JP2013008788A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明光学系の光路中に配置されて、光量損失を抑えつつ光軸に関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することのできる偏光変換ユニット。
【解決手段】 入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換部材を備えた偏光変換ユニット。偏光変換部材は、光軸と直交する平面状の第１面と、光軸を中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する第２面とを有する。偏光変換部材の第２面は、光軸と直交する平面に沿って光軸上の所定点から放射状に延びる複数の第１稜線と、光軸を中心として所定点を頂点とする円錐の側面に沿って所定点から放射状に延びる複数の第２稜線と、互いに隣り合う第１稜線と第２稜線との間に形成された複数の平面状の光学面とを有する。
【選択図】 図４

Description

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。

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。

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。

任意方向の微細パターンを正確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）。

米国特許出願公開第２００６／０１７０９０１号明細書

周方向偏光の作用効果を良好に発揮するために、光量損失を抑えつつ、光軸に関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することが望まれている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明光学系の光路中に配置されて、光量損失を抑えつつ光軸に関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することのできる偏光変換ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、光軸に関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニットを用いて、所望の周方向偏光状態の光で被照射面を照明することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の周方向偏光状態の光で所定のパターンを照明する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に転写することのできる露光装置およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。

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、光軸と直交する平面状の第１面と、前記光軸を中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する第２面とを有することを特徴とする偏光変換ユニットを提供する。

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。

第３形態では、所定のパターンを照明するための第２形態の照明光学系を備え、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。

第４形態では、第３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。

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。 照明瞳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。 光軸に関して点対称性の良好な径方向偏光状態を説明する図である。 実施形態の偏光変換ユニットの構成を概略的に示す図である。 一対の偏光変換部材が互いに隣接して配置されている様子を示す斜視図である。 入射側に配置された偏光変換部材の構成を概略的に示す斜視図である。 射出側に配置された偏光変換部材の構成を概略的に示す斜視図である。 入射側に配置された偏光変換部材の単位部分を規定するパラメータを示す図である。 射出側に配置された偏光変換部材の単位部分を規定するパラメータを示す図である。 照明瞳に輪帯状で周方向偏光状態の光強度分布が形成される様子を示す図である 照明瞳に輪帯状で径方向偏光状態の光強度分布が形成される様子を示す図である。 照明瞳に４極状で径方向偏光状態の光強度分布が形成される様子を示す図である。 照明瞳に４極状で周方向偏光状態の光強度分布が形成される様子を示す図である 変形例にかかる偏光変換ユニットの構成を概略的に示す図である。 図１４における旋光部材の構成を概略的に示す図である。 旋光部材の直後における輪帯状の光束の偏光状態を示す図である。 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。 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。

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。

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。

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。

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。

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および円錐アキシコン系６の構成および作用については後述する。

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。

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。

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。

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、すなわち図２に示すように光軸ＡＸを中心とした輪帯状の二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）２１’が形成される。

マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に形成された二次光源２１’からの光束は、コンデンサー光学系９を介して、マスクブラインド１０を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１０には、マイクロフライアイレンズ８の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、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、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。

マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１１ａと後側レンズ群１１ｂとからなる結像光学系１１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１１は、マスクブラインド１０の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（１〜１１）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（１〜１１）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。

瞳強度分布とは、照明光学系（１〜１１）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。

周方向偏光の作用効果を良好に発揮するために、光軸に関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することが望まれている。同様の理由により、光軸に関して点対称性の良好な径方向偏光状態の瞳強度分布を実現することも望まれている。しかしながら、例えばワイヤグリッド偏光子を用いて周方向偏光状態または径方向偏光状態の瞳強度分布を形成すると、ワイヤグリッド偏光子における光量損失が著しいだけでなく、光軸に関して点対称性の良好な偏光状態を実現することができない。

具体的に、図３に示すような４極状で径方向偏光状態の瞳強度分布３１を形成する場合、ワイヤグリッド偏光子を用いると、図３の左側の図に示すように、偏光方向が各面光源３１ａの全体に亘って同一になり、ひいては各面光源３１ａにおける偏光状態は光軸ＡＸに関して点対称にはならない。本実施形態では、図３の右側の図に示すように、光軸ＡＸに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の瞳強度分布３２、および図示を省略したが光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現するために、偏光変換ユニット５を導入している。瞳強度分布３２では、各面光源３２ａにおける偏光方向が光軸ＡＸを中心として放射状になり、ひいては各面光源３２ａにおける偏光状態が光軸ＡＸに関して点対称になっている。

偏光変換ユニット５は、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（１〜１１）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。

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、非偏光状態の光が偏光変換ユニット５に入射する。偏光変換ユニット５は、図４に示すように、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第１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し且つ第１偏光変換部材５１と同様の偏光変換作用を有する第２偏光変換部材５２と、光路に対して挿脱自在に配置された１／２波長板５３とを備えている。１／２波長板５３に代えて、入射する直線偏光の偏光方向を９０度回転させて射出するように構成された旋光子（旋光部材）を用いることもできる。

偏光変換部材５１は、図４および図５に示すように、光軸ＡＸと直交する平面状の入射面５１ａと、光軸ＡＸを中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する射出面５１ｂとを有する。偏光変換部材５２は、光軸ＡＸを中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する入射面５２ａと、光軸ＡＸと直交する平面状の射出面５２ｂとを有する。偏光変換部材５１の射出面５１ｂと偏光変換部材５２の入射面５２ａとは互いに補完的な面形状を有する。一例として、偏光変換部材５１と５２とは、射出面５１ｂと入射面５２ａとが当接するように、互いに隣接して配置されている。

偏光変換部材５１の射出面５１ｂは、図６に示すように、光軸ＡＸと直交する平面に沿って光軸ＡＸ上の点Ｐ１から放射状に延びる複数の第１稜線５１ｂａと、光軸ＡＸを中心として点Ｐ１を頂点とする円錐の側面に沿って点Ｐ１から放射状に延びる複数の第２稜線５１ｂｂと、互いに隣り合う第１稜線５１ｂａと第２稜線５１ｂｂとの間に形成された複数の平面状の光学面５１ｂｃとを有する。すなわち、第１稜線５１ｂａは点Ｐ１からＸＹ平面に平行に延びており、第２稜線５１ｂｂは点Ｐ１から＋Ｚ方向へ向かうようにＸＹ平面に対して傾いた方向に延びている。

複数の第１稜線５１ｂａは、光軸ＡＸを中心とした円の周方向に沿って２０度の角度間隔で配置されている。同様に、複数の第２稜線５１ｂｂも、光軸ＡＸを中心とした円の周方向に沿って２０度の角度間隔で配置されている。そして、複数の平面状の光学面５１ｂｃのうちの隣り合う一対の光学面５１ｂｃは、この一対の光学面に隣接する第１稜線５１ｂａまたは第２稜線５１ｂｂに関して対称である。したがって、偏光変換部材５１の射出面５１ｂは、１８本の第１稜線５１ｂａと、１８本の第２稜線５１ｂｂと、互いに合同な３６個の平面状の光学面５１ｂｃとを有する。

偏光変換部材５２の入射面５２ａは、図７に示すように、光軸ＡＸと直交する平面に沿って光軸ＡＸ上の点Ｐ２から放射状に延びる複数の第１稜線５２ａａと、光軸ＡＸを中心として点Ｐ２を頂点とする円錐の側面に沿って点Ｐ２から放射状に延びる複数の第２稜線５２ａｂと、互いに隣り合う第１稜線５２ａａと第２稜線５２ａｂとの間に形成された複数の平面状の光学面５２ａｃとを有する。すなわち、第１稜線５２ａａは点Ｐ２からＸＹ平面に平行に延びており、第２稜線５２ａｂは点Ｐ２から−Ｚ方向へ向かうようにＸＹ平面に対して傾いた方向に延びている。

複数の第１稜線５２ａａは、光軸ＡＸを中心とした円の周方向に沿って２０度の角度間隔で配置されている。同様に、複数の第２稜線５２ａｂも、光軸ＡＸを中心とした円の周方向に沿って２０度の角度間隔で配置されている。そして、複数の平面状の光学面５２ａｃのうちの隣り合う一対の光学面５２ａｃは、この一対の光学面に隣接する第１稜線５２ａａまたは第２稜線５２ａｂに関して対称である。したがって、偏光変換部材５２の入射面５２ａは、１８本の第１稜線５２ａａと、１８本の第２稜線５２ａｂと、互いに合同な３６個の平面状の光学面５２ａｃとを有する。

偏光変換部材５１，５２は、石英、蛍石などの光学材料により形成された平行平面板に対して、エッチング、機械加工などを施すことにより製造される。あるいは、偏光変換部材５１，５２は、石英、蛍石などの光学材料により形成された１つまたは複数の光学面５１ｂｃ，５２ａｃを含む単位部品を組み合わせることにより製造される。上述したように、偏光変換部材５１の射出面５１ｂと偏光変換部材５２の入射面５２ａとは互いに補完的な面形状を有し、ひいては偏光変換部材５１と偏光変換部材５２とは同様の偏光変換作用を発揮する。以下、主として偏光変換部材５１に着目して、偏光変換部材５１，５２に共通な偏光変換作用を説明する。

図８において、ＸＹ平面図は、１つの第２稜線５１ｂｂを挟んだ一対の平面状の光学面５１ｂｃからなる単位部分を、光軸ＡＸの方向（Ｚ方向）に沿って見た図である。Ａ方向側面図はＸＹ平面図に示すＡ方向に沿って単位部分を見た図であり、Ｂ方向側面図はＸＹ平面図に示すＢ方向に沿って単位部分を見た図である。１つの第２稜線５１ｂｂを挟んだ一対の平面状の光学面５１ｂｃからなる単位部分は、３つの角度パラメータθ１，θ２，θ３と、２つの寸法パラメータα，βとにより規定される。

角度θ１は、Ａ方向側面図において光学面５１ｂｃに対応する斜辺と第１稜線５１ｂａに対応する底辺とがなす角度である。角度θ２は、ＸＹ平面図において第１稜線５１ｂａと第２稜線５１ｂｂとがなす角度（本実施形態では１０度）である。角度θ３は、Ｂ方向側面図において第２稜線５１ｂｂに対応する斜辺と第１稜線５１ｂａに対応する底辺とがなす角度である。寸法αは、Ａ方向側面図において光学面５１ｂｃに対応する斜辺の長さである。寸法βは、Ｂ方向側面図において第１稜線５１ｂａに対応する底辺の長さである。

ＸＹ平面図において一対の第１稜線５１ｂａを斜辺とする三角形の底辺の１／２の寸法Ｌ１、すなわちＡ方向側面図において光学面５１ｂｃに対応する一対の斜辺を有する三角形の底辺の１／２の寸法Ｌ１は、次の式（１ａ）により表される。Ａ方向側面図において光学面５１ｂｃに対応する一対の斜辺を有する三角形の高さ寸法Ｌ２、すなわちＢ方向側面図において第２稜線５１ｂｂに対応する斜辺および第１稜線５１ｂａに対応する底辺を有する三角形の高さ寸法Ｌ２は、次の式（１ｂ）により表される。
Ｌ１＝α×cosθ１＝β×tanθ２ （１ａ）
Ｌ２＝α×sinθ１＝β×tanθ３ （１ｂ）

非偏光状態の平行光束が光軸ＡＸに沿って平面状の光学面５１ｂｃに入射すると、当該光学面５１ｂｃに対するｐ偏光の光はほぼ１００％の透過率で透過し、当該光学面５１ｂｃに対するｓ偏光の光の透過率は光学面５１ｂｃの傾きに応じて下がる（反射率は上がる）。このとき、ｐ偏光の透過率とｓ偏光の透過率との差、すなわちｐｓ透過率差に関連するのは、角度θ１である。

本実施形態では、偏光変換部材５１の鋸歯状の断面を有する射出面５１ｂを構成する光学面５１ｂｃのｐｓ透過率差に関する角度θ１を、例えば光学面５１ｂｃに対するブリュースター角θＢと関連付けて所要の角度に決定する。その結果、偏光変換部材５１は、輪帯状で非偏光状態の平行光束が光軸ＡＸに沿って入射した場合、光学面５１ｂｃのｐｓ透過率差を利用して、射出される輪帯状の平行光束の偏光状態を光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態へ近づける。

偏光変換部材５１におけるｐ偏光の光量損失を１％以内に抑えるには、偏光変換部材５１が石英で形成されている場合には次の式（２ａ）を満足するように、偏光変換部材５１が蛍石で形成されている場合には次の式（２ｂ）を満足するように、角度θ１（単位：度）を決定すれば良い。式（２ａ）において、θＢ（石英）は偏光変換部材５１が石英で形成されている場合の光学面５１ｂｃに対するブリュースター角（単位：度）である。θＢ（蛍石）は偏光変換部材５１が蛍石で形成されている場合の光学面５１ｂｃに対するブリュースター角（単位：度）である。
θＢ（石英）−１１＜θ１＜θＢ（石英）＋８ （２ａ）
θＢ（蛍石）−１２＜θ１＜θＢ（蛍石）＋８ （２ｂ）

図９において、ＸＹ平面図は、１つの第１稜線５２ａａを挟んだ一対の平面状の光学面５２ａｃからなる単位部分を、光軸ＡＸの方向（Ｚ方向）に沿って見た図である。Ａ方向側面図はＸＹ平面図に示すＡ方向に沿って単位部分を見た図である。角度φ１は、Ａ方向側面図において光学面５２ａｃおよび第２稜線５２ａｂに対応する斜辺とＸＹ平面に対応する底辺とがなす角度である。

図９のＡ方向側面図において光学面５２ａｃ（第２稜線５２ａｂ）に対応する一対の斜辺を有する三角形の高さ寸法Ｌ２は、図８のＡ方向側面図において光学面５１ｂｃに対応する一対の斜辺を有する三角形の高さ寸法Ｌ２と同じであり、次の式（３ａ）により表される。図９のＸＹ平面図において第２稜線５２ａｂに対応する斜辺および第１稜線５２ａａに対応する底辺を有する三角形の高さ寸法Ｌ３、すなわち図９のＡ方向側面図において光学面５２ａｃ（第２稜線５２ａｂ）に対応する一対の斜辺を有する三角形の底辺の１／２の寸法Ｌ３は、次の式（３ｂ）により表される。
Ｌ２＝α×sinθ１ （３ａ）
Ｌ３＝β×sinθ２ （３ｂ）

したがって、式（１ａ）と式（３ａ）と式（３ｂ）とから、偏光変換部材５１の光学面５１ｂｃのｐｓ透過率差に関する角度θ１と、偏光変換部材５２の光学面５２ａｃのｐｓ透過率差に関する角度φ１との間には、次の式（４）に示す関係が導かれる。
tanφ１＝tanθ１／cosθ２ （４）

式（４）を参照すると、稜線５１ｂａ，５１ｂｂ，５２ａａ，５２ａｂの角度間隔θ２を十分小さくすることにより、偏光変換部材５１の光学面５１ｂｃのｐｓ透過率差に関する角度θ１を偏光変換部材５２の光学面５２ａｃのｐｓ透過率差に関する角度φ１に近づけることができ、ひいては偏光変換部材５１の偏光変換作用を偏光変換部材５２の偏光変換作用に近づけることができることがわかる。角度間隔θ２を十分小さくすれば、一対の偏光変換部材５１と５２とは、互いにほぼ同じ偏光変換作用、すなわち入射する輪帯状の平行光束の偏光状態を光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態へ近づけて射出する機能を有する。

本実施形態では、偏光変換ユニット５において、互いにほぼ同じ偏光変換作用を有する一対の偏光変換部材５１，５２が光軸ＡＸ方向に直列的に配置されている。したがって、１／２波長板５３が光路から退避している場合、輪帯状で非偏光状態の平行光束が光軸ＡＸに沿って一対の偏光変換部材５１，５２に入射すると、光学面５１ｂｃ，５２ａｃのｐｓ透過率差を利用した偏光変換作用により、偏光変換ユニット５の直後の照明瞳には、図１０に示すように光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の光強度分布２２が形成される。

同様に、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳にも、光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の光強度分布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１１の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、輪帯状の光強度分布２２’に対応する周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。

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。

一方、１／２波長板５３が光路中に配置されている場合、輪帯状で非偏光状態の平行光束が光軸ＡＸに沿って一対の偏光変換部材５１，５２に入射すると、偏光変換ユニット５の直後の照明瞳には、図１１に示すように光軸ＡＸに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の光強度分布２３が形成される。同様に、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳にも、光軸ＡＸに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の光強度分布２３’が形成される。径方向偏光状態では、輪帯状の光強度分布２３’を通過する光束が、光軸ＡＸを中心とした円の径方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。さらに、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１１の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、輪帯状の光強度分布２３’に対応する径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。

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。

輪帯状で径方向偏光状態の瞳強度分布２３，２３’を照明瞳に形成している状態で、輪帯照明用の回折光学素子３を４極照明用の回折光学素子に切り換えると、図１２に示すように、４極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２４が照明瞳に形成される。図３および図１２を参照すると、本実施形態では、偏光変換ユニット５の作用により、光軸ＡＸに関して点対称性の良好な径方向偏光状態の瞳強度分布が実現されることがわかる。

輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２２，２２’を照明瞳に形成している状態で、輪帯照明用の回折光学素子３を４極照明用の回折光学素子に切り換えると、図１３に示すように、４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２５が照明瞳に形成される。この場合も、偏光変換ユニット５の作用により、光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布が実現される。また、偏光変換ユニット５を構成する一対の偏光変換部材５１，５２は石英、蛍石などの光学材料により形成された光透過部材であり、ワイヤグリッド偏光子における光量損失に比して、一対の偏光変換部材５１，５２における光量損失の発生は小さい。

以上のように、本実施形態の偏光変換ユニット５は、照明光学系（１〜１１）の光路中に配置されて、光量損失を抑えつつ光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態（または径方向偏光状態）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（１〜１１）では、光軸ＡＸに関して点対称性の良好な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニット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（１〜１１）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで周方向偏光の作用効果を良好に発揮して、微細パターンをウェハＷに正確に転写することができる。

なお、上述の実施形態では、図４〜図７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、偏光変換部材の形状（角度パラメータθ１，θ２，θ３，φ１、寸法パラメータα，βなどにより規定される形状）、材質、数、配置位置などについては、様々な形態が可能である。

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（１〜１１）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１１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。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。

また、上述の実施形態では、偏光変換ユニット５が一対の偏光変換部材５１および５２を備えている。しかしながら、偏光変換部材の数については様々な形態が可能である。例えば、一対の偏光変換部材からなる組立体を光軸方向に直列的に複数組配置することにより、瞳強度分布の偏光状態の光軸に関する点対称性をさらに向上させることができる。逆に、光軸に関する点対称性がある程度確保された偏光状態の光束が入射する場合には、一対の偏光変換部材（場合によっては１つの偏光変換部材）を用いて、瞳強度分布の偏光状態の光軸に関する点対称性を良好に設定することができる。

図１４に示す変形例にかかる偏光変換ユニット５Ａでは、図４に示す実施形態における偏光変換ユニット５の偏光変換部材５１の前側に、光路に対して挿脱可能な旋光部材５４が付設されている。旋光部材５４は、図１５に示すように、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って配列された８つの平行平面板状の旋光素子５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ，５４ｆ，５４ｇ，５４ｈを有する。旋光素子５４ａ〜５４ｈは、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されている。

旋光部材５４が光路中に位置決めされている状態において、旋光素子５４ａ〜５４ｈの入射面（ひいては射出面）は光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸は光軸ＡＸの方向とほぼ一致（すなわち入射光の進行方向であるＺ方向とほぼ一致）している。また、偏光状態切換部２および輪帯照明用の回折光学素子３の作用により、偏光変換ユニット５（ひいては旋光部材５４）には、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状でＹ方向に偏光したＹ方向直線偏光の光束（図１５中ハッチングを施した部分）２０が入射する。

旋光素子５４ａ〜５４ｈは、光軸ＡＸを中心とする円環状の領域を周方向に沿って８等分して得られる８つの分割領域を占めている。換言すれば、旋光素子５４ａ〜５４ｈは、入射する輪帯状の光束２０を周方向に沿って８等分して得られる８つの円弧状の光束がそれぞれ通過するように区分されている。旋光素子５４ａ〜５４ｈのうち、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の旋光素子は、互いに同じ厚さを有し、ひいては互いに同じ偏光変換特性を有する。あるいは、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の旋光素子は、互いに異なる厚さを有するが、互いに同じ偏光変換特性を有する。

具体的に、一対の旋光素子５４ａおよび５４ｅは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、その偏光方向を変化させることなく（すなわちその偏光方向を０度または１８０度回転させて）Ｙ方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。一対の旋光素子５４ｂおよび５４ｆは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を−４５度（または＋１３５度：すなわち図１５中反時計廻りに４５度）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

一対の旋光素子５４ｃおよび５４ｇは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋９０度（または−９０度）回転させたＸ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。一対の旋光素子５４ｄおよび５４ｈは、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋４５度（または−１３５度：すなわち図６中時計廻りに４５度）回転させた方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

その結果、図１６に示すように、旋光部材５４を経た光束（すなわち偏光変換部材５１に入射する光束）２６は、光軸ＡＸを中心とした輪帯状の断面を有し、且つほぼ周方向偏光状態になる。具体的に、輪帯状の光束２６のうち、旋光素子５４ａ，５４ｅを経た円弧状の光束２６ａ，２６ｅは、Ｙ方向直線偏光になる。旋光素子５４ｂ，５４ｆを経た円弧状の光束２６ｂ，２６ｆは、Ｙ方向を−４５度回転させた斜め方向に偏光方向を有する−４５度斜め方向直線偏光になる。

旋光素子５４ｃ，５４ｇを経た円弧状の光束２６ｃ，２６ｇは、Ｙ方向を９０度回転させたＸ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光になる。旋光素子５４ｄ，５４ｈを経た円弧状の光束２６ｄ，２６ｈは、Ｙ方向を＋４５度回転させた斜め方向に偏光方向を有する＋４５度斜め方向直線偏光になる。ただし、旋光素子５４ａ〜５４ｈの厚さについては製造誤差が発生し易く、ひいては円弧状の光束２６ａ〜２６ｈの偏光方向についても角度誤差が発生し易い。

図１４の変形例では、旋光部材５４の作用により、光軸ＡＸに関する点対称性がある程度確保された周方向偏光状態の光束２６が、一対の偏光変換部材５１，５２に入射する。したがって、一対の偏光変換部材５１，５２を経て形成される瞳強度分布は、一対の偏光変換部材５１，５２に非偏光状態に光束が入射する場合に比して、光軸ＡＸに関する点対称性の良好な周方向偏光状態になる。

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１０の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系１１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。

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。

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。

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１７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１７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）。

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。

図１８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１８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。

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。

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。

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。

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。また、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示される手法も適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、特開平１０−３０３１１４号公報、欧州特許出願公開第１４２０２９８号、国際公開第２００４／０５５８０３号および米国特許第６,９５２,２５３号の教示を参照として援用する。

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。

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。

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
５１，５２ 偏光変換部材
５３ １／２波長板
５４ 旋光部材
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）
９ コンデンサー光学系
１０ マスクブラインド
１１ 結像光学系
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

Claims (14)

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、光軸と直交する平面状の第１面と、前記光軸を中心とする円に沿って鋸歯状の断面を有する第２面とを有することを特徴とする偏光変換ユニット。
2. 前記偏光変換部材の前記第２面は、前記光軸と直交する平面に沿って前記光軸上の所定点から放射状に延びる複数の第１稜線と、前記光軸を中心として前記所定点を頂点とする円錐の側面に沿って前記所定点から放射状に延びる複数の第２稜線と、互いに隣り合う前記第１稜線と前記第２稜線との間に形成された複数の平面状の光学面とを有す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。
3. 前記複数の第１稜線は、前記光軸を中心とした円の周方向に沿って所定の角度間隔で配置され、
   前記複数の平面状の光学面のうちの隣り合う一対の光学面は、該一対の光学面に隣接する第２稜線に関して対称であ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。
4. 前記偏光変換部材の前記第２面と補完的な面形状を有する第３面と、前記光軸と直交する平面状の第４面とを有する補完用偏光変換部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
5. 前記偏光変換部材と前記補完用偏光変換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４に記載の偏光変換ユニット。
6. 前記偏光変換部材と前記補完用偏光変換部材とを複数組備えていることを特徴とする請求項４または５に記載の偏光変換ユニット。
7. 最も射出側に配置された１／２波長板をさらに備えてい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。
8. 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７のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
9. 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８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。
10. 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９に記載の照明光学系。
11. 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１０に記載の照明光学系。
12. 所定のパターンを照明するための請求項９乃至１１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。
13. 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１２に記載の露光装置。
14. 請求項１２または１３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。

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