(57)【要約】【課題】  偏光状態の変更に関して高い自由度を有する照明光学系。【解決手段】  光源からの光により被照射面を照明する照明光学系は、所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、空間光変調器と光源との間の光路中に配置され、あるいは空間光変調器よりも被照射面側の光路中において所定面と光学的に共役な面を含む共役空間に配置されて、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束に作用する回転可能な第１波長板を有する偏光ユニットとを備えている。【選択図】  図１
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【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、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記空間光変調器と前記光源との間の光路中に配置され、あるいは前記空間光変調器よりも前記被照射面側の光路中において前記所定面と光学的に共役な面を含む共役空間に配置されて、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束に作用する回転可能な第１波長板を有する偏光ユニットとを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
前記複数の光学要素のうちの前記所定面上の第１領域に位置する光学要素の群を第１光学要素群とし、前記複数の光学要素のうちの前記第１領域に隣接する前記所定面上の第２領域に位置する光学要素の群を第２光学要素群とするとき、前記第１波長板は、前記第１光学要素群を経由する第１光路を進行する第１光束の偏光状態を、前記第２光学要素群を経由する第２光路を進行する第２光束の偏光状態とは独立に変化させ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】
前記複数の光学要素のうちの前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域に位置する光学要素の群を第３光学要素群とするとき、前記第３光学要素群を経由した第３光束を前記被照射面に導かないように前記複数の光学要素を制御する制御部をさらに備え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】
前記第１波長板は、前記照明光学系の光軸と平行な軸線廻りに回転可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項５】
前記第１波長板は、前記伝搬光束の断面に沿った第１面に配置され、該第１面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項６】
前記第１波長板は、１／２波長板または１／４波長板であることを特徴とする請求項１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１波長板は、回転軸線を中心とする円形状の外形を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項８】
前記偏光ユニットは、前記第１波長板と並列的に配置されて回転可能な第２波長板を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項９】
前記第２波長板は、前記照明光学系の光軸と平行な軸線廻りに回転可能であることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第２波長板は、前記第１面に配置され、前記第１面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記第２波長板は、前記伝搬光束の断面に沿った面であって前記第１面からパワーを有する光学部材を介して離れた第２面に配置され、該第２面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記第２波長板は、１／２波長板または１／４波長板であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１３】
前記第２波長板は、回転軸線を中心とする円形状の外形を有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記偏光ユニットは、前記第１波長板と直列的に重なり合うように配置されて回転可能な第３波長板を有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１５】
前記第３波長板は、前記照明光学系の光軸と平行な軸線廻りに回転可能であることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学系。
【請求項１６】
前記第３波長板は、前記伝搬光束の断面に沿った面であって前記第１波長板と隣接した第３面に配置され、該第３面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の照明光学系。
【請求項１７】
前記第３波長板は、前記伝搬光束の断面に沿った面であって前記第１面からパワーを有する光学部材を介して離れた第４面に配置され、該第４面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の照明光学系。
【請求項１８】
前記第３波長板は、１／４波長板または１／２波長板であることを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１９】
オプティカルインテグレータを備え、
前記偏光ユニットは、前記光源と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２０】
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、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記複数の光学要素のうちの前記所定面上の第１領域に位置する光学要素の群を第１光学要素群とし、前記複数の光学要素のうちの前記第１領域に隣接する前記所定面上の第２領域に位置する光学要素の群を第２光学要素群とするとき、前記第１光学要素群を経由する第１光路を進行する第１光束の偏光度の状態を、前記第２光学要素群を経由する第２光路を進行する第２光束の偏光度の状態とは独立に変化させる偏光ユニットとを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２１】
前記偏光ユニットは、前記第１光束の偏光度の状態のうちの楕円率を変更する楕円率変更部材と、前記第１光束の前記偏光度の状態のうちの楕円方位角を変更する楕円方位角変更部材とを備えていることを特徴とする請求項２０に記載の照明光学系。
【請求項２２】
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、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記複数の光学要素のうちの前記所定面上の第１領域に位置する光学要素の群を第１光学要素群とし、前記複数の光学要素のうちの前記第１領域とは異なる前記所定面上の第２領域に位置する光学要素の群を第２光学要素群とするとき、前記第１光学要素群を経由する第１光路を進行する第１光束の偏光状態を、前記第２光学要素群を経由する第２光路を進行する第２光束の偏光状態とは独立に変化させる偏光ユニットと、
前記複数の光学要素のうちの前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域に位置する光学要素の群を第３光学要素群とするとき、前記第３光学要素群を経由した第３光束を前記被照射面に導かないように前記複数の光学要素を制御する制御部とを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２３】
前記空間光変調器は、前記所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御する制御部とを有することを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２４】
前記複数のミラー要素のうちの前記所定面上の第１領域に位置するミラー要素の群を第１ミラー要素群とし、前記複数のミラー要素のうちの前記第１領域とは異なる前記所定面上の第２領域に位置するミラー要素の群を第２ミラー要素群とするとき、前記制御部は、前記第１ミラー要素群を経た光が前記所定面の光学的なフーリエ変換面上の第１瞳領域へ導かれるように前記第１ミラー要素群を制御駆動し、且つ前記第２ミラー要素群を経た光が前記所定面の光学的なフーリエ変換面上の第２瞳領域へ導かれるように前記第２ミラー要素群を制御駆動することを特徴とする請求項２３に記載の照明光学系。
【請求項２５】
前記第１瞳領域と前記第２瞳領域とは異なる領域であることを特徴とする請求項２４に記載の照明光学系。
【請求項２６】
前記第１瞳領域と前記第２瞳領域とは一部が重複することを特徴とする請求項２４または２５に記載の照明光学系。
【請求項２７】
前記偏光ユニットは、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束に作用する回転可能な第１波長板を備え、
前記第１ミラー要素群に対応する第１部分光束は前記第１波長板を通過することなく、前記第２ミラー要素群に対応する第２部分光束は前記第１波長板を通過することを特徴とする請求項２４乃至２６のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２８】
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２７のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２９】
所定のパターンを照明するための請求項１乃至２８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３０】
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２９に記載の露光装置。
【請求項３１】
請求項２９または３０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ことと、
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、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。
【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】
従来、フライアイレンズの直後に配置された波長板付きの開口絞りの作用により、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または複数極状の二次光源（瞳強度分布）を形成し、こ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】
様々な形態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、瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）および偏光状態の変更に関する自由度の向上が望まれている。しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、波長板付きの開口絞りを交換しない限り、瞳強度分布の形状や偏光状態を変化させることができなかった。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、偏光状態の変更に関して高い自由度を有す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、偏光状態の変更に関して高い自由度を有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】
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、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記空間光変調器と前記光源との間の光路中に配置され、あるいは前記空間光変調器よりも前記被照射面側の光路中において前記所定面と光学的に共役な面を含む共役空間に配置されて、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束に作用する回転可能な第１波長板を有する偏光ユニット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】
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、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記複数の光学要素のうちの前記所定面上の第１領域に位置する光学要素の群を第１光学要素群とし、前記複数の光学要素のうちの前記第１領域に隣接する前記所定面上の第２領域に位置する光学要素の群を第２光学要素群とするとき、前記第１光学要素群を経由する第１光路を進行する第１光束の偏光度の状態を、前記第２光学要素群を経由する第２光路を進行する第２光束の偏光度の状態とは独立に変化させる偏光ユニット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。
【００１０】
第３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、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記複数の光学要素のうちの前記所定面上の第１領域に位置する光学要素の群を第１光学要素群とし、前記複数の光学要素のうちの前記第１領域とは異なる前記所定面上の第２領域に位置する光学要素の群を第２光学要素群とするとき、前記第１光学要素群を経由する第１光路を進行する第１光束の偏光状態を、前記第２光学要素群を経由する第２光路を進行する第２光束の偏光状態とは独立に変化させる偏光ユニットと、
前記複数の光学要素のうちの前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域に位置する光学要素の群を第３光学要素群とするとき、前記第３光学要素群を経由した第３光束を前記被照射面に導かないように前記複数の光学要素を制御する制御部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。
【００１１】
第４形態では、所定のパターンを照明するための第１形態、第２形態または第３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。
【００１２】
第５形態では、第４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ことと、
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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】空間光変調器の構成および作用を説明する図である。
【図３】空間光変調器の要部の部分斜視図である。
【図４】実施形態の偏光ユニットの配置を示す図である。
【図５】実施形態の偏光ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図６】図５の偏光ユニットに光束が入射する様子を示す図である。
【図７】偏光ユニットの直後における光束の偏光状態を示す図である。
【図８】空間光変調器の配列面における部分領域を示す図である。
【図９】６極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。
【図１０】輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。
【図１１】６極状で径方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。
【図１２】４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。
【図１３】４極状で径方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。
【図１４】並列配置された一対の１／２波長板が部分的に重なり合った状態を示す図である。
【図１５】１／２波長板のエッジの両側を通過した光が同じミラー要素に入射する現象を示す図である。
【図１６】並列配置された４つの１／２波長板により偏光ユニットを構成した例を示す図である。
【図１７】図１６の偏光ユニットを経て形成される瞳強度分布の一例を示す図である。
【図１８】矩形状の外形を有する一対の１／２波長板により偏光ユニットを構成した例を示す図である。
【図１９】一対の１／２波長板と直列的に重なり合うように一対の１／４波長板を配置した例を示す図である。
【図２０】図１９の偏光ユニットを経て形成される瞳強度分布の一例を示す図である。
【図２１】空間光変調器の配列面の共役空間に偏光ユニットを配置した変形例を示す図である。
【図２２】図２１の偏光ユニットの配置を示す光路展開図である。
【図２３】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２４】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】
【００１４】
以下、実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、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。
【００１５】
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＋Ｚ方向に射出された光は、ビーム送光部２および偏光ユニット４を介して、空間光変調器３に入射する。
【００１６】
空間光変調器３を経て斜め方向に射出された光は、光路折曲げミラーＭＲ１により＋Ｚ方向に反射された後、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器３へ導くとともに、空間光変調器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。なお、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ない構成であってもよい。
【００１７】
空間光変調器３は、後述するように、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。偏光ユニット４は、ビーム送光部２と空間光変調器３との間の光路中に配置されて、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束にそれぞれ作用する回転可能な一対の１／２波長板を有する。空間光変調器３および偏光ユニット４の構成および作用については後述する。
【００１８】
空間光変調器３から射出された光は、ミラーＭＲ１およびリレー光学系５の前側レンズ群５ａを介して、リレー光学系５の瞳面５ｃに入射する。前側レンズ群５ａは、その前側焦点位置が空間光変調器３の複数のミラー要素の配列面（以下、「空間光変調器の配列面」という）の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が瞳面５ｃの位置とほぼ一致するように設定されている。空間光変調器３を経た光は、後述するように、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度分布を瞳面５ｃに可変的に形成する。瞳面５ｃに光強度分布を形成した光は、リレー光学系５の後側レンズ群５ｂを介して、リレー光学系６に入射する。
【００１９】
リレー光学系６を経た光は、光路折曲げミラーＭＲ２により＋Ｙ方向に反射され、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。後側レンズ群５ｂおよびリレー光学系６は、瞳面５ｃ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、空間光変調器３を経た光は、瞳面５ｃと光学的に共役な位置に配置されたマイクロフライアイレンズ７の入射面に、瞳面５ｃに形成された光強度分布に対応した光強度分布を形成する。
【００２０】
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。
【００２１】
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号明細書に開示されている。
【００２２】
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、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。
【００２３】
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。なお、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、すなわち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、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞りを配置してもよい。
【００２４】
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、且つ結像光学系１０の光路中に配置されたミラーＭＲ３により−Ｚ方向へ反射された後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。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。
【００２５】
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。
【００２６】
本実施形態の露光装置は、照明光学系（２〜１０）を介した光に基づいて照明光学系の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、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（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて空間光変調器３を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。
【００２７】
第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、例えば照明光学系の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学系の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗ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光電変換面を有する撮像部を備え、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。
【００２８】
第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗ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号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部として、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。
【００２９】
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。また、この二次光源の形成面の像を照明光学系の射出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。
【００３０】
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。図１の構成において、リレー光学系５，６、およびマイクロフライアイレンズ７は、空間光変調器３を経た光束に基づいてマイクロフライアイレンズ７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。
【００３１】
次に、空間光変調器３の構成および作用を具体的に説明する。空間光変調器３は、図２に示すように、所定面内に配列された複数のミラー要素３ａと、複数のミラー要素３ａを保持する基盤３ｂと、基盤３ｂ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３ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３ｃとを備えている。図２では、空間光変調器３の作用の理解を容易にするために、空間光変調器３からリレー光学系５までの光路を直線状に展開するとともにミラーＭＲ１の図示を省略している。
【００３２】
空間光変調器３では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３は、図３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３ａ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２および図３では空間光変調器３が４×４＝１６個のミラー要素３ａ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３ａを備えている。
【００３３】
図２を参照すると、空間光変調器３に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３ａ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。
【００３４】
空間光変調器３では、すべてのミラー要素３ａの反射面が１つの平面に沿って設定された基準状態において、偏光ユニット４と空間光変調器３との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に沿って入射した光線が、空間光変調器３およびミラーＭＲ１で反射された後に、ミラーＭＲ１とリレー光学系５との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に進むように構成されている。また、上述したように、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面は、リレー光学系５の前側レンズ群５ａの前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。
【００３５】
したがって、空間光変調器３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、リレー光学系５の瞳面５ｃに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成し、ひいては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、前側レンズ群５ａは、空間光変調器３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３の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である瞳面５ｃ上での位置に変換する。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、空間光変調器３およびリレー光学系５，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する光強度分布に対応した分布となる。
【００３６】
空間光変調器３は、図３に示すように、平面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３ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３ａ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、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３ａ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３ａ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。
【００３７】
各ミラー要素３ａ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３には外形が正方形状のミラー要素３ａを示しているが、ミラー要素３ａ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３ａ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３ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。
【００３８】
本実施形態では、空間光変調器３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３ａ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、たとえば欧州特許公開第７７９５３０号公報、米国特許第５,８６７,３０２号公報、米国特許第６,４８０,３２０号公報、米国特許第６,６００,５９１号公報、米国特許第６,７３３,１４４号公報、米国特許第６,９００,９１５号公報、米国特許第７,０９５,５４６号公報、米国特許第７,２９５,７２６号公報、米国特許第７,４２４,３３０号公報、米国特許第７,５６７,３７５号公報、米国特許公開第２００８／０３０９９０１号公報、国際特許公開第ＷＯ２０１０／０３７４７６号パンフレット、国際特許公開第ＷＯ２０１０／０４０５０６号パンフレット並びに特開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３ａ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。
【００３９】
空間光変調器３では、制御系ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３の複数のミラー要素３ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、所望の瞳強度分布を形成する。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、所望の瞳強度分布が形成される。換言すると、空間光変調器３は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に瞳強度分布を可変的に形成する。
【００４０】
偏光ユニット４は、図４に示すように、ビーム送光部２と空間光変調器３との間の光路中、すなわちほぼ平行光束が伝搬する光路中に配置されている。なお、図４では、偏光ユニット４の配置に関する理解を容易にするために、光源１からマイクロフライアイレンズ７までの光路を直線状に展開するとともに、空間光変調器３を透過型の空間光変調器として図示し且つミラーＭＲ１の図示を省略している。
【００４１】
したがって、偏光ユニット４への入射光束の性状は、空間光変調器３への入射光束の性状に対応している。以下、説明の理解を容易にするために、偏光ユニット４が空間光変調器３の直前の平行光路中に配置され、偏光ユニット４には矩形状の断面を有し且つＹ方向に偏光した直線偏光（以下、「Ｙ方向直線偏光」という）の平行光束が入射するものとする。すなわち、空間光変調器３にも、矩形状の断面を有し且つＹ方向直線偏光の平行光束が入射する。
【００４２】
偏光ユニット４は、図５に示すように、光路中に並列的に配置された一対の１／２波長板４１および４２を有する。１／２波長板４１，４２は、例えば光軸ＡＸと平行な軸線４１ａ，４２ａを中心とする円形状の外形を有し、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交するように配置されている。一例として、一対の１／２波長板４１と４２とは、光軸ＡＸと直交する単一の平面に沿って配置されている。１／２波長板４１，４２は、軸線４１ａ，４２ａ廻りに回転可能であり、且つＸ方向に（必要に応じてＹ方向にも）移動可能である。
【００４３】
偏光ユニット４は、１／２波長板４１，４２を軸線４１ａ，４２ａ廻りに回転させ且つＸ方向に移動させる駆動部ＤＲ４１，ＤＲ４２を有する。駆動部ＤＲ４１，ＤＲ４２は、１／２波長板４１，４２を回転させたり移動させたりするためのアクチュエータと、１／２波長板４１，４２の回転角度および移動量を検知するためのエンコーダとを有し、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて１／２波長板４１，４２を回転させたり移動させたりする。
【００４４】
偏光ユニット４には、図６に示すように、光軸ＡＸを中心した矩形状の断面を有するＹ方向直線偏光の平行光束Ｆ１が入射する。この場合、入射光束Ｆ１のうち、１／２波長板４１のエッジ４１ｂよりも内側（−Ｘ方向側）の第１部分光束Ｆ１１は、１／２波長板４１を経て空間光変調器３に入射する。１／２波長板４２のエッジ４２ｂよりも内側（＋Ｘ方向側）の第２部分光束Ｆ１２は、１／２波長板４２を経て空間光変調器３に入射する。１／２波長板４１のエッジ４１ｂと１／２波長板４２のエッジ４２ｂとの間の第３部分光束Ｆ１３は、１／２波長板４１および４２を経ることなく空間光変調器３に入射する。
【００４５】
図６に示す状態において、１／２波長板４１は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋６０度（図６の紙面において時計廻りに６０度）回転させた＋６０度斜め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、光学軸の向きが設定されている。一方、１／２波長板４２は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を−６０度回転させた−６０度斜め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、光学軸の向きが設定されている。
【００４６】
その結果、偏光ユニット４の直後において空間光変調器３に入射する光束Ｆ１は、図７に示すような偏光状態になる。すなわち、第１部分光束Ｆ１１は、１／２波長板４１の偏光作用を受けるため、Ｙ方向を＋６０度回転させた方向に偏光方向を有する＋６０度斜め方向直線偏光になる。第２部分光束Ｆ１２は、１／２波長板４２の偏光作用を受けるため、Ｙ方向を−６０度回転させた方向に偏光方向を有する−６０度斜め方向直線偏光になる。第３部分光束Ｆ１３は、１／２波長板４１および４２の偏光作用を受けないため、Ｙ方向直線偏光のままである。
【００４７】
偏光ユニット４において第１部分光束Ｆ１１が占める部分領域Ｒ１１（図６を参照）は、図８に示すように、空間光変調器３の配列面における有効反射領域のうちの部分領域Ｒ０１に対応している。同様に、部分光束Ｆ１２，Ｆ１３が占める部分領域Ｒ１２，Ｒ１３（図６を参照）は、部分領域Ｒ０２，Ｒ０３にそれぞれ対応している。空間光変調器３の配列面における部分領域Ｒ０１〜Ｒ０３に外接する矩形状の領域Ｒ０は、偏光ユニット４において入射光束Ｆ１が占める領域Ｒ１に対応している。
【００４８】
本実施形態では、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａのうち、第１部分領域Ｒ０１に位置する第１ミラー要素群Ｓ０１に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢を、図９に示すように、第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光がマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれるように駆動部３ｃによって制御している。前述したように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳面は、リレー光学系５の瞳面５ｃと光学的に共役な面であり、ひいては空間光変調器３の配列面の光学的なフーリエ変換面である。一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた領域である。
【００４９】
第２部分領域Ｒ０２に位置する第２ミラー要素群Ｓ０２に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢は、第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂへ導かれるように駆動部３ｃによって制御されている。第３部分領域Ｒ０３に位置する第３ミラー要素群Ｓ０３に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢は、第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂへ導かれるように駆動部３ｃによって制御されている。
【００５０】
一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた領域である。一対の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた領域である。こうして、空間光変調器３は、矩形状の断面を有する平行光束に基づいて、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、例えば６つの円形状の実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂからなる６極状の瞳強度分布２１を形成する。
【００５１】
すなわち、偏光ユニット４の１／２波長板４１を経た部分光束Ｆ１１は、空間光変調器３の第１ミラー要素群Ｓ０１を経て、瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂを占める面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する光は、１／２波長板４１を経ているので、図９の紙面においてＺ方向を時計廻りに＋６０度回転させた方向に偏光方向を有する＋６０度斜め方向直線偏光（図７における＋６０度斜め方向直線偏光に対応）である。
【００５２】
偏光ユニット４の１／２波長板４２を経た部分光束Ｆ１２は、空間光変調器３の第２ミラー要素群Ｓ０２を経て、瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂを占める面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光は、１／２波長板４２を経ているので、図９の紙面においてＺ方向を時計廻りに−６０度回転させた方向に偏光方向を有する−６０度斜め方向直線偏光（図７における−６０度斜め方向直線偏光に対応）である。
【００５３】
偏光ユニット４の１／２波長板４１および４２を経ることのない部分光束Ｆ１３は、第３ミラー要素群Ｓ０３を経て、瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂを占める面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する光は、１／２波長板４１および４２を経ていないので、Ｚ方向直線偏光（図７におけるＹ方向直線偏光に対応）である。
【００５４】
こうして、空間光変調器３と偏光ユニット４との協働作用により、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、６極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２１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、瞳強度分布２１に対応する６極状で周方向偏光状態の瞳強度分布が形成される。
【００５５】
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。
【００５６】
なお、１／２波長板４１，４２の光学軸の向きおよびミラー要素群Ｓ０１，Ｓ０２の反射面の向きを変更することにより、図９に示す瞳強度分布２１と同じ分布を形成することができる。この場合、１／２波長板４１を軸線４１ａ廻りに回転させて、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合に、−６０度斜め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、光学軸の向きを設定する。また、１／２波長板４２を軸線４２ａ廻りに回転させて、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、＋６０度斜め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、光学軸の向きを設定する。
【００５７】
さらに、１／２波長板４１および第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂへ導かれるように、第１ミラー要素群Ｓ０１に属する複数のミラー要素３ａの姿勢を駆動部３ｃによって制御する。同様に、１／２波長板４２および第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光が一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれるように、第２ミラー要素群Ｓ０２に属する複数のミラー要素３ａの姿勢を駆動部３ｃによって制御する。波長板の光学軸の向きおよびミラー要素の反射面の向きを変更して図９に示す瞳強度分布２１と同じ分布を得る手法は、後述の各瞳強度分布の形成に際しても適用可能である。
【００５８】
本実施形態では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３ａを有する空間光変調器３を用いているので、瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）の変更に関する自由度は高い。一例として、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、図１０に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２２を形成することができる。
【００５９】
図１０に示す例では、１／２波長板４１および第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂを形成する。１／２波長板４２および第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂを形成する。
【００６０】
１／２波長板４１および４２を経ることなく第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光は、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２３ａ，Ｒ２３ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２３ａ，Ｐ２３ｂを形成する。瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂ；Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂ；Ｒ２３ａ，Ｒ２３ｂは、光軸ＡＸを中心とした円環領域を周方向に６分割して得られる円弧状の領域である。こうして、例えば６つの円弧状の実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂ；Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂ；Ｐ２３ａ，Ｐ２３ｂからなる輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２２が形成される。
【００６１】
また、本実施形態では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３ａを有する空間光変調器３を用いているので、瞳強度分布の偏光状態の変更に関する自由度は高い。一例として、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、図１１に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に６極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２３を形成することができる。
【００６２】
図１１に示す例では、１／２波長板４１および第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂを形成する。１／２波長板４２および第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂを形成する。
【００６３】
１／２波長板４１および４２を経ることなく第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光は、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ３３ａ，Ｒ３３ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂを形成する。こうして、例えば６つの円形状の実質的な面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂ；Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂ；Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂからなる６極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２３が形成される。また、図示を省略するが、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に輪帯状で径方向偏光状態の瞳強度分布を形成することもできる。
【００６４】
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。
【００６５】
また、別の例として、１／２波長板４１，４２の光学軸の向きを変更し且つ空間光変調器３を制御することにより、図１２に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２４を形成することができる。図１２に示す例において、１／２波長板４１は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋４５回転させた＋４５度斜め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、光学軸の向きが設定されている。１／２波長板４２は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を−４５度回転させた−４５度斜め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、光学軸の向きが設定されている。
【００６６】
図１２に示す例では、１／２波長板４１および第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ４１ａ，Ｒ４１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４１ａ，Ｐ４１ｂを形成する。１／２波長板４２および第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ４２ａ，Ｒ４２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４２ａ，Ｐ４２ｂを形成する。
【００６７】
１／２波長板４１および４２を経ることなく第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光は、制御系ＣＲからの指令にしたがって、例えば照明光路の外側へ導かれ、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に達することがない。換言すれば、制御系ＣＲは、第３ミラー要素群Ｓ０３を経由した光束を被照射面に導かないように、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａを制御する。こうして、例えば４つの円形状の実質的な面光源Ｐ４１ａ，Ｐ４１ｂ；Ｐ４２ａ，Ｐ４２ｂからなる４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２４が形成される。
【００６８】
さらに、図１２に示す状態から空間光変調器３を制御するだけで、図１３に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２５を形成することができる。図１３に示す例では、＋４５度斜め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光学軸の向きが設定された１／２波長板４１および第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ５１ａ，Ｒ５１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ５１ａ，Ｐ５１ｂを形成する。
【００６９】
−４５度斜め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光学軸の向きが設定された１／２波長板４２および第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ５２ａ，Ｒ５２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ５２ａ，Ｐ５２ｂを形成する。１／２波長板４１および４２を経ることなく第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光は、例えば照明光路の外側へ導かれ、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に達することがない。こうして、例えば４つの円形状の実質的な面光源Ｐ５１ａ，Ｐ５１ｂ；Ｐ５２ａ，Ｐ５２ｂからなる４極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２５が形成される。
【００７０】
なお、本実施形態では、偏光ユニット４の作用により、例えば６極状の瞳強度分布２１を構成する６つの面光源の間で、光強度を維持しつつ偏光状態を変化させることができる。具体的に、１／２波長板４１を図６に示す位置から軸線４１ａ廻りに回転させると一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する光の偏光方向が回転し、１／２波長板４２を図６に示す位置から軸線４２ａ廻りに回転させると一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光の偏光方向が回転する。すなわち、偏光ユニット４は、一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの偏光状態と、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの偏光状態とを独立に変化させることができる。
【００７１】
また、本実施形態では、空間光変調器３の作用により、例えば６極状の瞳強度分布２１を構成する６つの面光源のうち、一対の面光源Ｐ１１ａとＰ１１ｂとの間、Ｐ１２ａとＰ１２ｂとの間、Ｐ１３ａとＰ１３ｂとの間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。ただし、空間光変調器３の作用だけでは、例えば面光源Ｐ１１ａと面光源Ｐ１１ｂ以外の他の面光源との間で、偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることはできない。
【００７２】
本実施形態では、空間光変調器３と偏光ユニット４との協働作用により、例えば６極状の瞳強度分布２１を構成する６つの面光源の間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。具体的に、１／２波長板４１だけを図６に示す位置から−Ｘ方向側へ移動させると、第１部分光束Ｆ１１の断面積（部分領域Ｒ１１の面積）が減少し、第３部分光束Ｆ１３の断面積（部分領域Ｒ１３の面積）が増大する。その結果、一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの光強度を増大させることができる。
【００７３】
１／２波長板４１だけを図６に示す位置から＋Ｘ方向側へ移動させると、第３部分光束Ｆ１３の断面積が減少し、第１部分光束Ｆ１１の断面積が増大する。その結果、一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの光強度を増大させることができる。１／２波長板４２だけを図６に示す位置から＋Ｘ方向側へ移動させると、第２部分光束Ｆ１２の断面積（部分領域Ｒ１２の面積）が減少し、第３部分光束Ｆ１３の断面積が増大する。
【００７４】
その結果、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの光強度を増大させることができる。１／２波長板４２だけを図６に示す位置から−Ｘ方向側へ移動させると、第３部分光束Ｆ１３の断面積が減少し、第２部分光束Ｆ１２の断面積が増大する。その結果、一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの光強度を増大させることができる。
【００７５】
このように、一対の１／２波長板４１および４２のうちの少なくとも一方をＸ方向に移動させることにより、第１部分光束Ｆ１１の断面積と第２部分光束Ｆ１２の断面積と第３部分光束Ｆ１３の断面積との比を変化させることができ、ひいては６極状の瞳強度分布２１を構成する６つの面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。同様に、他の瞳強度分布２２〜２５においても、偏光状態を維持しつつ複数の面光源の間で光強度を相対的に変化させることができる。
【００７６】
一対の１／２波長板４１と４２とが光軸ＡＸに沿って互いに隣接するように配置された構成では、１／２波長板４１を図６に示す位置から＋Ｘ方向側へ移動させたり、１／２波長板４２を図６に示す位置から−Ｘ方向側へ移動させたりすると、図１４に示すように１／２波長板４１と４２とが重なり合う部分領域Ｒ１４が発生する。この場合、部分領域Ｒ１４を通過する部分光束Ｆ１４は、１／２波長板４１および４２の偏光作用を受けて、Ｙ方向直線偏光の入射光がＹ方向直線偏光のまま射出される。
【００７７】
したがって、図１４に示す例では、偏光ユニット４の１／２波長板４１および４２を経た部分光束Ｆ１４を、空間光変調器３の第４ミラー要素群Ｓ０４（不図示）を経て、瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂへ導くことにより、図９に示す瞳強度分布２１と同じ分布を形成することができる。同様に、１／２波長板４１と４２とが重なり合った状態で、図１０〜図１４に示す瞳強度分布２２〜２５と同じ分布を形成することができる。
【００７８】
ところで、本実施形態では、一対の１／２波長板４１および４２が光軸ＡＸと平行な軸線４１ａ，４２ａを中心とする円形状の外形を有し、軸線４１ａ，４２ａ廻りに回転可能である。したがって、図１５に示すように、円形状の１／２波長板４１および４２のエッジ４１ｂ，４２ｂの直ぐ内側を通過した光と直ぐ外側を通過した光とが同じミラー要素（ハッチングを施したミラー要素）３ａａに入射する現象が発生する。図１５では、説明の理解を容易にするために、１／２波長板４１，４２の配置面および空間光変調器３の配列面を光軸ＡＸと直交する単一平面上に図示するとともに、ミラー要素３ａの数を実際よりもはるかに少なく（ミラー要素３ａの反射面のサイズを実際よりもはるかに大きく）表している。
【００７９】
図１５では、多数のミラー要素３ａのうち、１／２波長板４１および４２のエッジ４１ｂ，４２ｂと重なって見えるミラー要素３ａａに、１／２波長板４１または４２の偏光作用を受けた光と全く受けない光とが混在して入射する。その結果、ミラー要素３ａａへ入射した光（偏光状態が混在した光）がマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳へ導かれると、所望の偏光状態の瞳強度分布が形成されなくなる。本実施形態では、ミラー要素３ａａで反射された光を、瞳強度分布の形成に寄与させないこと（例えば照明光路の外側へ導くこと）により、所望の偏光状態の瞳強度分布を得ることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、一対の１／２波長板４１，４２を軸線４１ａ，４２ａ廻りに微小角度だけ回転させることにより、例えば６極状の瞳強度分布２１を構成する６つの面光源の形状および光強度を変化させることなく、一対の面光源の偏光状態だけを微調整することができる。このことは、１／２波長板４１，４２を軸線４１ａ，４２ａ廻りに回転させても、エッジ４１ｂ，４２ｂの軌道が変化しないこと、ひいてはエッジ４１ｂ，４２ｂと重なって見えるミラー要素３ａａに変化がないことから明らかである。
【００８１】
したがって、例えば６極状の瞳強度分布２１を形成した後に、必要に応じて、１／２波長板４１を軸線４１ａ廻りに微小角度だけ回転させることにより、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを構成する光の偏光方向だけを微調整することができる。このとき、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの偏光状態の微調整に際して、ミラー要素３ａの姿勢を一切変える必要はなく、ひいてはミラー要素３ａの反射面の傾きを再計算する必要はない。同様に、１／２波長板４２を軸線４２ａ廻りに微小角度だけ回転させることにより、面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを構成する光の偏光方向だけを微調整することができる。
【００８２】
以上のように、本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、光学部材の交換を伴うことなく、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る瞳強度分布の形状および偏光状態の変更に関して高い自由度を実現することができる。本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、瞳強度分布の形状および偏光状態の変更に関して高い自由度を有する照明光学系（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、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。
【００８３】
上述の実施形態において、制御系ＣＲは、たとえば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成することができ、装置全体を統括して制御することができる。また、制御系ＣＲには、例えばハードディスクから成る記憶装置、キーボード，マウス等のポインティングデバイス等を含む入力装置，ＣＲＴディスプレイ（又は液晶ディスプレイ）等の表示装置、及びＣＤ（compact disc），ＤＶＤ（digital versatile disc），ＭＯ（magneto-optical disc）あるいはＦＤ（flexible disc）等の情報記憶媒体のドライブ装置が、外付けで接続されていてもよい。
【００８４】
本実施形態では、記憶装置には、投影光学系ＰＬによってウェハＷ上に投影される投影像の結像状態が最適（例えば収差又は線幅が許容範囲内）となる瞳強度分布（照明光源形状）に関する情報、これに対応する照明光学系、特に空間光変調器３のミラー要素の制御情報等を格納してもよい。ドライブ装置には、後述する瞳強度分布の設定を行うためのプログラム等が格納された情報記憶媒体（以下の説明では便宜上ＣＤ−ＲＯＭとする）がセットされていてもよい。なお、これらのプログラムは記憶装置にインストールされていても良い。制御系ＣＲは、適宜、これらのプログラムをメモリ上に読み出す。
【００８５】
制御系ＣＲは、たとえば以下の手順で、空間光変調器３および偏光ユニット４を制御することができる。なお、以下の説明に際して、実施形態の露光装置は、図９に示す瞳強度分布２１を形成するものとする。瞳強度分布は、たとえば瞳面を格子状に複数の区画に分割し、それぞれの区画の光強度および偏光状態を用いて数値として表現した形式（広義のビットマップ形式）で表現することができる。ここで、空間光変調器３のミラー要素数をＮ個とし、瞳強度分布の分割された区画数をＭ個とすると、個々のミラー要素により反射されるＮ本の光線を適当に組み合わせてＭ個の区画に導く、換言すれば、Ｍ個の区画により構成されるＭ個の輝点上でＮ本の光線を適当に重ね合わせることで、瞳強度分布（二次光源）が形成（設定）される。
【００８６】
まず、制御部ＣＲは、目標となる瞳強度分布２１に関する情報を記憶装置から読み出す。次に、読み出された瞳強度分布２１に関する情報から、偏光状態ごとの強度分布を形成するのに、それぞれ何本の光線が必要なのかを算出する。そして、制御部ＣＲは、空間光変調器３の複数のミラー要素を、それぞれ所要数のミラー要素からなる３つのミラー要素群Ｓ０１，Ｓ０２，Ｓ０３に仮想的に分割し、それぞれのミラー要素群Ｓ０１〜Ｓ０３が位置する部分領域Ｒ０１〜Ｒ０３およびこれらの部分領域に対応する部分領域Ｒ１１〜Ｒ１３を設定する。
【００８７】
制御部ＣＲは、偏光ユニット４の１／２波長板４１および４２を駆動して、部分領域Ｒ１１に所要の回転姿勢で１／２波長板４１を位置させ、部分領域Ｒ１２に所要の回転姿勢で１／２波長板４２を位置させる。また、制御部ＣＲは、第１ミラー要素群Ｓ０１のミラー要素３ａを駆動して、第１ミラー要素群Ｓ０１からの光が面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂに向かうように設定する。同様に、第２ミラー要素群Ｓ０２および第３ミラー要素群Ｓ０３のミラー要素３ａを駆動して、第２ミラー要素群Ｓ０２からの光が面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂに向かい、第３ミラー要素群Ｓ０３からの光が面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂに向かうように設定する。
【００８８】
なお、上述の実施形態では、偏光ユニット４が、光軸ＡＸと平行な軸線４１ａ，４２ａ廻りに回転可能で且つＸ方向に移動可能な一対の円形状の１／２波長板４１および４２により構成され、ビーム送光部２と空間光変調器３との間の光路中に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光ユニットの具体的な構成、すなわち偏光ユニットを形成する波長板の数、外形、配置、移動形態、偏光特性などについて、様々な変形例が可能である。
【００８９】
一例として、図１６に示すように、並列配置された４つの１／２波長板４１，４２，４３，４４により偏光ユニット４Ａを構成することもできる。図１６に示す例では、図５に示す実施形態の構成に対して、Ｙ方向に沿って配置された一対の１／２波長板４３，４４が付設されている。１／２波長板４３，４４は、１／２波長板４１，４２と同様に、例えば光軸ＡＸと平行な軸線４３ａ，４４ａを中心とする円形状の外形を有し、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交するように配置されている。１／２波長板４３，４４は、軸線４３ａ，４４ａ廻りに回転可能であり、且つＹ方向に（必要に応じてＸ方向にも）移動可能である。
【００９０】
図１６に示す例では、偏光ユニット４Ａに入射するＹ方向直線偏光の平行光束Ｆ１のうち、部分光束Ｆ１１は１／２波長板４１を経て、部分光束Ｆ１２は１／２波長板４２を経て、空間光変調器３に入射する。同様に、部分光束Ｆ１３は１／２波長板４３を経て、部分光束Ｆ１４は１／２波長板４４を経て、空間光変調器３に入射する。一方、部分光束Ｆ１５は、１／２波長板４１〜４４を経ることなく、空間光変調器３に入射する。
【００９１】
１／２波長板４１は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋４５度（図１６の紙面において時計廻りに４５度）回転させた＋４５度斜め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、光学軸の向きが設定されている。一方、１／２波長板４２は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を−４５度回転させた−４５度斜め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、光学軸の向きが設定されている。
【００９２】
１／２波長板４３，４４は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋９０度回転させた方向、すなわちＸ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光の光を射出するように、光学軸の向きが設定されている。その結果、偏光ユニット４の直後において空間光変調器３に入射する部分光束Ｆ１１は、１／２波長板４１の偏光作用を受けて、Ｙ方向を＋４５度回転させた方向に偏光方向を有する＋４５度斜め方向直線偏光になる。部分光束Ｆ１２は、１／２波長板４２の偏光作用を受けて、Ｙ方向を−４５度回転させた方向に偏光方向を有する−４５度斜め方向直線偏光になる。
【００９３】
部分光束Ｆ１３およびＦ１４は、１／２波長板４３および４４の偏光作用をそれぞれ受けて、Ｘ方向直線偏光になる。部分光束Ｆ１５は、１／２波長板４１〜４４の偏光作用を受けないため、Ｙ方向直線偏光のままである。こうして、偏光ユニット４Ａおよび空間光変調器３を経た光束は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、例えば図１７に示すように８つの円形状の実質的な面光源Ｐ６１ａ，Ｐ６１ｂ；Ｐ６２ａ，Ｐ６２ｂ；Ｐ６３４ａ，Ｐ６３４ｂ；Ｐ６５ａ，Ｐ６５ｂからなる８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２６を形成する。
【００９４】
すなわち、偏光ユニット４Ａの１／２波長板４１を経た部分光束Ｆ１１は、光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ６１ａ，Ｒ６１ｂを占める面光源Ｐ６１ａ，Ｐ６１ｂを形成する。一対の面光源Ｐ６１ａ，Ｐ６１ｂを形成する光は、１／２波長板４１を経ているので、＋４５度斜め方向直線偏光である。偏光ユニット４Ａの１／２波長板４２を経た部分光束Ｆ１２は、光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ６２ａ，Ｒ６２ｂを占める面光源Ｐ６２ａ，Ｐ６２ｂを形成する。一対の面光源Ｐ６２ａ，Ｐ６２ｂを形成する光は、１／２波長板４２を経ているので、−４５度斜め方向直線偏光である。
【００９５】
偏光ユニット４Ａの１／２波長板４３，４４を経た部分光束Ｆ１３，Ｆ１４は、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ６３４ａ，Ｒ６３４ｂを占める面光源Ｐ６３４ａ，Ｐ６３４ｂを形成する。一対の面光源Ｐ６３４ａ，Ｐ６３４ｂを形成する光は、１／２波長板４３，４４を経ているので、Ｘ方向直線偏光である。偏光ユニット４Ａの１／２波長板４１〜４４を経ることのない部分光束Ｆ１５は、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ６５ａ，Ｒ６５ｂを占める面光源Ｐ６５ａ，Ｐ６５ｂを形成する。一対の面光源Ｐ６５ａ，Ｐ６５ｂを形成する光は、１／２波長板４１〜４４を経ていないので、Ｚ方向直線偏光（図１６におけるＹ方向直線偏光に対応）である。
【００９６】
図１６に示す例では、１／２波長板４１を図１６に示す位置から軸線４１ａ廻りに回転させると、一対の面光源Ｐ６１ａ，Ｐ６１ｂの偏光方向が回転する。同様に、１／２波長板４２，４３，４４を図１６に示す位置から軸線４２ａ，４３ａ，４４ａ廻りに回転させると、一対の面光源Ｐ６２ａ，Ｐ６２ｂの偏光方向および一対の面光源Ｐ６３４ａ，Ｐ６３４ｂの偏光方向が回転する。すなわち、偏光ユニット４Ｂは、一対の面光源Ｐ６１ａ，Ｐ６１ｂの偏光状態と、一対の面光源Ｐ６２ａ，Ｐ６２ｂの偏光状態と、一対の面光源Ｐ６３４ａ，Ｐ６３４ｂの偏光状態とを独立に変化させることができる。
【００９７】
また、図１６に示す例では、一対の１／２波長板４１，４２をＸ方向に移動させたり、一対の１／２波長板４３，４４をＹ方向に移動させたりすることにより、各部分光束Ｆ１１〜Ｆ１５の断面積の比を独立的に変化させることができ、ひいては８極状の瞳強度分布２６を構成する８つの面光源Ｐ６１ａ，Ｐ６１ｂ；Ｐ６２ａ，Ｐ６２ｂ；Ｐ６３４ａ，Ｐ６３４ｂ；Ｐ６５ａ，Ｐ６５ｂの間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。
【００９８】
別の例として、図１８に示すように、矩形状の外形を有する一対の１／２波長板４５，４６により偏光ユニット４Ｂを構成することもできる。１／２波長板４５，４６は、例えば光軸ＡＸと平行な軸線４５ａ，４６ａを中心とする矩形状の外形を有し、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交するように配置されている。１／２波長板４５，４６は、軸線４５ａ，４６ａ廻りに回転可能であり、且つＸ方向に（必要に応じてＹ方向にも）移動可能である。
【００９９】
図１８に示す例では、偏光ユニット４Ｂに入射するＹ方向直線偏光の平行光束Ｆ１のうち、部分光束Ｆ１５は１／２波長板４５だけを経て、部分光束Ｆ１６は１／２波長板４６だけを経て、空間光変調器３に入射する。部分光束Ｆ１５６は１／２波長板４５および４６の双方を経て、部分光束Ｆ１３は１／２波長板４５，４６を経ることなく、空間光変調器３に入射する。
【０１００】
図１６に示す状態において、１／２波長板４５は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋６０度（図１８の紙面において時計廻りに６０度）回転させた＋６０度斜め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、光学軸の向きが設定されている。一方、１／２波長板４６は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を−６０度回転させた−６０度斜め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、光学軸の向きが設定されている。
【０１０１】
その結果、偏光ユニット４の直後において空間光変調器３に入射する部分光束Ｆ１５は、１／２波長板４５だけの偏光作用を受けて、Ｙ方向を＋６０度回転させた方向に偏光方向を有する＋６０度斜め方向直線偏光になる。部分光束Ｆ１６は、１／２波長板４６だけの偏光作用を受けて、Ｙ方向を−６０度回転させた方向に偏光方向を有する−６０度斜め方向直線偏光になる。
【０１０２】
部分光束Ｆ１５６は、１／２波長板４５および４６の双方の偏光作用を受けて、Ｙ方向直線偏光である。部分光束Ｆ１３は、１／２波長板４５，４６の偏光作用を受けないため、Ｙ方向直線偏光のままである。こうして、偏光ユニット４Ｂおよび空間光変調器３を経た光束は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、例えば図９に示すように６つの円形状の実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂからなる６極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２１を形成する。
【０１０３】
すなわち、偏光ユニット４Ｂの１／２波長板４５を経た部分光束Ｆ１５は、光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂを占める面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する光は、１／２波長板４５を経ているので、＋６０度斜め方向直線偏光である。偏光ユニット４Ｂの１／２波長板４６を経た部分光束Ｆ１６は、光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向と６０度をなす方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂを占める面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１６２ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光は、１／２波長板４６を経ているので、−６０度斜め方向直線偏光である。
【０１０４】
偏光ユニット４Ｂの１／２波長板４５，４６の双方を経た部分光束Ｆ１５６および１／２波長板４５，４６を経ることのない部分光束Ｆ１３は、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の円形状の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂを占める面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する光は、１／２波長板４５，４６の双方を経るか、あるいは１／２波長板４５，４６を経ていないので、Ｚ方向直線偏光（図１８におけるＹ方向直線偏光に対応）である。
【０１０５】
図１８に示す例では、一対の１／２波長板４５，４６を軸線４５ａ，４６ａ廻りに回転させることにより、一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの偏光方向と一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの偏光方向とを独立的に変化させることができる。この場合、必要に応じて、１／２波長板４５，４６の双方を経た部分光束Ｆ１５６を、瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂへ導いたり、瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂ以外の別の瞳領域へ導いたり、瞳強度分布の形成に寄与しないように照明光路の外へ導いたりすることができる。
【０１０６】
また、図１８に示す例では、一対の１／２波長板４５，４６をＸ方向に移動させることにより、部分光束Ｆ１５，Ｆ１６，Ｆ１５６，Ｆ１３の断面積の比を独立的に変化させることができ、ひいては６極状の瞳強度分布２１を構成する６つの面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。
【０１０７】
また、別の例として、図１９に示すように、一対の１／２波長板４１，４２と直列的に重なり合うように一対の１／４波長板４０１，４０２を配置することにより偏光ユニット４Ｃを構成することもできる。図１９に示す例では、図５に示す実施形態の構成に対して、１／２波長板４１の直後において光軸ＡＸの方向から見て１／２波長板４１と重なり合うように配置された１／４波長板４０１と、１／２波長板４２の直後において光軸ＡＸの方向から見て１／２波長板４２と重なり合うように配置された１／４波長板４０２とが付設されている。
【０１０８】
１／４波長板４０１，４０２は、１／２波長板４１，４２の回転軸線４１ａ，４２ａ（図１９では不図示）を中心とする円形状の外形を有し、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交するように配置されている。１／４波長板４０１，４０２は、軸線４１ａ，４２ａ廻りに回転可能であり、且つ１／２波長板４１，４２と一体的にＸ方向に（必要に応じてＹ方向にも）移動可能である。偏光ユニット４Ｃは、１／４波長板４０１，４０２を軸線４１ａ，４２ａ廻りに回転させる駆動部ＤＲ４０１，ＤＲ４０２を有する。駆動部ＤＲ４０１，ＤＲ４０２は、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて１／４波長板４０１，４０２を回転させる。
【０１０９】
なお、１／４波長板４０１，４０２を、１／２波長板４１，４２とは独立させて、Ｘ方向に（必要に応じてＹ方向にも）移動可能に構成することもできる。この場合、１／４波長板４０１，４０２は、円形状の外形の中心軸線廻りに回転できるように構成される。駆動部ＤＲ４０１，ＤＲ４０２は、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて、１／４波長板４０１，４０２を回転させたり、Ｘ方向に移動させたりする。また、１／２波長板４１の直前に１／４波長板４０１を配置したり、１／２波長板４２の直前に１／４波長板４０２を配置したりすることもできる。
【０１１０】
図１９に示す例では、偏光ユニット４Ｃおよび空間光変調器３を経た光束が、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、例えば図２０に示すように６つの円形状の実質的な面光源Ｐ７１ａ，Ｐ７１ｂ；Ｐ７２ａ，Ｐ７２ｂ；Ｐ７３ａ，Ｐ７３ｂからなる６極状の瞳強度分布２７を形成する。瞳強度分布２７は、図９に示す瞳強度分布２１に比して、一対の面光源Ｐ７１ａ，Ｐ７１ｂの偏光状態および一対の面光源Ｐ７２ａ，Ｐ７２ｂの偏光状態だけが異なっている。
【０１１１】
換言すれば、瞳強度分布２７における面光源Ｐ７１ａ，Ｐ７１ｂ；Ｐ７２ａ，Ｐ７２ｂの形状は、瞳強度分布２１における面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの形状と同じである。しかしながら、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光は直線偏光であるのに対し、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光は１／４波長板４０１，４０２の作用により楕円偏光である。なお、瞳強度分布２７における面光源Ｐ７３ａ，Ｐ７３ｂの形状および偏光状態は、瞳強度分布２１における面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの形状および偏光状態と同じである。
【０１１２】
偏光ユニット４を経て形成された縦偏光または横偏光（図９におけるＸ方向直線偏光またはＺ方向直線偏光）は、その後側に配置された平面反射鏡（例えばミラーＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３）の影響を受けにくく、偏光状態を維持しつつウェハＷに達する。しかしながら、偏光ユニット４を経て形成された斜め偏光（図９における＋６０度斜め方向直線偏光または−６０度斜め方向直線偏光）は、平面反射鏡の影響を受けて楕円偏光化し易い。
【０１１３】
偏光ユニット４Ｃでは、その後側に配置された平面反射鏡の偏光状態への影響を補償するために、１／４波長板４０１，４０２の作用により、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光を所要の楕円偏光状態に積極的に設定する。その結果、例えば投影光学系ＰＬの瞳面に形成される最終的な瞳強度分布において、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂに対応する面光源を所望の斜め偏光状態にすることができる。
【０１１４】
このように、図１９の例では、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａのうちの第１ミラー要素群を経由する第１光路を進行する第１光束の偏光度の状態を、複数のミラー要素３ａのうちの第２ミラー要素群を経由する第２光路を進行する第２光束の偏光度の状態とは独立に変化させる偏光ユニット４Ｃを備えているため、面光源を形成する光を所要の楕円偏光状態に設定することができる。
【０１１５】
ここで、光束の偏光度とは、当該光束の光強度に対する当該光束のうちの楕円偏光成分の光強度の割合で表すことができる。また、楕円偏光の状態は楕円率と楕円方位角とで表すことができる。図１９の例では、回転可能な１／４波長板４０１，４０２が光束の楕円率を変更し、回転可能な１／２波長板４１，４２が光束の楕円方位角を変更している。なお、楕円率を変更する光学部材として、光束の進行方向に沿った厚みが変更可能な位相子を用いることもでき、楕円方位角を変更する光学部材として、光束の進行方向に沿った厚みが変更可能な旋光子を用いることもできる。
【０１１６】
なお、上述の説明では、偏光ユニット４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）がビーム送光部２と空間光変調器３との間の光路中に配置された例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、空間光変調器と光源との間の光路中における適当な位置に偏光ユニットを配置したり、あるいは空間光変調器よりも被照射面側の光路中において空間光変調器の配列面と光学的に共役な面を含む共役空間に偏光ユニットを配置したりしても良い。ここで、「共役空間」とは、空間光変調器の配列面と光学的に共役な共役位置の前側に隣接するパワーを有する光学素子と当該共役位置の後側に隣接するパワーを有する光学素子との間の空間である。なお、「共役空間」内には、パワーを持たない平行平面板や平面鏡が存在していても良い。
【０１１７】
具体的には、図２１および図２２に示すように、偏光ユニット４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）を、リレー光学系５と６との間の光路中の適当な位置、例えば空間光変調器３の配列面と光学的に共役な共役位置またはその近傍の位置に配置することもできる。なお、図２１では、ミラーＭＲ１からマイクロフライアイレンズ７までの光路を示しているが、それ以外の構成は図１と同様である。また、図２２では、図２の光路展開図と同様に、光源１からマイクロフライアイレンズ７までの光路を直線状に展開するとともに、空間光変調器３を透過型の空間光変調器として図示し且つミラーＭＲ１の図示を省略している。
【０１１８】
偏光ユニット４を共役空間に配置する場合、１／２波長板４１と４２とを光軸ＡＸと直交する単一の平面に沿って配置してもよいし、１／２波長板４１と４２とを光軸ＡＸに沿って隣接配置してもよい。あるいは、１／２波長板４１と４２とを互いに異なる共役空間に配置することもできる。すなわち、偏光ユニット４を共役空間に配置する場合、１／２波長板４１が配置された面からパワーを有する光学部材を介して離れた面に１／２波長板４２を配置することもできる。
【０１１９】
同様に、偏光ユニット４Ｃを共役空間に配置する場合、１／２波長板４１，４２が配置された面からパワーを有する光学部材を介して離れた面に１／４波長板４０１，４０２を配置することもできる。あるいは、１／２波長板４１および１／４波長板４０１が配置された空間からパワーを有する光学部材を介して離れた空間に、１／２波長板４２および１／４波長板４０２を配置することもできる。
【０１２０】
また、上述の説明では、偏光ユニット４（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）が少なくとも一対の１／２波長板を含む例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束に作用する回転可能な波長板（例えば少なくとも１つの１／２波長板または１／４波長板）を有する形態の偏光ユニットも可能である。
【０１２１】
具体的に、偏光ユニット４を構成する一対の１／２波長板４１，４２の少なくとも１つに代えて１／４波長板を用いる構成も可能である。この場合、１／４波長板に入射した直線偏光は、１／４波長板の光学軸の向きに応じた楕円偏光（円偏光を含む広い概念）に変換されて射出される。偏光ユニット４Ａを構成する１／２波長板４１〜４４の少なくとも１つに代えて１／４波長板を用いる構成、偏光ユニット４Ｂを構成する１／２波長板４５，４６の少なくとも１つに代えて１／４波長板を用いる構成が可能である。
【０１２２】
上述の実施形態では、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。
【０１２３】
上述の実施形態では、空間光変調器３が所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素３ａを備えているが、これに限定されることなく、所定面内に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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２３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２３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、上述の実施形態の投影露光装置を用い、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）。
【０１２７】
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、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。
【０１２８】
図２４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２４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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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】
【０１３４】
１  光源
２  ビーム送光部
３  空間光変調器
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ  偏光ユニット
４１，４２，４３，４４，４５，４６  １／２波長板
４０１，４０２  １／４波長板
５，６  リレー光学系
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
ＤＴｒ，ＤＴｗ  瞳強度分布計測部
ＣＲ  制御系
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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