JP2012182479A - 照明光学装置、露光装置、および露光方法 - Google Patents

照明光学装置、露光装置、および露光方法 Download PDF

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Abstract

【課題】照明瞳面、または被照射面における偏光分布を調整することにより、所望の偏光状態の光で被照射面を照明する照明光学装置を提供する。
【解決手段】光源１からの光に基づいて被照射面Ｍ、Ｗを照明する照明光学装置の瞳面における光の偏光分布を調整するために、偏光分布調整部材９を備えている。偏光分布調整部材は、照明光学装置の光軸ＡＸを中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与するための旋光部材を有する。旋光部材は、旋光性の光学材料により形成されて、光軸方向の厚さが光軸と直交する所定方向に沿って変化している。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、および露光方法に関し、特に半導体素子、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装置に関するものである。
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を形成する。二次光源（照明瞳またはその近傍に形成される光強度分布）からの光束は、コンデンサーレンズ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。
マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、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。
本出願人は、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を開示している（たとえば特許文献１）。
国際公開第ＷＯ２００５／０４１２７７号パンフレット
上述の周方向偏光状態に限定されることなく、特定の直線偏光状態の光を用いて特定のパターンの投影露光を行うことは、投影光学系の解像度向上に有効である。さらに一般的には、マスクパターンに応じて特定の偏光状態（以下、非偏光状態を含む広い概念）の光を用いて投影露光を行うことは、投影光学系の解像度向上に有効である。
しかしながら、所望の偏光状態の光でマスク（ひいてはウェハ）を照明しようとしても、照明光路中に光の偏光状態を変化させる光学部材が介在すると、所望の偏光状態で結像しなくなり、ひいては投影光学系の結像性能が悪化する可能性がある。特に、レンズの有効領域の中心部を透過する光の偏光状態よりも周辺部を透過する光の偏光状態が変化し易い。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明瞳面または被照射面における偏光分布を調整することにより、所望の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装置を提供することを目的とする。また、所望の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装置を用いて、微細パターンを感光性基板上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置された第１偏光部材と、
該第１偏光部材と前記被照射面との間の光路中に前記光軸または前記ほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置された第２偏光部材とを備え、
前記第１偏光部材と前記第２偏光部材とは、それぞれ入射位置に応じて異なる偏光状態の変化量を入射光に付与することを特徴とする照明光学装置を提供する。
本発明の第２形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の瞳面の位置、または該瞳面の近傍の位置において、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する位相量を入射光に付与する位相部材を備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
本発明の第３形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面の近傍の位置、前記被照射面と光学的に共役な位置、または該共役な位置の近傍の位置において、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する位相量を入射光に付与する位相部材を備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
本発明の第４形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
照明瞳面における光の偏光分布を調整するための偏光分布調整部材を備え、
前記偏光分布調整部材は、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与するための旋光部材を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。
本発明の第５形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面における光の偏光分布を調整するための偏光分布調整部材を備え、
前記偏光分布調整部材は、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与するための旋光部材を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。
本発明の第６形態では、所定のパターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記所定のパターンまたは前記感光性基板を照明するための第１形態〜第５形態の照明光学装置を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第７形態では、所定のパターンを感光性基板に露光する露光方法において、
第１形態〜第５形態の照明光学装置を用いて前記所定のパターンまたは前記感光性基板を照明する照明工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。
本発明の第８形態では、第６形態の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板に露光する露光工程と、
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デバイス製造方法を提供する。
本発明の第９形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置の調整方法であって、
前記被照射面を照明する光の偏光状態を測定する偏光状態測定工程と、
前記測定された前記偏光状態に基づいて、前記照明光学装置の光路中に配置される第１偏光部材と、前記第１偏光部材と被照射面との間の光路中に配置される第２偏光部材の少なくとも一方を、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転させる偏光部材回転工程とを備えていることを特徴とする調整方法を提供する。
本発明の第１０形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置の製造方法であって、
前記照明光学装置の光軸または該光軸に平行な軸線に沿って回転可能な第１偏光部材および第２偏光部材を準備する工程と、
第９形態の調整方法にしたがって、前記第１偏光部材および前記第２偏光部材のうちの少なくとも一方を回転調整する工程とを備えていることを特徴とする製造方法を提供する。
本発明の典型的な形態にしたがう照明光学装置では、たとえば照明瞳面の位置または被照射面と光学的に共役な位置において光軸を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与する旋光部材を備えている。その結果、この旋光部材の旋光作用により、照明瞳面または被照射面における光の偏光分布を調整することができる。
こうして、本発明の照明光学装置では、照明瞳面または被照射面における偏光分布を調整することにより、所望の偏光状態の光で被照射面を照明することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、所望の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装置を用いて、微細パターンを感光性基板上に所望の偏光状態で結像させて忠実で且つ良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
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。 本実施形態にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 水晶の旋光性について説明する図である。 第１旋光光学部材への入射光に付与される旋光量の分布について説明する図である。 本実施形態の偏光分布調整部材により照明瞳面にける光の偏光分布が調整される様子を模式的に示す図である。 第１変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第１変形例の偏光分布調整部材により照明瞳面にける光の偏光分布が調整される様子を模式的に示す図である。 第２変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第３変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第４変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第５変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第６変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第７変形例および第８変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は第７変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図、（ｂ）は第８変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第９変形例にかかる偏光分布調整部材の旋光量分布を概略的に示す図である。 第１０変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第１１変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第１２変形例および第１３変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は第１２変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図、（ｂ）は第１３変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第１４変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第１５変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第１６変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 第１７変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。 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フローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
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の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図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から射出された光は、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大され、偏光状態切換部３および輪帯照明用の回折光学素子４を介して、アフォーカルレンズ５に入射する。なお、この回折光学素子４は入射光束の断面形状を変更する光束形状変更部材とみなすことができる。
偏光状態切換部３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３ａ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３ｂ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）３ｃとを備えている。偏光状態切換部３は、デポラライザ３ｃを照明光路から退避させた状態で、光源１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４へ入射させる機能を有し、デポラライザ３ｃを照明光路中に設定した状態で、光源１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４へ入射させる機能を有する。
アフォーカルレンズ５は、前側レンズ群５ａの前側焦点位置と回折光学素子４の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群５ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面６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。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、輪帯照明用の回折光学素子４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、光束変換素子としての回折光学素子４に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ５の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ５から射出される。アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系７が配置されている。円錐アキシコン系７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５を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ８および偏光分布調整部材９を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１０に入射する。偏光分布調整部材９の構成および作用については後述する。マイクロフライアイレンズ１０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。
所定面６の位置はズームレンズ８の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ１０の入射面はズームレンズ８の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ８は、所定面６とマイクロフライアイレンズ１０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５の瞳面とマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。偏光分布調整部材９は、マイクロフライアイレンズ１０の直前に配置され、ひいてはアフォーカルレンズ５の瞳面と光学的にほぼ共役に配置されている。
したがって、マイクロフライアイレンズ１０の入射面上には、アフォーカルレンズ５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８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１０を構成する各微小レンズは、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）と相似な矩形状の断面を有する。
マイクロフライアイレンズ１０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（ひいては照明瞳）には、入射光束によって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が形成される。マイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍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１１を介した後、マスクブラインド１２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１２には、マイクロフライアイレンズ１０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。マスクブラインド１２の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１３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。すなわち、結像光学系１３は、マスクブラインド１２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のパターンを透過した光束は、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。
なお、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、４極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、４極照明を行うことができる。４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、そのファーフィールドに４極状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、４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１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４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１０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４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４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１０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１０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。
さらに、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、他の複数極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、様々な複数極照明（２極照明、８極照明など）を行うことができる。同様に、輪帯照明用の回折光学素子４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。
円錐アキシコン系７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７ａ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７ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７ｂ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７ａおよび第２プリズム部材７ｂ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７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、輪帯状または４極状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系７の作用およびズームレンズ８の作用を説明する。
ここで、第１プリズム部材７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系７は平行平面板として機能し、形成される輪帯状または４極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７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状または４極状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２；４極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状または４極状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状または４極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８は、輪帯状または４極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８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、輪帯状または４極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８の作用により、輪帯状または４極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７およびズームレンズ８の作用により、輪帯状または４極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。
本実施形態の露光装置には、ウェハＷを保持するためのウェハステージＷＳに、ウェハＷに入射する照明光（露光光）の偏光状態を測定するための偏光状態測定部１４が設けられている。偏光状態測定部１４の測定結果は、制御部１５に供給される。偏光状態測定部１４の詳細な構成および作用については、たとえば特開２００５−５５２１号公報に開示されている。偏光状態測定部１４を用いてウェハＷに入射する照明光の瞳内における偏光状態を測定し、照明光が瞳内において適切な偏光状態になっているか否かが判定される。
制御部１５は、偏光状態測定部１４の測定結果に基づいて、必要に応じて偏光状態切換部３を駆動し、さらに後述するように偏光分布調整部材９を駆動して、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光の偏光状態を所望の偏光状態に調整する。なお、図１では、偏光状態測定部１４がウェハステージＷＳに取り付け可能な構成を示したが、この偏光状態測定部１４をウェハステージＷＳに組み込んでもよく、またウェハステージＷＳとは別のステージに組み込んでもよい。なお、偏光状態測定部１４としては、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報に開示されている偏光状態測定器を用いることができる。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報を参照として援用する。
図２は、本実施形態にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。本実施形態の偏光分布調整部材９は、光源側から順に、第１旋光光学部材２１と、第１補正光学部材２２と、第２旋光光学部材２３と、第２補正光学部材２４とにより構成されている。第１旋光光学部材２１および第２旋光光学部材２３は、たとえば水晶のような旋光性の光学材料により形成されて、光軸方向の厚さが光軸ＡＸと直交する所定方向に沿って線形的に変化するようなくさび状の断面形状を有する。
一方、第１補正光学部材２２および第２補正光学部材２４は、たとえば石英のような非晶質光学材料（または蛍石などの結晶光学材料）により形成されて、第１旋光光学部材２１および第２旋光光学部材２３と同様にくさび状の断面形状を有する。具体的に、図２に示す標準状態において、第１旋光光学部材２１は、光源側から順に、光軸ＡＸに垂直な平面（第１面）２１ａと、Ｘ方向に沿って傾斜した傾斜面（第２面）２１ｂとを有する。第１補正光学部材２２は、第１旋光光学部材２１の傾斜面２１ｂと相補的で且つ傾斜面２１ｂに近接した傾斜面（第３面）２２ａと、光軸ＡＸに垂直な平面（第４面）２２ｂとを有する。
同様に、図２に示す標準状態において、第２旋光光学部材２３は、光源側から順に、光軸ＡＸに垂直な平面（第５面）２３ａと、Ｘ方向に沿って傾斜した傾斜面（第６面）２３ｂとを有する。第２補正光学部材２４は、第２旋光光学部材２３の傾斜面２３ｂと相補的で且つ傾斜面２３ｂに近接した傾斜面（第７面）２４ａと、光軸ＡＸに垂直な平面（第８面）２４ｂとを有する。このように、第１補正光学部材２２は第１旋光光学部材２１の偏角作用による光線の曲がりを補正する機能を有し、第２補正光学部材２４は第２旋光光学部材２３の偏角作用による光線の曲がりを補正する機能を有する。
また、第１旋光光学部材２１と第１補正光学部材２２とは一体的に保持され、光軸ＡＸを中心として回転可能に構成されている。同様に、第２旋光光学部材２３と第２補正光学部材２４とは一体的に保持され、光軸ＡＸを中心として回転可能に構成されている。制御部１５は、第１旋光光学部材２１と第１補正光学部材２２との一体的な回転、および第２旋光光学部材２３と第２補正光学部材２４との一体的な回転をそれぞれ制御する。
上述したように、第１旋光光学部材２１および第２旋光光学部材２３は、旋光性を有する水晶により形成され、光軸方向の厚さが光軸ＡＸと直交する所定方向（図２の標準状態ではＸ方向）に沿って線形的に変化しているので、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与する機能を有する。図３を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図３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；旋光量）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）
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。以下、説明を単純化するために、第１旋光光学部材２１と第２旋光光学部材２３とは同じ構成を有し、第１補正光学部材２２と第２補正光学部材２４とは同じ構成を有するものとする。また、図２に示す標準状態において、第１旋光光学部材２１と第２旋光光学部材２３とは同じ姿勢で位置決めされているものとする。
図４を参照して、第１旋光光学部材への入射光に付与される旋光量の分布について説明する。図４では、第１旋光光学部材２１が図２に示す標準状態にあり、傾斜面２１ｂはＸ方向に沿って傾斜している。したがって、第１旋光光学部材２１の入射面である平面２１ａ上の局所座標ｘ（光軸ＡＸ上に原点を有し全体座標Ｘに対応）の方向に沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量（旋光度）分布Ｓ（ｘ）は、偏角プリズムとしての第１旋光光学部材２１のくさび角をαとし、入射直線偏光の偏光方向を一回転させるのに必要な水晶（第１旋光光学部材２１を形成する光学材料）の厚さをｔとするとき、次の式（１）により表わされる。
Ｓ（ｘ）＝（ｘ／ｔ）×tanα （１）
一方、図２に示す標準状態から第１旋光光学部材２１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させたとき、平面２１ａ上の座標ｘに沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量分布Ｓ（ｘ）は、次の式（２）により表わされる。式（１）および（２）を参照すると、旋光量分布Ｓ（ｘ）は、光軸ＡＸ（ｘ＝０）において０であり、光軸ＡＸを挟んで逆対称的にｘ方向に沿って線形的に変化する。
Ｓ（ｘ）＝（ｘ／ｔ）×tanα×cosβ （２）
したがって、図２に示す標準状態において、偏光分布調整部材９によるｙ方向（不図示；図４の紙面に垂直は方向であって全体座標のＹ方向に対応）に沿った旋光量分布Ｓ（ｙ）は一定であり、偏光分布調整部材９によるｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）だけが最大の変化率にしたがって変化する。これは、第１旋光光学部材２１による式（１）のｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）と第２旋光光学部材２３による式（１）のｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）とが相和的に合成されるからである。
一方、図２に示す標準状態から第１旋光光学部材２１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材２３を光軸ＡＸ廻りに角度−βだけ回転させると、偏光分布調整部材９によるｙ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｙ）は一定に維持されつつ、偏光分布調整部材９によるｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）だけが第１旋光光学部材２１の回転角度＋β（ひいては第２旋光光学部材２３の回転角度−β）に応じて変化する。
これは、第１旋光光学部材２１によるｙ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｙ）と第２旋光光学部材２３によるｙ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｙ）とは相殺され、第１旋光光学部材２１による式（２）のｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）と第２旋光光学部材２３による式（２）のｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）とは相和的に合成されるからである。その結果、図２に示す標準状態と同様に、旋光量の面内分布Ｓ（ｘ，ｙ）は、ｙ方向に沿って一定であり、ｘ方向に沿って線形的に変化する。
このとき、式（２）を参照して明らかなように、第１旋光光学部材２１および第２旋光光学部材２３の回転角度の大きさ｜β｜が０度から増大するにしたがって、偏光分布調整部材９による旋光量分布Ｓ（ｘ）の変化率は単調に減少する。ただし、第１旋光光学部材２１および第２旋光光学部材２３の回転角度の大きさ｜β｜が９０度に達すると、第１旋光光学部材２１の光軸方向の厚さと第２旋光光学部材２３の光軸方向の厚さとの和がｘ方向に沿って一定になり、任意の直線偏光状態の入射光は、偏光分布調整部材９による旋光作用を受けることなく、偏光方向を維持したまま通過する。
本実施形態では、たとえば円形照明時に偏光状態測定部１４を用いて光の偏光状態を測定した結果、図５（ａ）に示すように、照明瞳面（光源１から投影光学系ＰＬまでを照明光学装置と見なしたときの投影光学系ＰＬの瞳面）の大部分の領域において所望のＸ方向直線偏光状態になっているが、Ｘ方向に沿って中心（光軸ＡＸ）から両側の周辺にかけて所望のＸ方向直線偏光状態から逆向きに外れた直線偏光状態になっていることがある。この場合、制御部１５は、偏光状態測定部１４の測定結果に基づいて、偏光分布調整部材９を駆動し、ウェハＷへの照明光の偏光状態を所望の偏光状態に調整する。
具体的には、制御部１５は、偏光状態測定部１４の測定結果に基づいて、偏光分布調整部材９を構成する第１旋光光学部材２１を光軸ＡＸ廻りに所要角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材２３を光軸ＡＸ廻りに所要角度−βだけ回転させる。その結果、偏光分布調整部材９のＸ方向に沿った線形変化の旋光作用により、図５（ｂ）に示すように、照明瞳面のＹ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態に変化を実質的に及ぼすことなく、Ｘ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態を所望のＸ方向直線偏光状態に補正（調整）することができる。
以上のように、本実施形態の照明光学装置（１〜ＰＬ；１〜１３）では、偏光分布調整部材９の旋光作用により、照明瞳面における偏光分布を調整することにより、所望の偏光状態の光でウェハＷを照明することができる。また、本実施形態の露光装置では、所望の偏光状態の光でウェハＷを照明することのできる照明光学装置を用いているので、マスクＭの微細パターンをウェハＷ上に所望の偏光状態で結像させて、忠実で且つ良好な露光を行うことができる。なお、上述の実施形態において、第１旋光光学部材２１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材２３はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
なお、上述の実施形態にかかる偏光分布調整部材９では、光軸方向の厚さが光軸ＡＸと直交する所定方向に沿って線形的に変化するようなくさび状の断面形状を有する旋光光学部材（２１，２３）を用いている。しかしながら、くさび状の断面形状に限定されることなく、光軸方向の厚さが光軸ＡＸと直交する所定方向に沿って変化する他の適当な断面形状を有する旋光光学部材を用いて、偏光分布調整部材について様々な変形例が可能である。以下、偏光分布調整部材の典型的な変形例について説明する。
図６は、第１変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。第１変形例の偏光分布調整部材９Ａにおいて、第１旋光光学部材３１は、たとえば水晶により形成され、光源側に平面３１ａを向け且つマスク側に凹状で且つＶ字状の屈折面３１ｂを向けている。図６（ａ）に示す標準状態において、第１旋光光学部材３１の凹状屈折面３１ｂは、第１旋光光学部材３１の光軸方向の厚さがＸ方向に沿ってのみ変化するように、光軸ＡＸを通るＹ軸に関して対称な２つの傾斜面から構成されている。第１補正光学部材３２は、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面（凹状屈折面３１ｂと相補的に形成された面）３２ａを向け、且つマスク側に平面３２ｂを向けている。
第２旋光光学部材３３は、第１旋光光学部材３１と同様に、たとえば水晶により形成され、光源側に平面３３ａを向け且つマスク側に凹状で且つＶ字状の屈折面３３ｂを向けている。第２補正光学部材３４は、第１補正光学部材３２と同様に、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面（Ｖ字状の屈折面３３ｂと相補的な面）３４ａを向け、且つマスク側に平面３４ｂを向けている。第１旋光光学部材３１と第１補正光学部材３２とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成され、第２旋光光学部材３３と第２補正光学部材３４とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成されている。
以下、説明を単純化するために、第１旋光光学部材３１と第２旋光光学部材３３とは同じ構成を有し、第１補正光学部材３２と第２補正光学部材３４とは同じ構成を有し、図６（ａ）に示す標準状態において第１旋光光学部材３１と第２旋光光学部材３３とは同じ姿勢で位置決めされているものとする。図６（ｂ）を参照すると、第１旋光光学部材３１が図６（ａ）に示す標準状態にあり、Ｖ字状の屈折面３１ｂは光軸ＡＸを中心としてＸ方向に沿って傾斜する２つの傾斜面により形成されている。
したがって、第１旋光光学部材３１の入射面である平面３１ａ上のｘ方向に沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量分布Ｓ（ｘ）は、第１旋光光学部材３１のＶ字状の屈折面３１ｂを形成する２つの傾斜面の傾斜角をαとし、入射直線偏光の偏光方向を一回転させるのに必要な水晶の厚さをｔとするとき、次の式（３）により表わされる。
Ｓ（ｘ）＝（｜ｘ｜／ｔ）×tanα （３）
一方、図６（ａ）に示す標準状態から第１旋光光学部材３１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させたとき、平面３１ａ上の座標ｘに沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量分布Ｓ（ｘ）は、次の式（４）により表わされる。式（３）および（４）を参照すると、旋光量分布Ｓ（ｘ）は、光軸ＡＸ（ｘ＝０）において０であり、光軸ＡＸを挟んで対称的に＋ｘ方向および−ｘ方向に沿って線形的に変化する。
Ｓ（ｘ）＝（｜ｘ｜／ｔ）×tanα×cosβ （４）
したがって、第１変形例においても、図６（ａ）に示す標準状態から第１旋光光学部材３１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材３３を光軸ＡＸ廻りに角度−βだけ回転させると、偏光分布調整部材９Ａによるｙ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｙ）は一定に維持されつつ、偏光分布調整部材９Ａによるｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）だけが第１旋光光学部材３１の回転角度＋β（ひいては第２旋光光学部材３３の回転角度−β）に応じて変化する。
このとき、式（４）を参照して明らかなように、第１旋光光学部材３１および第２旋光光学部材３３の回転角度の大きさ｜β｜が０度から増大するにしたがって、偏光分布調整部材９Ａによる旋光量分布Ｓ（ｘ）の変化率は単調に減少する。ただし、第１旋光光学部材３１および第２旋光光学部材３３の回転角度の大きさ｜β｜が９０度に達すると、第１旋光光学部材３１の光軸方向の厚さと第２旋光光学部材３３の光軸方向の厚さとの和がｘ方向に沿って一定になり、任意の直線偏光状態の入射光は、偏光分布調整部材９Ａによる旋光作用を受けることなく、偏光方向を維持したまま通過する。
第１変形例では、たとえば円形照明時に偏光状態測定部１４を用いて光の偏光状態を測定した結果、図７（ａ）に示すように、照明瞳面の大部分の領域において所望のＸ方向直線偏光状態になっているが、Ｘ方向に沿って中心（光軸ＡＸ）から両側の周辺にかけて所望のＸ方向直線偏光状態から同じ向きに外れた直線偏光状態になっていることがある。この場合、制御部１５は、偏光状態測定部１４の測定結果に基づいて、偏光分布調整部材９Ａを駆動し、ウェハＷへの照明光の偏光状態を所望の偏光状態に調整する。
具体的には、制御部１５は、偏光状態測定部１４の測定結果に基づいて、偏光分布調整部材９Ａを構成する第１旋光光学部材３１を光軸ＡＸ廻りに所要角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材３３を光軸ＡＸ廻りに所要角度−βだけ回転させる。その結果、偏光分布調整部材９ＡのＸ方向に沿った線形変化の旋光作用により、図７（ｂ）に示すように、照明瞳面のＹ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態に変化を実質的に及ぼすことなく、Ｘ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態を所望のＸ方向直線偏光状態に補正（調整）することができる。なお、上述の第１変形例において、第１旋光光学部材３１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材３３はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
図８は、第２変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。第２変形例の偏光分布調整部材９Ｂにおいて、第１旋光光学部材４１は、たとえば水晶により形成され、光源側に平面４１ａを向け且つマスク側に凹状で且つ円筒面形状の屈折面４１ｂを向けている。図８（ａ）に示す標準状態において、第１旋光光学部材４１の凹状屈折面４１ｂは、第１旋光光学部材４１の光軸方向の厚さがＸ方向に沿ってのみ変化するように、光軸ＡＸを通るＹ軸に関して対称な円筒面（厳密には放物面）として形成されている。第１補正光学部材４２は、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に凸状で且つ円筒面形状の屈折面（凹状屈折面４１ｂと相補的に形成された面）４２ａを向け、且つマスク側に平面４２ｂを向けている。
第２旋光光学部材４３は、第１旋光光学部材４１と同様に、たとえば水晶により形成され、光源側に平面４３ａを向け且つマスク側に凹状で且つ円筒面形状の屈折面４３ｂを向けている。第２補正光学部材４４は、第１補正光学部材４２と同様に、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に凸状で且つ円筒面形状の屈折面（凹状屈折面４３ｂと相補的な面）４４ａを向け、且つマスク側に平面４４ｂを向けている。第１旋光光学部材４１と第１補正光学部材４２とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成され、第２旋光光学部材４３と第２補正光学部材４４とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成されている。
以下、説明を単純化するために、第１旋光光学部材４１と第２旋光光学部材４３とは同じ構成を有し、第１補正光学部材４２と第２補正光学部材４４とは同じ構成を有し、図８（ａ）に示す標準状態において第１旋光光学部材４１と第２旋光光学部材４３とは同じ姿勢で位置決めされているものとする。図８（ｂ）を参照すると、第１旋光光学部材４１が図８（ａ）に示す標準状態にあり、凹状屈折面４１ｂは光軸ＡＸを通るＹ軸に関して対称な円筒面により形成されている。
したがって、第１旋光光学部材４１の入射面である平面４１ａ上のｘ方向に沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量分布Ｓ（ｘ）は、第１旋光光学部材４１の凹状屈折面４１ｂの円筒面形状を規定する係数をａとし、入射直線偏光の偏光方向を一回転させるのに必要な水晶の厚さをｔとするとき、次の式（５）により表わされる。
Ｓ（ｘ）＝ａｘ2／ｔ （５）
一方、図８（ａ）に示す標準状態から第１旋光光学部材４１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させたとき、平面４１ａ上の座標ｘに沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量分布Ｓ（ｘ）は、次の式（６）により表わされる。式（５）および（６）を参照すると、旋光量分布Ｓ（ｘ）は、光軸ＡＸ（ｘ＝０）において０であり、光軸ＡＸを挟んで対称的に＋ｘ方向および−ｘ方向に沿って二次変化する。
Ｓ（ｘ）＝（ａｘ2／ｔ）×cosβ （６）
したがって、第２変形例においても、図８（ａ）に示す標準状態から第１旋光光学部材４１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材４３を光軸ＡＸ廻りに角度−βだけ回転させると、偏光分布調整部材９Ｂによるｙ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｙ）は一定に維持されつつ、偏光分布調整部材９Ｂによるｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）だけが第１旋光光学部材４１の回転角度＋β（ひいては第２旋光光学部材４３の回転角度−β）に応じて変化する。
このとき、式（６）を参照して明らかなように、第１旋光光学部材４１および第２旋光光学部材４３の回転角度の大きさ｜β｜が０度から増大するにしたがって、偏光分布調整部材９Ｂによる旋光量分布Ｓ（ｘ）の変化率は単調に減少する。ただし、第１旋光光学部材４１および第２旋光光学部材４３の回転角度の大きさ｜β｜が９０度に達すると、第１旋光光学部材４１の光軸方向の厚さと第２旋光光学部材４３の光軸方向の厚さとの和がｘ方向に沿って一定になり、任意の直線偏光状態の入射光は、偏光分布調整部材９Ｂによる旋光作用を受けることなく、偏光方向を維持したまま通過する。
こうして、第２変形例においても、制御部１５は、偏光状態測定部１４の測定結果に基づいて、偏光分布調整部材９Ｂを構成する第１旋光光学部材４１を光軸ＡＸ廻りに所要角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材４３を光軸ＡＸ廻りに所要角度−βだけ回転させる。その結果、偏光分布調整部材９ＢのＸ方向に沿った二次変化の旋光作用により、照明瞳面のＹ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態に変化を実質的に及ぼすことなく、Ｘ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態を所望のＸ方向直線偏光状態に補正（調整）することができる。なお、上述の第２変形例において、第１旋光光学部材４１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材４３はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
図９は、第３変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。第３変形例の偏光分布調整部材９Ｃにおいて、第１旋光光学部材５１は、たとえば水晶により形成され、光源側に平面５１ａを向け且つマスク側に高次非円筒面形状の屈折面５１ｂを向けている。図９（ａ）に示す標準状態において、第１旋光光学部材５１の屈折面５１ｂは、第１旋光光学部材５１の光軸方向の厚さがＸ方向に沿ってのみ変化するような高次非円筒面として形成されている。第１補正光学部材５２は、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に高次非円筒面形状の屈折面（屈折面５１ｂと相補的に形成された面）５２ａを向け、且つマスク側に平面５２ｂを向けている。
第２旋光光学部材５３は、第１旋光光学部材５１と同様に、たとえば水晶により形成され、光源側に平面５３ａを向け且つマスク側に高次非円筒面形状の屈折面５３ｂを向けている。第２補正光学部材５４は、第１補正光学部材５２と同様に、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に高次非円筒面形状の屈折面（屈折面５３ｂと相補的な面）５４ａを向け、且つマスク側に平面５４ｂを向けている。第１旋光光学部材５１と第１補正光学部材５２とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成され、第２旋光光学部材５３と第２補正光学部材５４とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成されている。
以下、説明を単純化するために、第１旋光光学部材５１と第２旋光光学部材５３とは同じ構成を有し、第１補正光学部材５２と第２補正光学部材５４とは同じ構成を有し、図９（ａ）に示す標準状態において第１旋光光学部材５１と第２旋光光学部材５３とは同じ姿勢で位置決めされているものとする。図９（ｂ）を参照すると、第１旋光光学部材５１が図９（ａ）に示す標準状態にあり、屈折面５１ｂはＸ方向に沿った一次曲面としての高次非円筒面により形成されている。
したがって、第１旋光光学部材５１の入射面である平面５１ａ上のｘ方向に沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量分布Ｓ（ｘ）は、第１旋光光学部材５１の屈折面５１ｂの高次非円筒面形状を規定する係数をａ0〜ａnとし、入射直線偏光の偏光方向を一回転させるのに必要な水晶の厚さをｔとするとき、次の式（７）により表わされる。
Ｓ（ｘ）＝（ａnｘn＋ａn-1ｘn-1＋・・・＋ａ1ｘ＋ａ0）／ｔ （７）
一方、図９（ａ）に示す標準状態から第１旋光光学部材５１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させたとき、平面５１ａ上の座標ｘに沿った各点に入射した直線偏光に付与される旋光量分布Ｓ（ｘ）は、次の式（８）により表わされる。式（７）および（８）を参照すると、旋光量分布Ｓ（ｘ）は、光軸ＡＸ（ｘ＝０）において０であり、ｘ方向に沿って高次変化する。
Ｓ（ｘ）＝｛（ａnｘn＋ａn-1ｘn-1＋・・・＋ａ1ｘ＋ａ0）／ｔ｝×cosβ （８）
したがって、第３変形例においても、図９（ａ）に示す標準状態から第１旋光光学部材５１を光軸ＡＸ廻りに角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材５３を光軸ＡＸ廻りに角度−βだけ回転させると、偏光分布調整部材９Ｃによるｙ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｙ）は一定に維持されつつ、偏光分布調整部材９Ｃによるｘ方向に沿った旋光量分布Ｓ（ｘ）だけが第１旋光光学部材５１の回転角度＋β（ひいては第２旋光光学部材４３の回転角度−β）に応じて変化する。
このとき、式（８）を参照して明らかなように、第１旋光光学部材５１および第２旋光光学部材５３の回転角度の大きさ｜β｜が０度から増大するにしたがって、偏光分布調整部材９Ｃによる旋光量分布Ｓ（ｘ）の変化率は単調に減少する。ただし、第１旋光光学部材５１および第２旋光光学部材５３の回転角度の大きさ｜β｜が９０度に達すると、第１旋光光学部材５１の光軸方向の厚さと第２旋光光学部材５３の光軸方向の厚さとの和がｘ方向に沿って一定になり、任意の直線偏光状態の入射光は、偏光分布調整部材９Ｃによる旋光作用を受けることなく、偏光方向を維持したまま通過する。
こうして、第３変形例においても、制御部１５は、偏光状態測定部１４の測定結果に基づいて、偏光分布調整部材９Ｃを構成する第１旋光光学部材５１を光軸ＡＸ廻りに所要角度＋βだけ回転させ且つ第２旋光光学部材５３を光軸ＡＸ廻りに所要角度−βだけ回転させる。その結果、偏光分布調整部材９ＣのＸ方向に沿った高次変化の旋光作用により、照明瞳面のＹ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態に変化を実質的に及ぼすことなく、Ｘ方向に沿って中心から周辺に及ぶ領域における直線偏光状態を所望のＸ方向直線偏光状態に補正（調整）することができる。なお、上述の第３変形例において、第１旋光光学部材５１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材５３はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
なお、上述の説明では、偏光分布調整部材が旋光光学部材と補正光学部材との組を２組備えているが、旋光光学部材と補正光学部材との組を１組だけ備えた偏光分布調整部材を用いて、照明瞳面における偏光分布を二次元的に調整することもできる。また、上述の説明では、第１組の旋光光学部材および補正光学部材と、第２組の旋光光学部材および補正光学部材とが同じ構成を有するが、第１組と第２組とで異なる構成も可能である。
また、上述の説明では、第１組の旋光光学部材および補正光学部材と第２組の旋光光学部材および補正光学部材とを逆向きに同じ角度だけ回転させているが、第１組と第２組とをそれぞれ回転させて、照明瞳面における偏光分布を二次元的に調整することもできる。なお、旋光光学部材と補正光学部材との間隔が比較的大きいと、この間隔に起因して面内の光線分布密度が変化して光量ムラ（照度ムラ）が発生し易くなるので、旋光光学部材と補正光学部材との間隔をできるだけ小さく設定することが好ましい。
また、上述の説明では、軸上光線の光の偏光状態が変化しない旋光量分布が得られるように旋光光学部材の面形状を設定しているが、これは照明瞳面の中心領域（光軸領域）よりも周辺領域において偏光状態が所望の状態から外れ易いからである。しかしながら、これに限定されることなく、旋光光学部材の面形状（ひいては旋光量分布）については様々な変形例が可能である。
また、上述の説明では、補正光学部材を用いて旋光光学部材の偏角作用による光線の曲がりを補正しているが、偏光分布調整部材中への補正光学部材の配置を省略することもできる。また、上述の説明では、旋光光学部材を水晶により形成しているが、水晶に限定されることなく、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて旋光光学部材を形成することもできる。また、構造複屈折によって入射光に旋光作用を与えても良い。
ところで、上述の第１変形例では、旋光光学部材および補正光学部材のＶ字状の屈折面の稜線部分（山頂部分または谷底部分）を高精度に加工することが困難な場合がある。この場合、稜線部分の加工誤差に起因して光量ムラが発生し易いので、たとえば照明瞳面と光学的に共役な面から稜線部分をある程度デフォーカスさせて、加工誤差の影響を低減することが好ましい。
また、上述の第３変形例では、旋光光学部材および補正光学部材の高次非円筒面形状の屈折面を、微分可能な連続関数により規定することが望ましい。この構成を満足しない場合、部品加工時の公差に応じて発生する加工誤差の影響により、たとえば非連続的な光量ムラが発生し易くなる。
また、上述の説明では、旋光光学部材を光軸廻りに回転させているが、旋光光学部材を光軸と直交する方向（一般には光軸と交差する方向）に移動させて、照明瞳面における偏光分布を調整することもできる。この場合、上述の実施形態および第１変形例では光軸領域も含めて照明瞳面の全体に亘って偏光分布のオフセット成分（０次成分）を調整することができ、第２変形例では偏光分布の傾斜成分（一次成分）を調整することができ、第３変形例では偏光分布の（ｎ−１）次成分を調整することができる。なお、旋光光学部材を光軸と直交する方向に移動させた状態で、光軸と平行な軸線廻りに旋光光学部材を回転させて、さらに多様な形態にしたがって偏光分布を調整することもできる。
図１０は、第４変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。図１０に示す第４変形例の偏光分布調整部材９Ｄは、図６に示した第１変形例にかかる偏光分布調整部材９Ａと類似した構成を有するため、図１０では図６に示した部材と同様の機能を有する部材には同じ符号を付してある。図１０の第４変形例において、図６に示した第１変形例と異なる構成は、第２旋光光学部材３５と第２補正光学部材３６である。
図１０に示す偏光分布調整部材９Ｄにおいて、第２旋光光学部材３５は、たとえば水晶により形成され、光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面３５ａを向け且つマスク側に平面３５ｂを向けている。図１０に示す標準状態において、第２旋光光学部材３５の凸状屈折面３５ａは、第２旋光光学部材３５の光軸方向の厚さがＸ方向に沿ってのみ変化するように、光軸ＡＸを通るＹ軸に関して対称な２つの傾斜面から構成されている。第２補正光学部材３６は、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に平面３６ａを向け、且つマスク側に凹状で且つＶ字状の屈折面（凸状屈折面３５ａと相補的に形成された面）３６ｂを向けている。
そして、第２旋光光学部材３５と第２補正光学部材３６とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成されている。この第４変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｄでは、図１０に示す標準状態において、第１旋光光学部材３１の光軸方向の厚さと第２旋光光学部材３５の光軸方向の厚さとの和がｘ方向およびｙ方向に沿って一定となり、且つこの厚さの和が偏光方向の回転角θ＝１８０×ｎ（ｎは整数）となるように設定されているため、任意の直線偏光状態の入射光は、偏光分布調整部材９Ｄによる旋光作用を受けることなく、偏光方向を維持したまま通過する。
そして、第１旋光光学部材３１と第２旋光光学部材３５との相対的な回転角を上述の実施形態並びに変形例と同様に変更することによって、ウェハＷへの照明光の偏光状態を所望の偏光状態に調整することができる。なお、上述の第４変形例において、第１旋光光学部材３１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材３５はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
図１１は、第５変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。図１１に示す第５変形例の偏光分布調整部材９Ｅは、図８に示した第２変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｂと類似した構成を有するため、図１１では図８に示した部材と同様の機能を有する部材には同じ符号を付してある。図１１の第５変形例において、図８に示した第２変形例と異なる構成は、第２旋光光学部材４５と第２補正光学部材４６である。
図１１に示す偏光分布調整部材９Ｅにおいて、第２旋光光学部材４５は、たとえば水晶により形成され、光源側に凸状で且つ円筒面状の屈折面４５ａを向け且つマスク側に平面４５ｂを向けている。図１１に示す標準状態において、第２旋光光学部材４５の凸状屈折面４５ａは、第２旋光光学部材４５の光軸方向の厚さがＸ方向に沿ってのみ変化するように、光軸ＡＸを通るＹ軸に関して対称な円筒面（厳密には放物面）として形成されている。第２補正光学部材４６は、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に平面４６ａを向け、且つマスク側に凹状で且つ円筒面状の屈折面（凸状屈折面４５ａと相補的に形成された面）４６ｂを向けている。
そして、第２旋光光学部材４５と第２補正光学部材４６とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成されている。この第５変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｅでは、図１１に示す標準状態において、第１旋光光学部材４１の光軸方向の厚さと第２旋光光学部材４５の光軸方向の厚さとの和がｘ方向およびｙ方向に沿って一定となり、且つこの厚さの和が偏光方向の回転角θ＝１８０×ｎ（ｎは整数）となるように設定されているため、任意の直線偏光状態の入射光は、偏光分布調整部材９Ｅによる旋光作用を受けることなく、偏光方向を維持したまま通過する。
そして、第１旋光光学部材４１と第２旋光光学部材４５との相対的な回転角を上述の実施形態並びに変形例と同様に変更することによって、ウェハＷへの照明光の偏光状態を所望の偏光状態に調整することができる。なお、上述の第５変形例において、第１旋光光学部材４１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材４５はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
図１２は、第６変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。図１２に示す第６変形例の偏光分布調整部材９Ｆは、図９に示した第３変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｃと類似した構成を有するため、図１２では図９に示した部材と同様の機能を有する部材には同じ符号を付してある。図１２の第６変形例において、図９に示した第３変形例と異なる構成は、第２旋光光学部材５５と第２補正光学部材５６である。
図１２に示す偏光分布調整部材９Ｆにおいて、第２旋光光学部材５５は、たとえば水晶により形成され、光源側に高次非円筒面形状の屈折面５５ａを向け且つマスク側に平面５５ｂを向けている。図１２に示す標準状態において、第２旋光光学部材５５の屈折面５５ａは、第１旋光光学部材５５の光軸方向の厚さがＸ方向に沿ってのみ変化するような高次非円筒面として形成されている。第２補正光学部材５６は、たとえば石英（または蛍石など）により形成され、光源側に平面５６ａを向け且つマスク側に高次非円筒面形状の屈折面（屈折面５５ａと相補的に形成された面）５６ｂを向けている。
そして、第２旋光光学部材５５と第２補正光学部材５６とは光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成されている。この第５変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｆは、図１２に示す標準状態において、第１旋光光学部材５１の光軸方向の厚さと第２旋光光学部材５５の光軸方向の厚さとの和がｘ方向およびｙ方向に沿って一定となり、且つこの厚さの和が偏光方向の回転角θ＝１８０×ｎ（ｎは整数）となるように設定されているため、任意の直線偏光状態の入射光は、偏光分布調整部材９Ｆによる旋光作用を受けることなく、偏光方向を維持したまま通過する。
そして、第１旋光光学部材５１と第２旋光光学部材５５との相対的な回転角を上述の実施形態並びに変形例と同様に変更することによって、ウェハＷへの照明光の偏光状態を所望の偏光状態に調整することができる。なお、上述の第６変形例において、第１旋光光学部材５１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材５５はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
また、上述の説明では、１組の偏光分布調整部材を用いているが、２組以上の偏光分布調整部材を用いることもできる。以下、図１３を参照して説明する。図１３（ａ）は第７変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。第７変形例にかかる偏光分布調整部材は、上述の実施形態にかかる偏光分布調整部材９と、第５変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｅとを組み合わせたものである。なお、この構成において、第５変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｅに代えて、第１乃至第４変形例および第６変形例にかかる偏光分布調整部材９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ、９Ｆを適用することもできる。なお、第７変形例において、第１旋光光学部材２１または４１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材２３または４５はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
図１３（ｂ）は第８変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。第８変形例にかかる偏光分布調整部材は、第７変形例にかかる偏光分布調整部材９中の第２旋光光学部材２３と偏光分布調整部材９Ｅ中の第１旋光光学部材４１とを一体化した旋光光学部材７１を備えている。ここで、この旋光光学部材７１、第２補正光学部材２４、および第１補正光学部材４２は、光軸ＡＸを中心として回転可能に構成されている。なお、第８変形例において、第１旋光光学部材２１または旋光光学部材７１はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材４５または旋光光学部材７１はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
また、上述の説明では、光軸ＡＸに関して１回回転対称または２回回転対称な厚み分布を持つ旋光光学部材を用いたが、これに限定されることなく、３回回転対称以上（但し、回転軸に関して無限回回転対称を除く）の回転対称性を有する厚み分布を持つ旋光光学部材を用いてもよい。図１４は、第９変形例に係る偏光分布調整部材中の旋光光学部材の厚み分布を概略的に示した図であり、図１４（ａ）は等高線図、図１４（ｂ）は鳥瞰図を示している。図１４に示す第９変形例では、回転軸（光軸ＡＸ）に関し３回回転対称な厚み分布を有する旋光光学部材を適用しており、これにより、３θ偏光状態分布があったとしてもこれを良好に補正できる。なお、不図示ではあるが、この第９変形例の旋光光学部材には、この厚み分布と相補的な厚み分布を有する補正光学部材が組み合わされる。
図１５は第１０変形例にかかる偏光分布調整部材の構成を概略的に示す図である。第１０変形例にかかる偏光分布調整部材９Ｇ＋９Ｈ（２１０、２２０、２３０、２４０）は、上述の実施形態にかかる偏光分布調整部材９（２１、２２、２３、２４）の光軸近傍（回転軸近傍）に開口部を設けたものである。このような構成によって、光軸近傍の開口部２１０ａを通過する光と、周辺を通過する光とに対して異なる偏光状態の変化を与えることができる。なお、第１０変形例において、第１旋光光学部材２１０はたとえば第１偏光部材とみなすことができ、第２旋光光学部材２３０はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
また、上述の説明では、偏光分布調整部材中の旋光光学部材（偏光部材）を１つの光学部材で形成したが、これを複数の旋光光学素子の集合体で構成しても良い。図１６は第１１変形例にかかる偏光分布調整部材４７、４８の構成を概略的に示す図である。図１６（ａ）は偏光分布調整部材４７のＸＹ平面図であり、図１６（ｂ）は偏光分布調整部材４７のＸＺ断面図である。また、図１６（ｃ）は偏光分布調整部材４８のＸＹ平面図であり、図１６（ｄ）は偏光分布調整部材４８のＸＺ断面図である。
図１６（ａ）および（ｂ）において、偏光分布調整部材４７は、光軸ＡＸを横切る方向に長手方向を有し且つ平行平面板の形状を有する複数の旋光光学素子４７Ａ〜４７Ｅと、これら複数の旋光光学素子４７Ａ〜４７Ｅを長手方向と直交する短手方向に沿って積み重ねるように保持し且つ回転軸（本変形例では光軸ＡＸ）を中心として回転可能な保持部材４７Ｆとを備えている。
偏光分布調整部材４７全体は、図１１に示した第５変形例の偏光分布調整部材４１の旋光量分布を近似した回転非対称（本変形例では２回回転対称）な旋光量分布を備えている。図１６（ｂ）の断面図に示す通り、この旋光量分布を得るために、光軸ＡＸ（本変形例では回転軸）近傍に位置決めされる旋光光学素子４７Ａは第１の厚さを備え、この旋光光学素子４７Ａの両隣に位置決めされる旋光光学素子４７Ｂ、４７Ｄは、当該第１の厚さよりも厚い第２の厚さを備え、旋光光学素子４７Ｂ、４７Ｄの外側に位置決めされる旋光光学素子４７Ｃ、４７Ｅは、旋光光学素子４７Ｂ、４７Ｄの第２の厚さよりも厚い第３の厚さを備えている。
また、偏光分布調整部材４８は、図１６（ｃ）および（ｄ）に示す通り、光軸ＡＸを横切る方向に長手方向を有し且つ平行平面板の形状を有する複数の旋光光学素子４８Ａ〜４８Ｅと、これら複数の旋光光学素子４８Ａ〜４８Ｅを長手方向と直交する短手方向に沿って積み重ねるように保持し且つ回転軸（本変形例では光軸ＡＸ）を中心として回転可能な保持部材４８Ｆとを備えている。
この偏光分布調整部材４８全体は、図１１に示した第５変形例の偏光分布調整部材４５の旋光量分布を近似した回転非対称（本変形例では２回回転対称）な旋光量分布を備えている。図１６（ｄ）の断面図に示す通り、この旋光量分布を得るために、光軸ＡＸ（本変形例では回転軸）近傍に位置決めされる旋光光学素子４８Ａは第４の厚さを備え、この旋光光学素子４８Ａの両隣に位置決めされる旋光光学素子４８Ｂ、４８Ｄは、当該第４の厚さよりも薄い第５の厚さを備え、旋光光学素子４８Ｂ、４８Ｄの外側に位置決めされる旋光光学素子４８Ｃ、４８Ｅは、旋光光学素子４８Ｂ、４８Ｄの第５の厚さよりも薄い第６の厚さを備えている。すなわち、偏光分布調整部材４８全体の旋光量分布は、偏光分布調整部材４７と相補的な旋光量分布となっている。
ここで、旋光光学素子４７Ａの第１の厚さと旋光光学素子４８Ａの第４の厚さとの和と、旋光光学素子４７Ｂ、４７Ｄの第２の厚さと旋光光学素子４８Ｂ、４８Ｄの第５の厚さとの和と、旋光光学素子４７Ｃ、４７Ｅの第３の厚さと旋光光学素子４８Ｃ、４８Ｅの第６の厚さとの和とは、互いに同じとなっている。
この構成により、第１１変形例では、第５変形例に示した偏光分布調整部材と同等の機能を達成している。なお、図１６に示した第１１変形例では、５つの位相素子（旋光光学素子）で構成されているが、位相素子の数は５つには限定されない。たとえば、位相光学素子の数を増やすことにより、全体として図９の第３変形例や図１２の第６変形例にかかる偏光分布調整部材の旋光量分布を近似した旋光量分布を持つ偏光分布調整部材を得ることができる。なお、第１１変形例において、複数の旋光光学素子４７Ａ〜４７Ｅの集合体は第１偏光部材とみなすことができ、複数の旋光光学素子４８Ａ〜４８Ｅの集合体はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
また、上述の第１１変形例では、平行平面板形状の複数の旋光光学素子を用いたが、複数の旋光光学素子としては、平行平面板状には限定されない。図１７（ａ）、（ｂ）は、第１２変形例にかかる偏光分布調整部材４７０、４８０の構成を概略的に示す断面図である。第１２変形例の偏光分布調整部材４７０は、第１１変形例の偏光分布調整部材４７とほぼ同様の旋光量分布を有し、平行平面板状の旋光光学素子４７Ｂ〜４７Ｅに代えて、クサビ状の複数の旋光光学素子４７０Ｂ〜４７０Ｅを備えている。また、偏光分布調整部材４８０は、第１１変形例の偏光分布調整部材４８とほぼ同様の旋光量分布を有し、平行平面板状の旋光光学素子４８Ｂ〜４８Ｅに代えて、クサビ状の複数の旋光光学素子４８０Ｂ〜４８０Ｅを備えている。
このように平行平面板状に代えてクサビ状の旋光光学素子４７０Ｂ〜４７０Ｅ、４８０Ｂ〜４８０Ｅを用いることにより、旋光量分布の近似精度を向上させることができる。なお、これら複数の旋光光学素子４７０Ａ〜４７０Ｅ、４８０Ａ〜４８０Ｅの入射面４７０Ａａ〜４７０Ｅａ、４８０Ａａ〜４８０Ｅａを平面状から凹円筒面または凸円筒面などの曲面状にしてもよい。なお、第１２変形例において、複数の旋光光学素子４７０Ａ〜４７０Ｅの集合体は第１偏光部材とみなすことができ、複数の旋光光学素子４８０Ａ〜４８０Ｅの集合体はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
また、図１７（ｃ）、（ｄ）の第１３変形例のように、クサビ状や曲面状などの非平行平面板状の旋光光学素子を用いる場合には、当該非平行平面板状の旋光光学素子と相補的な面を持つ補正光学素子を旋光光学素子と組み合わせることが好ましい。
図１７（ｃ）は、図１７（ａ）に示した第１２変形例の偏光分布調整部材４７０の複数の旋光光学素子４７０Ａ〜４７０Ｅに、補正光学素子４７１Ａ〜４７１Ｅを組み合わせた第１３変形例にかかる偏光分布調整部材４７１を示す。図１７（ｃ）に示す通り、旋光光学素子４７０Ａ〜４７０Ｅの各々と補正光学素子４７１Ａ〜４７１Ｅの各々とは全体として平行平面板状の形態を有するように保持部材４７Ｆ内に収納されている。
また、図１７（ｄ）は、図１７（ｂ）に示した第１２変形例の偏光分布調整部材４８０の複数の旋光光学素子４８０Ａ〜４８０Ｅに、補正光学素子４８１Ａ〜４８１Ｅを組み合わせた第１３変形例にかかる偏光分布調整部材４８１を示す。図１７（ｄ）に示す通り、旋光光学素子４８０Ａ〜４８０Ｅの各々と補正光学素子４８１Ａ〜４８１Ｅの各々とは全体として平行平面板状の形態を有するように保持部材４８Ｆ内に収納されている。
このように、第１３変形例では、各々の旋光光学素子と各々の補正光学素子との組が全体として平行平面板状の形態を有しているため、偏光分布調整部材４７１、４８１を通過する光の進行方向を維持することができる。なお、第１３変形例において、複数の旋光光学素子４７０Ａ〜４７０Ｅの集合体は第１偏光部材とみなすことができ、複数の旋光光学素子４８０Ａ〜４８０Ｅの集合体はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
また、上述した第１２変形例並びに第１３変形例では、複数の旋光光学素子（および補正光学素子）を保持部材によって保持したが、この構成に限定されることなく、１枚の光透過性の基板上に複数の旋光光学素子を配列することもできる。図１８は、第１４変形例にかかる偏光分布調整部材２５、２６の構成を概略的に示す図である。
図１８（ａ）、（ｂ）は、第１４変形例にかかる偏光分布調整部材２５の構成を概略的に示す図であり、図１８（ｃ）、（ｄ）は第１４変形例にかかる偏光分布調整部材２６の構成を概略的に示す図である。ここで、図１８（ａ）は偏光分布調整部材２５の平面図、図１８（ｂ）は偏光分布調整部材２５の断面図であり、図１８（ｃ）は偏光分布調整部材２６の平面図、図１８（ｄ）は偏光分布調整部材２６の断面図である。
図１８（ａ）、（ｂ）において、偏光分布調整部材２５は、光軸ＡＸを横切る方向に長手方向を有し且つ平行平面板の形状を有する複数の旋光光学素子２５Ａ〜２５Ｅと、これら複数の旋光光学素子２５Ａ〜２５Ｅを長手方向と直交する短手方向に沿って積み重ねるように保持し且つ回転軸（本変形例では光軸ＡＸ）を中心として回転可能な保持基板２５Ｆとを備えている。ここで、保持基板２５Ｆはたとえば石英などの光透過性の非晶質光学材料から形成され、複数の旋光光学素子２５Ａ〜２５Ｅは、この保持基板２５Ｆ上にオプティカル・コンタクトなどの手法により固定されている。なお、偏光分布調整部材２５全体は、図１６に示した第１１変形例の偏光分布調整部材４７の旋光量分布と同等の回転非対称（本変形例では２回回転対称）な旋光量分布を備えている。
偏光分布調整部材２６は、図１８（ｃ）および（ｄ）に示す通り、光軸ＡＸを横切る方向に長手方向を有し且つ平行平面板の形状を有する複数の旋光光学素子２６Ａ〜２６Ｅと、これら複数の旋光光学素子２６Ａ〜２６Ｅを長手方向と直交する短手方向に沿って積み重ねるように保持し且つ回転軸（本変形例では光軸ＡＸ）を中心として回転可能な保持部材２６Ｆとを備えている。ここで、保持基板２６Ｆもたとえば石英などの光透過性の非晶質光学材料から形成され、複数の旋光光学素子２６Ａ〜２６Ｅは、この保持基板２６Ｆ上にオプティカル・コンタクトなどの手法により固定されている。
そして、第１４変形例では、偏光分布調整部材の光軸ＡＸ方向における厚みをほぼ一定にするために、補正光学部材２５１Ａ、２５１Ｂ、２５１Ｄがそれぞれ旋光光学素子２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｄ上に設けられ、且つ補正光学部材２６１Ｂ〜２６１Ｅがそれぞれ旋光光学素子２６Ｂ〜２６Ｅ上に設けられている。なお、この偏光分布調整部材２６全体は、図１６に示した第１１変形例の偏光分布調整部材４８の旋光量分布と同等の回転非対称（本変形例では２回回転対称）な旋光量分布を備えている。
図１８に示した第１４変形例において、光軸ＡＸを横切る１方向に沿って集積された複数の旋光光学素子２５Ａ〜２５Ｅ、２６Ａ〜２６Ｅの構成は、第１１変形例に示した複数の旋光光学素子４７Ａ〜４７Ｅ、４８Ａ〜４８Ｅの構成とそれぞれほぼ同じ構成であるため、ここでは説明を省略する。そして、第１４変形例では、第１１変形例に示した偏光分布調整部材と同等の機能を達成している。
なお、図１８に示した第１４変形例では、５つの位相素子（旋光光学素子）で構成されているが、位相素子の数は５つには限定されない。たとえば、位相光学素子の数を増やすことにより、全体として図９の第３変形例や図１２の第６変形例にかかる偏光分布調整部材の旋光量分布を近似した旋光量分布を持つ偏光分布調整部材を得ることができる。
また、図１８に示した第１４変形例において、複数の旋光光学素子（位相素子）は平行平面板状の形状には限定されず、第１２、第１３変形例のようにクサビ状であっても良いし、曲面をもつ形状であってもよい。なお、第１４変形例において、複数の旋光光学素子２５Ａ〜２５Ｅの集合体は第１偏光部材とみなすことができ、複数の旋光光学素子２６Ａ〜２６Ｅの集合体はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
なお、第１４変形例では、１つの光透過性基板２５Ｆ、２６Ｆ上に複数の旋光光学素子（偏光光学素子）２５Ａ〜２５Ｅ、２６Ａ〜２６Ｅを集積したが、複数の旋光光学素子（偏光光学素子）を、２つの光透過性基板で挟むように保持してもよい。図１９は、第１５変形例にかかる偏光分布調整部材２７、２８の構成を概略的に示す図であって、図１９（ａ）、（ｂ）は第１５変形例にかかる偏光分布調整部材２７の構成を概略的に示す図であり、図１９（ｃ）、（ｄ）は第１５変形例にかかる偏光分布調整部材２８の構成を概略的に示す図である。ここで、図１９（ａ）は偏光分布調整部材２７の平面図、図１９（ｂ）は偏光分布調整部材２７の断面図であり、図１９（ｃ）は偏光分布調整部材２８の平面図、図１９（ｄ）は偏光分布調整部材２８の断面図である。
なお、第１５変形例において、光軸ＡＸを横切る１方向に沿って集積された複数の旋光光学素子２７Ａ〜２７Ｅ、２８Ａ〜２８Ｅの構成は、第１４変形例に示した複数の旋光光学素子２５Ａ〜２５Ｅ、２６Ａ〜２６Ｅの構成とそれぞれ同じ構成であるため、ここでは説明を省略する。
第１５変形例において第１４変形例と異なる構成は、光軸ＡＸ方向に沿って並んで配置された２つの光透過性基板２７Ｆ、２７Ｇにより複数の旋光光学素子２７Ａ〜２７Ｅが挟まれるように保持される点と、光軸ＡＸ方向に沿って並んで配置された２つの光透過性基板２８Ｆ、２８Ｇにより複数の旋光光学素子２８Ａ〜２８Ｅが挟まれるように保持される点とである。そして、第１５変形例の光透過性基板２７Ｇ、２８Ｇには、複数の旋光光学素子２７Ａ〜２７Ｅ、２８Ａ〜２８Ｅの境界部で発生する恐れのある不要光を防止するために、これら複数の旋光光学素子２７Ａ〜２７Ｅ、２８Ａ〜２８Ｅと重なるように遮光部２７Ｇ１〜２７Ｇ４、２８Ｇ１〜２８Ｇ４が形成されている。これにより、複数の旋光光学素子（偏光光学素子）の境界部からの不要光を防止して均一な照明を達成できる。
なお、第１５変形例においても、上述の第１４変形例と同様に各旋光光学素子に補正光学素子を設けてもよいし、各旋光光学素子の形状をクサビ状にしてもよい。なお、第１５変形例において、複数の旋光光学素子２７Ａ〜２７Ｅの集合体は第１偏光部材とみなすことができ、複数の旋光光学素子２８Ａ〜２８Ｅの集合体はたとえば第２偏光部材とみなすことができる。
上述の第１１〜第１５変形例では、複数の旋光光学素子（位相素子、偏光光学素子）を、光軸を横切る面内で１方向に集積したが、複数の旋光光学素子を集積する方向は１方向には限定されず、たとえば２次元マトリックス状であってもよい。
図２０は、光軸を横切る面内で２次元マトリックス状（アレイ状）に配列した複数の旋光光学素子（位相素子、偏光光学素子）を備える、第１６変形例にかかる偏光分布調整部材２９の構成を概略的に示した図であって、図２０（ａ）は平面図（ＸＹ平面図）、図２０（ｂ）はＡ−Ａ矢視図（ＸＺ断面図）、図２０（ｃ）はＢ−Ｂ矢視図（ＹＺ断面図）である。
図２０（ａ）〜（ｃ）において、偏光分布調整部材２９は、光軸ＡＸを横切るＸＹ平面内に配置された複数の旋光光学素子２９Ａ１〜２９Ｅ５と、これら複数の旋光光学素子２９Ａ１〜２９Ｅ５をＸＹ平面内で２次元アレイ状に集積するように保持し且つ回転軸（本変形例では光軸ＡＸ）を中心として回転可能な保持部材２９Ｆとを備えている。
ここで、図２０（ｂ）のＡ−Ａ矢視図および図２０（ｃ）のＢ−Ｂ矢視図から明らかな通り、光軸近傍を通過し且つ図中Ｙ方向に沿った第１軸線に沿って配列される複数の旋光光学素子２９Ａ１〜２９Ａ５は光軸方向に沿った第１の厚さを備え、当該第１軸線に隣接し且つ平行な第２軸線に沿って配列される複数の旋光光学素子２９Ｂ１〜Ｂ５は第１の厚さよりも厚い第２の厚さを備え、第１軸線を挟んで第２軸線とは反対側に位置し第１軸線と平行な第３軸線に沿って配列される複数の旋光光学素子２９Ｄ１〜Ｄ５は第２の厚さを備えている。そして、第２軸線の外側に位置し且つ第１軸線と平行に延びた第４軸線に沿って配列される複数の旋光光学素子２９Ｃ１〜２９Ｃ５と、第３軸線の外側に位置し且つ第１軸線と平行に延びた第５軸線に沿って配列される複数の旋光光学素子２９Ｅ１〜２９Ｅ５とは、第２の厚さよりも厚い第３の厚さを備えている。
この偏光分布調整部材２９全体は、図１６（ａ）、（ｂ）に示した第１１変形例にかかる偏光分布調整部材４７の旋光量分布と同等の旋光量分布を備えている。なお、第１６変形例において、各軸線（第１〜第５軸線）に沿った複数の旋光光学素子の列では、光軸ＡＸ方向の厚みが等しい旋光光学素子を用いたが、各軸線に沿って配列される複数の旋光光学素子の厚みを異ならせ、光軸を横切る面内で２次元的な旋光量分布を達成する構成としても良い。また、第１６変形例では、５×５のマトリックス状に複数の旋光光学素子を配列したが、マトリックスは５×５には限定されない。
また、上述の第１６変形例では、複数の旋光光学素子（位相素子、偏光素子）の各々の形状が矩形であったが、複数の旋光光学素子（位相素子、偏光素子）の形状は矩形には限定されず、たとえば図２１に示す第１７変形例のように六角形状であってもよい。
図２１は第１７変形例にかかる偏光分布調整部材３７の概略的な構成を示す図であって、図２１（ａ）は第１７変形例にかかる偏光分布調整部材３７の平面図であり、図２１（ｂ）は断面図である。この第１７変形例にかかる偏光分布調整部材３７は、図２０に示した第１６変形例の偏光分布調整部材２９とほぼ同様の旋光量分布を有している。
図２１（ａ）、（ｂ）において、図２０に示した第１６変形例と異なる構成は、各旋光光学素子３７Ａ１〜３７Ａ５の外形が六角形状である点と、第１４変形例にかかる偏光分布調整部材２５、２６のように光透過性基板３７Ｆ上に補正光学素子３７１Ａ２〜３７１Ａ５付の旋光光学素子が集積されている点とある。
上述の第１６変形例や第１７変形例にかかる偏光分布調整部材２９、３７では、旋光量分布が光軸ＡＸを横切る所定の一方向のみに変化している分布であったが、たとえば図１４の第９変形例のように、光軸ＡＸを横切る面内で２次元的な分布としてもよい。
また、各旋光光学素子（位相素子、偏光素子）の外形は矩形や六角形状には限定されず、他の多角形状でもよい。ただし、光量損失を最小限にするためには、矩形や六角形状などの最密充填配置が可能な形状が好ましい。また、各々の旋光光学素子の形状は同じ形状には限定されず、たとえば正五角形状と菱形の組合せ、正七角形と五角形との組合せ、正八角形と正方形と組合せなどの最密充填配置が可能な形状の組合せであってもよい。
また、上述の第１１〜第１７変形例のように、複数の旋光光学素子（位相素子、偏光素子）の境界部分において光量ムラが発生し易いので、たとえば照明瞳面と光学的に共役な面や被照射面と光学的に共役な面から偏光分布調整部材をある程度デフォーカスさせて、境界部分の影響を低減することが好ましい。
また、上述の説明では、マイクロフライアイレンズ１０の直前の位置に偏光分布調整部材を配置して、照明瞳面における偏光分布を調整している。しかしながら、これに限定されることなく、アフォーカルレンズ５の瞳６１またはその近傍、結像光学系１３の瞳またはその近傍、マイクロフライアイレンズ１０の直前の位置や直後の位置６２およびその近傍など、照明光学装置（１〜ＰＬ）の瞳位置またはその近傍に偏光分布調整部材を配置して、照明瞳面における偏光分布を調整することもできる。
また、上述の説明では、偏光分布調整部材として、第１偏光部材（第１旋光光学部材２１、３１、４１、５１）と、第２偏光部材（第２旋光光学部材２３、３３、４３、５３）を照明光路において互いに隣接するように配置しているが、これに限定されることなく、照明光学装置中の光学系を介して互いにほぼ共役になるように配置することもできる。たとえば、第１偏光部材をアフォーカルレンズ５の瞳６１またはその近傍に配置し、第２光学部材をマイクロフライアイレンズ１０の直前の位置や直後の位置６２およびその近傍、または結像光学系１３の瞳またはその近傍に配置することもできる。
また、第１組の偏光部材（第１旋光光学部材２１、３１、４１、５１および補正光学部材２２、３２、４２、５２の組など）と、第２組の偏光部材（第２旋光光学部材２３、３３、４３、５３および補正光学部材２４、３４、４４、５４の組など）とを異なる構成とするとき、これらの偏光部材の組同士を照明光路において互いに隣接するように配置しても良いし、これに限定されることなく、照明光学装置中の光学系を介して互いにほぼ共役になるように配置しても良い。
なお、照明瞳面における偏光分布を調整するためには、光束形状変更部材によって断面形状が変更された光束の部分に偏光分布調整部材を配置することが好ましい。このとき、光束断面全体の偏光状態を調整する偏光状態切換部を光束形状変更部材よりも光源側に配置することが好ましい。この構成により、照明瞳面での偏光状態の全体的なオフセット成分を偏光状態切換部で調整でき、照明瞳面内での局所的な偏光状態の分布を偏光分布調整部材で調整することができる。
また、上述の説明では、照明光学装置（１〜ＰＬ）の瞳位置またはその近傍に偏光分布調整部材を配置して、照明瞳面における偏光分布を調整している。しかしながら、これに限定されることなく、照明光学装置（１〜ＰＬ）の被照射面（Ｗ）と光学的に共役な位置またはその近傍の位置に偏光分布調整部材を配置して、被照射面であるウェハＷ上における偏光分布を調整することもできる。この場合、具体的には、マスクＭの直前の位置６５および／または直後の位置６６、マスクブラインド１２の直前の位置６３または直後の位置６４、ウェハＷの直前の位置６７などに、偏光分布調整部材を配置することになる。ここで、偏光分布調整部材は、波面分割型の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と被照射面との間の光路中に配置されることが好ましい。ここで、照明光学装置（１〜ＰＬ）の瞳位置またはその近傍の位置、および照明光学装置（１〜ＰＬ）の被照射面（Ｗ）と光学的に共役な位置またはその近傍の位置の双方に偏光分布調整部材を配置してもよい。また、たとえば照明光学装置（１〜ＰＬ）の瞳位置および被照射面（Ｗ）と光学的に共役な位置とは異なる位置６８に偏光分布調整部材を配置してもよい。
スキャン型（走査型）の露光装置の場合、スキャン平均効果により、被照射面であるウェハＷ上の静止露光領域において走査方向に沿った偏光分布よりも、走査方向と直交する走査直交方向に沿った偏光分布の方が重要である。したがって、上述の実施形態および各変形例の偏光分布調整部材をスキャン型の露光装置に適用する場合、第１組の旋光光学部材および補正光学部材と第２組の旋光光学部材および補正光学部材とを逆向きに同じ角度だけ回転させて、走査直交方向に沿った偏光分布だけを調整すればよい。
また、上述の説明では、光源１から投影光学系ＰＬまでが被照射面であるウェハＷを照明する照明光学装置を構成していると見なしているが、光源１から結像光学系１３までが被照射面であるマスクＭを照明する照明光学装置を構成していると見なすこともできる。この場合、被照射面であるマスクＭ上における偏光分布を調整するための偏光分布調整部材は、照明光学装置（１〜１３）の被照射面（Ｍ）の近傍、被照射面（Ｍ）と光学的に共役な位置またはその近傍の位置に配置されることになる。
また、上述の説明では、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与する旋光部材（旋光光学部材）を回転させているが、一般的に入射位置に応じて変化する位相量を入射光に付与する位相部材を回転させて、照明瞳面または被照射面における光の偏光分布を調整することもできる。この位相部材は、上述の実施形態および各変形例における旋光光学部材のように、円偏光の回転方向に応じて異なる位相差を与える（等振幅等速度の左右円偏光に分解される直線偏光に所要の旋光量分布を与える）旋光部材であってもよい。また、この位相部材は、たとえば波長板のような直線偏光の振動方向に応じて異なる位相差を与える移相部材であってもよい。このような移相部材としては、水晶などの複屈折性の光学材料から形成されていても良いし、構造複屈折を呈する形状であっても良いし、応力複屈折を有する光学部材であっても良い。また、旋光部材と移相部材とを組み合わせても良い。
上述の実施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、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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２２のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図２２のステップ３０１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３０２において、その１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３０３において、上述の実施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３０４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３０５において、その１ロットのウェ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、各ウェ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２３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２３において、パターン形成工程４０１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４０２へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程４０２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４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１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４０２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４０３では、例えば、パターン形成工程４０１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４０２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４０４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。
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装置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装置に対して本発明を適用することもできる。
１ 光源
３ 偏光状態切換部
４ 回折光学素子
５ アフォーカルレンズ
７ 円錐アキシコン系
８ ズームレンズ
９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ 偏光分布調整部材
１０ マイクロフライアイレンズ
１１ コンデンサー光学系
１２ マスクブラインド
１３ 結像光学系
１４ 偏光状態測定部
１５ 制御部
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (12)

  1. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
    前記照明光学装置の瞳面の位置、または該瞳面の近傍の位置において、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する位相量を入射光に付与する位相部材を備えていることを特徴とする照明光学装置。
  2. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
    前記被照射面の近傍の位置、前記被照射面と光学的に共役な位置、または該共役な位置の近傍の位置において、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する位相量を入射光に付与する位相部材を備えていることを特徴とする照明光学装置。
  3. 前記位相部材は、直線偏光の振動方向に応じて異なる位相差を与える移相部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
  4. 前記位相部材は、円偏光の回転方向に応じて異なる位相差を与える旋光部材であることを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
  5. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
    照明瞳面における光の偏光分布を調整するための偏光分布調整部材を備え、
    前記偏光分布調整部材は、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与するための旋光部材を有することを特徴とする照明光学装置。
  6. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
    前記被照射面における光の偏光分布を調整するための偏光分布調整部材を備え、
    前記偏光分布調整部材は、前記照明光学装置の光軸または該光軸にほぼ平行な軸線を中心として回転可能に配置されて、入射位置に応じて変化する旋光量を入射光に付与するための旋光部材を有することを特徴とする照明光学装置。
  7. 前記旋光部材は、前記光軸と交差する方向に移動可能であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
  8. 前記旋光部材は、旋光性の光学材料により形成されて、前記光軸方向の厚さが前記光軸と直交する所定方向に沿って変化する第１旋光光学部材を有することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
  9. 前記第１旋光光学部材は、前記光軸にほぼ垂直な平面状の第１面と、前記光軸に垂直な平面とは実質的に異なる面形状の第２面とを有することを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
  10. 前記旋光部材は、前記第１旋光光学部材の前記第２面と相補的な面形状で且つ前記第２面に近接した第３面と、前記光軸にほぼ垂直な平面状の第４面とを有する第１補正光学部材を備え、
    前記第１旋光光学部材と前記第１補正光学部材とは一体的に保持されていることを特徴とする請求項９に記載の照明光学装置。
  11. 前記旋光部材は、旋光性の光学材料により形成されて、前記光軸にほぼ垂直な平面状の第５面と、前記第１旋光光学部材の前記第２面と相補的な面形状の第６面とを有する第２旋光光学部材を備えていることを特徴とする請求項９または１０に記載の照明光学装置。
  12. 前記旋光部材は、前記第２旋光光学部材の前記第６面と相補的な面形状で且つ前記第６面に近接した第７面と、前記光軸にほぼ垂直な平面状の第８面とを有する第２補正光学部材を備え、
    前記第２旋光光学部材と前記第２補正光学部材とは一体的に保持されていることを特徴とする請求項１１に記載の照明光学装置。
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