(57)【要約】      （修正有）【課題】製造が比較的容易な構成を有し、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部材５１を備えた偏光変換ユニットにおいて、偏光変換部材５１は、旋光性の光学材料により形成され且つ光軸を横切る面に沿って並列的に配置された複数の偏光変換部５１１〜５１４を有し、複数の偏光変換部５１１〜５１４は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とをそれぞれ有する。【選択図】図４
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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部材を備えた偏光変換ユニットにおいて、
前記偏光変換部材は、旋光性の光学材料により形成され且つ光軸を横切る面に沿って並列的に配置された複数の偏光変換部を有し、
前記複数の偏光変換部は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とをそれぞれ有することを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項２】
前記複数の偏光変換部は、前記光軸を中心とする円の径方向に延びる直線に沿って同じ厚さを有するようにそれぞれ配置され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】
前記偏光変換部材は、前記円を４つ以上の偶数個に分割して得られる領域に対応するように配置された前記偶数個の偏光変換部を有することを特徴とする請求項２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４】
前記偶数個の偏光変換部のうちの前記光軸を挟んで対向する一対の偏光変換部は、互いに同じ構成を有することを特徴とする請求項３に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５】
前記偶数個の偏光変換部の入射面または射出面のうちの一方の面は、前記光軸と直交していることを特徴とする請求項３または４に記載の偏光変換ユニット。
【請求項６】
前記偶数個の偏光変換部は、前記一方の面が前記光軸と直交する１つの平面と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５に記載の偏光変換ユニット。
【請求項７】
前記偏光変換部材は、水晶により形成され、該水晶の結晶光学軸は前記光軸と平行であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項８】
前記偏光変換部材の入射側または射出側に配置されて、前記偏光変換部材による光の偏向作用を補償する補正部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項９】
前記偏光変換部材と前記補正部材とは互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項８に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１０】
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において、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乃至９のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１１】
前記複数の偏光変換部は、所定の方向に偏光方向を有する直線偏光の入射光を、前記光軸を中心とする円の接線方向に偏光方向を有する周方向偏光または前記円の半径方向に偏光方向を有する径方向偏光の光に変換して射出することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【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１１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に記載の照明光学系。
【請求項１４】
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１３に記載の照明光学系。
【請求項１５】
前記偏光変換ユニットは、照明光路に対して挿脱可能であることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項１６】
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、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複数の偏光変換ユニットを備え、該複数の偏光変換ユニットは、前記光源と前記被照射面との間の照明光路中に選択的に配置されることを特徴とする照明光学系。
【請求項１７】
所定のパターンを照明するための請求項１２乃至１６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１８】
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１７に記載の露光装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８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、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（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輪帯状の二次光源を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載された照明光学系では、４分割乃至８分割された扇形状の分割領域を有する旋光性の偏光変換素子を用いて、各分割領域を通過する光の偏光状態を周方向に設定することにより、いわゆる連続性の比較的低い周方向偏光状態を実現している。
【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２００６／０１７０９０１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
周方向偏光の作用効果をさらに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。しかしながら、特許文献１に提案された偏光変換素子では、各分割領域に対応して所定の厚さを有する分割数と同数の部材を準備し、且つこれらの部材を面内方向に沿って正確に並べて保持する必要があるため、分割数の増大につれて製造（複数の部材を正確に並べて保持することも含む広い概念）の難易度が高くなり易く、ひいては製造コストが高くなり易い。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、製造が比較的容易な構成を有し、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、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部材を備えた偏光変換ユニットにおいて、
前記偏光変換部材は、旋光性の光学材料により形成され且つ光軸を横切る面に沿って並列的に配置された複数の偏光変換部を有し、
前記複数の偏光変換部は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とをそれぞれ有す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、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。
【００１０】
本発明の第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、
第１形態の複数の偏光変換ユニットを備え、該複数の偏光変換ユニットは、前記光源と前記被照射面との間の照明光路中に選択的に配置されることを特徴とする照明光学系を提供する。
【００１１】
本発明の第４形態では、所定のパターンを照明するための第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】
本発明の第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。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の偏光変換ユニットは、製造が比較的容易な構成を有し、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。本発明の照明光学系では、連続性の高い周方向偏光状態の瞳強度分布を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】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】アフォーカルレンズの瞳面に輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。
【図３】本実施形態にかかる偏光変換部材を光軸に沿って入射側から見た図である。
【図４】本実施形態の偏光変換ユニットの構成を概略的に示す斜視図である。
【図５】水晶の旋光性について説明する図である。
【図６】マイクロフライアイレンズの直後の照明瞳に周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。
【図７】本実施形態における偏光変換部の厚さ分布を示す図である。
【図８】理想的な周方向偏光状態を実現するために偏光変換部に要求される厚さ分布を示す図である。
【図９】マイクロフライアイレンズの直後の照明瞳に径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される様子を示す図である。
【図１０】変形例にかかる偏光変換部材の構成を概略的に示す斜視図である。
【図１１】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１２】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図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Ｙ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Ｘ軸をそれぞれ設定している。
【００１６】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。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、整形光学系１、偏光状態切換部２、および回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ４に入射する。整形光学系１は、光源ＬＳからのほぼ平行な光束を所定の矩形状の断面を有する光束に変換して偏光状態切換部２へ導く機能を有する。
【００１７】
偏光状態切換部２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２ａ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２ｂ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）２ｃとを備えている。偏光状態切換部２は、デポラライザ２ｃ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３へ入射させる機能を有し、デポラライザ２ｃ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３へ入射させる機能を有する。
【００１８】
アフォーカルレンズ４は、前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとからなり、前側レンズ群４ａの前側焦点位置と回折光学素子３の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群４ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面ＩＰの位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。回折光学素子３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３は、輪帯照明用の回折光学素子であるものとする。
【００１９】
輪帯照明用の回折光学素子３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、回折光学素子３に入射したほぼ平行光束は、図２に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳位置に輪帯状の光強度分布２１を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。アフォーカルレンズ４の瞳位置またはその近傍には、偏光変換ユニット５および円錐アキシコン系６が配置されている。偏光変換ユニット５の構成および作用については後述する。また、円錐アキシコン系６の構成および作用についても後述する。
【００２０】
アフォーカルレンズ４を介した光は、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ７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）８に入射する。マイクロフライアイレンズ８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。
【００２１】
マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。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、例えば米国特許第６９１３３７３号公報に開示されている。
【００２２】
所定面ＩＰの位置はズームレンズ７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８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面ＩＰとマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
【００２３】
したがって、マイクロフライアイレンズ８の入射面上には、アフォーカルレンズ４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ８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８の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源（瞳強度分布）が形成される。
【００２４】
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９が配置されている。照明開口絞り９は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。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９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。
【００２５】
マイクロフライアイレンズ８および照明開口絞り９を経た光は、コンデンサー光学系１０を介して、マスクブラインド１１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１１には、マイクロフライアイレンズ８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１１の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとからなる結像光学系１２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１２は、マスクブラインド１１の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００２６】
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭ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。
【００２７】
円錐アキシコン系６は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材６ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材６ａおよび第２プリズム部材６ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材６ａと第２プリズム部材６ｂとの間隔が可変に構成されている。
【００２８】
ここで、第１プリズム部材６ａと第２プリズム部材６ｂとが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系６は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材６ａと第２プリズム部材６ｂとを離間させると、輪帯状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。
【００２９】
ズームレンズ７は、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ７の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００３０】
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８により形成される二次光源を光源として、照明光学系（１〜１２）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（１〜１２）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。
【００３１】
瞳強度分布とは、照明光学系（１〜１２）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。すなわち、マイクロフライアイレンズ８の入射面と光学的に共役な面であるアフォーカルレンズ４の瞳面も照明瞳面と呼ぶことができる。
【００３２】
輪帯照明用の回折光学素子３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８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８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。
【００３３】
また、輪帯照明用の回折光学素子３に代えて、円形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、通常の円形照明を行うことができる。円形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円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形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８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形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８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円形状の二次光源が形成される。また、輪帯照明用の回折光学素子３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３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。
【００３４】
偏光変換ユニット５は、上述したように、アフォーカルレンズ４の瞳位置またはその近傍、すなわち照明光学系（１〜１２）の照明瞳の位置またはその近傍に配置されている。以下、説明の理解を容易にするために、偏光変換ユニット５は、アフォーカルレンズ４の光路中における照明瞳の直前の位置に、固定的にあるいは光路に対して挿脱自在に配置されているものとする。輪帯照明用の回折光学素子３が照明光路中に配置されている場合、偏光変換ユニット５には輪帯状の断面を有する光束が入射する。
【００３５】
本実施形態では、輪帯照明に際して、偏光状態切換部２の作用により、Ｙ方向に偏光した直線偏光の光が偏光変換ユニット５に入射する。図１を参照すると、偏光変換ユニット５は、光の入射側から順に、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部材５１と、偏光変換部材５１による光の偏向作用を補償する補正部材５２とを備えている。偏光変換部材５１は、図３に示すように、光軸ＡＸと直交するＸＹ平面（一般には光軸ＡＸを横切る面）に沿って並列的に配置された４つの偏光変換部５１１，５１２，５１３，５１４を有する。
【００３６】
偏光変換部５１１〜５１４は、互いに同じ正方形状の外形を有し、光軸ＡＸを中心とする円を４つに等分割して得られる四半円状の領域に対応するように配置されている。偏光変換部５１１〜５１４は、正方形の対角線５１１ａ，５１２ａ，５１３ａ，５１４ａが光軸ＡＸからＸ方向またはＹ方向に延びるように配置されている。その結果、偏光変換部材５１の外形は正方形であり、その正方形の一対の対角線はＸ方向およびＹ方向に延びている。図３において、破線で示す２つの円２１ａおよび２１ｂは輪帯状の光強度分布２１の内側の輪郭および外側の輪郭を示し、一点鎖線で示す円は輪帯状の光強度分布２１の中心線（外径と内径との中間の径を有する円に対応）２１ｃを示している。
【００３７】
図４に明瞭に示すように、偏光変換部５１１〜５１４は、平面状の入射面と、該入射面と非平行な平面状の射出面とを有する。偏光変換部５１１〜５１４の入射面は光軸ＡＸと直交しており、その射出面は光軸ＡＸと直交する平面に対して傾斜している。４つの偏光変換部５１１〜５１４は、その入射面が光軸ＡＸと直交する１つの平面と一致するように配置されている。その結果、偏光変換部材５１の入射面は平面状であり、その射出面は凹凸面状である。あるいは、偏光変換部５１１〜５１４の射出面が光軸ＡＸと直交し、その入射面が光軸ＡＸと直交する平面に対して傾斜していても良い。その場合、偏光変換部材５１の射出面が平面状になり、その入射面が凹凸面状になる。
【００３８】
４つの偏光変換部５１１〜５１４のうち、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の偏光変換部は互いに同じ構成を有する。すなわち、偏光変換部５１１と５１３とは互いに同じ構成を有し、偏光変換部５１２と５１４とは互いに同じ構成を有する。偏光変換部５１１〜５１４は、対角線５１１ａ〜５１４ａ（すなわち光軸ＡＸを中心とする円の径方向に延びる直線）に沿って同じ厚さを有するように配置されている。換言すると、偏光変換部５１１〜５１４の射出面は、対角線５１１ａ〜５１４ａと直交する方向に傾斜している。
【００３９】
偏光変換部５１１〜５１４は、旋光性の光学材料である水晶により形成され、その結晶光学軸がＺ方向に延びるように（光軸ＡＸと平行に延びるように）、すなわち入射光の進行方向とほぼ一致するように設定されている。補正部材５２は、偏光変換部材５１の射出側に隣接して配置されて、旋光性を有しない光学材料である蛍石または石英により形成されている。補正部材５２は、偏光変換部材５１による光の偏向作用（光の進行方向の変化）を補償するコンペンセータとして機能するための所要の形状を有する。
【００４０】
すなわち、補正部材５２は、偏光変換部５１１と相補的な形状を有する補正部５２１、偏光変換部５１２とほぼ相補的な形状を有する補正部５２２、偏光変換部５１３とほぼ相補的な形状を有する補正部５２３、および偏光変換部５１４とほぼ相補的な形状を有する補正部５２４を備えている。補正部５２１〜５２４は、偏光変換部５１１〜５１４と対向するように配置されている。補正部材５２の外形は正方形であり、その入射面は凹凸面状で、その射出面は平面状である。
【００４１】
偏光変換部材５１は、水晶からなる平行平面板の一方の面を所要の平面形状に加工して得られた偏光変換部５１１〜５１４を組み合わせることにより製造される。あるいは、水晶からなる平行平面板の一方の面を所要の凹凸面形状に加工することにより、単一光学部材としての偏光変換部材５１を製造することもできる。同様に、補正部材５２は、蛍石または石英からなる平行平面板の一方の面を所要の平面形状に加工して得られた補正部５２１〜５２４を組み合わせることにより製造される。あるいは、蛍石または石英からなる平行平面板の一方の面を所要の凹凸面形状に加工することにより、単一光学部材としての補正部材５２を製造することもできる。
【００４２】
以下、図５を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図５を参照すると、厚さｄの水晶からなる平行平面板状の光学部材１００が、その結晶光学軸と光軸ＡＸとが一致するように配置されている。この場合、光学部材１００の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸ＡＸ廻りにθだけ回転した状態で射出される。このとき、光学部材１００の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材１００の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（ａ）で表わされる。
θ＝ｄ・ρ    （ａ）
【００４３】
一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性（使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質：旋光分散）があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第１６７頁の記述によれば、２５０．３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、１５３．９度／ｍｍである。
【００４４】
本実施形態において、偏光変換部５１１では、対角線５１１ａと中心線２１ｃとの交差領域ｒ１ｃにＹ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋１８０度（図３中時計廻りに１８０度）回転させた方向Ｆ１ｃすなわちＹ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光の光を射出するように、交差領域ｒ１ｃを通ってＸ方向に延びる直線である対角線５１１ａに沿った厚さｔ１ｃが設定されている。また、偏光変換部５１１では、偏光変換部５１２側の境界線と中心線２１ｃとの交差領域ｒ１ａにＹ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋４５度回転させた方向Ｆ１ａに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域ｒ１ａを通ってＸ方向に延びる直線に沿った厚さｔ１ａが設定されている。
【００４５】
また、偏光変換部５１１では、偏光変換部５１４側の境界線と中心線２１ｃとの交差領域ｒ１ｂにＹ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋３１５度回転させた方向Ｆ１ｂに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域ｒ１ｂを通ってＸ方向に延びる直線に沿った厚さｔ１ｂが設定されている。すなわち、偏光変換部５１１では、Ｘ方向に沿って延びる無数の直線状の等厚線（光軸ＡＸ方向に沿った寸法である厚さｔが等しい点領域を結んだ線）が存在し、交差領域ｒ１ｃを通る等厚線である対角線５１１ａに沿った厚さがｔ１ｃであり且つ交差領域ｒ１ａ，ｒ１ｂを通る等厚線に沿った厚さがｔ１ａ，ｔ１ｂであるように設定されている。
【００４６】
偏光変換部５１２では、対角線５１２ａと中心線２１ｃとの交差領域ｒ２ｃにＹ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋９０度回転させた方向Ｆ２ｃ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、交差領域ｒ２ｃを通ってＹ方向に延びる直線である対角線５１２ａに沿った厚さｔ２ｃが設定されている。また、偏光変換部５１２では、偏光変換部５１３側の境界線と中心線２１ｃとの交差領域ｒ２ａにＹ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに−４５度（図３中反時計廻りに４５度）回転させた方向Ｆ２ａに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域ｒ２ａを通ってＹ方向に延びる直線に沿った厚さｔ２ａが設定されている。
【００４７】
また、偏光変換部５１２では、偏光変換部５１１側の境界線と中心線２１ｃとの交差領域ｒ２ｂにＹ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向をＺ軸廻りに＋２２５度回転させた方向Ｆ２ｂに偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように、交差領域ｒ２ｂを通ってＹ方向に延びる直線に沿った厚さｔ２ｂが設定されている。すなわち、偏光変換部５１２では、Ｙ方向に沿って延びる無数の直線状の等厚線が存在し、交差領域ｒ２ｃを通る等厚線である対角線５１２ａに沿った厚さがｔ２ｃであり且つ交差領域ｒ２ａ，ｒ２ｂを通る等厚線に沿った厚さがｔ２ａ，ｔ２ｂであるように設定されている。
【００４８】
偏光変換部５１３は、光軸ＡＸを挟んで対向する偏光変換部５１１と同じ構成（同じ形状および大きさ）を有し、光軸ＡＸ廻りに偏光変換部５１１を＋１８０度回転させて得られる姿勢で配置されている。偏光変換部５１４は、光軸ＡＸを挟んで対向する偏光変換部５１２と同じ構成を有し、光軸ＡＸ廻りに偏光変換部５１２を＋１８０度回転させて得られる姿勢で配置されている。したがって、偏光変換部５１３では、対角線５１３ａに沿った厚さｔ３ｃが偏光変換部５１１の対角線５１１ａに沿った厚さｔ１ｃと等しく、対角線５１３ａと中心線２１ｃとの交差領域ｒ３ｃにＹ方向直線偏光の光が入射した場合、方向Ｆ１ｃと同じ方向Ｆ３ｃすなわちＹ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光の光を射出する。
【００４９】
偏光変換部５１４では、対角線５１４ａに沿った厚さｔ４ｃが偏光変換部５１２の対角線５１２ａに沿った厚さｔ２ｃと等しく、対角線５１４ａと中心線２１ｃとの交差領域ｒ４ｃにＹ方向直線偏光の光が入射した場合、方向Ｆ２ｃと同じ方向Ｆ４ｃ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。したがって、偏光変換部５１１〜５１４は、少なくとも上述の各交差領域に入射したＹ方向直線偏光の光を、光軸ＡＸを中心とする円の接線方向に偏光方向を有する周方向偏光の光に変換して射出する。
【００５０】
こうして、本実施形態において回折光学素子３および偏光変換ユニット５の作用を受けた光は、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、図６に示すように周方向偏光状態に設定された輪帯状の瞳強度分布２２を形成する。以下、偏光変換部材５１を構成する４つの偏光変換部５１１〜５１４のうち、Ｘ方向に延びる対角線５１１ａを有する偏光変換部５１１の旋光作用に着目して、輪帯状の瞳強度分布２２における周方向偏光状態の連続性について検証する。
【００５１】
上述の説明では、偏光変換部５１１への光の入射領域（図３において破線で示す一対の円２１ａと２１ｂとにより規定される四半円環状の領域）のうち、対角線５１１ａと中心線２１ｃとの交差領域ｒ１ｃ、偏光変換部５１２側の境界線と中心線２１ｃとの交差領域ｒ１ａ、および偏光変換部５１４側の境界線と中心線２１ｃとの交差領域ｒ１ｂに入射する光に対する旋光作用についてのみ言及している。輪帯状の瞳強度分布２２における周方向偏光状態の連続性を検証するには、偏光変換部５１１への光の入射領域の全体に亘って入射光に対する旋光作用を理解する必要がある。
【００５２】
偏光変換部５１１では、図７に示すように、交差領域ｒ１ｃを通ってＸ方向に延びる直線状の等厚線である対角線５１１ａが存在し、対角線５１１ａと直交する方向すなわちＹ方向に沿って厚さｔが線形的に変化している。さらに詳細には、偏光変換部５１１の厚さｔは、＋Ｙ方向に向かって線形的に減少している。したがって、偏光変換部５１１では、Ｘ方向に沿って直線状に延びる等厚線が無数に存在し、且つ一定の厚さ変化毎に規定される複数の等厚線がＹ方向に沿って等間隔に存在している。
【００５３】
図７では、光軸ＡＸを原点とする直交座標（ｘ，ｙ）および極座標（ｒ，φ）が表示されている。直交座標（ｘ，ｙ）のｘ座標は、直交座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＸ座標と平行に設定されている。この場合、直交座標（ｘ，ｙ）を用いた偏光変換部５１１の厚さ分布ｔ（ｘ，ｙ）および極座標（ｒ，φ）を用いた偏光変換部５１１の厚さ分布ｔ（ｒ，φ）は、次の式（１Ａ）および（１Ｂ）によりそれぞれ表される。
ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｃ１・ｙ＋Ｃ２      （１Ａ）
ｔ（ｒ，φ）＝Ｃ１・ｒsinφ＋Ｃ２      （１Ｂ）
【００５４】
式（１Ａ）および（１Ｂ）における係数Ｃ１，Ｃ２は、偏光変換部５１１にＹ方向直線偏光の光が入射した場合に、交差領域ｒ１ｃを経た光が方向Ｆ１ｃすなわちＹ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光の光になり、且つ交差領域ｒ１ａ，ｒ１ｂを経た光が方向Ｆ１ａ，Ｆ１ｂに偏光方向を有する直線偏光の光になるように設定される。
【００５５】
一方、偏光変換部５１１が理想的な周方向偏光状態を実現するためには、図８に示すように、光軸ＡＸを中心とする円の径方向（ｒ方向）に沿って直線状に延びる等厚線が無数に存在し、且つ一定の厚さ変化毎に規定される複数の等厚線が光軸ＡＸを中心とする円の周方向（φ方向）に沿って等間隔に存在する必要がある。すなわち、理想的な周方向偏光状態を実現するために必要な偏光変換部５１１の厚さ分布ｔ（ｒ，φ）は、次の式（２）により表される。
ｔ（ｒ，φ）＝Ｃ３・φ＋Ｃ４      （２）
【００５６】
式（２）における係数Ｃ３，Ｃ４は、偏光変換部５１１にＹ方向直線偏光の光が入射した場合に、交差領域ｒ１ｃを経た光が方向Ｆ１ｃすなわちＹ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光の光になり、且つ交差領域ｒ１ａ，ｒ１ｂを経た光が方向Ｆ１ａ，Ｆ１ｂに偏光方向を有する直線偏光の光になるように設定される。
【００５７】
図８の等厚線の分布を参照すると、偏光変換部５１１の入射面の全体に亘って、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って厚さｔが線形的に変化し、且つ円の径方向に沿って厚さｔが一定である。これに対し、図７の等厚線の分布を参照すると、偏光変換部５１１の入射面の全体において、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って厚さｔが線形的に変化していないし、且つ対角線５１１ａを除き円の径方向に沿って厚さｔが一定ではない。ただし、偏光変換部５１１への光の入射領域では、周方向に沿った厚さｔの変化はほぼ線形的であり、且つ径方向に沿って厚さｔはほぼ一定である。別の表現をすれば、偏光変換部５１１において光軸ＡＸに比較的近い領域では、周方向に沿った厚さｔの変化の線形性が比較的大きく崩れ、径方向に沿った厚さｔの変化が比較的大きくなる。
【００５８】
したがって、本実施形態にかかる偏光変換部５１１では、交差領域ｒ１ｃを通ってＸ方向に延びる対角線５１１ａおよび交差領域ｒ１ａ，ｒ１ｂへの入射光に対して、理想的な周方向偏光状態を実現するために必要な旋光作用を及ぼすことができる。また、偏光変換部５１１への光の入射領域のうち、対角線５１１ａおよび交差領域ｒ１ａ，ｒ１ｂを除く領域への入射光に対しても、理想的な旋光作用に非常に近い作用を及ぼすことができる。ちなみに、特許文献１に記載された偏光変換素子の分割領域では、入射面の全体に亘って厚さが一定であり、図８に示すような理想的な等厚線の分布とは全く異なる。
【００５９】
こうして、偏光変換ユニット５の直後の照明瞳には、連続性の高い周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。その結果、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳にも、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を中心とした円の接線方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。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１２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。
【００６０】
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。
【００６１】
以上のように、偏光変換部材５１を構成する４つの偏光変換部５１１〜５１４は、平面状の入射面と該入射面と非平行な平面状の射出面とを有し、ひいては簡素な面形状を有する光学部材である。しかも、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の偏光変換部５１１と５１３および５１２と５１４とは、互いに同じ構成を有する。そして、偏光変換ユニット５は、並列的に配置された４つの偏光変換部５１１〜５１４の協働的な旋光作用により、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に、偏光変換部の数に対応する４分割タイプよりもはるかに連続性の高い周方向偏光状態の光強度分布２２を形成する。
【００６２】
すなわち、本実施形態の偏光変換ユニット５は、製造が比較的容易な構成を有し、照明光学系（１〜１２）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。本実施形態の照明光学系（１〜１２）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５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（１〜１２）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。
【００６３】
なお、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５にＹ方向直線偏光の光を入射させているが、Ｘ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光の光を偏光変換ユニット５に入射させると、偏光変換ユニット５の直後の照明瞳、ひいてはマイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳には、図９に示すように、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。その結果、結像光学系１２の瞳位置、および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、輪帯状の光強度分布２３に対応するほぼ連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。この場合、偏光変換部５１１〜５１４は、Ｘ方向直線偏光の入射光を、光軸ＡＸを中心とする円の径方向に偏光方向を有する径方向偏光の光に変換して射出する。
【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、上述の実施形態では、図３および図４に示す特定の構成を有する偏光変換ユニット５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、偏光変換部材の配置位置、補正部材の配置位置、偏光変換部材と補正部材との位置関係、補正部材の有無、偏光変換部の数、偏光変換部の配置、偏光変換部の材質、偏光変換部の構成（外形形状、面形状（厚さ分布）などの相違）などについては、様々な形態が可能である。
【００６６】
例えば、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５がアフォーカルレンズ４の瞳位置またはその近傍に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換ユニット５を、照明光学系（１〜１２）の他の照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置することができる。具体的に、マイクロフライアイレンズ８の入射面の近傍、マイクロフライアイレンズ８の射出面の近傍、結像光学系１２の瞳位置またはその近傍などに、偏光変換ユニット５を配置することもできる。
【００６７】
また、上述の実施形態では、偏光変換部材５１の射出側に隣接して補正部材５２が配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換部材の入射側に隣接して補正部材を配置しても良い。また、偏光変換部材の射出側または入射側に他の光学部材を介して補正部材を配置しても良いし、補正部材の配置を省略しても良い。
【００６８】
また、上述の実施形態では、４つの偏光変換部５１１〜５１４が、互いに同じ正方形状の外形を有し、光軸ＡＸを中心とする円を４つに等分割して得られる四半円状の領域に対応するように配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、図１０の変形例に示すように、互いに同じ四半円状の外形を有する４つの偏光変換部５３１，５３２，５３３，５３４を用いて、円形状の外形を有する偏光変換部材５３を構成することもできる。
【００６９】
偏光変換部５３１〜５３４は、偏光変換部５１１〜５１４の外形形状を正方形から四半円に変化させることにより得られる。偏光変換部５３１〜５３４は、光軸ＡＸを中心とする円の径方向に延びる直線５３１ａ，５３２ａ，５３３ａ，５３４ａに沿って同じ厚さを有するように配置されている。図１０を参照すると、例えば光軸ＡＸを中心とする円を任意の複数個に分割して得られる領域に対応するように配置された複数の偏光変換部により偏光変換部材を構成できることがわかる。
【００７０】
また、上述の実施形態では、偏光変換部５１１〜５１４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偏光変換部を形成することもできる。
【００７１】
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。
【００７２】
そして、瞳強度分布の形状の変化（ひいては照明条件の変化）に応じて、偏光変換ユニット５を照明光路から退避させても良い。また、瞳強度分布の形状または大きさの変化に応じて、偏光変換ユニット５を、特性の異なる他の偏光変換ユニットと交換することもできる。すなわち、複数の偏光変換ユニットを備え、輪帯状または複数極状の瞳強度分布の輪帯比、外径、内径などに応じて式（１Ａ），（１Ｂ）における係数Ｃ１，Ｃ２が決定された偏光変換部材を含む偏光変換ユニットを照明光路中に選択的に配置しても良い。
【００７３】
また、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）を用いても良い。この場合、ズームレンズ７の後側にその前側焦点位置がズームレンズ７の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズ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照明視野絞り１１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視野絞り結像光学系１２内の、投影光学系ＰＬの開口絞り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。
【００７４】
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、たとえば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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１１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１１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）。
【００７７】
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。
【００７８】
図１２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１２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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
また、上述の実施形態において、回折光学素子３に代えて、或いは回折光学素子３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、例えば特開２００２−３５３１０５号公報に開示されている。
【００８４】
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】
【００８５】
２  偏光状態切換部
３  回折光学素子
４  アフォーカルレンズ
５  偏光変換ユニット
５１  偏光変換部材
５２  補正部材
６  円錐アキシコン系
７  ズームレンズ
８  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）
１０  コンデンサー光学系
１１  マスクブラインド
１２  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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