JP2006039076A - 偏光解消素子、照明光学装置、照明光学装置の調整方法、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部材に発生させた応力複屈折を利用した偏光解消素子を提供する。
【解決手段】 偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子３であって、光軸ＡＸに沿って配置された少なくとも２つの光学部材３１，３３と、前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも１つに対して第１方向から応力を付与すると共に、前記少なくとも２つの光学部材の他の少なくとも１つに対して前記第１方向とは異なる第２方向から応力を付与する応力付与手段３５とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、入射光を非偏光の光に変換する偏光解消素子、該偏光解消素子を備える照明光学装置、該照明光学装置の調整方法、該照明光学装置を備える露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。

従来の露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロレンズアレイなど）に入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。

コンデンサーレンズにより集光された光束は、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。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウエハ上に結像する。こうして、ウエハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウエハ上に正確に転写するにはウエ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。

現在、露光光源には波長が２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長が１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などが用いられている。また、波長が１５７ｎｍの光を供給するＦ₂レーザ光源などの使用が提案されている。従来の露光装置では、この種の光源から供給される直線偏光の光を偏光解消素子により非偏光の光に変換し、非偏光状態の光でマスクを照明している（例えば、特許文献1参照）。

特開２００１−２６４６９６号公報

しかしながら、従来の偏光解消素子では、入射光の偏光方向（楕円偏光の長軸方向）に対して偏光解消素子の結晶光学軸（進相軸または遅相軸）が正確に４５度の角度をなすように設定する必要がある。すなわち、入射光の偏光方向が何らかの理由で想定した方向と異なった場合や、偏光解消素子の結晶光学軸の方向が何らかの理由で意図した方向からずれた場合には、十分な偏光解消効果が得られない。

また、光源から供給される光の偏光状態が正確にわかっていても、光源から偏光解消素子までの光路中に偏光状態を変化させる要素（例えば透過部材の複屈折性や反射部材のＰＳ位相差など）が存在するために、偏光解消素子に入射する光の偏光方向が正確にわからない場合がある。この場合には、偏光解消素子の結晶光学軸を入射光の偏光方向に対して４５度の角度をなすように設定することが困難であり、十分な偏光解消効果が得られない。

ここで、従来の偏光解消素子の不都合について詳細に説明する。図２０は、従来の偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。図２０（ａ）に示すように、従来の偏光解消素子は、光の入射側から順に、第１偏角プリズム（くさび板）１０１と第２偏角プリズム１０２とにより構成されている。第１偏角プリズム１０１は、水晶のような複屈折性材料からなり、光線の通過位置によって厚みが異なるため、通過位置によって異なる移相量を有する移相子として機能する。第２偏角プリズム１０２は、石英ガラスのような非複屈折性材料からなり、第１偏角プリズム１０１の偏角作用によって曲がった光線を元に戻すための補正板として機能する。

なお、厳密な議論においては、複屈折性材料からなる偏角プリズムを通過する光は常光と異常光とで屈折角度が微妙に異なり、その光路差に起因して常光と異常光との間に位相差が発生することにより、入射偏光の偏光状態が変化する。しかしながら、ここでは、第１偏角プリズム１０１が上述のように通過位置によって異なる移相量を有する移相子であるものと近似して説明することにする。また、本発明の目的および効果を説明するには、このような近似に基づく説明で十分である。

図２０（ｂ）は、第１偏角プリズム１０１を光軸方向から見たときの結晶光学軸の方向および入射光の偏光方向を示している。図２０（ｂ）では、縦方向をストークスパラメータのＳ１軸とし、−４５度、＋４５度方向をストークスパラメータのＳ２軸と定義している。ここで、入射光の偏光方向とは、楕円偏光における楕円長軸の方向であり、直線偏光においては光の振動方向を意味する。図２０（ｂ）では、第１偏角プリズム１０１の結晶光学軸方向１０３の縦軸に対する角度をφで表わし、入射光の偏光方向１０４の縦軸に対する角度をθで表わしている。

第１偏角プリズム１０１に入射した偏光は通過位置によって異なる偏光状態変化を受けるため、射出光の偏光状態は通過位置によって異なる偏光状態変化を受けた光の平均とみなすことができる。したがって、射出光のストークスパラメータは、通過位置によって異なる偏光状態変化を受けた光のストークスパラメータの平均となる。

ここで、光軸方向から見たときの第１偏角プリズム１０１の屈折率のうち、高い屈折率をｎ１とし、低い屈折率をｎ２とし、第１偏角プリズム１０１のくさび角（頂角）をαとし、入射光束の断面の大きさをＬとしたとき、Ｌα（ｎ１−ｎ２）が入射光の波長λの整数倍（１倍、２倍、３倍・・・）であるか、あるいは整数倍でなくてもＬα（ｎ１−ｎ２）がλに対して十分に大きければ、第１偏角プリズム１０１の移相量は０〜２πの間でほぼ均等に分布するものと考えることができる。すなわち、射出光のストークスパラメータは、入射光のストークスパラメータに対して０〜２πの移相角変化を受けた場合の平均となる。そして、このような効果を得るには、Ｌα（ｎ１−ｎ２）≧λの条件を満たす必要がある。

図２１は、第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが４５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。図２１において、横軸は第１偏角プリズム１０１に入射する直線偏光の偏光方向の角度θを、縦軸は射出光のストークスパラメータの値を示している。図２１に示すように、入射光の偏光方向が変化した場合、Ｓ１（水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度）およびＳ３（右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度）は常に０に保たれるが、Ｓ２（４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度）は−１と＋１との間で大きく変化することがわかる。したがって、入射光の偏光方向の角度θ（０≦θ＜３６０）が０度、９０度、１８０度、２７０度であるときにのみ、Ｓ１とＳ２とＳ３とが同時に０となり、ひいては完全な偏光解消効果が得られる。

図２２は、第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが−２２．５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。この場合、図２２に示すように、入射光の偏光方向の変化に伴って、Ｓ１およびＳ２がともに変化し、入射光の偏光方向の角度θが２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、２９２．５度であるときに、入射偏光が完全に偏光解消されることがわかる。このように、単独の水晶偏角プリズムを用いる従来の偏光解消素子において完全な偏光解消効果を得るには、入射光の偏光方向に対する結晶光学軸方向の角度を正確に４５度＋９０度×Ｉ（Ｉは整数：・・・−１，０，＋１，＋２・・・）に設定する必要がある。

図２３は、図２０に示す従来の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。また、図２４は、図２０に示す従来の偏光解消素子の不都合をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。なお、ストークスパラメータおよびポアンカレ球に関しては、鶴田匡夫著，「応用光学II」，培風館において詳細に説明されている。図２３において、入射偏光が横方向の直線偏光である場合、この直線偏光はポアンカレ球上の点１０６ａで表現される。図２０に示す従来の偏光解消素子では、第１偏角プリズム１０１の結晶光学軸の方向が入射光の偏光方向に対して４５度の角度をなすように設定されている。

このため、第１偏角プリズム１０１の移相作用は、ポアンカレ球においてＳ２軸廻りの回転によって表現されることになる。なお、ポアンカレ球は赤道一周が１８０度に相当するものと考えると理解しやすい。こうして、入射偏光は第１偏角プリズム１０１の通過位置によって異なる移相量を受けるため、射出光の偏光状態は参照符号１０６ｂで示す線上に分布することになる。このとき、線１０６ｂ上に分布する偏光状態の平均はポアンカレ球の中心となるため、射出光のストークスパラメータはＳ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝０になり、完全な偏光解消効果を得ることができる。

一方、図２４では、入射偏光がポアンカレ球上の点１０７ａで表現されている。この場合、点１０７ａで表現される入射光の偏光方向はＳ２軸に対して４５度の角度からずれているため、偏光解消効果が不十分になるはずである。図２４のポアンカレ球で考えると、点１０７ａで表現される入射偏光が第１偏角プリズム１０１の移相作用（すなわちＳ２軸廻りの回転）を受けて、射出光の偏光状態は参照符号１０７ｂで示す線上に分布することになる。この場合、射出光のストークスパラメータの平均はＳ１＝Ｓ３＝０であるがＳ２＝０にはならないため、完全な非偏光状態にはならず、偏光解消効果が不十分になる。

以上のように、従来の偏光解消素子では、入射光の偏光方向（楕円偏光の長軸方向）に対して偏光解消素子の結晶光学軸（進相軸または遅相軸）が正確に４５度の角度をなすように設定する必要がある。その結果、入射光の偏光方向が何らかの理由で想定した方向と異なった場合や、偏光解消素子の結晶光学軸の方向が何らかの理由で意図した方向からずれた場合や、偏光解消素子に入射する光の偏光方向が正確にわからないような場合には、十分な偏光解消効果を得ることができない。

現在、偏光解消素子の部材として、長期的なレーザ照射に対して耐久性を有する複屈折性の結晶材料である水晶が利用されているが、レーザの高出力化などに伴い、更に高いレーザ照射耐久性を有する光学部材を偏光解消素子の部材として用いることが望まれている。即ち、従来、高いレーザ照射耐性を有するが複屈折の値が小さいことから偏光解消素子として用いることができなかった光学部材も偏光解消素子の部材として用いることができるようにすることが望まれている。

本発明の課題は、光学部材に発生させた応力複屈折を利用した偏光解消素子、該偏光解消素子を備える照明光学装置、該照明光学装置の調整方法、該照明光学装置を備える露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。

請求項１記載の偏光解消素子は、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子であって、光軸に沿って配置された少なくとも２つの光学部材と、前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも１つに対して第１方向から応力を付与すると共に、前記少なくとも２つの光学部材の他の少なくとも１つに対して前記第１方向とは異なる第２方向から応力を付与する応力付与手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２記載の偏光解消素子は、前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも一方が結晶材料で構成され、前記応力付与手段により応力を付与する方向は所定の結晶軸方向であることを特徴とする。

また、請求項３記載の偏光解消素子は、前記少なくとも２つの光学部材の結晶軸が光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されることを特徴とする。

また、請求項４記載の偏光解消素子は、前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも１つが第１偏角プリズムを有し、前記少なくとも２つの光学部材の他の少なくとも１つが第２偏角プリズムを有し、前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸の方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする。

また、請求項５記載の偏光解消素子は、前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムが頂角方向がほぼ４５度の角度で交差するように設定されていることを特徴とする。

この請求項１乃至請求項５記載の偏光解消素子によれば、所定の方向から応力を付与することにより応力複屈折を発生させた光学部材を２つ組合せることにより、入射光の偏光方向に依存することなく、入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、請求項６記載の偏光解消素子は、前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることを特徴とする。

また、請求項７記載の偏光解消素子は、前記補正偏角プリズムが複屈折性の材料で形成されていることを特徴とする。

また、請求項８記載の偏光解消素子は、前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムとをさらに備えていることを特徴とする。

また、請求項９記載の偏光解消素子は、前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性の材料で形成され、前記偏光解消素子は、前記第１偏角プリズムと、前記第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムと、前記第２補正偏角プリズムとを有することを特徴とする。

この請求項６乃至請求項９記載の偏光解消素子によれば、補正偏角プリズムにより第１偏角プリズム及び第２偏角プリズムによる合成偏角作用を補償することができ、また、第１補正偏角プリズム及び第２補正偏角プリズムにより、第１偏角プリズムによる偏角作用及び第２偏角プリズムによる偏角作用を補正することができる。

また、請求項１０記載の偏光解消素子は、前記少なくとも２つの偏角プリズムが非結晶性の材料である石英、複屈折性の結晶材料である水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石の中の何れかにより形成されていることを特徴とする。

また、請求項１１記載の偏光解消素子は、前記応力付与手段が前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムの前記所定の方向に応力を付与する押圧機構及び引張機構の少なくとも一方を有することを特徴とする。

この請求項１０及び請求項１１記載の偏光解消素子は、応力を付与することにより発生する応力複屈折を利用しているため、偏光解消素子の部材として利用できる部材の多様化を図ることができる。また、第１偏角プリズム及び第２偏角プリズムに対して応力付与手段により応力を付与するため、第１偏角プリズム及び第２偏角プリズムに発生させる応力複屈折の大きさを制御することができる。

また、請求項１２記載の偏光解消素子は、前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも１つが第１シリンドリカルレンズを有し、前記少なくとも２つの光学部材の他の少なくとも１つが第２シリンドリカルレンズを有し、前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの母線は、前記光軸の方向から見て互いに異なる方向を向くように設定され、前記応力付与手段は前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの母線に対してそれぞれ垂直方向に応力を付与することを特徴とする。

また、請求項１３記載の偏光解消素子は、前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２のシリンドリカルレンズの少なくとも一方の材料は結晶材料であり、前記母線に対して垂直方向に所定の結晶軸が設定されていることを特徴とする。

また、請求項１４記載の偏光解消素子は、前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの前記母線が光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されていることを特徴とする。

この請求項１２乃至請求項１４記載の偏光解消素子によれば、母線に対してそれぞれ垂直方向に応力を付与することにより応力複屈折を発生させたシリンドリカルレンズを２つ組合せることにより、２つのシリンドリカルレンズの作用により、入射光の偏光方向に依存することなく、入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、請求項１５記載の偏光解消素子は、前記少なくとも２つのシリンドリカルレンズによる合成偏角作用を補償するための補正シリンドリカルレンズをさらに備えていることを特徴とする。

また、請求項１６記載の偏光解消素子は、前記第１シリンドリカルレンズによる偏角作用を補正するための第１補正シリンドリカルレンズと、前記第２シリンドリカルレンズによる偏角作用を補正するための第２補正シリンドリカルレンズとをさらに備えていることを特徴とする。

また、請求項１７記載の偏光解消素子は、前記第１補正シリンドリカルレンズおよび前記第２補正シリンドリカルレンズが複屈折性の材料で形成され、前記偏光解消素子は、前記第１補正シリンドリカルレンズと、前記第１シリンドリカルレンズと、前記第２補正シリンドリカルレンズと、前記第２シリンドリカルレンズとを有することを特徴とする。

この請求項１５乃至請求項１７記載の偏光解消素子によれば、補正シリンドリカルレンズにより２つのシリンドリカルレンズによる合成偏角作用を補償することができ、また、第１補正シリンドリカルレンズ及び第２補正シリンドリカルレンズにより、第１シリンドリカルレンズによる偏角作用及び第２シリンドリカルレンズによる偏角作用を補正することができる。

また、請求項１８記載の偏光解消素子は、前記応力付与手段が前記第１補正シリンドリカルレンズ、前記第１シリンドリカルレンズ、前記第２補正シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの母線に対してそれぞれ垂直方向に設定された所定の結晶軸方向に応力を付与する押圧機構及び引張機構の少なくとも一方を有することを特徴とする。

また、請求項１９記載の偏光解消素子は、前記少なくとも２つのシリンドリカルレンズが非結晶性の材料である石英、複屈折性の結晶材料である水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石の中の何れかにより形成されていることを特徴とする。

この請求項１８及び請求項１９記載の偏光解消素子は、応力を付与することにより発生する応力複屈折を利用しているため、光学部材に発生させる応力複屈折の大きさを制御することができ偏光解消素子の部材として利用できる部材の多様化を図ることができる。

また、請求項２０記載の偏光解消素子は、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子であって、前記入射光の光路に配置された少なくとも１つの光学部材と、前記光学部材に対して所定の方向へ応力を付与する応力付与手段とを有することを特徴とする。

また、請求項２１記載の偏光解消素子は、前記少なくとも１つの光学部材は結晶材料で構成され、前記応力付与手段は、所定の結晶軸に沿って応力を付与することを特徴とする。
また、請求項２２記載の偏光解消素子は、前記応力付与手段が前記少なくとも１つの光学部材に対して少なくとも互いに異なる２方向から応力を付与することを特徴とする。

また、請求項２３記載の偏光解消素子は、前記少なくとも１つの光学部材が第１偏角プリズムと第２偏角プリズムとを有し、前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズムとの少なくとも一方は結晶材料で構成されることを特徴とする。

また、請求項２４記載の偏光解消素子は、前記所定の結晶軸が結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の中の何れか１つであることを特徴とする。

この請求項２０乃至請求項２４記載の偏光解消素子によれば、互いに異なる２方向から応力を付与することにより応力複屈折を発生させた光学部材を用いることにより、入射光の偏光方向に依存することなく入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、請求項２５記載の照明光学装置は、偏光度を有する光を供給する光源と、該光源からの光を被照射面に照射する導光光学系とを備えた照明光学装置において、前記導光光学系は、請求項１乃至請求項２４の何れか一項に記載の偏光解消素子を有することを特徴とする。

この請求項２５記載の照明光学装置によれば、光源からの光の偏光方向に依存することなく、非偏光状態の光で非照射面を確実に照明することができる。

また、請求項２６記載の照明光学装置は、前記偏光解消素子を通過した光の偏光状態を測定する偏光状態測定装置を更に備え、前記応力付与手段が前記偏光状態測定装置による測定結果に基づいて応力の大きさを変更することを特徴とする。

この請求項２６記載の照明光学装置によれば、応力付与手段が偏光状態測定装置による測定結果に基づいて応力の大きさを変更するため、光学部材に発生させる応力複屈折の大きさを一定にすることができ、入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、請求項２７記載の照明光学装置の調整方法は、偏光解消素子を有する照明光学装置の調整方法であって、偏光状態測定装置により前記偏光解消素子を通過した光の偏光状態を測定する偏光状態測定ステップと、前記偏光状態測定ステップによる測定結果に基づいて、前記偏光解消素子に付与する応力の大きさを変更する付与応力変更ステップとを含むことを特徴とする。

この請求項２７記載の照明光学装置の調整方法によれば、付与応力変更ステップにより偏光状態測定ステップによる測定結果に基づいて偏光解消素子に付与する応力の大きさを変更するため、光学部材に発生させる応力複屈折の大きさを一定にすることができ、入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、請求項２８記載の露光装置は、前記被照射面に配置されたマスクを照明するための請求項２５または請求項２６に記載の照明光学装置を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光することを特徴とする。
また、請求項２９記載の露光装置は、請求項２７に記載の調整方法により調整された照明光学装置を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光することを特徴とする。

この請求項２８及び請求項２９記載の露光装置によれば、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

また、請求項３０記載のマイクロデバイスの製造方法は、請求項２８または請求項２９に記載の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。

この請求項３０記載のマイクロデバイスの製造方法によれば、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。

この発明の偏光解消素子によれば、所定の方向から応力を付与することにより応力複屈折を発生させた光学部材を２つ組合せることにより、入射光の偏光方向に依存することなく入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、この発明の偏光解消素子によれば、互いに異なる２方向から応力を付与することにより応力複屈折を発生させた光学部材を用いることにより、入射光の偏光方向に依存することなく入射光を非偏光の光に変換することができる。

また、この発明の照明光学装置によれば、光源からの光の偏光方向に依存することなく、非偏光状態の光で非照射面を確実に照明することができる。また、応力付与手段が偏光状態測定装置による測定結果に基づいて応力の大きさを変更するため、光学部材に発生させる応力複屈折の大きさを一定にすることができ、入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、この発明の照明光学装置の調整方法によれば、付与応力変更ステップにより偏光状態測定ステップによる測定結果に基づいて偏光解消素子に付与する応力の大きさを変更するため、光学部材に発生させる応力複屈折の大きさを一定にすることができ、入射光を非偏光の光に確実に変換することができる。

また、この発明の露光装置によれば、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。

以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態の説明を行う。図１は、本発明の第１の実施の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に示すように、本実施の形態にかかる露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ₂レーザ光源などを用いることができる。光源１から射出された所定の偏光度を有するほぼ平行な光束は、ビーム送光系２を介して所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、偏光解消素子３に入射する。

ここで、偏光度Ｖは、次の式（ａ）により表わされる。式（ａ）において、Ｓ０は全強度を、Ｓ１は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度を、Ｓ２は４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度を、Ｓ３は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度をそれぞれ表わしている。

Ｖ＝（Ｓ１²＋Ｓ２²＋Ｓ３²）^1/2／Ｓ０ （ａ）
ビーム送光系２は、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偏光解消素子３へ導くとともに、偏光解消素子３へ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。一方、偏光解消素子３は、偏光度を有する入射光（本実施の形態では例えば直線偏光の光）を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。

図２は、偏光解消素子３の構成を概略的に示す図である。図２に示すように偏光解消素子３は、光源側から順に光軸ＡＸに沿って、複屈折性の結晶材料である蛍石（フッ化カルシウム）により形成された第１偏角プリズム３１と、蛍石により形成された第１補正偏角プリズム３２と、蛍石により形成された第２偏角プリズム３３、蛍石により形成された第２補正偏角プリズム３４とを備えている。また、偏光解消素子３を構成する第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３に対して所定の方向から応力を付与する応力付与機構３５が設けられている。応力付与機構３５は、第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３に対して、所定の結晶軸方向に応力を付与する押圧機構または引張機構を備えて構成されている。応力付与機構３５により応力を付与した場合に、第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３には歪みが生じ、応力付与方向に対してほぼ垂直な分布に複屈折性を有するようになる。後述するように第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３は、クサビ形状の光学部材であるため場所毎に部材の厚みが異なる。複屈折性を有する光学部材の厚さが部分毎に異なることから、光が透過する場所毎に波長板としての効果が異なる。応力付与方向に対して垂直な方向と４５度異なる向きの偏光成分の光を入射させると、第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３が光が透過する部分の厚みに応じてλ／Ｒ波長板として機能する（Ｒは任意の実数）。

図３は、蛍石の結晶軸について説明するための図である。図３に示すように、蛍石の結晶軸は、立方晶系の結晶軸ａ_１ａ_２ａ_３（図中細線矢印で示す）に基づいて規定される。即ち、結晶軸＋ａ_１に沿って結晶軸［１００］、結晶軸＋ａ_２に沿って結晶軸［０１０］、結晶軸＋ａ_３に沿って結晶軸［００１］がそれぞれ規定される（図中太線矢印で示す）。また、ａ_１ａ_３平面において結晶軸［１００］及び結晶軸［００１］と４５度をなす結晶軸［１０１］、ａ_１ａ_２平面において結晶軸［１００］及び結晶軸［０１０］と４５度をなす方向に結晶軸［１１０］、ａ_２ａ_３平面において結晶軸［０１０］及び結晶軸［００１］と４５度をなす方向に結晶軸［０１１］がそれぞれ規定される（図中破線矢印で示す）。更に、結晶軸ａ_１ａ_２ａ_３の＋方向、且つ結晶軸［１００］、結晶軸［０１０］及び結晶軸［００１］と同一の角度をなす方向に結晶軸［１１１］が規定される（図中太線矢印で示す）。図３においては、結晶軸＋ａ_１、結晶軸＋ａ_２、結晶軸＋ａ_３で規定される空間における結晶軸のみを図示しているが、他の空間においても同様に結晶軸が規定される。

上述の応力付与機構３５は、第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３に対して、図３において規定されている結晶軸の中の、結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の中の何れか１つの方向に応力を付与する。この結晶軸方向に応力を付与することにより第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３に対して、効果的に応力複屈折を生じさせることができる。

ここで第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３は、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。また、第１補正偏角プリズム３２は、第１偏角プリズム３１による偏角作用を補正する機能を有し、第２補正偏角プリズム３４は、第２偏角プリズム３３による偏角作用を補正する機能を有する。

第１偏角プリズム３１は、光軸ＡＸ方向から見たときに矩形形状を有する（図４（ａ）参照）クサビ状の光学部材である。この第１偏角プリズム３１は、頂角方向が図中上向きに設定され、図４に示すように、応力付与機構３５により図中左右方向から応力（図中矢印で示す）が付与されている。なお、この応力付与方向は、図３に示す蛍石の結晶軸の中の結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の何れか１つの方向である。

また、第１補正偏角プリズム３２は、第１偏角プリズム３１と同様に光軸ＡＸ方向から見たときに矩形形状を有し、第１偏角プリズム３１と相補的な形状を有するクサビ状の光学部材である。この第１補正偏角プリズム３２は、頂角方向が図中下向きに設定されている。即ち、第１偏角プリズム３１と第１補正偏角プリズム３２を組合せることにより平行平板を構成する。従って、第１偏角プリズム３１の偏角作用による光線の曲がりが第１補正偏角プリズム３２の偏角作用により元に戻される。

また、第２偏角プリズム３３は、光軸方向から見たときに矩形形状を有する（図４（ｂ）参照）クサビ状の光学部材である。この第２偏角プリズム３３は、頂角方向が光軸ＡＸを中心として図中上向きから時計廻りに４５度回転した向きに設定され、図４（ｂ）に示すように、応力付与機構３５により頂角方向に直交する方向から応力（図中矢印で示す）が付与されている。なお、この応力付与方向は、図３に示す蛍石の結晶軸の中の結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の何れか１つの方向である。

また、第２補正偏角プリズム３４は、第２偏角プリズム３３と同様に光軸ＡＸ方向から見たときに矩形形状を有し、第２偏角プリズム３３と相補的な形状を有するクサビ状の光学部材である。この第２補正偏角プリズム３４は、頂角方向が図中下向から時計廻りに４５度回転した向きに設定されている。即ち、第２偏角プリズム３３と第２補正偏角プリズム３４を組合せることにより平行平板を構成する。従って、第２偏角プリズム３３の偏角作用による光線の曲がりが第２補正偏角プリズム３４の偏角作用により元に戻される。

この実施の形態の偏光解消素子３では、複屈折性の結晶材料である蛍石により形成された２つの偏角プリズム、すなわち第１偏角プリズム３１の応力付与方向（第１方向）と第２偏角プリズム３３の応力付与方向（第２方向）とは、光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、第１偏角プリズム３１の頂角方向と第２偏角プリズム３３の頂角方向とは、光軸ＡＸ方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように、即ち、光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度で交差するように設定されている。従って、偏光解消素子３に入射した光は、入射光の偏光方向に依存することなく確実に非偏光の光に変換される。

偏光解消素子３を介して非偏光状態に変換されたほぼ平行な光束は、マイクロレンズアレイ（またはフライアイレンズ）４に入射する。マイクロレンズアレイ４は、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、たとえば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る。ここで、マイクロレンズアレイ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、マイクロレンズアレイは、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レンズアレイ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、マイクロレンズアレイ４に代えて、回折光学素子や角柱状のロッド型インテグレータのようなオプティカルインテグレータを用いることもできる。

マイクロレンズアレイ４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、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロレンズアレイ４の後側焦点面には、多数の光源からなる実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。マイクロレンズアレイ４の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、必要に応じて配置された開口絞り（不図示）によって制限され、コンデンサ光学系５の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。

マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハ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と直交する平面内において、ウエハステージＷＳに載置されたウエハ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、ウエハ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。

本実施の形態にかかる偏光解消素子３においては、図４に示すように、図中左右方向に第１偏角プリズム３１に対する応力付与方向（所定の結晶軸の方向）が設定されている。したがって、結晶軸の方向に対して４５度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光の光が第１偏角プリズム３１に入射した場合、光の通過位置によって異なる移相量が付与され、ひいては偏光解消が可能である。しかしながら、結晶軸の方向に対して９０度または０度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光の光が第１偏角プリズム３１に入射した場合、偏光状態が全く変わることなく直線偏光のまま通過し、偏光解消は不可能である。

同様に、図４に示すように、図の上方向から時計回りに４５度の角度の方向に、第２偏角プリズム３３に対する応力付与方向（所定の結晶軸の方向）が設定されている。したがって、結晶軸の方向に対して４５度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光の光が第２偏角プリズム３３に入射した場合、光の通過位置によって異なる移相量が付与され、ひいては偏光解消が可能である。しかしながら、結晶軸の方向に対して９０度または０度の角度をなす方向に偏光面を有する直線偏光の光が第２偏角プリズム３３に入射した場合、偏光状態が全く変わることなく直線偏光のまま通過し、偏光解消は不可能である。

このように、第１偏角プリズム３１および第２偏角プリズム３３には偏光解消が不可能な直線偏光がそれぞれ存在するが、第１偏角プリズム３１の結晶軸と第２偏角プリズム３３の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定されているので、第１偏角プリズム３１により偏光解消が不可能な直線偏光の光が第２偏角プリズム３３により偏光解消が可能で、第２偏角プリズム３３により偏光解消が不可能な直線偏光の光が第１偏角プリズム３１により偏光解消が可能に構成されている。換言すれば、第１偏角プリズム３１は第２偏角プリズム３３で非偏光の光に変換することのできない方向に偏光面を有する直線偏光を非偏光の光に変換し、第２偏角プリズム３３は第１偏角プリズム３１で非偏光の光に変換することのできない方向に偏光面を有する直線偏光を非偏光の光に変換するように構成されている。

以上、直線偏光が入射する場合の偏光解消素子３の作用効果を説明したが、直線偏光に限定されることなく入射光が楕円偏光であっても円偏光であっても、第１偏角プリズム３１は第２偏角プリズム３３で非偏光の光に変換することのできない偏光状態の入射光を非偏光の光に変換することになり、第２偏角プリズム３３は第１偏角プリズム３１で非偏光の光に変換することのできない偏光状態の入射光を非偏光の光に変換する。

なお、ウエハステージＷＳには、ウエハＷに対する照明光（露光光）の偏光状態を測定するための偏光状態測定器６が着脱可能に取り付けられる。図５は、偏光状態測定器６の内部構成を概略的に示す図である。偏光状態測定器６は、ウエハＷの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材６０を備えている。ここで偏光状態測定器６の使用時には、ウエハＷは光路から退避する。ピンホール部材６０のピンホール６０ａを通過した光は、コリメートレンズ６１を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡６２で反射された後、移相子としてのλ／４板６３および偏光子としての偏光ビームスプリッタ６４を介した後、二次元ＣＣＤ６５の検出面６５ａに達する。

ここで、λ／４板６３および偏光ビームスプリッタ６４は、光軸を中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。こうして、ウエハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、λ／４板６３を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ６５の検出面６５ａにおける光強度分布が変化する。したがって、偏光状態測定器６では、λ／４板６３を光軸廻りに回転させながら検出面６５ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により、ウエハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を測定することができる。

なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材６０（ひいてはピンホール６０ａ）をウエハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウエハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、偏光状態測定器６では、二次元的な検出面６５ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。

また、偏光状態測定器６では、反射鏡６２の偏光特性により光の偏光状態が変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡６２の偏光特性は予めわかっているので、所要の計算によって反射鏡６２の偏光特性の偏光状態への影響に基づいて偏光状態測定器６の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。

本実施の形態では、上述の偏光状態測定器６を用いてウエハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を随時測定し、偏光解消素子３の作用によりほぼ完全な偏光解消効果が得られていることを確認することができる。そして、所望の偏光解消効果が得られていない場合には、入射偏光の偏光方向に依存することなく入射偏光を非偏光の光に確実に変換するように偏光解消素子３の光学調整を行うことができる。即ち応力付与機構３５により、第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３に付与する応力の大きさを調整することにより、第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３の内部に生じる応力複屈折の大きさを調整する。これにより入射偏光の偏光方向に依存することなく入射偏光を非偏光の光に確実に変換できる。

以上の実施の形態では、偏角プリズム（３１，３３）の軸補正を行う補正偏角プリズム（３２，３４）を、この偏角プリズム（３１，３３）の下流に配置した一例を示しているが、例えば、偏角プリズム（３１，３３）と補正偏角プリズム（３２，３４）との配置の順序を逆にしてもよい。即ち、本発明では、偏角プリズム（３１，３３）と補正偏角プリズム（３２，３４）との配置の順序には制限はなく、これらを順不同に配置してもよいことは言うまでもない。

なお、上述の実施の形態では、第１偏角プリズム３１の偏角作用による光線の曲がりを第１補正偏角プリズム３２の偏角作用により補正し、第２偏角プリズム３３の偏角作用による光線の曲がりを第２補正偏角プリズム３４の偏角作用により補正しているが、1つの補正偏角プリズムを用いて、第１偏角プリズム３１と第２偏角プリズム３３との合成偏角作用を補償するようにしてもよい。この場合には、第１偏角プリズム３１と第２偏角プリズム３３の偏角作用による光線の曲がりを補正偏角プリズムの偏角作用により元に戻す。なお、第１偏角プリズム３１および第２偏角プリズム３３は複屈折性を有するため、互いに異なる２つの屈折率ｎ１およびｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する。したがって、第１偏角プリズム３１と第２偏角プリズム３３とによる光線の偏角を屈折率が（ｎ１＋ｎ２）／２であるものとして計算し、計算で求めた光線の偏角を打ち消すように補正偏角プリズムの偏角を定めればよい。

また、上述の実施の形態では、第１偏角プリズム３１、第２偏角プリズム３３の応力付与方向が光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように構成しているが、例えば３つ以上の偏角プリズムを用いて偏光解消素子を構成する場合には、４５度の角度に限定されることはない。すなわち、例えば３つの偏角プリズムを用いて偏光解消素子を構成する場合、３つの偏角プリズムによる移相作用の結果として、射出光の偏光状態を表すポアンカレ球上の曲面の重心がポアンカレ球の中心になるように結晶光学軸方向を設定すれば、ほぼ完全な偏光解消効果を得ることが可能である。

また、上述の実施の形態では、複屈折性を有する２つの偏角プリズム（３１，３３）を蛍石により形成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばフッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石のような複屈折性の結晶材料を用いて２つの偏角プリズムを形成することもできる。この場合においても偏角プリズムに対して所定の結晶軸方向から応力を付与することにより偏角プリズムに効果的に複屈折を発生させることができる。また、石英のような非結晶性の材料を用いて偏角プリズムを形成してもよい。非結晶性の材料を用いた偏角プリズムに対して、所定の方向から応力を付与することにより、偏角プリズムの内部に所定の値の複屈折を生じさせることができる。この場合に所定の方向を、例えば、光軸を横切る方向、特に光軸と直交する方向とすれば、効果的に複屈折を生じさせることができる。

また、上述の実施の形態においては、第１偏角プリズム３１及び第２偏角プリズム３３を蛍石を用いて形成しているが、第１偏角プリズム３１と第２偏角プリズム３３とを、それぞれ異なる材料を用いて形成してもよい。即ち、第１偏角プリズム３１を、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石のような複屈折性の結晶材料、または、石英のような非結晶性の材料の中の１つを用いて形成し、第２偏角プリズム３３を、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石のような複屈折性の結晶材料、または、石英のような非結晶性の材料の中の他の１つを用いて形成してもよい。

また、上述の実施の形態においては、第１補正偏角プリズム３２及び第２補正偏角プリズム３４を複屈折性の結晶材料である蛍石を用いて形成しているが、石英のような非結晶性の材料を用いて形成してもよい。

また、上述の実施の形態では、図２に示す偏光解消素子３を用いているが、図６及び図７に示す偏光解消素子３２０を用いてもよい。ここで、図６は、偏光解消素子３２０の斜視図であり、図７は、偏光解消素子３２０の側面図である。

偏光解消素子３２０は、光源側から順に光軸ＡＸに沿って、複屈折性の結晶材料である蛍石（フッ化カルシウム）により形成され凸型形状を有する第１補正シリンドリカルレンズ３２１、蛍石により形成され凹型形状を有する第１シリンドリカルレンズ３２２、蛍石により形成され凸型形状を有する第２補正シリンドリカルレンズ３２３、蛍石により形成され凹型形状を有する第２シリンドリカルレンズ３２４を備えている。また、この偏光解消素子３２０には、第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４に対して所定の方向から応力を付与する応力付与機構（図示せず）が設けられている。応力付与機構は、第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４に対して、所定の結晶軸方向に応力を付与する押圧機構または引張機構を備えて構成されている。応力付与機構により、シリンドリカルレンズの母線Ｇに対して垂直な方向に応力を付与した場合に、第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４には歪みが生じ、シリンドリカルレンズの母線Ｇに対してほぼ平行な分布に複屈折性を有するようになる。図８は、第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４に対する応力付与方向（図中矢印で示す）及び応力付与により発生する歪（図中、母線Ｇに平行な実線で示す）を示している。第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４は、凹型のシリンダ形状の光学部材であるため場所毎に部材の厚みが異なる。複屈折性を有する光学部材の厚さが部分毎に異なることから、光が透過する場所毎に波長板としての効果が異なる。母線Ｇ方向と４５度異なる向きの偏光成分の光を入射させると、第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４は、光が透過する部分の厚みに応じてλ／Ｒ波長板として機能する（Ｒは任意の実数）。

上述の応力付与機構は、第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４に対して、図３において規定されている結晶軸の中の、結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の中の何れか１つの方向に応力を付与する。

ここで第１シリンドリカルレンズ３２２及び第２シリンドリカルレンズ３２４は、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。また、第１補正シリンドリカルレンズ３２１は、第１シリンドリカルレンズ３２２による偏角作用を補正する機能を有し、第２補正シリンドリカルレンズ３２３は、第２シリンドリカルレンズ３２４による偏角作用を補正する機能を有する。

第１補正シリンドリカルレンズ３２１は、凸型のシリンダ形状を有する光学部材である。また、第１シリンドリカルレンズ３２２は、第１補正シリンドリカルレンズ３２１と相補的な形状である凹型のシリンダ形状を有する光学部材である。第１シリンドリカルレンズ３２２には、図６に示すように、応力付与機構により母線Ｇに対して垂直な方向から応力（図中矢印で示す）が付与されている。なお、この応力付与方向は、図３に示す蛍石の結晶軸の中の結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の何れか１つの方向である。

また、第２補正シリンドリカルレンズ３２３は、凸型のシリンダ形状を有する光学部材である。また、第２シリンドリカルレンズ３２４は、第２補正シリンドリカルレンズ３２３と相補的な形状である凹型のシリンダ形状を有する光学部材である。第２シリンドリカルレンズ３２４には、図６に示すように、応力付与機構により母線Ｇに対して垂直な方向から応力（図中矢印で示す）が付与されている。なお、この応力付与方向は、図３に示す蛍石の結晶軸の中の結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の何れか１つの方向である。

この実施の形態の偏光解消素子３２０では、複屈折性の結晶材料である蛍石により形成された第１シリンドリカルレンズ３２２の母線Ｇの方向と第２シリンドリカルレンズ３２４の母線Ｇの方向とは、光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。従って、この偏光解消素子３２０においても、入射光の偏光方向に依存することなく、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。なお、この偏光解消素子３２０においては、２つの凹型シリンドリカルレンズに対して応力を付与することにより、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を持たせ、２つの凸型シリンドリカルレンズに、２つの凹型シリンドリカルレンズによる偏角作用を補正する機能を持たせているが、２つの凸型シリンドリカルレンズに対して応力を付与することにより、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を持たせ、２つの凹型シリンドリカルレンズに、２つの凸型シリンドリカルレンズによる偏角作用を補正する機能を持たせてもよい。

以上の実施の形態では、シリンドリカルレンズ（３２２，３２４）の軸補正を行う補正シリンドリカルレンズ（３２１，３２３）を、このシリンドリカルレンズ（３２２，３２４）の上流に配置した一例を示しているが、例えば、シリンドリカルレンズ（３２２，３２４）と補正シリンドリカルレンズ（３２１，３２３）との配置の順序を逆にしてもよい。即ち、本発明では、シリンドリカルレンズ（３２１，３２３）と補正シリンドリカルレンズ（３２１，３２３）との配置の順序には制限はなく、これらを順不同に配置してもよいことは言うまでもない。

また、上述の実施の形態において、図９に示す偏光解消素子を用いてもよい。ここで、図９は、偏光解消素子を構成する第１偏角プリズム３１０、第１補正偏角プリズム３２０、第２偏角プリズム３３０及び第２補正偏角プリズム３４０を示している。この偏光解消素子は、光源側から順に光軸ＡＸに沿って、複屈折性の結晶材料である蛍石（フッ化カルシウム）により形成された第１偏角プリズム３１０、蛍石により形成された第１補正偏角プリズム３２０、蛍石により形成された第２偏角プリズム３３０、蛍石により形成された第２補正偏角プリズム３４０が配置されて構成されている。この偏光解消素子を構成する第１偏角プリズム３１０、第１補正偏角プリズム３２０、第２偏角プリズム３３０及び第２補正偏角プリズム３４０は、図２に示す偏光解消素子３を構成する第１偏角プリズム３１、第１補正偏角プリズム３２、第２偏角プリズム３３及び第２補正偏角プリズム３４の光軸ＡＸ方向から見た形状を円形状に変更したものであり、その他、各偏角プリズムの配置位置、応力の付与方向などについては、図２に示す偏光解消素子３と同様である。

この偏光解消素子においても、第１偏角プリズム３１０及び第２偏角プリズム３３０は、入射光の偏光方向に依存することなく、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。また、第１補正偏角プリズム３２０は、第１偏角プリズム３１０による偏角作用を補正する機能を有し、第２補正偏角プリズム３４０は、第２偏角プリズム３３０による偏角作用を補正する機能を有する。

また、上述の実施の形態において、図１０に示す偏光解消素子を用いてもよい。ここで、図１０は、偏光解消素子を構成する第１偏角プリズム３１１、第１補正偏角プリズム３２１、第２偏角プリズム３３１及び第２補正偏角プリズム３４１を示している。この偏光解消素子は、光源側から順に光軸ＡＸに沿って、複屈折性の結晶材料である蛍石（フッ化カルシウム）により形成された第１偏角プリズム３１１、蛍石により形成された第１補正偏角プリズム３２１、蛍石により形成された第２偏角プリズム３３１、蛍石により形成された第２補正偏角プリズム３４１が配置されて構成されている。この偏光解消素子を構成する第１偏角プリズム３１１、第１補正偏角プリズム３２１、第２偏角プリズム３３１及び第２補正偏角プリズム３４１は、図２に示す偏光解消素子３を構成する第１偏角プリズム３１、及び第２偏角プリズム３３に対して、対向する２辺に対して、即ち２方向から応力を付与していたのを、各辺に対して、即ち４方向から応力を付与するように変更したものであり、その他の各偏角プリズムの配置位置などについては、図２に示す偏光解消素子３と同様である。

この偏光解消素子においても、第１偏角プリズム３１１及び第２偏角プリズム３３１は、入射光の偏光方向に依存することなく、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。また、第１補正偏角プリズム３２１は、第１偏角プリズム３１１による偏角作用を補正する機能を有し、第２補正偏角プリズム３４１は、第２偏角プリズム３３１による偏角作用を補正する機能を有する。

また、上述の実施の形態において、図１１に示す偏光解消素子を用いてもよい。ここで、図１１は、偏光解消素子を構成する第１偏角プリズム３１２、第１補正偏角プリズム３２２、第２偏角プリズム３３２及び第２補正偏角プリズム３４２を示している。この偏光解消素子は、光源側から順に光軸ＡＸに沿って、複屈折性の結晶材料である蛍石（フッ化カルシウム）により形成された第１偏角プリズム３１２、蛍石により形成された第１補正偏角プリズム３２２、蛍石により形成された第２偏角プリズム３３２、蛍石により形成された第２補正偏角プリズム３４２が配置されて構成されている。この偏光解消素子を構成する第１偏角プリズム３１２、第１補正偏角プリズム３２２、第２偏角プリズム３３２及び第２補正偏角プリズム３４２は、図２に示す偏光解消素子３を構成する第１偏角プリズム３１、第１補正偏角プリズム３２、第２偏角プリズム３３及び第２補正偏角プリズム３４の光軸ＡＸ方向から見た形状を円形状に変更したものであり、第１偏角プリズム３１２及び第２偏角プリズム３３２に対して４方向から応力を付与するように変更したものである。その他の各偏角プリズムの配置位置などについては、図２に示す偏光解消素子３と同様である。

この偏光解消素子においても、第１偏角プリズム３１２及び第２偏角プリズム３３２は、入射光の偏光方向に依存することなく、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。また、第１補正偏角プリズム３２２は、第１偏角プリズム３１２による偏角作用を補正する機能を有し、第２補正偏角プリズム３４２は、第２偏角プリズム３３２による偏角作用を補正する機能を有する。

図９〜図１１に示す実施の形態における偏角プリズム(３１０，３３０，３１１，３３１，３１２，３３２)と補正偏角プリズム(３２０，３４０，３２１，３４１，３２２，３４２)との配置の順序には制限はなく、これらを順不同に配置してもよいことは言うまでもない。

また、上述の実施の形態において、図１２に示す偏光解消素子を用いてもよい。ここで、図１２は、偏光解消素子を構成する第１光学部材３１３及び第２光学部材３３３を示している。この偏光解消素子は、光源側から順に光軸ＡＸに沿って、複屈折性の結晶材料である蛍石（フッ化カルシウム）により形成された平行平板により構成される第１光学部材３１３と、蛍石により形成された平行平板により構成される第２光学部材３３３が配置されて構成されている。この偏光解消素子を構成する第１光学部材３１３及び第２光学部材３３３は、光軸方向から見たときに矩形形状を有し、各辺に対して不均一な大きさの応力が付与されている。この応力の付与方向は、図３に示す蛍石の結晶軸の中の結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の何れか１つの方向である。従って、第１光学部材３１３及び第２光学部材３３３には、不均一な歪が生じ、内部に所定の分布を有する複屈折が生じる。また、第１光学部材３１３及び第２光学部材３３３は、第２光学部材３３３が第１光学部材３１３に対して４５度回転した状態で配置されている。従って、この偏光解消素子においては、第１光学部材３１３及び第２光学部材３３３は、入射光の偏光方向に依存することなく偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。

また、上述の実施の形態において、図１３に示す偏光解消素子を用いてもよい。ここで、図１３は、偏光解消素子を構成する第１光学部材３１４及び第２光学部材３３４を示している。この偏光解消素子は、光源側から順に光軸ＡＸに沿って、複屈折性の結晶材料である蛍石（フッ化カルシウム）により形成された平行平板により構成される第１光学部材３１４と、蛍石により形成された平行平板により構成される第２光学部材３３４が配置されて構成されている。この偏光解消素子を構成する第１光学部材３１４及び第２光学部材３３４は、光軸方向から見たときに円形形状を有し、光学部材の周囲に対して不均一な大きさの応力が付与されている。従って、第１光学部材３１４及び第２光学部材３３４には、不均一な歪が生じ、内部に所定の分布を有する複屈折が生じる。この応力の付与方向は、図３に示す蛍石の結晶軸の中の結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の何れか１つの方向である。また、第１光学部材３１４及び第２光学部材３３４は、第２光学部材３３４が第１光学部材３１４に対して４５度回転した状態で配置されている。従って、この偏光解消素子においては、第１光学部材３１４及び第２光学部材３３４は、入射光の偏光方向に依存することなく、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。

また、上述の実施の形態において、図１４に示す光学部材を用いた偏光解消素子を用いてもよい。ここで、図１４は、偏光解消素子を構成する光学部材を示している。上述の実施の形態においては、偏光解消素子を構成する光学部材の側面部に所定の光軸方向から応力を付与することにより光学部材に複屈折を生じさせていたが、平行平板の表面の２点、及び表面の２点を結ぶ直線（図中実線で示す）と直行する直線（図中破線で示す）上に位置する裏面の２点に応力を付与することにより、光学部材に不均一な歪を生じさせ、内部に所定の分布を有する複屈折を生じさせてもよい。この場合にも応力の付与方向は、図３に示す蛍石の結晶軸の中の結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の何れか１つの方向であることが好ましい。このような光学部材を２つ、４５度相対的に回転した状態で配置することにより、入射光の偏光方向に依存することなく、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。

また、上述の実施の形態においては、応力を付与することにより複屈折を生じさせた少なくとも２つの光学部材を組合せることにより、入射光の偏光方向に依存することなく偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換しているが、図１２から図１４に示す光学部材のように、内部に不均一な複屈折を生じさせることができる場合には、発生させる複屈折の分布を制御することにより１つの光学部材により、入射光の偏光方向に依存することなく偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換することができる。

また、上述の実施の形態では、ビーム送光系２とマイクロレンズアレイ４との間の光路中に偏光解消素子３を配置しているが、これに限定されることなく、たとえばコンデンサ光学系５とマスクＭとの間の光路中または他の適当な光路中に偏光解消素子３を配置することもできる。ただし、偏光解消素子３とマスクＭとの間の光路中にオプティカルインテグレータを配置する構成を採用することにより、偏光解消素子３の有効径（外径）を小さく抑えることができる。

また、上述の実施の形態では、偏光解消素子３を照明光路に対して挿脱自在に構成することが好ましい。この場合、必要に応じて、偏光解消素子３を照明光路中に設定することにより非偏光状態の光でマスクＭを照明し、偏光解消素子３を照明光路から退避させることにより直線偏光状態の光でマスクＭを照明することができ、ひいてはマスクＭに対する多様な照明が可能になる。

次に、図面を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる照明光学系を備えた露光装置について説明する。図１５は、本発明の第２の実施の形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１５において、感光性基板であるウエハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウエハ面内において図１５の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウエハ面内において図１５の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図１５では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。

この露光装置は、露光光(照明光)を供給するためのレーザ光源１０を備えている。レーザ光源１０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を用いることができる。レーザ光源１０からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ１１ａおよび１１ｂからなるビームエキスパンダ１１に入射する。各レンズ１１ａおよび１１ｂは、図１５の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダ１１に入射した光束は、図１５の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。

整形光学系としてのビームエキスパンダ１１を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー１２でＹ方向に偏向された後、位相部材１３、デポラライザ（偏光解消素子）１４および回折光学素子１５を介して、アフォーカルズームレンズ１６に入射する。位相部材１３の構成および作用については後述する。また、デポラライザ（偏光解消素子）１４の構成および作用は、第１の実施の形態にかかる偏光解消素子３の構成および作用と同一であり、本実施の形態においては、図２、図７乃至図１４を用いて説明した偏光解消素子を用いることができる。

一般に、回折光学素子は、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。具体的には、回折光学素子１５は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（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。

したがって、回折光学素子１５を介した光束は、アフオーカルズームレンズ１６の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。回折光学素子１５は、照明光路から退避可能に構成されている。アフオーカルズームレンズ１６は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフオーカルズームレンズ１６を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子１７に入射する。アフォーカルズームレンズ１６は、回折光学素子１５の発散原点と回折光学素子１７の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子１７の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ１６の倍率に依存して変化する。

輪帯照明用の回折光学素子１７は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。回折光学素子１７は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１やＸ方向２極照明用の回折光学素子６２やＹ方向２極照明用の回折光学素子６３と切り換え可能に構成されている。４極照明用の回折光学素子６０、円形照明用の回折光学素子６１、Ｘ方向２極照明用の回折光学素子６２、およびＹ方向２極照明用の回折光学素子６３を用いることにより、４極照明、円形照明、Ｘ方向２極照明、およびＹ方向２極照明を行うことができる。

回折光学素子１７を介した光束は、ズームレンズ１８に入射する。ズームレンズ１８の後側焦点面の近傍には、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１９の入射面が位置決めされている。マイクロフライアイレンズ１９は、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る。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば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る。

ここで、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。

上述したように、回折光学素子１５を介してアフォーカルズームレンズ１６の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフオーカルズームレンズ１６から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子１７に入射する。すなわち、回折光学素子１５は、角度光束形成機能を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子１７は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する光束変換素子としての機能を有する。したがって、回折光学素子１７を介した光束は、ズームレンズ１８の後側焦点面に（ひいてはマイクロフライアイレンズ１９の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。

マイクロフライアイレンズ１９の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ１８の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ１８は、回折光学素子１７とマイクロフライアイレンズ１９の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。マイクロフライアイレンズ１９に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロフライアイレンズ１９の後側焦点面には、入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(以下、「二次光源」という)が形成される。

マイクロフライアイレンズ１９の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、ビームスプリッタ２１およびコンデンサ光学系２２を介した後、マスクブラインド２３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２３には、マイクロフライアイレンズ１９を構成する各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。なお、ビームスプリッタ２１を内蔵する偏光モニタ２０の内部構成および作用については後述する。

マスクブラインド２３の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系２４の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍ１を重畳的に照明する。こうして、結像光学系２４は、マスクブラインド２３の矩形状開口部の像をマスクＭ１上に形成することになる。マスクＭ１のパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬ１を介して、感光性基板であるウエハＷ１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ＰＬ１の光軸ＡＸと直交する平面内においてウエハＷ１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、ウエハＷ１の各露光領域にはマスクＭ１のパターンが逐次露光される。

図１６は、位相部材１３および偏光解消素子１４の構成を概略的に示す図である。位相部材１３は、光軸ＡＸを中心として結晶軸が回転自在に構成された１／２波長板により構成されている。一方、偏光解消素子１４は、上述のように第１の実施の形態にかかる偏光解消素子３（図２等参照）と同一の構成を有する。なお、図１５に示すように、位相部材１３の光軸ＡＸを中心とした回転および偏光解消素子１４の照明光路に対する挿脱は、制御系２５からの指令を受けた駆動系２６によって行われる。また、駆動系２６は、偏光解消素子１４を構成する光学部材に応力を付与する応力付与機構としての機能を有し、制御系２５からの指令を受けて偏光解消素子１４を構成する光学部材に付与する応力の大きさの変更等の調整を行う。

レーザ光源１０としてＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、１／２波長板により構成される位相部材１３には、直線偏光の光が入射する。ここで、位相部材１３の結晶軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、位相部材１３に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、位相部材１３の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、位相部材１３に入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、偏光解消素子１４に入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。

本実施の形態においては、上述したように、レーザ光源１０からの直線偏光の光が位相部材１３に入射するが、以下の説明を簡単にするために、Ｐ偏光の光が位相部材１３に入射するものとする。この場合、駆動系２５が偏光解消素子１４を照明光路中に挿入するとともに、位相部材１３の結晶軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、位相部材１３に入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過して偏光解消素子１４に入射する。偏光解消素子１４に入射したＰ偏光の光は非偏光状態の光に変換され、非偏光状態でマスクＭを照明する。一方、駆動系２５が偏光解消素子１４を照明光路中に挿入するとともに、位相部材１３の結晶光学軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、位相部材１３に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、Ｓ偏光の光になって偏光解消素子１４に入射する。偏光解消素子１４に入射したＳ偏光の光は非偏光状態の光に変換され、非偏光状態でマスクＭを照明する。

これに対し、駆動系２６が偏光解消素子１４を照明光路から退避させるとともに、位相部材１３の結晶軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、位相部材１３に入射したＰ偏光の光は偏光面が変化することなくＰ偏光のまま通過し、Ｐ偏光状態の光でマスクＭを照明する。一方、駆動系２６が偏光解消素子１４を照明光路から退避させるとともに、位相部材１３の結晶軸が入射するＰ偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、位相部材１３に入射したＰ偏光の光は偏光面が９０度だけ変化してＳ偏光の光になり、Ｓ偏光状態の光でマスクＭを照明する。

図１７は、被照射面としてのマスクＭ(ひいてはウエハＷ)を照明する光の偏光状態が所望の偏光状態になっているか否かを検知するための偏光モニタ２０の内部構成を概略的に示す斜視図である。偏光モニタ２０は、図１５に示すように、マイクロフライアイレンズ１９とコンデンサ光学系２２との間の光路中に配置された第１ビームスプリッタ２１を備えている。第１ビームスプリッタ２１は、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板（すなわち素ガラス）の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。

第１ビームスプリッタ２１により光路から取り出された光は、第２ビームススプリッタ２７に入射する。第２ビームスプリッタ２７は、第１ビームスプリッタ２１と同様に、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。そして、第１ビームスプリッタ２１に対するＰ偏光が第２ビームスプリッタ２７に対するＳ偏光になり、且つ第１ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光が第２ビームスプリッタ２７に対するＰ偏光になるように設定されている。

また、第２ビームスプリッタ２７を透過した光は第１光強度検出器２８により検出され、第２ビームスプリッタ２７で反射された光は第２光強度検出器２９により検出される。第１光強度検出器２８および第２光強度検出器２９の出力は、それぞれ制御系２５（図１５参照）に供給される。また、前述したように、制御系２５は、駆動系２６を介して、偏光状態切換手段を構成する位相部材１３および偏光解消素子１４を駆動する。

上述のように、第１ビームスプリッタ２１および第２ビームスプリッタ２７において、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率とが実質的に異なっている。したがって、偏光モニタ２０では、第１ビームスプリッタ２１からの反射光が、例えば第１ビームスプリッタ２１への入射光の１０％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッタ２７に対するＰ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッタ２１への入射光の１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッタ２１に対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッタ２７に対するＳ偏光成分）とを含むことになる。

また、第２ビームスプリッタ２７からの反射光は、例えば第１ビームスプリッタ２１への入射光の１０％×１％＝０．１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッタ２１に対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッタ２７に対するＳ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッタ２１への入射光の１％×１０％＝０．１％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッタ２７に対するＰ偏光成分）とを含むことになる。

こうして、偏光モニタ２０では、第１ビームスプリッタ２１が、その反射特性に応じて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。その結果、第２ビームスプリッタ２７の偏光特性による偏光変動の影響を僅かに受けるものの、第１光強度検出器２８の出力（第２ビームスプリッタ２７の透過光の強度に関する情報、すなわち第１ビームスプリッタ２１からの反射光とほぼ同じ偏光状態の光の強度に関する情報）に基づいて、第1ビームスプリッタ２１への入射光の偏光状態（偏光度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の偏光状態を検知することができる。

また、偏光モニタ２０では、第１ビームスプリッタ２１に対するＰ偏光が第２ビームスプリッタ２７に対するＳ偏光になり且つ第１ビームスプリッタ２１に対するＳ偏光が第２ビームスプリッタ２７に対するＰ偏光になるように設定されている。その結果、第２光強度検出器２９の出力（第１ビームスプリッタ２１および第２ビームスプリッタ２７で順次反射された光の強度に関する情報）に基づいて、第１ビームスプリッタ２１への入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第１ビームスプリヅタ２１への入射光の光量（強度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の光量を検知することができる。こうして、偏光モニタ２０を用いて、第１ビームスプリッタ２１への入射光の偏光状態を検知し、ひいてはマスクＭへの照明光が所望の非偏光状態または直線偏光状態になっているか否かを判定することができる。そして、制御系２５が偏光モニター２０の検知結果に基づいてマスクＭ（ひいてはウエハＷ）への照明光が所望の非偏光状態または直線偏光状態になっていないことを確認した場合、駆動系２６を介して偏光状態切換手段を構成する位相部材１３および偏光解消素子１４を駆動調整し、マスクＭへの照明光の状態を所望の非偏光状態または直線偏光状態に調整する。また、マスクＭへ照射される照明光の状態が非偏光状態になるべき場合であって、非偏光になっていない原因が偏光解消素子１４を構成する光学部材に対する応力の付与量の不足による場合には、駆動系２６の制御の元、光学部材に付与する応力の大きさを変更し、マスクＭへ照射される照明光を非偏光状態にする。

なお、上述の実施の形態においては、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光やＦ₂レーザ光を用いているが、これに限定されることなく、偏光度を有する光を供給する他の適当な光源に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施の形態においては、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することも可能である。

上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１８のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１８のステップＳ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

また、上述の実施の形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１９のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１９において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程Ｓ４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程Ｓ４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる偏光解消素子の構成図である。 蛍石の結晶軸を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる偏光解消素子を構成する光学部材を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態にかかる偏光状態測定器の内部構成を概略的に示す図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子の変形例の構成を概略的に示す図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子の変形例の構成を概略的に示す図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子を構成する光学部材に発生する歪を説明するための図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子の変形例の構成を示す図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子の変形例の構成を示す図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子の変形例の構成を示す図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子の変形例の構成を示す図である。 実施の形態にかかる偏光解消素子の変形例の構成を示す図である。 実施の形にかかる偏光解消素子を構成する光学部材の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる位相部材及び偏光解消素子の構成図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる変更モニタの構成を示す図である。 本発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。 従来の偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。 第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが４５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。 第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが２２．５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。 従来の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。 従来の偏光解消素子の不都合をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。

符号の説明

１…光源、２…ビーム送光系、３…偏光解消素子、４…マイクロレンズアレイ（フライアイレンズ）、５…コンデンサ光学系、６…偏光状態測定器、３１…第１偏角プリズム、３２…第１補正偏角プリズム、３３…第２偏角プリズム、３４…第２補正偏角プリズム、３２０…偏光解消素子、３２１…第１補正シリンドリカルレンズ、３２２…第１シリンドリカルレンズ、３２３…第２補正シリンドリカルレンズ、３２４…第２シリンドリカルレンズ、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ

Claims (30)

1. 偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子であって、
   光軸に沿って配置された少なくとも２つの光学部材と、
   前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも１つに対して第１方向から応力を付与すると共に、前記少なくとも２つの光学部材の他の少なくとも１つに対して前記第１方向とは異なる第２方向から応力を付与する応力付与手段と
   を備えることを特徴とする偏光解消素子。
2. 前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも一方は、結晶材料で構成され、前記応力付与手段により応力を付与する方向は所定の結晶軸方向であることを特徴とする請求項１に記載の偏光解消素子。
3. 前記少なくとも２つの光学部材の結晶軸は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光解消素子。
4. 前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも１つは、第１偏角プリズムを有し、前記少なくとも２つの光学部材の他の少なくとも１つは、第２偏角プリズムを有し、
   前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸の方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の偏光解消素子。
5. 前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムは、頂角方向がほぼ４５度の角度で交差するように設定されていることを特徴とする請求項４に記載の偏光解消素子。
6. 前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の偏光解消素子。
7. 前記補正偏角プリズムは、複屈折性の材料で形成されていることを特徴とする請求項６に記載の偏光解消素子。
8. 前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムとをさらに備えていることを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか一項に記載の偏光解消素子。
9. 前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性の材料で形成され、
   前記偏光解消素子は、前記第１偏角プリズムと、前記第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムと、前記第２補正偏角プリズムとを有することを特徴とする請求項８に記載の偏光解消素子。
10. 前記少なくとも２つの偏角プリズムは、非結晶性の材料である石英、複屈折性の結晶材料である水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石の中の何れかにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の偏光解消素子。
11. 前記応力付与手段は、前記第１偏角プリズム及び前記第２偏角プリズムの前記所定の方向に応力を付与する押圧機構及び引張機構の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の偏光解消素子。
12. 前記少なくとも２つの光学部材の少なくとも１つは、第１シリンドリカルレンズを有し、前記少なくとも２つの光学部材の他の少なくとも１つは、第２シリンドリカルレンズを有し、
    前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの母線は、前記光軸の方向から見て互いに異なる方向を向くように設定され、
    前記応力付与手段は前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの母線に対してそれぞれ垂直方向に応力を付与することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の偏光解消素子。
13. 前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２のシリンドリカルレンズの少なくとも一方の材料は結晶材料であり、前記母線に対して垂直方向に所定の結晶軸が設定されていることを特徴とする請求項１２に記載の偏光解消素子。
14. 前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの前記母線は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の偏光解消素子。
15. 前記少なくとも２つのシリンドリカルレンズによる合成偏角作用を補償するための補正シリンドリカルレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載の偏光解消素子。
16. 前記第１シリンドリカルレンズによる偏角作用を補正するための第１補正シリンドリカルレンズと、前記第２シリンドリカルレンズによる偏角作用を補正するための第２補正シリンドリカルレンズとをさらに備えていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れか一項に記載の偏光解消素子。
17. 前記第１補正シリンドリカルレンズおよび前記第２補正シリンドリカルレンズは、複屈折性の材料で形成され、
    前記偏光解消素子は、前記第１補正シリンドリカルレンズと、前記第１シリンドリカルレンズと、前記第２補正シリンドリカルレンズと、前記第２シリンドリカルレンズとを有することを特徴とする請求項１６に記載の偏光解消素子。
18. 前記応力付与手段は、前記第１シリンドリカルレンズ及び前記第２シリンドリカルレンズの母線に対してそれぞれ垂直方向に設定された所定の結晶軸方向に応力を付与する押圧機構及び引張機構の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１７に記載の偏光解消素子。
19. 前記少なくとも２つのシリンドリカルレンズは、非結晶性の材料である石英、複屈折性の結晶材料である水晶、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム及び方解石の中の何れかにより形成されていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１８の何れか一項に記載の偏光解消素子。
20. 偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子であって、
    前記入射光の光路に配置された少なくとも１つの光学部材と、前記光学部材に対して所定の方向へ応力を付与する応力付与手段とを有することを特徴とする偏光解消素子。
21. 前記少なくとも１つの光学部材は結晶材料で構成され、前記応力付与手段は、所定の結晶軸に沿って応力を付与することを特徴とする請求項２０に記載の偏光解消素子。
22. 前記応力付与手段は、前記少なくとも１つの光学部材に対して少なくとも互いに異なる２方向から応力を付与することを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の偏光解消素子。
23. 前記少なくとも１つの光学部材は、第１偏角プリズムと第２偏角プリズムとを有し、前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズムとの少なくと一方は結晶材料で構成されることを特徴とする請求項２０乃至請求項２２の何れか一項に記載の偏光解消素子。
24. 前記所定の結晶軸は、結晶軸[１００]、結晶軸[０１０]、結晶軸[００１]、結晶軸[１１０]、結晶軸[１０１]、結晶軸[０１１]の中の何れか１つであることを特徴とする請求項１乃至請求項２３の何れか一項に記載の偏光解消素子。
25. 偏光度を有する光を供給する光源と、該光源からの光を被照射面に照射する導光光学系とを備えた照明光学装置において、
    前記導光光学系は、請求項１乃至請求項２４の何れか一項に記載の偏光解消素子を有することを特徴とする照明光学装置。
26. 前記偏光解消素子を通過した光の偏光状態を測定する偏光状態測定装置を更に備え、
    前記応力付与手段は、前記偏光状態測定装置による測定結果に基づいて応力の大きさを変更することを特徴とする請求項２５に記載の照明光学装置。
27. 偏光解消素子を有する照明光学装置の調整方法であって、
    偏光状態測定装置により前記偏光解消素子を通過した光の偏光状態を測定する偏光状態測定ステップと、
    前記偏光状態測定ステップによる測定結果に基づいて、前記偏光解消素子に付与する応力の大きさを変更する付与応力変更ステップと
    を含むことを特徴とする照明光学装置の調整方法。
28. 前記被照射面に配置されたマスクを照明するための請求項２５または請求項２６に記載の照明光学装置を備え、
    前記マスクに形成された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。
29. 請求項２７に記載の調整方法により調整された照明光学装置を備え、
    前記マスクに形成された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。
30. 請求項２８または請求項２９に記載の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
    前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
    を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。

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