第１または第２偏光変換部材５，６
を構成することができる。
【００８４】
なお、上述の実施形態では、第１偏光変換部材５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５にＸ方向直線偏光の光を入射させると、図１２に示すように、第２偏光変換部材６の直後の照明瞳には、１６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２３が形成される。径方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布２３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。
【００８５】
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。
【００８６】
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、その光源側にハービングとしての平行平面板３３が配置されている。
【００８７】
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、ハービング（光束移動部）の構成、ハービングの設置の有無などについて、様々な形態が可能である。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。また、光束移動部を一対のミラーを用いて構成することができる。
【００８８】
また、上述の実施形態では、第１偏光変換部材５と第２偏光変換部材６とが互いに隣接して配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、第１偏光変換部材と第２偏光変換部材とを互いに光学的に共役にするリレー光学系を備える構成も可能である。例えば、図１（Ａ）に示す構成において、第２偏光変換部材６を第１偏光変換部材５の直後の位置からマイクロフライアイレンズ８の入射面の近傍の位置へ移動させる形態も可能である（図１（Ｂ）を参照）。この場合、リレー光学系７が第１偏光変換部材５と第２偏光変換部材６とを互いに光学的に共役にする。
【００８９】
また、上述の実施形態では、偏光変換部材５，６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；６１〜６８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、各偏光変換部材の全体的な外形形状、各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偏光変換部材を構成することもできる。
【００９０】
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。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。
【００９１】
図１３乃至図１５を参照して、波長板を用いて第１偏光変換部材および第２偏光変換部材を構成する変形例を説明する。第１偏光変換部材５’は、図１３に示すように、光軸ＡＸを中心とした周方向に沿って配列された８つの１／２波長板５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ，５５ａ，５６ａ，５７ａ，５８ａを有する。以下、説明の単純化のために、変形例における８つの波長板５１ａ〜５８ａは、上述の実施形態における第１偏光変換部材５中の８つの旋光部材５１〜５８と同じ外形形状を有し、８つの旋光部材５１〜５８と同じ配列にしたがって配置されているものとする。
【００９２】
第１偏光変換部材５’において、波長板５１ａは、その光学軸がＺ方向を０度回転させたＺ方向を向くように設定されている。波長板５２ａは、その光学軸がＺ方向を−１１．２５度（図１３中時計廻りに１１．２５度）回転させた方向を向くように設定されている。波長板５３ａは、その光学軸がＺ方向を−２２．５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板５４ａは、その光学軸がＺ方向を−３３．７５度回転させた方向を向くように設定されている。
【００９３】
波長板５５ａは、その光学軸がＺ方向を−４５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板５６ａは、その光学軸がＺ方向を−５６．２５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板５７ａは、その光学軸がＺ方向を−６７．５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板５８ａは、その光学軸がＺ方向を−７８．７５度回転させた方向を向くように設定されている。
【００９４】
第２偏光変換部材６’は、図１４に示すように、光軸ＡＸを中心とした周方向に沿って配列された８つの１／２波長板６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａ，６７ａ，６８ａを有する。変形例における８つの波長板６１ａ〜６８ａは、上述の実施形態における第２偏光変換部材６中の８つの旋光部材６１〜６８と同じ外形形状を有し、８つの旋光部材６１〜６８と同じ配列にしたがって配置されている。
【００９５】
第２偏光変換部材６’において、波長板６１ａは、その光学軸がＺ方向を９０度回転させたＸ方向を向くように設定されている。波長板６２ａは、その光学軸がＺ方向を＋１１．２５度（図１４中反時計廻りに１１．２５度）回転させた方向を向くように設定されている。波長板６３ａは、その光学軸がＺ方向を＋２２．５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板６４ａは、その光学軸がＺ方向を＋３３．７５度回転させた方向を向くように設定されている。
【００９６】
波長板６５ａは、その光学軸がＺ方向を＋４５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板６６ａは、その光学軸がＺ方向を＋５６．２５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板６７ａは、その光学軸がＺ方向を＋６７．５度回転させた方向を向くように設定されている。波長板６８ａは、その光学軸がＺ方向を＋７８．７５度回転させた方向を向くように設定されている。
【００９７】
図１３および図１４の変形例では、第１偏光変換部材５’にＺ方向直線偏光の光束を入射させると、第２偏光変換部材６’の直後の照明瞳には、図８に示すような１６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２２が形成される。また、第１偏光変換部材５’にＸ方向直線偏光の光束を入射させると、第２偏光変換部材６’の直後の照明瞳には、図１２に示すような１６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２３が形成される。
【００９８】
例えば、第１偏光変換部材５’にＺ方向直線偏光の光束が入射する場合、波長板５２ａおよび波長板６２ａを介して生成される光束（図８における光束Ｆ２２に対応）は、Ｚ方向を＋４５度（図８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になる。この波長板５２ａと波長板６２ａとの合成偏光変換作用を、図１５を参照して説明する。図１５では、波長板５２ａの光学軸が破線９１で示され、波長板６２ａの光学軸が破線９２で示されている。
【００９９】
波長板５２ａにＺ方向直線偏光の光束９３が入射すると、波長板５２ａを経た直後の光束９４は、波長板６２ａの光学軸９１に関して入射光束９３と対称な向き、すなわちＺ方向を−２２．５度（図１５中時計廻りに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。次いで、波長板５２ａに直線偏光の光束９４が入射すると、波長板６２ａを経た直後（ひいては第２偏光変換部材６’の直後）の光９５は、波長板６２ａの光学軸９２に関して入射光９４と対称な向き、すなわちＺ方向を＋４５度（図１５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になる。他の組み合わせに係る一対の波長板の合成偏光変換作用については、その説明を省略する。
【０１００】
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。
【０１０１】
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、たとえば上記特許文献８や、上記特許文献９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、たとえば上記特許文献１０および１１の開示に従って変形してもよい。
【０１０２】
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）を用いてもよい。この場合、リレー光学系７の代わりに、偏光変換ユニットＴＵ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８とコンデンサー光学系９との代わりに、偏光変換ユニットＴＵ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１０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１１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。
【０１０３】
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、例えば上記特許文献１２および１３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よく、自発光型の画像表示素子を用いてもよい。ここでは、上記特許文献１２の教示を参照として援用する。
【０１０４】
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よい。
【０１０５】
次に、上述の実施形態に係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１６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１６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に金属膜が蒸着され（ステップＳ４０）、蒸着された金属膜上に感光性材料であるフォトレジストが塗布される（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がウェハＷ上の各ショット領域に転写され（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が行われる（ステップＳ４６：現像工程）。
【０１０６】
その後、ステップＳ４６においてウェハ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が行われる（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の表面の加工が行われる。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。
【０１０７】
図１７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１７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が形成される。このパターン形成工程には、露光工程と、現像工程と、加工工程を含む。なお、露光工程では、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が転写される。現像工程では、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が行われ、パターンに対応する形状のフォトレジスト層が生成される。加工工程では、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が加工される。
【０１０８】
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が形成される。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）が組み立てられる。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が形成される。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が取り付けられる。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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よい。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、上記特許文献１４に開示されているような局所的に液体を満たす手法や、上記特許文献１５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、上記特許文献１６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、上記特許文献１４〜１６の教示を参照として援用する。
【０１１２】
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。
【０１１３】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１４】
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、３４，３５…偏向部材、５…第１偏光変換部材、６…第２偏光変換部材、４、７…リレー光学系、８…マイクロフライアイレンズ、９…コンデンサー光学系、１０…マスクブラインド、１１…結像光学系、ＴＵ…偏光変換ユニット、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】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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