(57)【要約】【課題】  段差の無い簡素な構成の光学部材からなり、照明光学系の光路中に配置されて継ぎ目の無い連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することのできる偏光変換ユニット。【解決手段】  入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットは、一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材を備えている。この複屈折部材を通過する光線群のうちの任意の光線群は光軸を含む平面に沿って進み、平面に沿って進む任意の光線群が光軸となす角度および複屈折部材を通過する距離は互いに同じである。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材を備え、
前記複屈折部材を通過する光線群のうちの任意の光線群は前記光軸を含む平面に沿って進み、前記平面に沿って進む前記任意の光線群が前記光軸となす角度および前記複屈折部材を通過する距離は互いに同じであることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項２】
前記複屈折部材は前記光軸を横切る面内に配置される１つの光学部材であり、
１つの前記複屈折部材の入射面は前記入射光の光路を包含してい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】
前記複屈折部材の前記角度および前記距離は、円偏光の入射光が直線偏光の射出光に変換されるように設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４】
前記偏光変換ユニットから射出される光束は、その断面の任意の位置において前記光軸と前記任意の位置とを結ぶ線分と直交する方向に偏光した直線偏光状態にあ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】
前記複屈折部材は、平行平面板の形態を有し、
前記光軸に沿って入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換して前記複屈折部材へ導く第１変換部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項６】
前記第１変換部材は、入射する直線偏光の光を円偏光の光に変換する第１偏光状態変換部材と、入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換する第１光束変換部材とを有す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１偏光状態変換部材は、１／４波長板を有することを特徴とする請求項６に記載の偏光変換ユニット。
【請求項８】
前記第１光束変換部材は、入射面および射出面のうちの少なくとも一方が前記光軸を中心とする円錐面状に形成された屈折面を有することを特徴とする請求項６または７に記載の偏光変換ユニット。
【請求項９】
前記複屈折部材を経て入射する第１の直線偏光の発散光束または収束光束を、前記光軸に沿って進む第２の直線偏光の平行光束に変換する第２変換部材を備えていることを特徴とする請求項５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２変換部材は、入射する発散光束または収束光束を平行光束に変換する第２光束変換部材と、入射する前記第１の直線偏光の光を前記第２の直線偏光の光に変換する第２偏光状態変換部材とを有することを特徴とする請求項９に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１１】
前記第２光束変換部材は、入射面および射出面のうちの少なくとも一方が前記光軸を中心とする円錐面状に形成された屈折面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２光束変換部材からの光束を、収束光束または発散光束に変換する第３光束変換部材と、該第３光束変換部材からの前記収束光束または前記発散光束の光路中に配置される別の複屈折部材と、該別の複屈折部材を経て入射する前記収束光束または前記発散光束を平行光束に変換する第４光束変換部材とを備え、
前記別の複屈折部材を通過する光線群のうちの任意の光線群は前記光軸を含む平面に沿って進み、前記平面に沿って進む前記任意の光線群が前記光軸となす角度および前記複屈折部材を通過する距離は互いに同じであり、
前記第２偏光状態変換部材は、前記第４光束変換部材を経た光束の光路に配置され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】
前記光軸を含む平面に沿って前記複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記光軸となす角度と、前記光軸を含む平面に沿って前記別の複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記光軸となす角度とは、等しい絶対値を持ち、
前記光軸を含む平面に沿って前記複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記複屈折部材を通過する距離と、前記光軸を含む平面に沿って前記別の複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記複屈折部材を通過する距離とは等しいことを特徴とする請求項１２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１４】
前記第２偏光状態変換部材は、旋光性の光学材料により形成されて平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項１０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】
前記光軸に対して傾いて前記偏光変換ユニットに入射して前記複屈折部材の任意の１点に入射した第１の光が前記偏光変換ユニットから射出されるときの第１の偏光状態を、前記光軸と平行に前記偏光変換ユニットに入射して前記複屈折部材の前記任意の１点に入射した第２の光が前記偏光変換ユニットから射出されるときの第２の偏光状態に近づけるための調整部材を備えていることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１６】
前記調整部材は、前記複屈折部材と前記別の複屈折部材と前記調整部材とにより前記第１の光に付与される第１の位相差を、前記複屈折部材と前記別の複屈折部材と前記調整部材とにより前記第２の光に付与される第２の位相差に近づけることを特徴とする請求項１５に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１７】
前記調整部材は、入射する直線偏光の偏光方向を前記光軸と平行な軸線廻りに９０度回転させて射出する調整用の偏光状態変換部材と、一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された調整用の複屈折部材とを備えていることを特徴とする請求項１５または１６に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１８】
前記調整用の複屈折部材は、前記光軸と直交する入射面を有する平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項１７に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１９】
前記調整用の偏光状態変換部材は、旋光性の光学材料により形成されて平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項１７または１８に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２０】
前記調整部材は、前記第４光束変換部材と前記第２偏光状態変換部材との間の平行光束の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２１】
前記調整用の偏光状態変換部材は、前記調整用の複屈折部材の入射側に配置されていることを特徴とする請求項２０に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２２】
前記調整部材は、前記第１偏光状態変換部材と前記第１光束変換部材との間の平行光束の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２３】
前記調整用の偏光状態変換部材は、前記調整用の複屈折部材の射出側に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２４】
前記調整部材は、前記第２光束変換部材と前記第３光束変換部材との間の平行光束の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２５】
前記調整部材は、入射する直線偏光の偏光方向を前記光軸と平行な軸線廻りに９０度回転させて射出する調整用の前側偏光状態変換部材と、該調整用の前側偏光状態変換部材の射出側に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を前記光軸と平行な軸線廻りに９０度回転させて射出する調整用の後側偏光状態変換部材と、前記調整用の前側偏光状態変換部材と前記調整用の後側偏光状態変換部材との間の光路中に配置された前記調整用の複屈折部材とを有することを特徴とする請求項２４に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２６】
前記複屈折部材は、前記光軸を中心とする円錐面状に形成された屈折面を有する入射面と、該入射面と相補的な面形状に形成された射出面とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２７】
入射する直線偏光の光を円偏光の光に変換して前記複屈折部材へ導く第３偏光状態変換部材を備えていることを特徴とする請求項２６に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２８】
前記第３偏光状態変換部材は、１／４波長板を有することを特徴とする請求項２７に記載の偏光変換ユニット。
【請求項２９】
前記複屈折部材を経て入射する第３の直線偏光の光を第４の直線偏光の光に変換する第４偏光状態変換部材を備えていることを特徴とする請求項２６乃至２８のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３０】
前記複屈折部材を経た光束の光路に配置されて、前記光軸を中心とする円錐面状に形成された屈折面を有する入射面と、該入射面と相補的な面形状に形成された射出面とを有する別の複屈折部材を有し、
前記第４偏光状態変換部材は、前記別の複屈折部材を経た光束の光路に配置されることを特徴とする請求項２７乃至２９のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３１】
前記光軸を含む平面に沿って前記複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記光軸となす角度と、前記光軸を含む平面に沿って前記別の複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記光軸となす角度とは、等しい絶対値を持ち、
前記光軸を含む平面に沿って前記複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記複屈折部材を通過する距離と、前記光軸を含む平面に沿って前記別の複屈折部材を通過する前記任意の光線群が前記複屈折部材を通過する距離とは等しいことを特徴とする請求項３０に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３２】
前記第４偏光状態変換部材は、旋光性の光学材料により形成されて平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３３】
前記光軸に対して傾いて前記偏光変換ユニットに入射して前記複屈折部材の任意の１点に入射した第１の光が前記偏光変換ユニットから射出されるときの第１の偏光状態を、前記光軸と平行に前記偏光変換ユニットに入射して前記複屈折部材の前記任意の１点に入射した第２の光が前記偏光変換ユニットから射出されるときの第２の偏光状態に近づけるための調整部材を備えていることを特徴とする請求項３０乃至３２のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３４】
前記調整部材は、前記複屈折部材と前記別の複屈折部材と前記調整部材とにより前記第１の光に付与される第１の位相差を、前記複屈折部材と前記別の複屈折部材と前記調整部材とにより前記第２の光に付与される第２の位相差に近づけることを特徴とする請求項３３に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３５】
前記調整部材は、入射する直線偏光の偏光方向を前記光軸と平行な軸線廻りに９０度回転させて射出する調整用の偏光状態変換部材と、一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された調整用の複屈折部材とを備えていることを特徴とする請求項３３または３４に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３６】
前記調整用の複屈折部材は、前記光軸と直交する入射面を有する平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項３５に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３７】
前記調整用の偏光状態変換部材は、旋光性の光学材料により形成されて平行平面板の形態を有することを特徴とする請求項３５または３６に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３８】
前記調整部材は、前記別の複屈折部材と前記第４偏光状態変換部材との間の平行光束の光路中に配置されていることを特徴とする請求項３５乃至３７のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３９】
前記調整用の偏光状態変換部材は、前記調整用の複屈折部材の入射側に配置されていることを特徴とする請求項３８に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４０】
前記調整部材は、前記第３偏光状態変換部材と前記複屈折部材との間の平行光束の光路中に配置されていることを特徴とする請求項３５乃至３７のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４１】
前記調整用の偏光状態変換部材は、前記調整用の複屈折部材の射出側に配置されていることを特徴とする請求項４０に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４２】
前記調整部材は、前記複屈折部材と前記別の複屈折部材との間の平行光束の光路中に配置されていることを特徴とする請求項３５乃至３７のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４３】
前記調整部材は、入射する直線偏光の偏光方向を前記光軸と平行な軸線廻りに９０度回転させて射出する調整用の前側偏光状態変換部材と、該調整用の前側偏光状態変換部材の射出側に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を前記光軸と平行な軸線廻りに９０度回転させて射出する調整用の後側偏光状態変換部材と、前記調整用の前側偏光状態変換部材と前記調整用の後側偏光状態変換部材との間の光路中に配置された前記調整用の複屈折部材とを有することを特徴とする請求項４２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４４】
入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材と、
前記複屈折部材を通過する光線群のうち前記光軸を含む平面に沿って進む光線群を、前記光軸となす角度および前記複屈折部材を通過する距離が互いに同じであるように変換する変換手段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４５】
前記複屈折部材は前記光軸を横切る面内に配置される１つの光学部材であり、
１つの前記複屈折部材の入射面は前記入射光の光路を包含していることを特徴とする請求項４４に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４６】
前記変換手段は、前記光軸に沿って入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換して前記複屈折部材へ導く第１変換部材を備え、
前記複屈折部材は平行平面板状の形態を有していることを特徴とする請求項４５に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４７】
前記変換手段は、前記複屈折部材の入射面に設けられて前記光軸に沿って入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換して前記複屈折部材の内部へ導くことを特徴とする請求項４４に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４８】
入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材と、
前記複屈折部材へ向かう光を偏向させる光偏向面とを備え、
前記光偏向面は、前記光偏向面を通過する光線群に対して、前記光軸からの距離によらずに同量の偏向作用を与え、
前記偏向作用が与えられた光線群が前記複屈折部材を通過する距離は互いに同じであることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項４９】
前記複屈折部材は前記光軸を横切る面内に配置される１つの光学部材であり、
１つの前記複屈折部材の入射面は前記入射光の光路を包含していることを特徴とする請求項４８に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５０】
前記光偏向面によって前記同量の偏向作用が与えられて前記複屈折部材内を進行する光線群の前記光軸となす角度および前記距離は、円偏光の入射光が直線偏光の射出光に変換されるように設定されていることを特徴とする請求項４８に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５１】
前記偏光変換ユニットから射出される光束は、その断面の任意の位置において前記光軸と前記任意の位置とを結ぶ線分と直交する方向に偏光した直線偏光状態にあることを特徴とする請求項４８乃至５０のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５２】
前記複屈折部材は、平行平面板の形態を有し、
前記光軸に沿って入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換して前記複屈折部材へ導く第１変換部材を備え、
前記光偏向面は前記第１変換部材に設けられていることを特徴とする請求項４８乃至５１のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５３】
前記第１変換部材は、入射する直線偏光の光を円偏光の光に変換する第１偏光状態変換部材と、入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換する第１光束変換部材とを有し、
前記光偏向面は前記第１光束変換部材に設けられていることを特徴とする請求項５２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５４】
前記複屈折部材を介した光を偏向させる別の光偏向面と、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された別の複屈折部材とをさらに備え、
前記別の光偏向面は、前記光偏向面を通過する光線群に対して、前記光軸からの距離によらずに同量の偏向作用を与え、
前記別の光偏向面によって偏向作用が与えられた光線群が前記別の複屈折部材を通過する距離は互いに同じであることを特徴とする請求項４８乃至５３のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５５】
前記複屈折部材を経た発散光束または収束光束を、平行光束に変換する第２光束変換部材と、
前記第２光束変換部材からの光束を、収束光束または発散光束に変換する第３光束変換部材と、
前記別の複屈折部材を経て入射する前記第３光束変換部材からの収束光束または前記発散光束を平行光束に変換する第４光束変換部材とを備え、
前記別の光偏向面は前記第２および第３光束変換部材に設けられていることを特徴とする請求項５４に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５６】
前記光軸に対して傾いて前記偏光変換ユニットに入射して前記複屈折部材の任意の１点に入射した第１の光が前記偏光変換ユニットから射出されるときの第１の偏光状態を、前記光軸と平行に前記偏光変換ユニットに入射して前記複屈折部材の前記任意の１点に入射した第２の光が前記偏光変換ユニットから射出されるときの第２の偏光状態に近づけるための調整部材を備えていることを特徴とする請求項５４または５５に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５７】
前記複屈折部材は、前記光軸を中心とする円錐面状に形成された屈折面を有する入射面と、該入射面と相補的な面形状に形成された射出面とを有し、
前記入射面は前記光偏向面を有することを特徴とする請求項４８乃至５１のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５８】
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５７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５９】
波面分割型のオプティカルインテグレータを備え、
前記偏光変換ユニットは、前記オプティカルインテグレータよりも前記光源側に配置されていることを特徴とする請求項５８に記載の照明光学系。
【請求項６０】
所定のパターンを照明するための請求項５８または５９に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを介した光で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６１】
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６０に記載の露光装置。
【請求項６２】
入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換方法において、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材に入射光を導くことと、
前記複屈折部材を通過する光線群のうち前記光軸を含む平面に沿って進む光線群を、前記光軸となす角度および前記複屈折部材を通過する距離が互いに同じであるように変換することと、
を含むことを特徴とする偏光変換方法。
【請求項６３】
前記複屈折部材は前記光軸を横切る面内に配置される１つの光学部材であり、
前記複屈折部材に前記入射光を導くことでは、１つの前記複屈折部材の入射面に前記入射光を導くことを特徴とする請求項６２に記載の偏光変換方法。
【請求項６４】
前記変換することでは、前記光軸に沿って入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換して前記複屈折部材へ導き、
前記複屈折部材は平行平面板状の形態を有していることを特徴とする請求項６２に記載の偏光変換方法。
【請求項６５】
前記変換することでは、前記複屈折部材の入射面の位置で、前記光軸に沿って入射する平行光束を発散光束または収束光束に変換して前記複屈折部材の内部へ導くことを特徴とする請求項６２に記載の偏光変換方法。
【請求項６６】
光源からの光により被照射面に位置する所定のパターンを照明することと、
前記所定のパターンを介した光で感光性基板を露光することと、
を含み、
前記照明することでは、請求項６２乃至６５のいずれか１項に記載の偏光変換方法を用いて前記光源からの光を変換することを特徴とする露光方法。
【請求項６７】
請求項６６に記載の露光方法を用いて、露光パターンを前記感光性基板に露光することと、
前記露光パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記露光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ことと、
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ことと、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、偏光変換方法、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、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（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微細化されており、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】
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例えば輪帯状の二次光源を形成し、この二次光源を通過する光束がその周方向（サジタル方向）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）。特許文献１に記載された照明光学系では、旋光性の光学部材を用いて、連続性の高い周方向偏光状態を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２９１０５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に提案された旋光性の光学部材は、全体として平行平面板に近い形態を有し、その厚さが光軸を中心とする円の周方向に沿って連続的に変化している。その結果、この旋光性の光学部材には光軸を中心とする円の径方向に延びる少なくとも１つの段差（通常は一対の段差）が存在し、この段差に起因して瞳強度分布の周方向偏光状態に継ぎ目が発生し易い。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、段差の無い簡素な構成の光学部材からなり、照明光学系の光路中に配置されて継ぎ目の無い連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することのできる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、継ぎ目の無い連続的な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、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、入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材を備え、
前記複屈折部材を通過する光線群のうちの任意の光線群は前記光軸を含む平面に沿って進み、前記平面に沿って進む前記任意の光線群が前記光軸となす角度および前記複屈折部材を通過する距離は互いに同じであることを特徴とする偏光変換ユニットを提供する。
【０００９】
本発明の第２形態では、入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材と、
前記複屈折部材を通過する光線群のうち前記光軸を含む平面に沿って進む光線群を、前記光軸となす角度および前記複屈折部材を通過する距離が互いに同じであるように変換する変換手段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。
【００１０】
本発明の第３形態では、入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材と、
前記複屈折部材へ向かう光を偏向させる光偏向面とを備え、
前記光偏向面は、前記光偏向面を通過する光線群に対して、前記光軸からの距離によらずに同量の偏向作用を与え、
前記偏向作用が与えられた光線群が前記複屈折部材を通過する距離は互いに同じであることを特徴とする偏光変換ユニットを提供する。
【００１１】
本発明の第４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、第２形態または第３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。
【００１２】
本発明の第５形態では、所定のパターンを照明するための第４形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを介した光で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。
【００１３】
本発明の第６形態では、入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換方法において、
一軸性結晶材料により形成され且つ結晶光学軸が光軸と平行に配置された複屈折部材に入射光を導くことと、
前記複屈折部材を通過する光線群のうち前記光軸を含む平面に沿って進む光線群を、前記光軸となす角度および前記複屈折部材を通過する距離が互いに同じであるように変換することと、
を含むことを特徴とする偏光変換方法を提供する。
【００１４】
本発明の第７形態では、光源からの光により被照射面に位置する所定のパターンを照明することと、
前記所定のパターンを介した光で感光性基板を露光することと、
を含み、
前記照明することでは、第６形態の偏光変換方法を用いて前記光源からの光を変換することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１５】
本発明の第８形態では、第７形態の露光方法を用いて、露光パターンを前記感光性基板に露光することと、
前記露光パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記露光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ことと、
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ことと、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】
【００１６】
本発明の偏光変換ユニットは、段差の無い簡素な構成の光学部材からなり、照明光学系の光路中に配置されて継ぎ目の無い連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することができる。本発明の照明光学系では、継ぎ目の無い連続的な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。本発明の露光装置では、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】
【００１７】
【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】本実施形態の偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図３】偏光変換ユニット中の１／４波長板へ入射する平行光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図４】偏光変換ユニット中の１／４波長板を経た平行光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図５】偏光変換ユニット中の第１コーンレンズを経た発散光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図６】偏光変換ユニット中の複屈折部材を経た発散光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図７】偏光変換ユニット中の旋光部材を経た平行光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図８】第１変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図９】図２の複屈折部材を通過する実際の光束がある程度の開口数を有する様子を示す図である。
【図１０】第２変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図１１】第３変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図１２】第４変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図１３】図１２の第４コーンレンズを経た光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図１４】図１２の調整用の旋光部材を経た光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図１５】図１２の偏光変換ユニットを経た光束の外形形状および偏光状態を示す図である。
【図１６】一軸性結晶における光線の通過方向と屈折率との関係を示す図である。
【図１７】図１２における入射側の複屈折部材が光線に位相差を付与する様子を示す図である。
【図１８】図１２における別の複屈折部材が光線に位相差を付与する様子を示す図である。
【図１９】図１２における調整用の旋光部材の作用を説明する図である。
【図２０】図１２における調整用の複屈折部材の作用を説明する図である。
【図２１】第５変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図２２】第６変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図２３】第７変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図２４】第８変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図２５】第９変形例にかかる偏光変換ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図２６】偏光変換ユニット中のコーンレンズの変形例を概略的に示す図である。
【図２７】偏光変換ユニット中の１／４波長板、複屈折部材、旋光部材の変形例を概略的に示す図である。
【図２８】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２９】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】
【００１８】
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Ｘ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Ｙ軸をそれぞれ設定している。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。
【００１９】
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、図示を省略した整形光学系の作用により所定の矩形状の断面を有する光束に変換された後、偏光状態切換部１を介して、回折光学素子２に入射する。回折光学素子２を経た光は、リレー光学系３および偏光変換ユニット４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）５に入射する。
【００２０】
偏光状態切換部１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１ａ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１ｂ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）１ｃとを備えている。偏光状態切換部１は、デポラライザ１ｃ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２へ入射させる機能を有し、デポラライザ１ｃ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２へ入射させる機能を有する。
【００２１】
回折光学素子２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２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）に円形状の光強度分布を形成する機能を有するものとする。回折光学素子２はリレー光学系３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５の入射面はリレー光学系３の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。
【００２２】
換言すると、リレー光学系３は、回折光学素子２とマイクロフライアイレンズ５の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置している。したがって、リレー光学系３とマイクロフライアイレンズ５との間の光路中に偏光変換ユニット４が介在しない場合、マイクロフライアイレンズ５の入射面には円形状の光強度分布が形成される。本実施形態では、後述するように、偏光変換ユニット４の作用により、マイクロフライアイレンズ５の入射面には、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布が形成される。偏光変換ユニット４の構成および作用については後述する。
【００２３】
マイクロフライアイレンズ５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。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。
【００２４】
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５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。
【００２５】
マイクロフライアイレンズ５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（照明瞳の位置）には、マイクロフライアイレンズ５の入射面に形成される光強度分布（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。マイクロフライアイレンズ５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が配置されている。
【００２６】
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ても良い。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、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。
【００２７】
マイクロフライアイレンズ５を経た光は、コンデンサー光学系６を介して、マスクブラインド７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７には、マイクロフライアイレンズ５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７の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群８ａと後側レンズ群８ｂとからなる結像光学系８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８は、マスクブラインド７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。
【００２８】
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。
【００２９】
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５により形成される二次光源を光源として、照明光学系（１〜８）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（マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面またはその近傍の位置）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（１〜８）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。また、照明瞳の位置は、投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置、照明光学系（１〜８）の射出瞳面と光学的にほぼ共役な位置とみなすことができる。
【００３０】
瞳強度分布とは、照明光学系（１〜８）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５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５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５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。また、マイクロフライアイレンズ５の入射面および当該入射面と光学的に共役な面も照明瞳面と称することができる。
【００３１】
偏光変換ユニット４は、上述したように、リレー光学系３とマイクロフライアイレンズ５との間の光路中、すなわちマイクロフライアイレンズ５よりも光源ＬＳ側に配置されている。偏光変換ユニット４は、図２に示すように、光の入射順に（光源ＬＳ側から順に）、１／４波長板４１、第１コーンレンズ４２、複屈折部材４３、第２コーンレンズ４４、および旋光部材４５を備えている。
【００３２】
１／４波長板４１は、入射する直線偏光の光を円偏光の光に変換する。第１コーンレンズ４２は、光軸ＡＸを中心とする円錐面状に形成された屈折面からなる凹状の入射面と、光軸ＡＸと直交する平面状の射出面とを有する。第１コーンレンズ４２は、入射する平行光束を発散光束に変換する。複屈折部材４３は、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）のような一軸性結晶材料により形成された平行平面板の形態を有し、その結晶光学軸が光軸ＡＸと平行に配置されている。複屈折部材４３は、入射面（ひいては射出面）が光軸ＡＸと直交するように配置されている。
【００３３】
第２コーンレンズ４４は、光軸ＡＸと直交する平面状の入射面と、光軸ＡＸを中心とする円錐面状に形成された屈折面からなる凸状の射出面とを有する。第２コーンレンズ４４は、第１コーンレンズ４２の入射面と相補的な面形状に形成された射出面を有し、入射する発散光束を平行光束に変換する。旋光部材４５は、例えば水晶のような旋光性の光学材料により形成された平行平面板の形態を有し、入射面（ひいては射出面）が光軸ＡＸと直交するように配置されている。旋光部材４５は、入射する直線偏光の光の偏光方向を、光軸ＡＸと平行な軸線廻りに、その厚さ（光軸ＡＸ方向の寸法）に応じた角度だけ回転させる。
【００３４】
以下、説明の理解を容易にするために、回折光学素子２の作用により、光軸ＡＸを中心とした円形状の平行光束が光軸ＡＸに沿って偏光変換ユニット４（ひいては１／４波長板４１）に入射するものとする。また、偏光状態切換部１の作用により、Ｘ方向に偏光したＸ方向直線偏光の光が偏光変換ユニット４に入射するものとする。すなわち、図３に示すように、１／４波長板４１には光軸ＡＸを中心とした円形状の平行光束２１が入射し、円形状の光束２１はその断面の全体に亘ってＸ方向直線偏光状態にある。
【００３５】
Ｘ方向直線偏光状態で円形状の平行光束２１は、１／４波長板４１を介して、図４に示すように、その断面の全体に亘って円偏光状態で円形状の平行光束２２に変換される。第１コーンレンズ４２は、円偏光状態で円形状の平行光束２２を、図５に示すように輪帯比（内径／外径）の小さい輪帯状で円偏光状態の発散光束２３に変換して複屈折部材４３へ導く。第１コーンレンズ４２を経て形成される発散光束２３は光軸ＡＸに関して回転対称であり、発散光束２３を形成する光線群は光軸ＡＸに対して互いに同じ角度をなしている。
【００３６】
したがって、複屈折部材４３を通過する光線群は光軸ＡＸを含む平面に沿って進む光線群の集合であり、光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が光軸ＡＸ（ひいては複屈折部材４３の結晶光学軸）となす角度θおよび複屈折部材４３を通過する距離Ｄは互いに同じである。すなわち、第１コーンレンズ４２は、複屈折部材４３を通過する光線群のうち光軸ＡＸを含む平面に沿って進む光線群を、光軸ＡＸとなす角度θおよび複屈折部材４３を通過する距離Ｄが互いに同じあるように変換している。
【００３７】
その結果、複屈折部材４３を通過する光線群は、その入射位置に依存することなく、複屈折部材４３の結晶光学軸となす角度θおよび通過距離Ｄに応じて、互いに同じ偏光変換作用を受ける。本実施形態では、複屈折部材４３における角度θおよび距離Ｄは、円偏光状態で輪帯状の発散光束２３が、図６に示すような直線偏光状態の発散光束２４に変換されるように設定されている。
【００３８】
具体的に、複屈折部材４３を経た発散光束２４は、その断面の任意の位置において、光軸ＡＸとその任意の位置とを結ぶ線分と４５度をなす方向に偏光した直線偏光状態になる。図６では、光軸ＡＸから径方向に延びる８本の線分を破線で示し、各破線状の線分に沿った３つの位置における光線の偏光方向を両方向矢印で示している。
【００３９】
第２コーンレンズ４４は、複屈折部材４３を経て入射する発散光束２４を、光軸ＡＸに沿って進む輪帯状の平行光束（不図示）に変換する。第２コーンレンズ４４を経た輪帯状の平行光束は、図６に示すような直線偏光状態で旋光部材４５に入射する。旋光部材４５は、入射光の偏光方向を入射位置に依存することなく図６中時計廻りに４５度だけ回転させるように、その厚さ（ひいては旋光度）が設定されている。その結果、図７に示すように、旋光部材４５を経て偏光変換ユニット４から射出される輪帯状の平行光束２５は、連続的な周方向偏光状態になる。
【００４０】
すなわち、偏光変換ユニット４から射出される輪帯状の平行光束２５は、その断面の任意の位置において、光軸ＡＸとその任意の位置とを結ぶ線分と直交する方向に偏光した直線偏光状態にある。別の表現をすれば、偏光変換ユニット４から射出される輪帯状の平行光束２５は光軸ＡＸに関して回転対称な直線偏光状態を有し、その偏光方向は光束２５の断面の全体に亘ってサジタル方向である。
【００４１】
こうして、マイクロフライアイレンズ５の入射面には、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。その結果、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳にも、連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布（瞳強度分布）が形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ５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８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、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。
【００４２】
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。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。
【００４３】
以上のように、偏光変換ユニット４は、段差の無い簡素な構成の光学部材（４１〜４５）からなり、１／４波長板４１と複屈折部材４３と旋光部材４５との協働作用により、入射光のＸ方向直線偏光状態を連続的な周方向偏光状態に変換する。すなわち、本実施形態の偏光変換ユニット４は、段差の無い簡素な構成の光学部材からなり、照明光学系（１〜８）の光路中に配置されて継ぎ目の無い連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することができる。
【００４４】
本実施形態の照明光学系（１〜８）では、継ぎ目の無い連続的な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４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。本実施形態の露光装置（１〜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（１〜８）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。
【００４５】
図２に示す実施形態において、第１コーンレンズ４２の入射面および射出面は、複屈折部材４３へ向かう光を偏向させる光偏向面を構成している。第１コーンレンズ４２に設けられた光偏向面は、通過する光線群に対して、光軸ＡＸからの距離によらずにほぼ同量の偏向作用を与える。偏向作用が与えられた光線群が複屈折部材４３を通過する距離は、互いにほぼ同じである。ほぼ同量の偏向作用が与えられて複屈折部材４３内を進行する光線群の光軸ＡＸとなす角度および通過距離は、円偏光の入射光が直線偏光の射出光に変換されるように設定されている。
【００４６】
なお、上述の実施形態では、図２に示す特定の構成を有する偏光変換ユニット４に基づいて本発明を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換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、偏光変換ユニットの配置位置、偏光変換ユニットの各構成部材の具体的な形状、複屈折部材の材質、旋光部材の材質などについては、様々な形態が可能である。
【００４７】
例えば、上述の実施形態では、第１コーンレンズ４２が凹状の入射面と平面状の射出面とを有し、入射する平行光束を発散光束に変換している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば円錐凸面状の入射面と平面状の射出面とを有する第１コーンレンズを用いて入射する平行光束を収束光束に変換し、平面状の入射面と円錐凹面状の射出面とを有する第２コーンレンズを用いて入射する収束光束を平行光束に変換する構成も可能である。この場合、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳には、連続的な周方向偏光状態で円形状の瞳強度分布が形成される。
【００４８】
なお、このとき、第１コーンレンズとして平面状の入射面と円錐凸状の入射面とを備える構成であっても良く、第２コーンレンズとして円錐凹状の入射面と平面状の射出面とを備える構成であっても良い。また、第１コーンレンズとして、平面状の入射面と円錐凹状の射出面とを備える構成であっても良く、第２コーンレンズとして円錐凸状の入射面と平面状の射出面とを備える構成であっても良い。
【００４９】
また、上述の実施形態では、平行光束を発散光束に変換する第１コーンレンズ４２、円偏光の入射光を直線偏光の射出光に変換する複屈折部材４３、および発散光束を平行光束に変換する第２コーンレンズ４４が、それぞれ個別の光学部材と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、例えば図８に示すように、単体の複屈折部材４６が図２の実施形態における第１コーンレンズ４２の機能と複屈折部材４３の機能と第２コーンレンズ４４の機能とを担う構成も可能である。
【００５０】
図８の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ａでは、１／４波長板４１と旋光部材４５との間の光路中に複屈折部材４６だけが配置されている。複屈折部材４６は、例えばフッ化マグネシウムのような一軸性結晶材料により形成され、その結晶光学軸が光軸ＡＸと平行に配置されている。複屈折部材４６は、光軸ＡＸを中心とする円錐面状に形成された屈折面からなる凸状の入射面と、この入射面と相補的な面形状に形成された射出面とを有する。すなわち、複屈折部材４６の射出面は、光軸ＡＸを中心とする円錐凹面状に形成された屈折面である。
【００５１】
図８の変形例では、複屈折部材４６の入射面が、光軸ＡＸに沿って入射する平行光束を発散光束に変換して複屈折部材４６の内部へ導く。複屈折部材４６の内部は、入射した円偏光状態で円形状の発散光束を直線偏光状態で輪帯状の発散光束に変換する。複屈折部材４６の射出面は、輪帯状の発散光束を光軸ＡＸに沿って進む輪帯状の平行光束に変換する。こうして、図８の変形例においても、図２の実施形態の場合と同様に、旋光部材４５を経て偏光変換ユニット４Ａから射出される輪帯状の平行光束は、連続的な周方向偏光状態になる。
【００５２】
図８の変形例において、複屈折部材４６の入射面は、複屈折部材４６の内部へ向かう光を偏向させる光偏向面を構成している。複屈折部材４６の入射側に設けられた光偏向面は、通過する光線群に対して、光軸ＡＸからの距離によらずにほぼ同量の偏向作用を与える。偏向作用が与えられた光線群が複屈折部材４６を通過する距離は、互いにほぼ同じである。ほぼ同量の偏向作用が与えられて複屈折部材４６内を進行する光線群の光軸ＡＸとなす角度および通過距離は、円偏光の入射光が直線偏光の射出光に変換されるように設定されている。
【００５３】
なお、上述の変形例では、複屈折部材４６が円錐凹面状の入射面と円錐凸面状の射出面とを有し、入射する平行光束を発散光束に変換した後に再び平行光束に変換している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば円錐凸面状の入射面と円錐凹面状の射出面とを有する複屈折部材を用いて、入射する平行光束を収束光束に変換した後に再び平行光束に変換する構成も可能である。
【００５４】
ところで、図２の実施形態では、複屈折部材４３において光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が光軸ＡＸとなす角度θが、互いに同じであるものとしている。しかしながら、実際には、図９に示すように、複屈折部材４３を通過する実際の光束は、ある程度の開口数（ＮＡ）を有し、太い実線で示す光線よりも光軸ＡＸとなす角度の絶対値が小さい光線（図９中破線で示す）、および太い実線で示す光線よりも光軸ＡＸとなす角度の絶対値が大きい光線（図９中一点鎖線で示す）を含んでいる。
【００５５】
このように、複屈折部材４３を通過する実際の光束には、複屈折部材４３を通過する際の角度にばらつきがあり、角度の異なる光に対して異なる複屈折効果が作用してしまう。そこで、図１０に示すように、発散光束が通過する複屈折部材４３と収束光束（収斂光束）が通過する別の複屈折部材４３ａとを用いて、複屈折部材４３，４３ａを通過する際の光線の角度のばらつきの影響を小さく抑えることもできる。
【００５６】
図１０の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｂでは、図２の偏光変換ユニット４における第２コーンレンズ４４と旋光部材４５との間の光路中に、光の入射側から順に、第３コーンレンズ４４ａ、別の複屈折部材４３ａ、および第４コーンレンズ４２ａが配置されている。第３コーンレンズ４４ａ、別の複屈折部材４３ａ、および第４コーンレンズ４２ａは、第２コーンレンズ４４、複屈折部材４３、および第１コーンレンズ４２を、光軸ＡＸと直交するＸＹ平面に関して対称的に配置して得られる構成を有する。
【００５７】
すなわち、第３コーンレンズ４４ａは第２コーンレンズ４４とＸＹ平面に関して対称な構成を有し、別の複屈折部材４３ａは複屈折部材４３と同様の構成を有し、第４コーンレンズ４２ａは第１コーンレンズ４２とＸＹ平面に関して対称な構成を有する。図１０の変形例では、Ｘ方向直線偏光状態で円形状の平行光束２１（図３を参照）が、１／４波長板４１を介して、その断面の全体に亘って円偏光状態で円形状の平行光束２２（図４を参照）に変換され、第１コーンレンズ４２に入射する。
【００５８】
第１コーンレンズ４２を経て形成された発散光束は、複屈折部材４３および第２コーンレンズ４４を経て輪帯状の平行光束になる。第２コーンレンズ４４を経た輪帯状の平行光束は、第３コーンレンズ４４ａを介して輪帯状の収束光束に変換される。第３コーンレンズ４４ａを経て形成された収束光束は、別の複屈折部材４３ａおよび第４コーンレンズ４２ａを経て円形状の平行光束になり、旋光部材４５に入射する。
【００５９】
図１０の変形例では、発散光束が１番目の複屈折部材４３を通過し、この発散光束を逆進させた性状の収束光束が２番目の複屈折部材４３ａを通過する。したがって、１番目の複屈折部材４３を通過する際に光軸ＡＸとなす角度の絶対値が比較的小さい光線は、２番目の複屈折部材４３ａを通過する際に光軸ＡＸとなす角度の絶対値が比較的大きくなる。逆に、１番目の複屈折部材４３を通過する際に光軸ＡＸとなす角度の絶対値が比較的大きい光線は、２番目の複屈折部材４３ａを通過する際に光軸ＡＸとなす角度の絶対値が比較的小さくなる。
【００６０】
具体的に、偏光変換ユニット４Ｂでは、複屈折部材４３ａを通過する光線群は光軸ＡＸを含む平面に沿って進む光線群の集合であり、光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が光軸ＡＸ（ひいては複屈折部材４３ａの結晶光学軸）となす角度および複屈折部材４３ａを通過する距離は互いに同じである。また、光軸ＡＸを含む平面に沿って複屈折部材４３を通過する任意の光線群が光軸ＡＸとなす角度と、光軸ＡＸを含む平面に沿って別の複屈折部材４３ａを通過する任意の光線群が光軸ＡＸとなす角度とは、等しい絶対値を有する。
【００６１】
さらに、光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が複屈折部材４３を通過する距離と、光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が別の複屈折部材４３ａを通過する距離とは、互いに等しい。そして、複屈折部材４３，４３ａにおける上記角度および上記距離は、円偏光状態で輪帯状の発散光束２３（図５を参照）が、一対の複屈折部材４３，４３ａを介して、直線偏光状態の収束光束（図６の発散光束２４の直線偏光状態に対応）に変換されるように設定されている。
【００６２】
したがって、旋光部材４５を経た円形状の平行光束は、連続的な周方向偏光状態（図７の平行光束２５の周方向偏光状態に対応）になる。こうして、図１０の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｂでは、複屈折部材４３，４３ａを通過する際の光線の角度にばらつきがあっても、一対の複屈折部材４３と４３ａとの協働作用により、全ての光線がほぼ均一な複屈折効果を受けることができる。なお、図１０の構成では、発散光束が複屈折部材４３を通過し且つ収束光束が別の複屈折部材４３ａを通過しているが、収束光束が複屈折部材４３を通過し且つ発散光束が別の複屈折部材４３ａを通過するように構成することもできる。
【００６３】
図１０の変形例において、第２コーンレンズ４４の入射面および射出面、並びに第３コーンレンズ４４ａの入射面および射出面は、複屈折部材４３を介した光を偏向させる別の光偏向面を構成している。第２コーンレンズ４４および第３コーンレンズ４４ａに設けられた別の光偏向面は、通過する光線群に対して、光軸ＡＸからの距離によらずにほぼ同量の偏向作用を与える。別の光偏向面によって偏向作用が与えられた光線群が別の複屈折部材４３ａを通過する距離は、互いにほぼ同じである。
【００６４】
同様に、図１１に示すように、図８の変形例において発散光束が通過する複屈折部材４６と、収束光束が通過する別の複屈折部材４６ａとを用いて、複屈折部材４６，４６ａを通過する際の光線の角度のばらつきの影響を小さく抑えることもできる。図１１の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｃでは、図８の偏光変換ユニット４Ａにおける複屈折部材４６と旋光部材４５との間の光路中に、別の複屈折部材４６ａが配置されている。別の複屈折部材４６ａは、複屈折部材４６を光軸ＡＸと直交するＸＹ平面に関して対称的に配置して得られる構成を有する。
【００６５】
偏光変換ユニット４Ｃでは、複屈折部材４６ａを通過する光線群は光軸ＡＸを含む平面に沿って進む光線群の集合であり、光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が光軸ＡＸ（ひいては複屈折部材４６ａの結晶光学軸）となす角度および複屈折部材４６ａを通過する距離は互いに同じである。また、光軸ＡＸを含む平面に沿って複屈折部材４６を通過する任意の光線群が光軸ＡＸとなす角度と、光軸ＡＸを含む平面に沿って別の複屈折部材４６ａを通過する任意の光線群が光軸ＡＸとなす角度とは、等しい絶対値を有する。
【００６６】
さらに、光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が複屈折部材４６を通過する距離と、光軸ＡＸを含む平面に沿って進む任意の光線群が別の複屈折部材４６ａを通過する距離とは、互いに等しい。そして、複屈折部材４６，４６ａにおける上記角度および上記距離は、円偏光状態で円形状の発散光束が、一対の複屈折部材４６，４６ａを介して、直線偏光状態で円形状の平行光束（図６の発散光束２４の直線偏光状態に対応）に変換されるように設定されている。
【００６７】
こうして、図１１の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｃでは、複屈折部材４６，４６ａを通過する際の光線の角度にばらつきがあっても、一対の複屈折部材４６と４６ａとの協働作用により、全ての光線がほぼ均一な複屈折効果を受けることができる。なお、図１１の構成では、発散光束が複屈折部材４６を通過し且つ収束光束が別の複屈折部材４６ａを通過しているが、収束光束が複屈折部材４６を通過し且つ発散光束が別の複屈折部材４６ａを通過するように構成することもできる。
【００６８】
図１１の変形例において、別の複屈折部材４６ａの入射面は、複屈折部材４６を介した光を偏向させる別の光偏向面を構成している。別の複屈折部材４６の入射側に設けられた別の光偏向面は、通過する光線群に対して、光軸ＡＸからの距離によらずにほぼ同量の偏向作用を与える。別の光偏向面によって偏向作用が与えられた光線群が別の複屈折部材４６ａを通過する距離は、互いにほぼ同じである。
【００６９】
次に、偏光変換ユニットへの入射光束の開き角（ひいては入射光束の開口数）がある程度大きくなっても（例えば開き角が±５度程度になっても）、偏光変換ユニットへ平行光束が入射する場合とほぼ同じ所望の偏光状態（すなわち連続的な周方向偏光状態）の射出光束を得ることのできる構成について説明する。ここで、入射光束の開き角とは、光軸と平行に偏光変換ユニットへ入射する光線と、光軸に対して傾いて偏光変換ユニットへ入射する光線との間の角度の最大値である。
【００７０】
図１２の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｄは、図１０の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｂに調整部材４７を付設した構成を有する。調整部材４７は、第４コーンレンズ４２ａと旋光部材４５との間の光路中に配置された調整用の旋光部材４７１と、旋光部材４７１と旋光部材４５との間の光路中に配置された調整用の複屈折部材４７２とを備えている。旋光部材４７１は、旋光部材４５と同様に、例えば水晶のような旋光性の光学材料により形成された平行平面板の形態を有し、入射面（ひいては射出面）が光軸ＡＸと直交するように配置されている。
【００７１】
ただし、旋光部材４７１は、旋光部材４５とは異なり、入射する直線偏光の光の偏光方向を光軸ＡＸと平行な軸線廻りに９０度だけ回転させるように、その厚さ（ひいては旋光度）が設定されている。換言すると、旋光部材４７１は、入射光の偏光方向を入射位置に依存することなく９０度だけ回転させて射出する。複屈折部材４７２は、複屈折部材４３，４３ａと同様に、例えばフッ化マグネシウムのような一軸性結晶材料により形成された平行平面板の形態を有し、その結晶光学軸が光軸ＡＸと平行に配置され、入射面（ひいては射出面）が光軸ＡＸと直交するように配置されている。
【００７２】
偏光変換ユニット４Ｄでは、偏光変換ユニット４Ｂの場合と同様に、第４コーンレンズ４２ａを経たほぼ平行光束（以下、単に「光束」という）２６は、その断面が円形状であって、図１３に示すような直線偏光状態（図６の直線偏光状態に対応）を有する。調整用の旋光部材４７１は、第４コーンレンズ４２ａからの入射光の偏光方向を入射位置に依存することなく９０度だけ回転させる。その結果、旋光部材４７１を経た円形状の光束２７は、図１４に示すような直線偏光状態に変換される。
【００７３】
調整用の複屈折部材４７２は、旋光部材４７１との協働作用により、複屈折部材４３の任意の１点に入射した各光線が偏光変換ユニット４Ｄから射出されるときの偏光状態を、複屈折部材４３，４３ａを通過する際の角度に依存することなく互いにほぼ一致させる。換言すれば、旋光部材４７１と複屈折部材４７２とからなる調整部材４７は、複屈折部材４３の任意の１点に入射した各光線に対して３つの複屈折部材４３と４３ａと４７２とにより付与される位相差を、通過角度に依存することなく互いにほぼ一致させる。
【００７４】
こうして、調整部材４７および旋光部材４５を経て変換ユニット４Ｄから射出される円形状の光束２８は、図１５に示すように連続的な周方向偏光状態（図７の周方向偏光状態に対応）になる。図１２の変形例では、調整部材４７の作用により、偏光変換ユニット４Ｄへの入射光束の開き角がある程度大きくなっても、複屈折部材４３の任意の１点に入射して偏光変換ユニット４Ｄから射出されるときの各光線の偏光状態が互いにほぼ一致するように調整されるため、偏光変換ユニット４Ｄへ平行光束が入射する場合とほぼ同じ所望の周方向偏光状態の射出光束が得られる。
【００７５】
以下、調整部材４７を構成する旋光部材４７１と複屈折部材４７２との協働作用、ひいては図１２の変形例における作用原理を説明する。複屈折部材４３，４３ａ，４７２を形成するフッ化マグネシウムのような一軸性結晶材料では、光線の通過方向と屈折率との関係が図１６のように表記される。図１６において、結晶光学軸の方向と平行なｚ方向に光が通過する際には、偏光方向による屈折率の差は発生しない。しかしながら、結晶光学軸の方向と非平行な方向、例えばｘ方向やｙ方向に光が通過する際には、電場の振動方向（すなわち偏光方向）による屈折率の差が発生する。
【００７６】
すなわち、結晶光学軸の方向と非平行な方向に光が通過する際には、振動方向が結晶光学軸の方向に垂直な常光線の屈折率ｎoと振動方向が結晶光学軸の方向に平行な異常光線の屈折率ｎeとは互いに異なるものになる。常光線の屈折率ｎoは進行する方位に依存することなく不変であるが、異常光線の屈折率ｎeは進行する方位に依存して変化する。したがって、図１６において、各方位に対応して分布する屈折率ｎoの集合は球体の表面を描き、各方位に対応して分布する屈折率ｎeの集合は楕円体の表面を描く。
【００７７】
複屈折部材４３では、図１７（ａ）に示すように、その結晶光学軸の方向（光軸ＡＸの方向）に対して傾いた方向に光線が通過する。図１７（ａ）において、実線の矢印で示す光線５１は光軸ＡＸと平行に偏光変換ユニット４Ｄに入射した光線であり、点線の矢印で示す光線５２および破線の矢印で示す光線５３は光軸ＡＸに対して傾いて偏光変換ユニット４Ｄに入射した光線である。このとき、複屈折部材４３は、通過する各光線５１〜５３に対して、メリジオナル方向の振動成分とサジタル方向の振動成分との間に位相差を付与する。
【００７８】
複屈折部材４３が光線５１〜５３に付与する位相差は、図１７（ｂ）に示すように、複屈折部材４３への光線５１〜５３の入射角に依存して変化する。図１７（ｂ）では、光線５１，５２，５３に付与される位相差を、参照符号５１ａ，５２ａ，５３ａで示している。図１７（ｂ）を参照すると、複屈折部材４３への光線の入射角の絶対値が大きくなるにつれて、付与される位相差が大きくなることがわかる。複屈折部材４３への光線の入射角と当該光線に付与される位相差との関係を示す曲線５０ａは、正弦波で表される。ただし、入射角の絶対値がある程度小さい範囲では、曲線５０ａが２次曲線で良好に近似される。
【００７９】
別の複屈折部材４３ａにおいても、図１８（ａ）に示すように、その結晶光学軸の方向に対して傾いた方向に光線５１〜５３が通過する。ここで、複屈折部材４３への入射角が最も大きい光線５２の複屈折部材４３ａへの入射角が最も小さく、複屈折部材４３への入射角が最も小さい光線５３の複屈折部材４３ａへの入射角が最も大きい。したがって、図１８（ｂ）に示すように、複屈折部材４３ａが光線５２に付与する位相差５２ｂが最も大きく、複屈折部材４３ａが光線５３に付与する位相差５３ｂが最も小さい。
【００８０】
ここで、複屈折部材４３が光線５１〜５３に付与する位相差５１ａ〜５３ａと、複屈折部材４３ａが光線５１〜５３に付与する位相差５１ｂ〜５３ｂとは、互いに同じ符号になる。光線５１の複屈折部材４３への入射角と光線５１の複屈折部材４３ａへの入射角とは、その絶対値が等しい。光線５２および５３の複屈折部材４３への入射角と光線５３および５２の複屈折部材４３ａへの入射角とは、その絶対値がほぼ等しい。こうして、図１０の変形例に際して説明したように、複屈折部材４３ａの作用により、複屈折部材４３が光線５１〜５３に付与する位相差５１ａ〜５３ａのばらつきの１次成分が打ち消される。
【００８１】
その結果、調整部材４７中の旋光部材４７１には、複屈折部材４３が付与する位相差５１ａ〜５３ａのばらつきの１次成分が補正されているが２次成分が補正されていない光線５１〜５３が入射する。具体的に、旋光部材４７１に入射する光線５１，５２，５３は、図１９（ａ）に示すように、複屈折部材４３および４３ａにより付与された位相差５１ｃ（５１ａ＋５１ｂ），５２ｃ（５２ａ＋５２ｂ），５３ｃ（５３ａ＋５３ｂ）を有する。
【００８２】
図１９（ａ）を参照すると、１次成分の補正により位相差５２ｃと５３ｃとはほぼ等しいが、２次成分が補正されていない分だけ位相差５１ｃとは異なることがわかる。旋光部材４７１を経た光線５１〜５３は、図１９（ｂ）に示すように、位相差５１ｃ，５２ｃ，５３ｃの符号を反転させて得られる位相差５１ｄ，５２ｄ，５３ｄを有する。これは、入射する直線偏光の光の偏光方向を光軸ＡＸと平行な軸線廻りに９０度だけ回転させる旋光部材４７１の作用により、メリジオナル方向とサジタル方向とが逆転するからである。以下に述べるように、旋光部材４７１による位相差の符号の反転は、複屈折部材４７２による２次成分の補正のために必要である。
【００８３】
調整部材４７中の複屈折部材４７２では、図２０（ａ）に示すように、その結晶光学軸の方向と平行に光線５１が通過し、結晶光学軸の方向に対して傾いた方向に光線５２および５３が通過する。光線５２の複屈折部材４７２への入射角と光線５３の複屈折部材４７２への入射角とは、その絶対値がほぼ等しい。したがって、複屈折部材４７２を斜めに通過する光線５２，５３には、図２０（ｂ）に示すような位相差５２ｅ，５３ｅが付与される。具体的に、複屈折部材４７２の結晶光学軸の方向と平行な方向に通過する光線５１には位相差が付与されることなく、結晶光学軸の方向に対して傾いた方向に通過する光線５２，５３には互いにほぼ同じ位相差５２ｅ，５３ｅが付与される。
【００８４】
複屈折部材４７２を通過する光線に付与される位相差は、複屈折部材４７２への入射角度の大きさおよび複屈折部材４７２の厚さ（光軸ＡＸ方向の寸法）に依存する。こうして、厚さが適宜選択された複屈折部材４７２の作用により、複屈折部材４３が付与する位相差５１ａ〜５３ａのばらつきの２次成分だけを補正することができ、ひいては複屈折部材４７２を経た光線５１〜５３の位相差をほぼ一致させることができる。
【００８５】
以上のように、図１２の変形例では、調整部材４７が、光軸ＡＸに対して傾いて偏光変換ユニット４Ｄに入射して複屈折部材４３の任意の１点に入射した光線５２，５３が偏光変換ユニット４Ｄから射出されるときの第１の偏光状態を、光軸ＡＸと平行に偏光変換ユニット４Ｄに入射して複屈折部材４３の上記任意の１点に入射した光線５１が偏光変換ユニット４Ｄから射出されるときの第２の偏光状態に近づけ、ひいては複屈折部材４３の任意の１点に入射して偏光変換ユニット４Ｄから射出されるときの各光線の偏光状態が互いにほぼ一致するように調整している。
【００８６】
換言すれば、調整部材４７は、複屈折部材４３と４３ａと４７２とにより光線５２，５３に付与される第１の位相差を、複屈折部材４３と４３ａと４７２とにより光線５１に付与される第２の位相差に近づけ、ひいては複屈折部材４３の任意の１点に入射して偏光変換ユニット４Ｄから射出されるときの各光線の位相差が互いにほぼ一致するように調整している。ここで、第１の偏光状態（位相差）を第２の偏光状態（位相差）に近づけるとは、近づけられた後の偏光状態（位相差）が、第１の偏光状態（位相差）を基準として第２の偏光状態（位相差）の側に変化されていることを指す。
【００８７】
その結果、図１２の変形例では、調整部材４７の作用により、偏光変換ユニット４Ｄへの入射光束の開き角がある程度大きくなっても、複屈折部材４３の任意の１点に入射して偏光変換ユニット４Ｄから射出されるときの各光線の偏光状態が、複屈折部材４３を通過する際の角度に依存することなく互いにほぼ一致するように調整される。こうして、図１２の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｄでは、開き角がある程度大きい非平行光束が入射しても、平行光束が入射する場合とほぼ同じ所望の周方向偏光状態の射出光束が得られる。
【００８８】
なお、図１２の変形例では、第４コーンレンズ４２ａと旋光部材４５との間の平行光束の光路中に調整部材４７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、図２１に示すように、１／４波長板４１と第１コーンレンズ４２との間の平行光束の光路中に調整部材４７Ａを配置する構成も可能である。図２１の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｅでは、調整用の旋光部材４７１を調整用の複屈折部材４７２の射出側に配置することにより調整部材４７Ａを構成している。図２１の変形例においても、図１２の変形例と同様の効果が得られる。
【００８９】
また、図２２に示すように、第２コーンレンズ４４と第３コーンレンズ４４ａとの間の平行光束の光路中に調整部材４７Ｂを配置する構成も可能である。図２２の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｆでは、調整用の旋光部材４７１と同じ構成を有する所要の厚さの一対の調整用旋光部材４７１ａと４７１ｂとの間に調整用の複屈折部材４７２を配置することにより調整部材４７Ｂを構成している。図２２の変形例においても、図１２の変形例と同様の効果が得られる。
【００９０】
なお、上述の図１２、図２１および図２２の変形例では、図１０の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｂに調整部材４７、４７Ａおよび４７Ｂをそれぞれ付設している。しかしながら、これに限定されることなく、図１１の変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｃに調整部材を付設する構成も可能である。具体的に、図２３に示す変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｇでは、複屈折部材４６ａと旋光部材４５との間の平行光束の光路中に調整部材４７を配置している。
【００９１】
図２４に示す変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｈでは、１／４波長板４１と複屈折部材４６との間の平行光束の光路中に調整部材４７Ａを配置している。図２５に示す変形例にかかる偏光変換ユニット４Ｊでは、複屈折部材４６と４６ａとの間の平行光束の光路中に調整部材４７Ｂを配置している。図２３〜図２５の各変形例においても、図１２の変形例と同様の効果が得られる。
【００９２】
上述の実施形態では、コーンレンズ４２，４４の入射面または射出面が１つの円錐面により規定される屈折面を有する。しかしながら、これに限定されることなく、コーンレンズ４２，４４に代えて、図２６（ｃ），（ｄ）に示すような薄肉化（フレネルレンズ化）されたレンズ、すなわち入射面または射出面が複数の円錐面により規定される屈折面を有するレンズ４２１，４４１を用いることもできる。
【００９３】
図２６（ａ），（ｂ）は、図２に示したコーンレンズ４２，４４をそれぞれ示している。図２６（ｃ），（ｄ）に示したフレネル化コーンレンズ４２１，４４１は、コーンレンズ４２，４４を光軸ＡＸと直交する仮想的な面４２０で仮想的に分割して得られる複数の円錐面を、光軸ＡＸと直交する１つの平面に沿って配置した形状を有している。ここで、コーンレンズ４２１，４４１は、光軸ＡＸ上に配置される円錐屈折面４２１ａ，４４１ａと、光軸ＡＸ方向から見て輪帯状である複数の部分円錐屈折面４２１ｂ〜４２１ｆ，４４１ｂ〜４４１ｆとを備えている。これら複数の部分円錐屈折面４２１ｂ〜４２１ｆ，４４１ｂ〜４４１ｆは、光軸ＡＸ方向から見て光軸ＡＸを中心として同心円状となるように位置決めされている。
【００９４】
また、上述の実施形態では、第１コーンレンズ４２を用いて、入射する平行光束を発散光束に変換している。しかしながら、これに限定されることなく、入射する平行光束を発散光束（または収束光束）に変換する光束変換部材として、回折光学素子を用いることもできる。この場合の回折光学素子としては、たとえば光軸ＡＸを中心とする同心円状の凹凸パターン（位相パターン）を持っていても良い。
【００９５】
また、上述の実施形態では、１／４波長板４１を用いて複屈折部材４３，４６へ円偏光を入射させている。しかしながら、偏光変換ユニット４に円偏光を入射させることが可能であれば、１／４波長板４１を省く構成も可能である。たとえば偏光状態切換部１の１／２波長板１ｂを照明光路から挿脱可能な構成とし、偏光変換ユニット４に円偏光を供給する際に１／２波長板１ｂを照明光路外へ位置させてもよい。また、偏光状態切換部１の１／２波長板１ｂの射出側（偏光状態切換部１と偏光変換ユニット４との間の照明光路中）に、照明光路に対して挿脱可能な１／４波長板を設けてもよい。この場合、偏光変換ユニット４に円偏光を供給する際に、偏光状態切換部１の１／２波長板１ｂの射出側（偏光状態切換部１と偏光変換ユニット４との間の照明光路中）に、その１／４波長板を位置決めすればよい。
【００９６】
また、上述の実施形態では、複屈折部材４３，４６がフッ化マグネシウム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、他の適当な一軸性結晶材料により複屈折部材を形成することもできる。このとき、旋光性を有する一軸性結晶材料、たとえば結晶水晶を複屈折部材４３，４６として用いる際には、右水晶と左水晶とを光軸方向に積層した形態で用いることができる。
【００９７】
また、上述の実施形態では、旋光部材４５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部材を形成することもできる。
【００９８】
また、上述の実施形態では、旋光部材４５が複屈折部材４３，４６の直後に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、旋光部材４５は、複屈折部材４３，４６の射出側の照明光路であって複屈折部材４３，４６の射出側近傍の位置と光学的に共役な位置に配置することができる。
【００９９】
なお、上述の実施形態では、たとえば図２７（ａ）に示すように、１／４波長板４１、複屈折部材４３，４３ａ、４６ａ，４７２、旋光部材４５，４７１，４７１ａ，４７１ｂが、それらの光入射面の領域が入射光２１，２３，２６，２７の光路を包含するように、１つの光学部材の形態としている。言い換えると、１つの１／４波長板、１つの複屈折部材、或いは１つの旋光部材の入射面のみに入射光を導いている。しかしながら、１／４波長板、複屈折部材、または旋光部材は、図２７（ｂ）に示すように、光軸ＡＸを横切る面（たとえばＸＹ平面）に沿って配置される複数の光学部材４１０ａ〜４１０ｄとしてもよい。なお、図２７（ｂ）に示した例では、複数の光学部材４１０ａ〜４１０ｄを、光軸ＡＸを横切る面内においてＹ方向に２列、Ｘ方向に２行の２×２の配置としたが、これは１×３であっても、３×３であってもよい。この図２７（ｂ）に示した変形例においては、複数の光学部材のそれぞれの入射面を共通の平面に位置決めしてもよい。この場合、複数の光学部材の組品における段差（図中Ｚ方向の差）を無視し得るので、瞳強度分布の周方向偏光状態の継ぎ目を実質的に無くすことができる。ここで、複数の光学部材のそれぞれの射出面も共通の平面に位置決めしてもよい。
【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】
具体的には、回折光学素子２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５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５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。
【０１０２】
また、回折光学素子２に代えて、輪帯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、輪帯比の比較的大きい輪帯照明を行うことができる。輪帯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、輪帯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５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯比の比較的大きい輪帯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５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輪帯比の比較的大きい輪帯状の二次光源が形成される。また、回折光学素子２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２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。
【０１０３】
また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット４をオプティカルインテグレータとみなすことのできるマイクロフライアイレンズ５の入射側の照明瞳面に配置している。しかしながら、たとえば米国特許出願公開第２００６／０１７０９０１号公報の図１６に示すように輪帯比を変更する光学系（円錐アキシコン系８）の近傍の照明瞳面や、当該公報の図１８に示すようにオプティカルインテグレータ１１よりも被照射面側の照明瞳面であるマスクブラインド結像光学系１５の瞳面近傍に、偏光変換ユニット４を配置しても良い。
【０１０４】
また、偏光変換ユニット４は照明光路に対して挿脱可能であっても良く、別の特性を有する偏光変換ユニットと交換可能であっても良い。ここで、別の特性を有する偏光変換ユニットとして、たとえば米国特許出願公開第２００６／０１７０９０１号公報に開示される偏光変換ユニットや、米国特許公開第２００６／０２０３２１４号に開示される偏光変換ユニットを用いてもよい。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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２８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２８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）。
【０１０８】
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、感光性基板としてパターンの転写を行う。
【０１０９】
図２９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２９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。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。
【０１１０】
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。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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
また、上述の実施形態において、回折光学素子２に代えて、レンズアレイを用いても良い。また、回折光学素子２に代えて、或いは回折光学素子２に加えて、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、例えば米国特許公開第２００９／００７３４１１号、第２００９／００９１７３０号、第２００９／００９７０９４号、第２００９／００９７００７号、第２００９／０１０９４１７号、および第２００９／０１２８８８６号に開示されている。
【０１１５】
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】
【０１１６】
１  偏光状態切換部
２  回折光学素子
３  リレー光学系
４，４Ａ  偏光変換ユニット
４１  １／４波長板
４２，４４  コーンレンズ
４３，４６  複屈折部材
４５  旋光部材
５  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）
６  コンデンサー光学系
７  マスクブラインド
８  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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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