JP6311949B2 - 照明光学系、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、デバイス製造方法、および偏光ユニットに関する。

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。

従来、フライアイレンズの直後に配置された波長板付きの開口絞りの作用により、フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に輪帯状または複数極状の二次光源（瞳強度分布）を形成し、この二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第３２４６６１５号公報

様々な形態の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）および偏光状態の変更に関する自由度の向上が望まれている。しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、波長板付きの開口絞りを交換しない限り、瞳強度分布の形状や偏光状態を変化させることができなかった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、偏光状態の変更に関して高い自由度を有する照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、偏光状態の変更に関して高い自由度を有する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に転写することのできる露光装置およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。

第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記照明光学系の光路中において前記所定面と光学的に共役な位置に配置されて、入射光束のうちの一部の第１部分光束と該第１部分光束とは異なる第２部分光束との偏光状態が互いに異なるように射出する偏光ユニットとを備え、
前記偏光ユニットは、前記偏光ユニットから射出される射出光束の断面における前記第１部分光束と前記第２部分光束との断面積の比を変更することを特徴とする照明光学系を提供する。

第２形態では、所定のパターンを照明するための第１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３形態では、第２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。

第４形態では、矩形状の断面を持つ入射光束のうちの一部の光束の偏光状態を変化させて射出する偏光ユニットであって、
前記入射光束の断面に沿った第１面に配置され、前記入射光束のうちの第１部分光束に作用を及ぼすことなく、前記入射光束のうちの第２部分光束の偏光状態を変化させる第１光学素子と、
前記入射光束の断面に沿った第２面に配置され、前記第１光学素子を経た前記第２部分光束のうちの少なくとも一部の第３部分光束の偏光状態、および前記第１光学素子を経ることなく入射する前記第１部分光束のうちの少なくとも一部の第４部分光束の偏光状態を変化させる第２光学素子とを備え、
前記第１光学素子は、前記入射光束の矩形状の断面の一方の辺と斜め交差する第３方向に延びる第１エッジと、前記第３方向とは異なる第４方向に延びる第２エッジとを有することを特徴とする偏光ユニットを提供する。

実施形態の照明光学系の要部構成を概略的に示す図である。 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。 空間光変調器の構成および作用を説明する図である。 空間光変調器の要部の部分斜視図である。 実施形態の偏光ユニットの構成を概略的に示す図である。 図５の偏光ユニットに光束が入射する様子を示す図である。 偏光ユニットの直後における光束の偏光状態を示す図である。 空間光変調器の配列面における部分領域を示す図である。 ８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。 輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。 ８極状で径方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。 制御系の動作の一例を説明するための第１の図である。 制御系の動作の一例を説明するための第２の図である。 ４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。 ８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布に中心極が付加された９極状の瞳強度分布を示す図である。 照明光路に対して挿脱自在な非偏光化素子を偏光ユニットに付設した構成例を示す図である。 ４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布に中心極が付加された５極状の瞳強度分布を示す図である。 台形状の外形を有する一対の旋光部材からなる偏光ユニットを用いて各部分光束の断面積を互いに独立に制御する構成例を示す図である。 図１８の第１変形例を示す図である。 図１８の第２変形例を示す図である。 右回り旋光部材と左回り旋光部材とからなる旋光部材を用いる構成例を示す図である。 空間光変調器の配列面の光学的なフーリエ変換面に位相差付与部材を付設する構成例を示す図である。 一対の波長板により旋光子と等価な光学素子を形成する例を示す図である。 偏光ユニットを構成する一対の旋光部材の具体的な配置例を示す図である。 光軸直交面と平行に配置された一対の旋光部材を空間光変調器の配列面と共役な面と平行に移動させる例を示す図である。 空間光変調器の配列面と共役な面と平行に配置された一対の旋光部材を共役な面と平行に移動させる例を示す図である。 一対の波長板を用いて偏光ユニットを構成する変形例を示す図である。 一対の波長板を用いて偏光ユニットを構成するもう１つの変形例を示す図である。 空間光変調器の光源側の光路中における共役位置に偏光ユニットを配置した変形例を示す図である。 空間光変調器の配列面の光学的なフーリエ変換面に、入射する直線偏光を周方向直線偏光または径方向直線偏光に変換する偏光ユニットを配置した変形例を示す図である。 図３０において入射する直線偏光を周方向直線偏光または径方向直線偏光に変換する偏光ユニットの構成を概略的に示す図である。 空間光変調器の被照射面側の光路中における共役位置と光源側の光路中における共役位置との双方に偏光ユニットを配置した変形例を示す図である。 ３つの偏光回転部材で偏光ユニットを構成した変形例を概略的に示す図である。 ４つの偏光回転部材で偏光ユニットを構成した変形例を概略的に示す図である。 斜め偏光の楕円偏光化を低減する位相変調部材を設けた変形例を概略的に示す図である。 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、実施形態の照明光学系の要部構成を概略的に示す図である。図１において、照明光学系の光軸ＡＸに沿った方向がＺ軸となるようにＸＹＺ座標系を設定している。

図１において、図示なき光源からの光は、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素（不図示）を備える空間光変調器３に達する。空間光変調器３の複数のミラー要素にて反射された光は、リレー光学系４の前側レンズ群４ａを介して、リレー光学系４の瞳面４ｃに入射する。なお、空間光変調器３の構成および機能の詳細な説明は、図３および図４を参照して後述する。図１では、空間光変調器３の配列面（所定面）における有効反射領域が４つの部分領域Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３，Ｒ０４に分けられているものとし、説明を簡単にするために、ここでは部分領域Ｒ０１およびＲ０４からの光についてのみ説明する。

空間光変調器３の部分領域Ｒ０１に位置する複数のミラー要素からの光は、前側レンズ群４ａを経由して瞳面４ｃ上の一対の瞳領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂへ導かれて、瞳領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ内に光強度分布Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを形成する。また、空間光変調器３の部分領域Ｒ０４に位置する複数のミラー要素からの光は、前側レンズ群４ａを経由して瞳面４ｃ上の一対の瞳領域Ｒ４ａ，Ｒ４ｂへ導かれて、瞳領域Ｒ４ａ，Ｒ４ｂ内に光強度分布Ｐ４ａ，Ｐ４ｂを形成する。

瞳面４ｃからの光は、リレー光学系４の後側レンズ群４ｂを経て、リレー光学系４に関して空間光変調器３の配列面と光学的に共役な面内の領域３ｆに到達する。この共役面には、入射する直線偏光の偏光方向を４５度だけ回転させる旋光部材５１と、入射する直線偏光の偏光方向を９０度だけ回転させる旋光部材５２とが配置されている。図１では、領域３ｆが空間光変調器３の部分領域Ｒ０１〜Ｒ０４とそれぞれ光学的に共役な４つの部分領域Ｒ１１〜Ｒ１４に分けられており、旋光部材５１が部分領域Ｒ１２，Ｒ１３に位置し、旋光部材５２が部分領域Ｒ１３，Ｒ１４に位置している。

ここで、瞳面４ｃからの光のうち一対の瞳領域Ｒ４ａ，Ｒ４ｂからの光は、領域３ｆ内の部分領域Ｒ１４に達し、旋光部材５２を経てその偏光方向が９０度だけ回転する。このとき、空間光変調器３からの光の偏光方向がＹ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光としているため、旋光部材５２を通過した一対の瞳領域Ｒ４ａ，Ｒ４ｂからの光の偏光方向はＸ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光となる。そして、Ｘ方向直線偏光となった一対の瞳領域Ｒ４ａ，Ｒ４ｂからの光は、リレー光学系６を経て瞳面４ｃと光学的に共役な瞳面７ａ上の一対の瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂへ導かれて、瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂ内に光強度分布Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを形成する。

また、瞳面４ｃからの光のうち一対の瞳領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂからの光は、領域３ｆ内の部分領域Ｒ１１に達する。この部分領域には旋光部材５１，５２が位置しておらず、空間光変調器３からの光の偏光方向がＹ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光としているため、部分領域Ｒ１１を通過した一対の瞳領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂからの光の偏光方向はＹ方向直線偏光のままである。そして、部分領域Ｒ１１を通過した一対の瞳領域Ｒ１ａ，Ｒ１ｂからの光は、リレー光学系６を経て瞳面７ａ上の一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれて、瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂ内にＹ方向直線偏光の光強度分布Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する。

この瞳面７ａの光強度分布Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ，Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂからの光は、図示なきコンデンサー光学系を介して集光されて被照射面を照明する。ここで、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な面内の領域３ｆ上の旋光部材５１，５２を、この領域３ｆ上で移動させれば、瞳面７ａの光強度分布の偏光状態を任意の偏光状態に変更することができる。以下、この点を、図２を参照して詳述する。

図２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２において、図１に示した実施形態と同様の機能を有する部材には同じ符号を付してあり、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図２の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの転写面内において図２の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図２を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１からの射出される露光光（照明光）は、直線偏光を主成分とする偏光状態となっている。ここで、直線偏光を主成分とする偏光状態とは、この直線偏光の強度が露光光（照明光）の全体強度に対して８０％以上であるとすることができる。光源１から＋Ｚ方向に射出された光は、ビーム送光部２を介して、光路折曲げミラーＭＲ１で反射された後、空間光変調器３に入射する。空間光変調器３を経て＋Ｚ方向に射出された光は、リレー光学系４に入射する。

ビーム送光部２は、光源１からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器３へ導くとともに、空間光変調器３に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。なお、ビーム送光部２は、光源１からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しない構成であってもよい。空間光変調器３は、後述するように、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。空間光変調器３の構成および作用については後述する。

空間光変調器３から射出された光は、リレー光学系４の前側レンズ群４ａを介して、リレー光学系４の瞳面４ｃに入射する。前側レンズ群４ａは、その前側焦点位置が空間光変調器３の複数のミラー要素の配列面（以下、「空間光変調器の配列面」という）の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が瞳面４ｃの位置とほぼ一致するように設定されている。空間光変調器３を経た光は、後述するように、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度分布を瞳面４ｃに可変的に形成する。

瞳面４ｃに光強度分布を形成した光は、リレー光学系４の後側レンズ群４ｂを介して、偏光ユニット５に入射する。偏光ユニット５は、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置に配置されて、入射光束のうちの一部の光束の偏光状態を変化させて射出する。偏光ユニット５の構成および作用については後述する。

偏光ユニット５を経た光は、リレー光学系６を介した後、光路折曲げミラーＭＲ２により＋Ｙ方向に反射され、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）７に入射する。後側レンズ群４ｂおよびリレー光学系６は、瞳面４ｃとマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的に共役に設定している。したがって、空間光変調器３を経た光は、瞳面４ｃと光学的に共役な位置に配置されたマイクロフライアイレンズ７の入射面に、瞳面４ｃに形成された光強度分布に対応した光強度分布を形成する。

マイクロフライアイレンズ７は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。

マイクロフライアイレンズ７における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状である。なお、マイクロフライアイレンズ７として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。

マイクロフライアイレンズ７に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、入射面に形成される光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系８を介して、マスクブラインド９を重畳的に照明する。

こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ７の矩形状の微小屈折面の形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。なお、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍に、すなわち後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞りを配置してもよい。

マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を受け、且つ結像光学系１０の光路中に配置されたミラーＭＲ３により−Ｚ方向へ反射された後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１０は、マスクブラインド９の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。スキャン露光を行う場合には、図２におけるＹ方向をスキャン方向に設定することができる。

本実施形態の露光装置は、照明光学系（２〜１０）を介した光に基づいて照明光学系の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて空間光変調器３を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。

第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、例えば照明光学系の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学系の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。

第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部として、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ７により形成される二次光源を光源として、照明光学系の被照射面に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）をケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系の照明瞳面と呼ぶことができる。また、この二次光源の形成面の像を照明光学系の射出瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。なお、瞳強度分布とは、照明光学系の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。

マイクロフライアイレンズ７による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ７の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ７の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。図２の構成において、リレー光学系４，６、およびマイクロフライアイレンズ７は、空間光変調器３を経た光束に基づいてマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。

次に、空間光変調器３の構成および作用を具体的に説明する。空間光変調器３は、図３に示すように、所定面内に配列された複数のミラー要素３ａと、複数のミラー要素３ａを保持する基盤３ｂと、基盤３ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素３ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３ｃとを備えている。空間光変調器３では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。

空間光変調器３は、図４に示すように、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素３ａを備え、入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図３および図４では空間光変調器３が４×４＝１６個のミラー要素３ａを備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数のミラー要素３ａを備えている。

図３を参照すると、空間光変調器３に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３ａのうちのミラー要素ＳＥａに、光線Ｌ２はミラー要素ＳＥａとは異なるミラー要素ＳＥｂにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ３はミラー要素ＳＥａ，ＳＥｂとは異なるミラー要素ＳＥｃに、光線Ｌ４はミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｃとは異なるミラー要素ＳＥｄにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１〜Ｌ４に与える。

空間光変調器３では、すべてのミラー要素３ａの反射面が１つの平面に沿って設定された基準状態において、ミラーＭＲ１と空間光変調器３との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に沿って入射した光線が、空間光変調器３で反射された後に、空間光変調器３とリレー光学系４との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に進むように構成されている。また、上述したように、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面は、リレー光学系４の前側レンズ群４ａの前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。

したがって、空間光変調器３の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、リレー光学系４の瞳面４ｃに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成し、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面に光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した光強度分布を形成する。すなわち、前側レンズ群４ａは、空間光変調器３の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄが射出光に与える角度を、空間光変調器３の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である瞳面４ｃ上での位置に変換する。こうして、マイクロフライアイレンズ７が形成する二次光源の光強度分布（瞳強度分布）は、空間光変調器３およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する光強度分布に対応した分布となる。

空間光変調器３は、図４に示すように、平面状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素３ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３ａは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素３ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。

各ミラー要素３ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図４には外形が正方形状のミラー要素３ａを示しているが、ミラー要素３ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素３ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素３ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。

本実施形態では、空間光変調器３として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素３ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば欧州特許公開第７７９５３０号公報、米国特許第５,８６７,３０２号公報、米国特許第６,４８０,３２０号公報、米国特許第６,６００,５９１号公報、米国特許第６,７３３,１４４号公報、米国特許第６,９００,９１５号公報、米国特許第７,０９５,５４６号公報、米国特許第７,２９５,７２６号公報、米国特許第７,４２４,３３０号公報、米国特許第７,５６７,３７５号公報、米国特許公開第２００８／０３０９９０１号公報、国際特許公開第ＷＯ２０１０／０３７４７６号パンフレット、国際特許公開第ＷＯ２０１０／０４０５０６号パンフレット並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素３ａの向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。

空間光変調器３では、制御系ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３の複数のミラー要素３ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、所望の瞳強度分布を形成する。さらに、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１０の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、所望の瞳強度分布が形成される。換言すると、空間光変調器３は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に瞳強度分布を可変的に形成する。

偏光ユニット５は、上述したように、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置に配置されている。したがって、偏光ユニット５への入射光束の性状は、空間光変調器３への入射光束の性状に対応している。以下、説明の理解を容易にするために、偏光ユニット５には、Ｘ方向に細長い矩形状の断面を有し且つＹ方向に偏光した直線偏光（以下、「Ｙ方向直線偏光」という）の平行光束が入射するものとする。したがって、空間光変調器３にも、Ｘ方向に細長い矩形状の断面を有し且つ図１の紙面に平行な方向に偏光した直線偏光の平行光束が入射する。

偏光ユニット５は、図５に示すように、光軸ＡＸに沿って互いに隣接するように配置されて、それぞれが入射光の断面に沿った方向であるＸ方向に沿って移動可能な一対の旋光部材５１および５２と、これら一対の旋光部材５１および５２をＸ方向に移動させる駆動部ＤＲ５１およびＤＲ５２とを備えている。旋光部材５１，５２は、平行平面板の形態を有し、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５１，５２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、駆動部ＤＲ５１，ＤＲ５２は、旋光部材５１，５２を移動させるためのアクチュエータと、旋光部材５１，５２の移動量を検知するためのエンコーダとを備えており、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて旋光部材５１，５２を移動させる。

旋光部材５１，５２は、図６に示すように、Ｘ方向に沿った一辺とＹ方向に沿った他辺とを有する矩形状の外形形状を有している。換言すれば、旋光部材５１；５２は、Ｙ方向に沿った一対のエッジ５１ａ，５１ｂ；５２ａ，５２ｂを有する。旋光部材５１と５２とは、互いに異なる厚さを有し、ひいては互いに異なる偏光変換特性を有する。

具体的に、旋光部材５１は、Ｙ方向に偏光方向を有するＹ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋４５度（図６の紙面において時計廻りに４５度）回転させた＋４５度斜め方向に偏光方向を有する直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。一方、旋光部材５１の射出側に隣接して配置された旋光部材５２は、Ｙ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｙ方向を＋９０度回転させた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。

偏光ユニット５には、図６に示すように、光軸ＡＸを中心してＸ方向に細長い矩形状の断面を有するＹ方向直線偏光の平行光束Ｆ１が入射する。この場合、入射光束Ｆ１のうち、旋光部材５１の＋Ｘ方向側のエッジ５１ｂよりも＋Ｘ方向側の光束、すなわち矩形状の断面を有する第１部分光束Ｆ１１は、旋光部材５１および５２を経ることなくリレー光学系６へ向かう。旋光部材５１の＋Ｘ方向側のエッジ５１ｂと旋光部材５２の＋Ｘ方向側のエッジ５２ｂとにより規定される光束、すなわち第１部分光束Ｆ１１に隣接して矩形状の断面を有する第２部分光束Ｆ１２は、旋光部材５２を経ることなく旋光部材５１だけを経てリレー光学系６へ向かう。

旋光部材５１の−Ｘ方向側のエッジ５１ａと旋光部材５２の＋Ｘ方向側のエッジ５２ｂとにより規定される光束、すなわち第２部分光束Ｆ１２に隣接して矩形状の断面を有する第３部分光束Ｆ１３は、旋光部材５１および５２を経てリレー光学系６へ向かう。旋光部材５１の−Ｘ方向側のエッジ５１ａよりも−Ｘ方向側の光束、すなわち第３部分光束Ｆ１３に隣接して矩形状の断面を有する第４部分光束Ｆ１４は、旋光部材５１を経ることなく旋光部材５２だけを経てリレー光学系６へ向かう。

その結果、偏光ユニット５の直後における光束Ｆ１は、図７に示すような偏光状態になる。すなわち、第１部分光束Ｆ１１は、旋光部材５１および５２の旋光作用を受けないため、Ｙ方向直線偏光のままである。第２部分光束Ｆ１２は、旋光部材５１の旋光作用だけを受けるため、Ｙ方向を＋４５度回転させた方向に偏光方向を有する＋４５度斜め方向直線偏光になる。

第４部分光束Ｆ１４は、旋光部材５２の旋光作用だけを受けるため、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。第３部分光束Ｆ１３は、旋光部材５１の旋光作用および旋光部材５２の旋光作用を順次受ける。このため、第３部分光束Ｆ１３は、Ｙ方向を＋４５度回転させた方向を＋９０度回転させた方向、すなわちＹ方向を−４５度回転させた方向に偏光方向を有する−４５度斜め方向直線偏光になる。

偏光ユニット５において第１部分光束Ｆ１１が占める部分領域Ｒ１１は、図８に示すように、空間光変調器３の配列面における有効反射領域のうちの矩形状の部分領域Ｒ０１に対応している。同様に、部分光束Ｆ１２，Ｆ１３，Ｆ１４が占める部分領域Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ０４は、矩形状の部分領域Ｒ０２，Ｒ０３，Ｒ０４にそれぞれ対応している。空間光変調器３の配列面における部分領域Ｒ０１〜Ｒ０４に外接する矩形状の領域Ｒ０は、偏光ユニット５において入射光束Ｆ１が占める領域Ｒ１に対応している。

本実施形態では、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａのうち、第１部分領域Ｒ０１に位置する第１ミラー要素群Ｓ０１に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢を、図９（ａ）に示すように、第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光がマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれるように駆動部３ｃによって制御している。前述したように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳面は、リレー光学系４の瞳面４ｃと光学的に共役な面であり、ひいては空間光変調器３の配列面の光学的なフーリエ変換面である。一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた領域である。

第４部分領域Ｒ０４に位置する第４ミラー要素群Ｓ０４に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢は、第４ミラー要素群Ｓ０４を経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂへ導かれるように駆動部３ｃによって制御されている。一対の瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた領域である。第２部分領域Ｒ０２に位置する第２ミラー要素群Ｓ０２に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢、および第３部分領域Ｒ０３に位置する第３ミラー要素群Ｓ０３に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢は、これら第３および第４ミラー要素群Ｓ０３，Ｓ０４を経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂ、および一対の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂへ導かれるように駆動部３ｃによって制御されている。

一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた領域である。一対の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた領域である。こうして、空間光変調器３は、矩形状の断面を有する平行光束に基づいて、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、例えば８つの円形状の実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂからなる８極状の瞳強度分布２１ａを形成する。

すなわち、空間光変調器３の第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光は、偏光ユニット５の旋光部材５１および５２を経ることなく、瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂを占める面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する光は、旋光部材５１および５２を経ていないので、Ｚ方向直線偏光（図７におけるＹ方向直線偏光に対応）である。第４ミラー要素群Ｓ０４を経た光は、旋光部材５１を経ることなく旋光部材５２だけを経て、瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂを占める面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを形成する光は、旋光部材５２だけを経ているので、Ｘ方向直線偏光（図７におけるＸ方向直線偏光に対応）である。

第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、旋光部材５２を経ることなく旋光部材５１だけを経て、瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂを占める面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光は、旋光部材５１だけを経ているので、図９の紙面においてＺ方向を時計廻りに＋４５度回転させた方向に偏光方向を有する＋４５度斜め方向直線偏光（図７における＋４５度斜め方向直線偏光に対応）である。

第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光は、旋光部材５１および旋光部材５２を経て、瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂを占める面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する光は、旋光部材５１および５２の双方を経ているので、図９の紙面においてＺ方向を時計廻りに−４５度回転させた方向に偏光方向を有する−４５度斜め方向直線偏光（図７における−４５度斜め方向直線偏光に対応）である。

こうして、空間光変調器３と偏光ユニット５との協働作用により、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２１ａが形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１０の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、瞳強度分布２１ａに対応する８極状で周方向偏光状態の瞳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。

さて、本実施形態では、たとえば図９（ｂ）に示すように、８極状の瞳強度分布２１ａとは異なる偏光分布を有する８極状の瞳強度分布２１ｂを形成することができる。この８極状の瞳強度分布２１ｂは、例えば８つの円形状の実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂからなり、面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの偏光方向が瞳強度分布２１ａに比べて９０度だけ回転している偏光分布を持っている。

この図９（ｂ）に示す瞳強度分布２１ｂを形成するには、たとえば第２部分領域Ｒ０２に位置する第２ミラー要素群Ｓ０２に属する複数のミラー要素３ａのそれぞれの姿勢を、第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂに導かれるように設定し、且つ第３部分領域Ｒ０３に位置する第３ミラー要素群Ｓ０３に属する複数のミラー３ａのそれぞれの姿勢を、第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂに導かれるように設定すればよい。

また、第１〜第２部分光束Ｆ１１，Ｆ１２が占める部分領域Ｒ１１，Ｒ１２を旋光部材５２が覆うように位置決めし、且つ偏光ユニット５（或いは空間光変調器３）にＸ方向直線偏光を入射させても、図９（ｂ）に示す瞳強度分布２１ｂを形成することができる。なお、偏光ユニット５（或いは空間光変調器３）に入射する偏光方向の向きまたは偏光度を制御する技術は、米国特許第７，４２３，７３１号公報に開示される偏光状態切換部を参照することができる。

本実施形態では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３ａを有する空間光変調器３を用いているので、瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）の変更に関する自由度は高い。一例として、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、図１０に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２２を形成することができる。

図１０に示す例では、第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂを形成する。第４ミラー要素群Ｓ０４を経た光は、光軸ＡＸを挟んでＹ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２４ａ，Ｒ２４ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２４ａ，Ｐ２４ｂを形成する。第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、光軸ＡＸを挟んで−Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂを形成する。

第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光は、光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２３ａ，Ｒ２３ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２３ａ，Ｐ２３ｂを形成する。瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂ；Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂ；Ｒ２３ａ，Ｒ２３ｂ；Ｒ２４ａ，Ｒ２４ｂは、光軸ＡＸを中心とした円環領域を周方向に８分割して得られる円弧状の領域である。こうして、例えば８つの円弧状の実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂ；Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂ；Ｐ２３ａ，Ｐ２３ｂ；Ｐ２４ａ，Ｐ２４ｂからなる輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２２が形成される。

また、本実施形態では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３ａを有する空間光変調器３を用いているので、瞳強度分布の偏光状態の変更に関する自由度は高い。一例として、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、図１１に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に８極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２３を形成することができる。

図１１に示す例では、第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、旋光部材５１および５２を経ることなく、照明瞳面上の瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂを占める面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂを形成する。一対の面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂを形成する光は、旋光部材５１および５２を経ていないので、Ｚ方向直線偏光である。第４ミラー要素群Ｓ０４を経た光は、旋光部材５１を経ることなく旋光部材５２だけを経て、瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂを占める面光源Ｐ３４ａ，Ｐ３４ｂを形成する。一対の面光源Ｐ３４ａ，Ｐ３４ｂを形成する光は、旋光部材５２だけを経ているので、Ｘ方向直線偏光である。

第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、旋光部材５２を経ることなく旋光部材５１だけを経て、瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂを占める面光源Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂを形成する。一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する光は、旋光部材５１だけを経ているので、図１１の紙面においてＺ方向を時計廻りに＋４５度回転させた方向に偏光方向を有する＋４５度斜め方向直線偏光である。

第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光は、旋光部材５１および旋光部材５２を経て、瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂを占める面光源Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂを形成する。一対の面光源Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂを形成する光は、旋光部材５１および５２の双方を経ているので、図１１の紙面においてＺ方向を時計廻りに−４５度回転させた方向に偏光方向を有する−４５度斜め方向直線偏光である。

こうして、例えば８つの円形状の実質的な面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂ；Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂ；Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂ；Ｐ３４ａ，Ｐ３４ｂからなる８極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２３が形成される。また、図示を省略するが、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に輪帯状で径方向偏光状態の瞳強度分布を形成することもできる。

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。

また、本実施形態では、空間光変調器３の作用により、例えば８極状の瞳強度分布２１ａを構成する８つの面光源のうち、一対の面光源Ｐ１１ａとＰ１１ｂとの間、Ｐ１２ａとＰ１２ｂとの間、Ｐ１３ａとＰ１３ｂとの間、Ｐ１４ａとＰ１４ｂとの間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。ただし、空間光変調器３の作用だけでは、例えば面光源Ｐ１１ａと面光源Ｐ１１ｂ以外の他の面光源との間で、偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることはできない。

本実施形態では、空間光変調器３と偏光ユニット５との協働作用により、例えば８極状の瞳強度分布２１ａを構成する８つの面光源の間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。具体的に、旋光部材５１だけを図６に示す位置から＋Ｘ方向側へ移動させると、第１部分光束Ｆ１１の断面積（部分領域Ｒ１１の面積）が減少し、第２部分光束Ｆ１２の断面積（部分領域Ｒ１２の面積）が増大する。その結果、一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの光強度を増大させることができる。

旋光部材５１だけを図６に示す位置から−Ｘ方向側へ移動させると、第２部分光束Ｆ１２の断面積および第４部分光束Ｆ１４の断面積（部分領域Ｒ１４の面積）が減少し、第１部分光束Ｆ１１の断面積および第３部分光束Ｆ１３の断面積（部分領域Ｒ１３の面積）が増大する。その結果、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの光強度および一対の面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂの光強度および一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの光強度を増大させることができる。

旋光部材５２だけを図６に示す位置から＋Ｘ方向側へ移動させると、第２部分光束Ｆ１２の断面積が減少し、第３部分光束Ｆ１３の断面積が増大する。その結果、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの光強度を増大させることができる。旋光部材５２だけを図６に示す位置から−Ｘ方向側へ移動させると、第３部分光束Ｆ１３の断面積が減少し、第２部分光束Ｆ１２の断面積が増大する。その結果、一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの光強度を減少させ、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの光強度を増大させることができる。

このように、一対の旋光部材５１および５２のうちの少なくとも一方をＸ方向に移動させることにより、第１部分光束Ｆ１１の断面積と第２部分光束Ｆ１２の断面積と第３部分光束Ｆ１３の断面積と第４部分光束Ｆ１４の断面積との比を変化させることができ、ひいては８極状の瞳強度分布２１ａを構成する８つの面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂの間で、周方向偏光状態を維持しつつ光強度を相対的に変化させることができる。同様に、輪帯状の瞳強度分布２２および８極状の瞳強度分布２３においても、偏光状態を維持しつつ複数の面光源の間で光強度を相対的に変化させることができる。

また、本実施形態では、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置に配置された偏光ユニット５により、瞳強度分布を構成する各面光源の偏光状態をそれぞれ設定している。その結果、偏光ユニット５の偏光部材（旋光部材５１，５２）のエッジのデフォーカスによる悪影響を低減でき、瞳強度分布を構成する各面光源の偏光状態を所望の状態にすることができる。ちなみに、空間光変調器の配列面と光学的に共役な位置からデフォーカスした位置に偏光ユニット５を配置する手法では、特定の面光源へ向かう光が通過すべき偏光部材（旋光部材）を経た光と、別の特定の面光源へ向かう光が通過すべき偏光部材（旋光部材）を経た光とが混在してしまい、特定の面光源の偏光状態が所望の偏光状態から外れ、ひいては瞳強度分布の偏光状態に影響を及ぼしてしまう。

また、本実施形態では、空間光変調器３よりも被照射面側の光路中における、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置に配置された偏光ユニット５により、瞳強度分布を構成する各面光源の偏光状態をそれぞれ設定している。その結果、空間光変調器３よりも下流側（被照射面側）の照明光路に配置された後続光学系によるリターデーション（偏光方向が互いに直交する一対の直線偏光成分の間に位相差が生じる現象）に起因して、斜め方向（図２における瞳面（ＸＺ平面）でＸ方向およびＺ方向とは異なる方向）の直線偏光が楕円偏光化してしまうことを低減することができる。

特に、空間光変調器３の配列面の前後の光軸を含む面（ＹＺ平面）または当該面（ＹＺ平面）と直交し且つ光軸を含む面（ＸＺ平面）に沿わない偏光方向を持つ直線偏光（斜め偏光）が楕円偏光化しやすい。

ここで、光源から偏光ユニット５までの照明光路に、典型的には、リターデーションの影響を受けにくい縦方向（図２におけるＹ方向）直線偏光または横方向（図２におけるＸ方向）直線偏光の光を通過させると、この光路における直線偏光の楕円偏光化は生じにくくなる。

以上のように、本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、光学部材の交換を伴うことなく、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布の形状および偏光状態の変更に関して高い自由度を実現することができる。本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、瞳強度分布の形状および偏光状態の変更に関して高い自由度を有する照明光学系（２〜１０）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで、微細パターンをウェハＷに正確に転写することができる。

上述の実施形態において、制御系ＣＲは、たとえば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成することができ、装置全体を統括して制御することができる。また、制御系ＣＲには、例えばハードディスクから成る記憶装置、キーボード，マウス等のポインティングデバイス等を含む入力装置，ＣＲＴディスプレイ（又は液晶ディスプレイ）等の表示装置、及びＣＤ（compact disc），ＤＶＤ（digital versatile disc），ＭＯ（magneto-optical disc）あるいはＦＤ（flexible disc）等の情報記憶媒体のドライブ装置が、外付けで接続されていてもよい。

本実施形態では、記憶装置には、投影光学系ＰＬによってウェハＷ上に投影される投影像の結像状態が最適（例えば収差又は線幅が許容範囲内）となる瞳強度分布（照明光源形状）に関する情報、これに対応する照明光学系、特に空間光変調器３のミラー要素の制御情報等を格納してもよい。ドライブ装置には、後述する瞳強度分布の設定を行うためのプログラム等が格納された情報記憶媒体（以下の説明では便宜上ＣＤ−ＲＯＭとする）がセットされていてもよい。なお、これらのプログラムは記憶装置にインストールされていても良い。制御系ＣＲは、適宜、これらのプログラムをメモリ上に読み出す。

制御系ＣＲは、たとえば以下の手順で空間光変調器３および偏光ユニット５を制御することができる。なお、以下の説明に際して、実施形態の露光装置は、図１２に示す瞳強度分布２１ｃを形成するものとする。図１２の瞳強度分布２１ｃは、８つの実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂからなっており、一対の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂがＺ方向直線偏光、一対の面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂがＸ方向直線偏光、一対の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂが−４５度斜め方向直線偏光、一対の面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂが＋４５度斜め方向直線偏光となっている。そして、面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂおよびＰ１３ａ，Ｐ１３ｂが、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂおよびＰ１４ａ，Ｐ１４ｂに比べて倍の光強度を有している。

瞳強度分布は、たとえば瞳面を格子状に複数の区画に分割し、それぞれの区画の光強度および偏光状態を用いて数値として表現した形式（広義のビットマップ形式）で表現することができる。ここで、空間光変調器３のミラー要素数をＮ個とし、瞳強度分布の分割された区画数をＭ個とすると、個々のミラー要素により反射されるＮ本の光線を適当に組み合わせてＭ個の区画に導く、換言すれば、Ｍ個の区画により構成されるＭ個の輝点上でＮ本の光線を適当に重ね合わせることで、瞳強度分布（二次光源）が形成（設定）される。

まず、制御部ＣＲは、目標となる瞳強度分布２１ｃに関する情報を記憶装置から読み出す。次に、読み出された瞳強度分布２１ｃに関する情報から、例えば図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように偏光状態ごとの強度分布を形成するのに、それぞれ何本の光線が必要なのかを算出する。図１３（ａ）はＺ方向直線偏光の瞳強度分布であり、図１３（ｂ）はＸ方向直線偏光の瞳強度分布であり、図１３（ｃ）は−４５度斜め方向直線偏光の瞳強度分布であり、図１３（ｄ）は＋４５度斜め方向直線偏光の瞳強度分布である。

このとき、空間光変調器３のミラー要素数Ｎを６４×６４＝４０９６個であるとし、瞳面の区画数を２５×２５＝６２５個であると仮定する。面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂは、それぞれ瞳面上の３０区画を占め、面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂは、それぞれ瞳面上の１２区画を占め、面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂおよびＰ１３ａ，Ｐ１３ｂは、それぞれ瞳面上の４区画を占めている。

そして、面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂおよびＰ１３ａ，Ｐ１３ｂが面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂおよびＰ１４ａ，Ｐ１４ｂに比べて倍の光強度を有している仮定であるため、面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂおよびＰ１４ａ，Ｐ１４ｂの１つの区画には、４０９６／１１６＝３５個のミラー要素からの光が到達する。また、面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂおよびＰ１３ａ，Ｐ１３ｂの１つの区画には、７０個のミラー要素からの光が到達する。なお、４０９６／１１６の剰余となる３６個のミラー要素からの光は光学系の有効領域外へ導かれ、瞳強度分布の形成には寄与しないものとする。

してみれば、Ｚ方向直線偏光を生成するために必要なミラー要素数Ｎｚは、３５×３０×２＝２１００個、Ｘ方向直線偏光を生成するために必要なミラー要素数Ｎｘは、３５×１２×２＝８４０個、−４５度斜め方向直線偏光を生成するために必要なミラー要素数Ｎ-45は、７０×４×２＝５６０個、＋４５度斜め方向直線偏光を生成するために必要なミラー要素数Ｎ+45は、７０×４×２＝５６０個となる。

したがって、制御部ＣＲは、空間光変調器３の複数のミラー要素を、２１００個のミラー要素からなる第１ミラー要素群Ｓ０１、５６０個のミラー要素からなる第２ミラー要素群Ｓ０２、５６０個のミラー要素からなる第３ミラー要素群Ｓ０３、および８４０個のミラー要素からなる第４ミラー要素群Ｓ０４に仮想的に分割し、それぞれのミラー要素群Ｓ０１〜Ｓ０４が位置する部分領域Ｒ０１〜Ｒ０４およびこれらの部分領域に対応する部分領域Ｒ１１〜Ｒ１４を設定する。そして、制御部ＣＲは、偏光ユニット５の旋光部材５１および５２を駆動して、部分領域Ｒ１２およびＲ１３に旋光部材５１を位置させ、部分領域Ｒ１３およびＲ１４に旋光部材５２を位置させる。

また、制御部ＣＲは、第１ミラー要素群Ｓ０１および第４ミラー要素群Ｓ０４のミラー要素３ａを駆動して、第１ミラー要素群Ｓ０１からの光が面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂに向かい、第４ミラー要素分Ｓ０４からの光が面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂに向かうように設定する。そして、第２ミラー要素群Ｓ０２および第３ミラー要素群Ｓ０３のミラー要素３ａを駆動して、第２ミラー要素群Ｓ０２からの光が面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂに向かい、第３ミラー要素群Ｓ０３からの光が面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂに向かうように設定する。

このとき、第２ミラー要素群Ｓ０２の２つのミラー要素３ａからの光が、面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂの１つの区画に向かい、第３ミラー要素群Ｓ０３の２つのミラー要素３ａからの光が、面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの１つの区画に向かうように設定する。この制御部ＣＲによる空間光変調器３および偏光ユニット５の制御により、図１２の瞳強度分布２１ｃを形成できる。

なお、上述の実施形態では、一対の旋光部材５１および５２を入射光束Ｆ１に作用させる例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば旋光部材５１を光路から退避させて、旋光部材５２だけを入射光束Ｆ１に作用させることもできる。この場合、旋光部材５２のエッジ５２ｂにより、入射光束Ｆ１が２つの部分光束に分割される。一方の部分光束（図６の部分光束Ｆ１１＋Ｆ１２に対応）は、旋光部材５２を経ることなく、図１４に示すように、照明瞳面上の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれ、Ｚ方向直線偏光の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する。

他方の部分光束（図６の部分光束Ｆ１３＋Ｆ１４に対応）は、旋光部材５２を経て、照明瞳面上の瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂへ導かれ、Ｘ方向直線偏光の面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを形成する。こうして、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、例えば４つの円形状の実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂからなる４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２４が形成される。旋光部材５２をＸ方向に移動させることにより、周方向偏光状態を維持しつつ４極状の瞳強度分布２４を構成する４つの面光源の間で光強度を相対的に変化させることができる。

上述の実施形態では、８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２１ａを形成する例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、図１５に示すように、８極状の瞳強度分布２１ａに中心極Ｐ１ｃが付加された９極状の瞳強度分布２５を形成することができる。図１５に示す例では、第１部分光束Ｆ１１の一部、第２部分光束Ｆ１２の一部、第３部分光束Ｆ１３の一部、および第４部分光束Ｆ１４の一部が、例えば照明瞳面上の光軸ＡＸを中心とした円形状の瞳領域Ｒ１ｃへ導かれ、４つの直線偏光成分が混在した実質的に非偏光状態の面光源Ｐ１ｃを形成する。

あるいは、図１６に示すように、照明光路に対して挿脱自在な非偏光化素子５３を偏光ユニット５に付設することにより、９極状の瞳強度分布２５を形成することもできる。非偏光化素子５３は、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置またはその近傍において挿脱自在である。非偏光化素子５３は、たとえば光の入射側から順に、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第１偏角プリズム（くさび板）と、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第２偏角プリズムとにより構成することができる。なお、米国特許第７，４２３，７３１号公報に開示されるデポラライザを参照することもできる。

図１６の例では、入射光束Ｆ１のうち、旋光部材５１のエッジ５１ｂよりも＋Ｘ方向側の光束は、非偏光化素子５３を経ることなくリレー光学系６へ向かう第１部分光束Ｆ１１と、非偏光化素子５３を経てリレー光学系６へ向かう第５部分光束Ｆ１５とに分割される。

第１部分光束Ｆ１１は、旋光部材５１，５２および非偏光化素子５３を経ることなく、図１５に示す瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれ、Ｚ方向直線偏光の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する。第５部分光束Ｆ１５は、旋光部材５１，５２を経ることなく非偏光化素子５３だけを経て、図１５に示す瞳領域Ｒ１ｃへ導かれ、非偏光状態の面光源Ｐ１ｃを形成する。なお、図１６の例において、旋光部材５１を光路から退避させて旋光部材５２および非偏光化素子５３を入射光束Ｆ１に作用させることにより、図１７に示すように、４極状の瞳強度分布２４に非偏光状態の中心極Ｐ１ｃが付加された５極状の瞳強度分布２６を形成することもできる。

上述の実施形態では、偏光ユニット５が、Ｙ方向に延びる一対のエッジ５１ａ，５１ｂ；５２ａ，５２ｂを有し且つＸ方向に移動可能な旋光部材５１，５２を備える例を示している。この場合、第１部分光束Ｆ１１の断面積と第２部分光束Ｆ１２の断面積と第３部分光束Ｆ１３の断面積と第４部分光束Ｆ１４の断面積との比を変化させることはできるが、各部分光束の断面積を互いに独立に制御することはできない。図１８には、台形状の外形を有する一対の旋光部材５１Ａおよび５２Ａからなる偏光ユニット５Ａを用いて各部分光束の断面積を互いに独立に制御する例を示している。

図１８に示す例において、旋光部材５１Ａは、入射光束Ｆ１の矩形状の断面の一方の辺が延びるＹ方向と斜め交差する方向に延びる第１エッジ５１Ａａと、Ｙ方向と斜め交差し且つ第１エッジ５１Ａａが延びる方向とは異なる方向に延びる第２エッジ５１Ａｂとを有する。同様に、旋光部材５１Ａの射出側に隣接して配置された旋光部材５２Ａは、Ｙ方向と斜め交差する方向に延びる第１エッジ５２Ａａと、Ｙ方向と斜め交差し且つ第１エッジ５２Ａａが延びる方向とは異なる方向に延びる第２エッジ５２Ａｂとを有する。旋光部材５１Ａ，５２Ａは、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能であり、ひいては入射光束Ｆ１の断面（ＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能である。

図１８に示す例では、入射光束Ｆ１の断面の一方の辺が延びるＹ方向と斜め交差する方向に延びるエッジ５１Ａａ，５１Ａｂ；５２Ａａ，５２Ａｂを有する旋光部材５１Ａ；５２Ａを入射光束Ｆ１の断面に沿って二次元的に移動させることにより、第１部分光束Ｆ１１の断面積と第２部分光束Ｆ１２の断面積と第３部分光束Ｆ１３の断面積と第４部分光束Ｆ１４の断面積とを互いに独立に制御することができる。その結果、例えば８極状の瞳強度分布２１ａを構成する各面光源の光強度の相対的変化に関する自由度をさらに向上させることができる。この構成によれば、入射光束Ｆ１の光強度分布が不均一であって経時的に変化する場合にも、例えば８極状の瞳強度分布２１ａを構成する各面光源の光強度の相対的関係を所望の関係に維持することができる。

なお、図１８では、偏光ユニット５Ａを構成する一対の旋光部材５１Ａ，５２Ａがともに台形状の外形を有する例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光ユニットを構成する一対の旋光部材の外形形状については様々な形態が可能である。例えば、図１９に示すように、図１８の旋光部材５２Ａに代えて、Ｙ方向に延びる第１エッジ５２Ｂａと、Ｙ方向と斜め交差する方向に延びる第２エッジ５２Ｂｂとを有する旋光部材５２Ｂを備えた偏光ユニット５Ｂを用いる変形例も可能である。また、図２０に示すように、図１９の旋光部材５１Ａに代えて、Ｙ方向に延びる第１エッジ５１Ｂａと、Ｙ方向と斜め交差する方向に延びる第２エッジ５１Ｂｂとを有する旋光部材５１Ｂを備えた偏光ユニット５Ｃを用いる変形例も可能である。

ところで、上述の実施形態では、光軸ＡＸに沿った平行光束が偏光ユニット５に入射するものとしているが、実際には光軸ＡＸに対して斜めに入射する（旋光部材５１，５２に対して垂直入射しない）光も存在する。この場合、水晶により形成された旋光部材５１または５２に垂直入射した直線偏光の光は直線偏光状態を維持しつつ偏光方向だけが変化するが、旋光部材５１または５２に斜め入射した直線偏光の光は楕円偏光化して射出される。これは、旋光部材５１または５２に斜め入射した光は水晶の結晶光学軸に対して斜めに進行するため、位相差が付与されるからである。

そこで、図２１に示すように、例えば旋光部材５２に代えて、右回り旋光性材料（右水晶）で形成された第１旋光部材５２Ｒと、第１旋光部材５２Ｒの射出側に隣接して配置されて左回り旋光性材料（左水晶）から形成された第２旋光部材５２Ｌとを備えた旋光部材５２Ｃを用いる構成例も可能である。図２１の例では、第１旋光部材５２Ｒに垂直入射した縦偏光の光は斜め偏光に変換された後、第２旋光部材５２Ｌにより横偏光の光に変換されて射出される。第１旋光部材５２Ｒに斜め入射した縦偏光の光は楕円偏光化に変換された後、第２旋光部材５２Ｌにより横偏光の光に変換されて射出される。すなわち、旋光部材５２Ｃに斜め入射した光も、垂直入射した光と同じ偏光状態で旋光部材５２Ｃから射出される。

また、図２１の構成に代えて（あるいは図２１の構成に加えて）、図２２に示すように、空間光変調器３の配列面の光学的なフーリエ変換面であるリレー光学系４の瞳面４ｃの位置またはその近傍に、入射位置に応じて異なる位相差を入射光に与える位相差付与部材１１を配置する構成も可能である。図２２の構成では、位相差付与部材１１での入射位置は、リレー光学系４の後側レンズ群４ｂの作用により、偏光ユニット５での入射角度に変換される。

上述したように、偏光部材５１，５２への入射角度に応じて楕円偏光化する量は変化する。しかしながら、図２２の構成では、偏光ユニット５において入射角度に応じて楕円偏光化する量の変化を相殺（あるいは補償）する位相差が位相差付与部材１１により予め与えられるので、偏光ユニット５に斜め入射した光も、垂直入射した光と同じ偏光状態で偏光ユニット５から射出される。なお、偏光ユニット５よりも後側の光路中において空間光変調器３の配列面の光学的なフーリエ変換面に位相差付与部材１１を配置する構成も可能である。

また、図２３（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば旋光部材５２に代えて、照明光学系の光軸ＡＸに直交する面内（ＸＹ平面内）の第１方向（ここではＹ方向）に光学軸を持つ１／２波長板５２Ｄ１と、照明光学系の光軸ＡＸに直交する面内（ＸＹ平面内）の第２方向に光学軸を持つ１／２波長板５２Ｄ２とを組み合わせて偏光回転器５２Ｄを得る構成も可能である。ここで、図２３（ｂ）は１／２波長板５２Ｄ１のＸＹ平面図であり、図２３（ｃ）は１／２波長板５２Ｄ２のＸＹ平面図である。図２３（ｃ）に示す通り、１／２波長板５２Ｄ２の光学軸の方向である第２方向は、第１方向に対して角度θだけ回転した方位となっている。

これら１／２波長板５２Ｄ１および５２Ｄ２の作用を、ミュラー行列を用いて説明する。ミュラー行列については、例えば文献"Edited By Michael Bass et al. : HANDBOOK OF OPTICS, Chapter 22: Polarimetry, pp. 22-8 to 22-14, 米国 (McGRAW-HILL, Inc. 1995)"に開示されている。

１／２波長板５２Ｄ１の偏光作用を表すミュラー行列は以下の（１）式で表され、１／２波長板５２Ｄ２の偏光作用を表すミュラー行列は以下の（２）式で表される。

そして、これら１／２波長板５２Ｄ１および５２Ｄ２を組み合わせた光学素子の偏光作用を表すミュラー行列は以下の（３）式で表される。

上記（３）式の右辺は、旋光子の偏光作用を表すミュラー行列と同じものである。すなわち、１／２波長板５２Ｄ１および５２Ｄ２を組み合わせた光学素子は旋光子（旋光部材）と等価な光学素子である。なお、１／２波長板５２Ｄ１の光学軸の方位に対する１／２波長板５２Ｄ２の光学軸の方位を４５度（θ＝４５度）に設定すると、入射直線偏光の偏光方向を９０度だけ回転させる旋光子となり、θの設定角度を変更することにより、入射直線偏光の偏光方向を任意の角度だけ回転させることができる。図２３の変形例では、１／２波長板５２Ｄ１と５２Ｄ２とを積層体にして一体的に回転させることもできるし、１／２波長板５２Ｄ１と５２Ｄ２とを別体にして相対的に回転させることもできる。

図２３の変形例においては、光学軸が光の入射方向に向けられた旋光子ではなく、光学軸が光の入射方向とほぼ直交する面内に向けられた波長板を用いているため、所望の偏光変調を維持できる許容入射角度範囲を広く確保できる。したがって、偏光ユニット５（偏光回転器５２Ｄ）に入射する光束に角度分布があっても、この角度分布内の全ての光線に楕円度を変化させないで偏光回転作用を与えることができる。ひいては、瞳強度分布を構成する各面光源を所望の偏光状態に設定することが容易である。

上述の実施形態では、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置に互いに隣接する旋光部材５１および５２を配置するものとしているが、実際には一対の旋光部材５１と５２とを同じ位置に配置することはできない。そこで、具体的には、図２４に示すように、空間光変調器３の配列面３ｄと光学的に共役な位置３ｅを挟んで一対の旋光部材５１および５２を配置することができる。共役な位置３ｅは、配列面３ｄと光学的に共役な面３ｆとリレー光学系４の光軸ＡＸとが交差する点として定義される。

配列面３ｄと光学的に共役な面３ｆは、配列面３ｄと同様に、光軸ＡＸと直交する面に対して傾いている。光軸ＡＸと直交する面に対する面３ｆの傾きは、リレー光学系４の結像倍率の絶対値が大きくなるにつれて小さくなる。旋光部材５１は位置３ｅよりも僅かに前側の位置において光軸ＡＸと直交する面ＰＬＮ１に沿って配置され、旋光部材５２は位置３ｅよりも僅かに後側の位置において光軸ＡＸと直交する面ＰＬＮ２に沿って配置される。このとき、一対の旋光部材５１および５２を、それぞれ面ＰＬＮ１およびＰＬＮ２に沿って移動させても良いし、例えば図２５に示すように、空間光変調器３の配列面３ｄと共役な面３ｆと平行な面に沿って移動させてもよい。

また、上述の実施形態において、例えば図２６に示すように、空間光変調器３の配列面３ｄと共役な面３ｆと平行な面に沿って一対の旋光部材５１と５２とを配置し、これら一対の旋光部材５１と５２とを共役な面３ｆと平行な面に沿って移動させることもできる。このとき、一対の旋光部材５１と５２とを照明光路に沿った方向において隣接するように設け、かつ共役な面３ｆを挟むように設けても良い。

上述の実施形態では、偏光ユニット５を構成する一対の旋光部材５１および５２を互いに隣接するように配置している。しかしながら、これに限定されることなく、旋光部材５１および５２との間にリレー光学系を配置して、旋光部材５１と旋光部材５２とを互いに光学的に共役にする構成も可能である。

上述の実施形態では、旋光部材５１，５２が水晶により形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、旋光性を有する他の適当な光学材料を用いて旋光部材を形成することもできる。

上述の実施形態では、偏光ユニット５が、旋光性を有する光学材料により形成された一対の旋光部材（光学素子）５１，５２により構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光ユニットを構成する光学素子の外形形状、数、配置、光学的特性などについては様々な形態が可能である。例えば、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる波長板を用いて偏光ユニットを構成したり、入射光から所定の偏光状態の光を選択して射出する偏光子を用いて偏光ユニットを構成したりすることが可能である。なお、偏光子を用いて偏光ユニットを構成する場合、例えば非偏光状態の光を入射させることになる。

図２７および図２８を参照して、一対の波長板を用いて偏光ユニットを構成する変形例を説明する。図２７を参照すると、偏光ユニット５Ｄは、偏光ユニット５の旋光部材５１と同様の外形形状を有し且つ旋光部材５１と同様に配置された１／２波長板５４と、旋光部材５２と同様の外形形状を有し且つ旋光部材５２と同様に配置された１／２波長板５５とを備えている。すなわち、１／２波長板５４，５５は、Ｙ方向に延びる一対のエッジ５４ａ，５４ｂ；５５ａ，５５ｂを有する。

１／２波長板５４は、その標準的な状態においてＹ方向を時計廻りに＋２２．５度回転させた方向に光学軸を有し、ひいては旋光部材５１と同様の偏光変換特性を有する。１／２波長板５５は、その標準的な状態においてＹ方向を時計廻りに＋４５度回転させた方向に光学軸を有し、ひいては旋光部材５２と同様の偏光変換特性を有する。１／２波長板５４，５５は、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能であり、ひいては入射光束Ｆ１の断面（ＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能である。さらに、１／２波長板５４，５５は、入射光束Ｆ１の断面（ＸＹ平面）に沿って回転可能であり、ひいては光学軸の向きを調整可能である。

一対の波長板５４，５５を用いて構成された偏光ユニット５Ｄは、一対の旋光部材５１，５２からなる偏光ユニット５と同様の機能を発揮する。ただし、偏光ユニット５Ｄでは、偏光ユニット５とは異なり、１／２波長板５４，５５の光学軸の向きを変化させることにより、例えば８極状の瞳強度分布２１ａを構成する各面光源の偏光状態を調整することができる。

図２８を参照すると、偏光ユニット５Ｅは、偏光ユニット５Ａの旋光部材５１Ａと同様の外形形状を有し且つ旋光部材５１Ａと同様に配置された１／２波長板５４Ａと、旋光部材５２Ａと同様の外形形状を有し且つ旋光部材５２Ａと同様に配置された１／２波長板５５Ａとを備えている。すなわち、１／２波長板５４Ａ，５５Ａは、入射光束Ｆ１の断面の一方の辺が延びるＹ方向と斜め交差する方向に延びるエッジ５４Ａａ，５４Ａｂ；５５Ａａ，５５Ａｂを有する。

１／２波長板５４Ａは、その標準的な状態においてＹ方向を時計廻りに＋２２．５度回転させた方向に光学軸を有し、ひいては旋光部材５１Ａと同様の偏光変換特性を有する。１／２波長板５５Ａは、その標準的な状態においてＹ方向を時計廻りに＋４５度回転させた方向に光学軸を有し、ひいては旋光部材５２Ａと同様の偏光変換特性を有する。１／２波長板５４Ａ，５５Ａは、Ｘ方向およびＹ方向に移動可能であり、ひいては入射光束Ｆ１の断面（ＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能である。さらに、１／２波長板５４Ａ，５５Ａは、入射光束Ｆ１の断面（ＸＹ平面）に沿って回転可能であり、ひいては光学軸の向きを調整可能である。

一対の波長板５４Ａ，５５Ａを用いて構成された偏光ユニット５Ｅは、一対の旋光部材５１Ａ，５２Ａからなる偏光ユニット５Ａと同様の機能を発揮する。ただし、偏光ユニット５Ｅでは、偏光ユニット５Ａとは異なり、１／２波長板５４Ａ，５５Ａの光学軸の向きを変化させることにより、例えば８極状の瞳強度分布２１ａを構成する各面光源の偏光状態を調整することができる。

上述の実施形態では、偏光ユニット５を、空間光変調器３よりも被照射面側の光路中における、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面と共役な位置に配置している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光ユニット５を、空間光変調器３よりも光源側の光路中における、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面と共役な位置に配置することもできる。

図２９を参照して、偏光ユニット５を、空間光変調器３よりも光源側の光路中における、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面と共役な位置に配置する変形例を説明する。図２９においては、光源１からの光を受ける光量均一化素子１２から空間光変調器３の配列面の光学的なフーリエ変換面であるリレー光学系４の瞳面４ｃまでの光路を示しており、この図２９に示した光路以外の構成については、図２を参照することができる。また、上述の実施の形態および変形例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２９において、図示なき光源からの光は、光量均一化素子１２に入射して波面分割される。光量均一化素子１２で波面分割されたそれぞれの光束は、所定の発散角で光量均一化素子１２から射出し、光量均一化素子１２の配置面１２ａに前側焦点位置を持つコンデンサー光学系１３を経て、コンデンサー光学系１２の後側焦点面１２ｂを重畳的に照明する。そして、この面１２ｂには、実質的に均一な照度分布の照野が形成され、リレー光学系４０によって、この照野の像が空間光変調器３に形成される。

すなわち、リレー光学系４０は、面１２ｂと空間光変調器３とを光学的に共役にしている。また、リレー光学系４０は、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面３ｄと共役な位置３ｅを、空間光変調器３の光源側の光路に形成していると言える。ここで、空間光変調器３の配列面３ｄと光学的に共役な位置３ｅは、光量均一化素子１２とコンデンサー光学系１３とによって照野が形成される面１２ｂに位置している。なお、光量均一化素子１２としては、たとえばフライアイレンズ等の屈折型アレイ素子、反射型アレイ素子、回折型アレイ素子などの波面分割素子を用いることができる。

図２９の例では、偏光ユニット５の一対の旋光部材５１および５２を空間光変調器３の配列面３ｄと共役な位置３ｅに配置して、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの複数のミラー要素群のそれぞれに対して異なる偏光状態の光束を供給することができる。そして、空間光変調器３の複数のミラー要素群のそれぞれによって瞳強度分布を構成する各面光源を設定する際に、各ミラー要素群に供給される光束の偏光状態をそれぞれ所望の偏光状態とできるため、各面光源の偏光状態を所望の偏光状態に設定できる。図２９の例においても、偏光ユニット５の偏光部材（旋光部材５１，５２）のエッジのデフォーカスによる悪影響を低減することができる。なお、図２９の例と、上述の各実施形態並びに変形例に示した構成とを組み合わせてもよい。

また、上述の実施形態並びに変形例では、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面と共役な位置に偏光ユニット５を配置したが、この偏光ユニット５と、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面の光学的なフーリエ変換面に配置されて、入射する直線偏光を周方向直線偏光または径方向直線偏光に変換する偏光ユニット１４とを組み合わせて用いることも可能である。以下、図３０〜図３２を参照して説明する。

図３０においては、光源１からマイクロフライアイレンズ７までの光路を示しており、この図３０に示した光路以外の構成については、図２を参照することができる。また、上述の実施の形態および変形例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３０において、図２に示した例と異なる構成は、空間光変調器３の配列面の光学的なフーリエ変換面であるリレー光学系４の瞳面４ｃの位置に、入射する直線偏光を周方向直線偏光または径方向直線偏光に変換する偏光ユニット１４を配置した点である。

図３１に示すように、この偏光ユニット１４は、光軸ＡＸを中心とした円形状（または円環状）の外形形状を有し、円の周方向に沿って８分割して得られる８個の分割領域１４ａ〜１４ｈを有する。そして、この偏光ユニット１４は、旋光性を有する光学材料である結晶材料、たとえば水晶により形成されている。偏光ユニット１４が照明光路中に位置決めされている状態において、偏光ユニット１４の入射面および射出面が光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸が光軸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。

ここで、分割領域１４ａ，１４ｅの光軸ＡＸ方向の厚さは、たとえば偏光ユニット１４にＹ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合に、Ｙ方向をＺ軸回りに＋９０度＋１８０×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させた方向、すなわちＸ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設定されている。また、分割領域１４ｂ，１４ｆの光軸ＡＸ方向の厚さは、たとえば偏光ユニット１４にＹ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合に、Ｙ方向をＺ軸回りに＋１３５度＋１８０×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させた方向、すなわちＹ方向をＺ軸回りに−４５度だけ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設定されている。

分割領域１４ｃ，１４ｇの光軸ＡＸ方向の厚さは、たとえば偏光ユニット１４にＹ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合に、Ｙ方向をＺ軸回りに＋１８０度＋１８０×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させた方向、すなわちＹ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設定されている。そして、分割領域１４ｄ，１４ｈの光軸ＡＸ方向の厚さは、たとえば偏光ユニット１４にＹ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合に、Ｙ方向をＺ軸回りに＋４５度＋１８０×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させた方向、すなわちＹ方向をＺ軸回りに＋４５度だけ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設定されている。

図３０に戻って、光源１から空間光変調器３に達する光の偏光方向が、Ｙ方向に偏光方向を持つ直線偏光であって、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの傾きが瞳面４ｃ上で８極状の光強度分布を形成するものであった場合には、偏光ユニット１４を経由した光強度分布の偏光状態は、光軸ＡＸを中心とした周方向直線偏光状態となる。そして、照明光学系の光路中に偏光ユニット５が位置しない場合には、図９（ａ）に示すように、マイクロフライアイレンズ７直後の照明瞳面にも、周方向直線偏光状態の８極状の光強度分布が形成される。

ここで、偏光ユニット５が、入射する直線偏光の偏光方向を光軸を中心として＋９０度＋１８０×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させる旋光部材である場合を考える。空間光変調器３の複数のミラー要素３ａのうち、マイクロフライアイレンズ７直後の照明瞳面上に形成される８極状の光強度分布のうちの面光源Ｐ１２ａ，１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成するための複数のミラー要素３ａが位置する部分領域と共役な領域に、偏光ユニット５を位置させると、図９（ｂ）に示すように、上下左右の極である面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂの偏光方向が周方向直線偏光であり、斜め±４５度方向の極である面光源Ｐ１２ａ，１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂの偏光方向が径方向直線偏光である偏光状態を得ることができる。

このように、照明瞳面上に周方向直線偏光を形成する偏光ユニット１４と、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面と共役な位置に配置される偏光ユニット５とを組み合わせて、偏光状態の変更を高い自由度のものとすることができる。

なお、図３０および図３１に示した変形例と、上述の実施形態ならびに変形例のいずれか一方とを組み合わせることも可能である。また、図３２に示すように、図２に示した実施形態と、図２９に示した変形例とを組み合わせて、空間光変調器３の被照射面側の光路中における共役位置と光源側の光路中における共役位置との双方に偏光ユニットを配置する構成も可能である。

上述の実施形態では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き（角度：傾き）を個別に制御可能な空間光変調器を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば米国特許第６，８９１，６５５号公報や、米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

上述の実施形態では、空間光変調器３が所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素３ａを備えているが、これに限定されることなく、所定面内に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。

上述の実施形態において、旋光部材５１，５２は、それぞれ入射する直線偏光の偏光方向を４５度、９０度だけ回転させるものであったが、偏光方向の回転角は４５度、９０度には限定されない。

旋光部材５１は、入射する直線偏光の偏光方向を４５度＋１８０×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させるものであれば良く、例えば２２５度、４０５度等であっても良い。旋光部材５２は、入射する直線偏光の偏光方向を９０度＋１８０×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させるものであれば良く、例えば２７０度、４５０度等であっても良い。すなわち、旋光部材５１は、入射する直線偏光の偏光方向をｊ度＋１８０×ｎ度（ｊは実数、ｎは整数）だけ回転させるものであれば良く、旋光部材５２は、入射する直線偏光の偏光方向をｋ度＋１８０×ｎ度（ｋは実数、ｎは整数）だけ回転させるものであれば良い。

また、上述したように、偏光ユニット５を構成する移動可能な偏光回転部材としての旋光部材または位相部材（典型的には波長板）の数は任意の数であっても良く、例えば図３３（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれが移動可能な３つの偏光回転部材で偏光ユニット５Ｆ、５Ｇを構成しても良い。

図３３（ａ）では、偏光ユニット５Ｆが図中Ｘ方向に移動可能な３つの偏光回転部材５１Ｆ、５２Ｆ、５６Ｆで構成されている。ここで偏光回転部材５１Ｆ、５２Ｆ、５６Ｆのそれぞれは、入射する直線偏光の偏光方向を１３５度だけ回転させる。これらの偏光回転部材５１Ｆ、５２Ｆ、５６Ｆは、旋光部材や波長板で構成されていても良く、上述の図２３に示した波長板であっても良い。図３３（ａ）において、偏光ユニット５Ｆに入射する直線偏光がＹ方向直線偏光である場合には、第１部分光束Ｆ１１は、偏光回転部材５１Ｆ、５２Ｆ、５６Ｆのいずれも経ることなく、偏光ユニット５Ｆの直後においてＹ方向直線偏光のままである。第２部分光束Ｆ１２は、偏光回転部材５１Ｆを経て、偏光ユニット５Ｆの直後において＋１３５度斜め方向直線偏光になる。第３部分光束Ｆ１３は、偏光回転部材５１Ｆ、５２Ｆを経て、偏光ユニット５Ｆの直後において＋２７０度方向直線偏光（Ｘ方向直線偏光）になる。第４部分光束Ｆ１４は、偏光回転部材５１Ｆ、５２Ｆ、５６Ｆを経て、偏光ユニット５Ｆの直後において＋４０５度斜め方向直線偏光になる。

また、図３３（ｂ）では、偏光ユニット５Ｇが図中Ｘ方向に移動可能な３つの偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇ、５６Ｇで構成されている。ここで、偏光回転部材５１Ｇ、５６Ｇのそれぞれは、入射する直線偏光の偏光方向を９０度だけ回転させ、偏光回転部材５２Ｇは、入射する直線偏光の偏光方向を１３５度だけ回転させる。これらの偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇ、５６Ｇは、旋光部材や波長板で構成されていても良く、上述の図２３に示した波長板であっても良い。図３３（ｂ）において、偏光ユニット５Ｇに入射する直線偏光がＹ方向直線偏光である場合には、第１部分光束Ｆ１１は、偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇ、５６Ｇのいずれも経ることなく、偏光ユニット５Ｇの直後においてＹ方向直線偏光のままである。第２部分光束Ｆ１２は、偏光回転部材５１Ｇを経て、偏光ユニット５Ｇの直後においてＸ方向直線偏光になる。第３部分光束Ｆ１３は、偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇを経て、偏光ユニット５Ｇの直後において＋２２５度斜め方向直線偏光になる。第４部分光束Ｆ１４は、偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇ、５６Ｇを経て、偏光ユニット５Ｇの直後において＋３１５度斜め方向直線偏光になる。なお、図３３（ｂ）の構成の場合、Ｘ方向直線偏光およびＹ方向直線偏光のみを用いて照明を行う際に、１つの偏光回転部材５１Ｇだけを照明光路に挿入すれば良い。

また、図３４に示すように、図３３（ｂ）の構成に加えて、入射する直線偏光の偏光方向を２２．５度＋１８０度×ｎ度（ｎは整数）だけ回転させる偏光回転部材５７を設けても良い。なお、図３４において、図３３（ｂ）の構成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３４において、図３３（ｂ）と異なる点を説明すると、偏光ユニット５Ｇに入射する直線偏光がＹ方向直線偏光である場合には、第５部分光束Ｆ１５は、偏光回転部材５７を経て、偏光ユニット５Ｇの直後において＋２２．５度斜め方向直線偏光になる。第６部分光束Ｆ１６は、偏光回転部材５１Ｇ、５７を経て、偏光ユニット５Ｇの直後において＋１１２．５度斜め方向直線偏光になる。第７部分光束Ｆ１７は、偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇ、５７を経て、偏光ユニット５Ｇの直後において＋２４７．５度斜め方向直線偏光になる。第８部分光束Ｆ１８は、偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇ、５６Ｇ、５７を経て、偏光ユニット５Ｇの直後において＋３３７．５度斜め方向直線偏光になる。

図３４の例では、偏光回転部材５７は、偏光回転部材５１Ｇ、５２Ｇ、５６Ｇの移動方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に移動可能であり、偏光回転部材５７の移動によって第１部分光束Ｆ１１と第５部分光束Ｆ１５との断面積比、第２部分光束Ｆ１２と第６部分光束Ｆ１６との断面積比、第３部分光束Ｆ１３と第７部分光束Ｆ１７との断面積比、第４部分光束Ｆ１４と第８部分光束Ｆ１８との断面積比を変更できる。なお、この偏光回転部材５７を図中Ｘ方向にも移動させても良い。

また、上述の各実施形態並びに変形例において、偏光ユニットの被照射面側の照明光路に、偏光ユニットよりも被照射面側の光学系に起因して発生するリターデーションの影響を低減するための位相変調部材を配置しても良い。図３５は、このような位相変調部材１５を偏光ユニット５よりも被照射面側の照明光路に配置した例を示す図であり、図２の実施形態と同様の機能を有する部材には同様の符号を付してある。

図３５において、位相変調部材１５は、照明光路の断面の全体に亘って延在し且つ均一な厚さを有する波長板であって、その光学軸はＹ方向（あるいはＸ方向）に設定されている。換言すれば、位相変調部材１５を構成する波長板の光学軸は、偏光ユニット５よりも被照射面側の光学系中の平面反射鏡ＭＲ２、ＭＲ３の反射面に対するｐ偏光の偏光方向またはｓ偏光の偏光方向に対応する方向に設定されている。

位相変調部材１５を設けない場合には、偏光ユニット５よりも下流側の光路中に配置された後続光学系（偏光ユニット５とレチクルＲまたはウェハＷとの間に配置された光学系、特に平面反射鏡ＭＲ２、ＭＲ３）によるリターデーション（偏光方向が互いに直交する一対の直線偏光成分の間に位相差が生じる現象）により、平面反射鏡の前後の光軸を含む面（ＹＺ平面）または当該面（ＹＺ平面）と直交し且つ光軸を含む面（ＸＺ平面）に沿わない偏光方向を持つ直線偏光（斜め偏光）が楕円偏光となりがちである。

図３５の例では、偏光ユニット５からの縦偏光（Ｙ方向直線偏光）および横偏光（Ｘ方向直線偏光）の光束は、位相変調部材１５による位相変調をほとんど受けることなく、位相変調部材１５からの光束の偏光方向はほぼ維持される。一方、偏光ユニット５からの斜め偏光の光束は、位相変調部材１５による位相変調を受けて、上記後続光学系による斜め偏光の楕円化をほぼ相殺する楕円偏光の光束になる。この楕円偏光の光束の偏光度は、位相変調部材１５を構成する波長板の厚さに依存する。

この構成により、偏光ユニット５よりも下流側の光路中に配置された後続光学系によるリターデーションの影響を低減できる。このような位相変調部材１５は、偏光ユニット５の直後の位置には限定されず、偏光ユニット５よりも被照射面側の照明光路であればいずれの位置にも配置できる。なお、Ｘ方向直線偏光およびＹ方向直線偏光のみを用いて照明を行う際には、位相変調部材を照明光路から退避させても良い。

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３６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３６に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。

その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図３７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３７に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

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Ｆ_２レーザ光源、Ａｒ_２レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などやｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどに対して本発明を適用することもできる。

また、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態において、露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウェハＷ上に形成することによって、ウェハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）に適用することができる。

さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウェハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウェハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置に適用することができる。

なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウェハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

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。

「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」を満足するために必要とされる詳細において本特許出願において説明しかつ例示した「表題」の実施形態の特定の態様は、上述の実施形態の態様のあらゆる上述の目的、及び上述の実施形態の態様により又はその目的のあらゆる他の理由で又はその目的にために解決すべき問題を完全に達成することができるが、請求した内容の上述の実施形態のここで説明した態様は、請求した内容によって広く考察された内容を単に例示しかつ代表することは、当業者によって理解されるものとする。実施形態のここで説明しかつ主張する態様の範囲は、本明細書の教示内容に基づいて当業者に現在明らかであると考えられるか又は明らかになると考えられる他の実施形態を漏れなく包含するものである。本発明の「表題」の範囲は、単独にかつ完全に特許請求の範囲によってのみ限定され、いかなるものも特許請求の範囲の詳細説明を超えるものではない。単数形でのこのような請求項における要素への言及は、解釈において、明示的に説明していない限り、このような要素が「１つ及び１つのみ」であることを意味するように意図しておらず、かつ意味しないものとし、「１つ又はそれよりも多い」を意味する意図とし、かつ意味するものとする。当業者に公知か又は後で公知になる実施形態の上述の態様の要素のいずれかに対する全ての構造的及び機能的均等物は、引用により本明細書に明示的に組み込まれると共に、特許請求の範囲によって包含されるように意図されている。本明細書及び／又は本出願の請求項に使用され、かつ本明細書及び／又は本出願の請求項に明示的に意味を与えられたあらゆる用語は、このような用語に関するあらゆる辞書上の意味又は他の一般的に使用される意味によらず、その意味を有するものとする。実施形態のいずれかの態様として本明細書で説明した装置又は方法は、それが特許請求の範囲によって包含されるように本出願において開示する実施形態の態様によって解決するように求められる各及び全て問題に対処することを意図しておらず、また必要でもない。本発明の開示内容におけるいかなる要素、構成要素、又は方法段階も、その要素、構成要素、又は方法段階が特許請求の範囲において明示的に詳細に説明されているか否かに関係なく、一般大衆に捧げられることを意図したものではない。特許請求の範囲におけるいかなる請求項の要素も、その要素が「〜のための手段」という語句を使用して明示的に列挙されるか又は方法の請求項の場合にはその要素が「作用」ではなく「段階」として列挙されていない限り、「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」第６項の規定に基づいて解釈されないものとする。

米国の特許法の準拠において、本出願人は、本出願の明細書に添付されたあらゆるそれぞれの請求項、一部の場合には１つの請求項だけにおいて説明した各発明の少なくとも１つの権能付与的かつ作用する実施形態を開示したことが当業者によって理解されるであろう。本出願人は、開示内容の実施形態の態様／特徴／要素、開示内容の実施形態の作用、又は開示内容の実施形態の機能を定義し、及び／又は開示内容の実施形態の態様／特徴／要素のあらゆる他の定義を説明する際に、随時又は本出願を通して、定義的な動詞（例えば、「is」、「are」、「does」、「has」、又は「include」など）、及び／又は他の定義的な動詞（例えば、「生成する」、「引き起こす」、「サンプリングする」、「読み取る」、又は「知らせる」など）、及び／又は動名詞（例えば、「生成すること」、「使用すること」、「取ること」、「保つこと」、「製造すること」、「判断すること」、「測定すること」、又は「計算すること」など）を使用した。あらゆるこのような定義的語又は語句などが、本明細書で開示する１つ又はそれよりも多くの実施形態のいずれかの態様／特徴／要素、すなわち、あらゆる特徴、要素、システム、サブシステム、処理、又はアルゴリズムの段階、特定の材料などを説明するのに使用されている場合は、常に、本出願人が発明しかつ請求したものに関する本発明の範囲を解釈するために、以下の制限的語句、すなわち、「例示的に」、「例えば、」、「一例として」、「例示的に単に」、「例示的にのみ」などの１つ又はそれよりも多く又は全てが先行し、及び／又は語句「することができる」、「する可能性がある」、「かもしれない」、及び「することができるであろう」などのいずれか１つ又はそれよりも多く又は全てを含むと読むべきである。全てのこのような特徴、要素、段階、及び材料などは、たとえ特許法の要件の準拠において本出願人が特許請求した内容の実施形態又はいずれかの実施形態のあらゆるそのような態様／特徴／要素の単一の権能付与的な実施例だけを開示したとしても、１つ又はそれよりも多くの開示した実施形態の単に可能な態様として説明されており、いずれかの実施形態のいずれか１つ又はそれよりも多くの態様／特徴／要素の唯一の可能な実施、及び／又は特許請求した内容の唯一の可能な実施形態としで説明していないと考えるべきである。本出願又は本出願の実施において、特許請求の範囲のあらゆる開示する実施形態又はあらゆる特定の本発明の開示する実施形態の特定的な態様／特徴／要素が、特許請求の範囲の内容又はあらゆるそのような特許請求の範囲に説明されるあらゆる態様／特徴／要素を実行する１つ及び唯一の方法になると本出願人が考えていることを明示的かつ具体的に特に示さない限り、本出願人は、本特許出願の特許請求の範囲の内容のあらゆる開示する実施形態のあらゆる開示した態様／特徴／要素又は実施形態全体のあらゆる説明が、特許請求の範囲の内容又はそのあらゆる態様／特徴／要素を実行するそのような１つ及び唯一の方法であり、従って、特許請求の範囲の内容の他の可能な実施例と共にあらゆるそのように開示した実施例を包含するのに十分に広範囲にわたるものであるあらゆる特許請求の範囲をこのような開示した実施形態のそのような態様／特徴／要素又はそのような開示した実施形態に限定するように解釈されることを意図していない。本出願人は、１つ又は複数の親請求項に説明した特許請求の範囲の内容又は直接又は間接的に従属する請求項のあらゆる態様／特徴／要素、段階のようなあらゆる詳細と共にいずれかの請求項に従属する従属請求項を有するあらゆる請求項は、親請求項の説明事項が、他の実施例と共に従属請求項内に更なる詳細を包含するのに十分に広範囲にわたるものであること、及び更なる詳細が、あらゆるこのような親請求項で請求する態様／特徴／要素を実行し、従って従属請求項の更なる詳細を親請求項に取り込むことによって含むあらゆるこのような親請求項のより幅広い態様／特徴／要素の範囲をいかなる点においても制限するいずれかの従属請求項に説明されるいずれかのこのような態様／特徴／要素の更なる詳細に限られる唯一の方法ではないことを意味するように解釈されるべきであることを具体的、明示的、かつ明解に意図するものである。

また、本願では、以下に示す特許請求の範囲としても良い。
請求項１ 光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器と、
前記照明光学系の光路中において前記所定面と光学的に共役な位置に配置されて、入射光束のうちの一部の光束の偏光状態を変化させて射出する偏光ユニットとを備えていることを特徴とする照明光学系。
請求項２ 前記偏光ユニットは、前記空間光変調器よりも前記被照射面側の光路中における前記共役な位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
請求項３ 前記偏光ユニットは、前記入射光束のうちの第１部分光束に作用を及ぼすことなく、前記入射光束のうちの前記第１部分光束とは異なる第２部分光束の偏光状態を変化させる第１光学素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
請求項４ 前記第１光学素子は、前記入射光束の断面に沿った第１面に配置され、前記第１面を経た前記第１部分光束の断面積と前記第１面を経た前記第２部分光束の断面積との比を変化させるために、前記第１面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
請求項５ 前記第１光学素子は、前記入射光束の矩形状の断面の一方の辺と平行な第１方向に延びる一対のエッジを有し、且つ前記第１方向と直交する第２方向に移動可能であることを特徴とする請求項３または４に記載の照明光学系。
請求項６ 前記第１光学素子は、前記入射光束の矩形状の断面の一方の辺と斜め交差する第３方向に延びる第１エッジと、前記第３方向とは異なる第４方向に延びる第２エッジとを有し、且つ前記入射光束の断面に沿って二次元的に移動可能であることを特徴とする請求項３または４に記載の照明光学系。
請求項７ 前記第１光学素子の前記第２エッジが延びる前記第４方向は、前記一方の辺と斜め交差する方向であることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
請求項８ 前記偏光ユニットは、前記第１光学素子を経た前記第２部分光束のうちの少なくとも一部の第３部分光束の偏光状態、および前記第１光学素子を経ることなく入射する前記第１部分光束のうちの少なくとも一部の第４部分光束の偏光状態を変化させる第２光学素子を有することを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項９ 前記第２光学素子は、前記入射光束の断面に沿った第２面に配置され、前記第２面を経た前記第３部分光束の断面積と前記第２面を経た前記第４部分光束の断面積との比を変化させるために、前記第２面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
請求項１０ 前記第２光学素子は、前記入射光束の矩形状の断面の一方の辺と平行な第１方向に延びる一対のエッジを有し、且つ前記第１方向と直交する第２方向に移動可能であることを特徴とする請求項８または９に記載の照明光学系。
請求項１１ 前記第２光学素子は、前記入射光束の矩形状の断面の一方の辺と斜め交差する第５方向に延びる第３エッジと、前記第５方向とは異なる第６方向に延びる第４エッジとを有し、且つ前記入射光束の断面に沿って二次元的に移動可能であることを特徴とする請求項８または９に記載の照明光学系。
請求項１２ 前記第２光学素子の前記第４エッジが延びる前記第６方向は、前記一方の辺と斜め交差する方向であることを特徴とする請求項１１に記載の照明光学系。
請求項１３ 前記第１光学素子は、旋光性を有する光学材料により形成された旋光部材を有することを特徴とする請求項３乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項１４ 前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方は、旋光性を有する光学材料により形成された旋光部材を有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項１５ 前記旋光部材は、右回り旋光性材料で形成された第１旋光部材と、該第１旋光部材と隣接して配置されて左回り旋光性材料から形成された第２旋光部材とを備えていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明光学系。
請求項１６ 前記所定面の光学的なフーリエ変換面には、入射位置に応じて異なる位相差を入射光に与える位相差付与部材が配置されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の照明光学系。
請求項１７ 前記第１光学素子は、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる波長板を有することを特徴とする請求項３乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項１８ 前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方は、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる波長板を有することを特徴とする請求項８乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項１９ 前記波長板は、前記入射光束の断面に沿って回転可能であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の照明光学系。
請求項２０ 前記波長板は、前記入射光束の断面に沿った面内における第１方向に沿った光学軸を持つ第１波長板と、前記入射光束の断面に沿った面内において前記第１方向とは異なる第２方向に沿った光学軸を持つ第２波長板とを備えていることを特徴とする請求項１８または１９に記載の照明光学系。
請求項２１ 前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方は、入射光から所定の偏光状態の光を選択して射出する偏光子を有することを特徴とする請求項８乃至２０のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項２２ 前記第１光学素子と前記第２光学素子とは互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項８乃至２１のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項２３ 前記所定面と前記所定面と共役な位置との間に配置されたリレー光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至２２に記載の照明光学系。
請求項２４ 前記第１光学素子と前記第２光学素子とは、前記所定面と光学的に共役な位置を挟んで配置されることを特徴とする請求項２３に記載の照明光学系。
請求項２５ 前記所定面と光学的に共役な位置は、前記リレー光学系の光軸上の位置であることを特徴とする請求項２３または２４に記載の照明光学系。
請求項２６ 前記空間光変調器の前記複数の光学要素が配置される前記所定面は、前記リレー光学系の光軸直交面に対して傾斜しており、
前記第１光学素子は、前記リレー光学系に関して前記所定面と光学的に共役な面に沿った方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項２７ 前記第１光学素子と前記第２光学素子との間に配置されて、前記第１光学素子と前記第２光学素子とを互いに光学的に共役にする第２リレー光学系を備えていることを特徴とする請求項８乃至２１のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項２８ 前記偏光ユニットは、照明光路に対して挿脱自在な非偏光化素子を有することを特徴とする請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項２９ 前記非偏光化素子は、前記照明光路中の前記所定面と光学的に共役な位置または該位置の近傍において挿脱自在であることを特徴とする請求項２８に記載の照明光学系。
請求項３０ オプティカルインテグレータを備え、
前記偏光ユニットは、前記空間光変調器と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項３１ 前記空間光変調器は、前記所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素と、該複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有することを特徴とする請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項３２ 前記駆動部は、前記複数のミラー要素の向きを連続的または離散的に変化させることを特徴とする請求項３１に記載の照明光学系。
請求項３３ 前記複数のミラー要素のうちの前記所定面上の第１領域に位置するミラー要素の群を第１ミラー要素群とし、前記複数のミラー要素のうちの前記第１領域とは異なる前記所定面上の第２領域に位置するミラー要素の群を第２ミラー要素群とするとき、前記駆動部は、前記第１ミラー要素群を経た光が前記所定面の光学的なフーリエ変換面上の第１瞳領域へ導かれるように前記第１ミラー要素群を制御駆動し、且つ前記第２ミラー要素群を経た光が前記所定面の光学的なフーリエ変換面上の第２瞳領域へ導かれるように前記第２ミラー要素群を制御駆動することを特徴とする請求項３１または３２に記載の照明光学系。
請求項３４ 前記第１瞳領域と前記第２瞳領域とは異なる領域であることを特徴とする請求項３３に記載の照明光学系。
請求項３５ 前記第１瞳領域と前記第２瞳領域とは一部が重複することを特徴とする請求項３３または３４に記載の照明光学系。
請求項３６ 前記偏光ユニットは、前記第１ミラー要素群を経た第１部分光束に作用を及ぼすことなく、前記第２ミラー要素群を経た第２部分光束の偏光状態を変化させる第１光学素子を有することを特徴とする請求項３３乃至３５のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項３７ 前記偏光ユニットは、前記空間光変調器よりも前記光源側の光路中における前記共役な位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至３６のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項３８ 前記共役な位置よりも前記光源側の光路中に配置されて、前記共役な位置を含む面内の照度均一性を、入射光束の断面内の照度均一性よりも向上させる照度均一化光学系を備えていることを特徴とする請求項３７に記載の照明光学系。
請求項３９ 前記共役な位置よりも前記光源側の光路中に配置されて、入射光束を波面分割して前記共役な位置を含む面に重畳させる波面分割光学系を備えていることを特徴とする請求項３７に記載の照明光学系。
請求項４０ 前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項１乃至３９のいずれか１項に記載の照明光学系。
請求項４１ 所定のパターンを照明するための請求項１乃至４０のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
請求項４２ 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４１に記載の露光装置。
請求項４３ 請求項４１または４２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。
請求項４４ 矩形状の断面を持つ入射光束のうちの一部の光束の偏光状態を変化させて射出する偏光ユニットであって、
前記入射光束の断面に沿った第１面に配置され、前記入射光束のうちの第１部分光束に作用を及ぼすことなく、前記入射光束のうちの第２部分光束の偏光状態を変化させる第１光学素子と、
前記入射光束の断面に沿った第２面に配置され、前記第１光学素子を経た前記第２部分光束のうちの少なくとも一部の第３部分光束の偏光状態、および前記第１光学素子を経ることなく入射する前記第１部分光束のうちの少なくとも一部の第４部分光束の偏光状態を変化させる第２光学素子とを備え、
前記第１光学素子は、前記入射光束の矩形状の断面の一方の辺と斜め交差する第３方向に延びる第１エッジと、前記第３方向とは異なる第４方向に延びる第２エッジとを有することを特徴とする偏光ユニット。
請求項４５ 前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちに少なくとも一方は、前記第１部分光束の断面積と前記第２部分光束の断面積と前記第３部分光束の断面積と前記第４部分光束の断面積との比を変化させるために、前記第１面または前記第２面に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項４４に記載の偏光ユニット。
請求項４６ 前記第１光学素子の前記第２エッジが延びる前記第４方向は、前記一方の辺と斜め交差する方向であることを特徴とする請求項４４または４５に記載の偏光ユニット。
請求項４７ 前記第２光学素子は、前記入射光束の矩形状の断面の一方の辺と斜め交差する第５方向に延びる第３エッジと、前記第５方向とは異なる第６方向に延びる第４エッジとを有し、且つ前記第２面に沿って二次元的に移動可能であることを特徴とする請求項４４乃至４６のいずれか１項に記載の偏光ユニット。
請求項４８ 前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方は、旋光性を有する光学材料により形成された旋光部材を有することを特徴とする請求項４４乃至４７のいずれか１項に記載の偏光ユニット。
請求項４９ 前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方は、入射光を所定の偏光状態の光に変化させる波長板を有することを特徴とする請求項４４乃至４８のいずれか１項に記載の偏光ユニット。
請求項５０ 前記波長板は、前記入射光束の断面に沿って回転可能であることを特徴とする請求項４９に記載の偏光ユニット。
請求項５１ 前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方は、入射光から所定の偏光状態の光を選択して射出する偏光子を有することを特徴とする請求項４４乃至５０のいずれか１項に記載の偏光ユニット。

１ 光源
２ ビーム送光部
３ 空間光変調器
４，６ リレー光学系
５ 偏光ユニット
５１，５２ 旋光部材
５３ 非偏光化素子
７ マイクロフライアイレンズ
８ コンデンサー光学系
９ マスクブラインド
１０ 結像光学系
ＤＴｒ，ＤＴｗ 瞳強度分布計測部
ＣＲ 制御系
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ

Claims (31)

1. 照明光で物体を照明する照明光学系であって、
   前記物体が配置される所定面と実質的に光学的なフーリエ変換の関係となる瞳面又はその近傍に後側焦点面が配置されるフライアイレンズと、
   前記フライアイレンズに対してその入射側に配置され、複数のミラー要素を有する空間光変調器と、
   それぞれ前記照明光の光路に配置可能かつ前記照明光の偏光状態を変換する複数の光学素子を有する偏光ユニットと、を備え、
   前記空間光変調器は、前記瞳面での前記照明光の強度分布を変更可能であるとともに、前記照明光の少なくとも一部が前記瞳面で光軸から離れた軸外領域に分布する強度分布を形成可能であり、
   前記複数の光学素子のうち第１光学素子は、前記軸外領域を介して前記物体に照射される前記照明光の少なくとも一部を、ｓ偏光を主成分とする偏光状態とするために、所定の一方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態で前記第１光学素子に入射する前記照明光の少なくとも一部が前記軸外領域において周方向を偏光方向とする直線偏光となるように前記照明光の偏光状態を変換し、
   前記照明光のうち前記光軸に対して斜めに前記第１光学素子に入射する光は、前記第１光学素子を介して前記周方向を偏光方向とする直線偏光と異なる偏光状態となって前記軸外領域に分布するとともに、前記照明光のうち前記第１光学素子に対してほぼ垂直に入射する光は、前記第１光学素子を介して前記周方向を偏光方向とする直線偏光となって前記軸外領域に分布し、
   前記偏光ユニットは、前記斜めに入射する光が前記瞳面において前記周方向を偏光方向とする直線偏光となるように前記斜めに入射する光を変換する、前記第１光学素子と異なる補正光学素子を有する。
2. 請求項１に記載の照明光学系において、
   前記補正光学素子は、前記第１光学素子に対してその射出側に隣接して配置される。
3. 請求項１に記載の照明光学系において、
   前記補正光学素子は、前記照明光に位相差を与える位相差付与部材を含む。
4. 請求項３に記載の照明光学系において、
   前記位相差付与部材は、前記第１光学素子と実質的に光学的なフーリエ変換の関係となるように配置される。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明光学系において、
   前記偏光ユニットはその少なくとも一部が前記空間光変調器に対してその入射側に配置される。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の照明光学系において、
   前記偏光ユニットはその少なくとも一部が前記空間光変調器と前記フライアイレンズとの間の光路に配置される。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明光学系において、
   前記偏光ユニットは、前記光軸と直交する方向に関して、前記第１光学素子と、前記複数の光学素子のうち前記第１光学素子と異なる第２光学素子とが部分的に重なるように前記光路に配置され、
   前記照明光のうち第１の光が前記第１、第２光学素子の両方を通って前記軸外領域内の第１領域に分布するとともに、前記照明光のうち前記第１の光と異なる第２の光が前記第１、第２光学素子の一方を通って前記軸外領域内で前記第１領域と異なる第２領域に分布するように、前記空間光変調器が駆動される。
8. 請求項７に記載の照明光学系において、
   前記第１、第２光学素子はそれぞれ、前記瞳面と共役な位置又はその近傍に配置される。
9. 請求項８に記載の照明光学系において、
   前記第１、第２光学素子は、前記光軸と平行な方向に関して互いに異なる位置に配置される。
10. 請求項９に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２光学素子は互いに近接して配置される。
11. 請求項７に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２光学素子はそれぞれ、前記空間光変調器の前記複数のミラー要素の配置面と実質的に共役に配置される。
12. 請求項１１に記載の照明光学系において、
    前記空間光変調器は、前記複数のミラー要素の配置面が前記瞳面と実質的に光学的なフーリエ変換の関係となるように配置される。
13. 請求項７〜１２のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２光学素子はそれぞれ、旋光性を有する光学材料で形成されるとともに、光学軸が前記光軸と実質的に一致するように配置される。
14. 請求項１３に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２光学素子は、前記光軸と平行な方向に関する厚さが互いに異なる。
15. 請求項７〜１２のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２光学素子はそれぞれ波長板であるとともに、光学軸が前記光軸と実質的に直交するように配置される。
16. 請求項７〜１５のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記照明光のうち前記第１、第２の光と異なる第３の光が前記第１、第２光学素子の他方を通って前記軸外領域内で前記第１、第２領域と異なる第３領域に分布するように、前記空間光変調器が駆動される。
17. 請求項１６に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２光学素子の一方を通って前記軸外領域内の前記第２領域に分布する前記第２の光と、前記第１、第２光学素子の他方を通って前記軸外領域内の前記第３領域に分布する前記第３の光とで、前記瞳面において前記直線偏光の方向が異なるように、前記第１、第２光学素子は偏光変換特性が互いに異なる。
18. 請求項１６又は１７に記載の照明光学系において、
    前記照明光のうち前記第１、第２、第３の光と異なる第４の光が前記第１、第２光学素子の両方を介さず前記軸外領域内で前記第１、第２、第３領域と異なる第４領域に分布するように前記空間光変調器が駆動される。
19. 請求項１８に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２、第３、第４の光は、前記瞳面において前記直線偏光の方向が互いに異なるように偏光状態が変換される。
20. 請求項７〜１９のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記空間光変調器に対してその入射側に配置され、前記空間光変調器での前記照明光の強度分布を実質的に均一にする均一化素子を、さらに備える。
21. 請求項２０に記載の照明光学系において、
    前記第１、第２光学素子と前記フライアイレンズとの間に配置される少なくとも１つのミラーを有し、
    前記軸外領域に分布する前記照明光の少なくとも一部は、前記少なくとも１つのミラーによって前記周方向を偏光方向とする直線偏光と異なる偏光状態となる光を含み、
    前記偏光ユニットは、前記ミラーによって前記異なる偏光状態となる光が前記瞳面において前記周方向を偏光方向とする直線偏光となるように、前記照明光の少なくとも一部を位相変調する位相変調部材を有する。
22. 照明光で基板を露光する露光装置であって、
    前記照明光でマスクを照明する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の照明光学系と、
    前記マスクのパターン像を前記基板上に形成する投影光学系と、を備え、
    前記照明光学系の瞳面と前記投影光学系の瞳面とは実質的に共役に配置される。
23. デバイス製造方法であって、
    請求項２２に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    前記露光された基板を現像することと、を含む。
24. マスクを介して照明光で基板を露光する露光方法であって、
    前記マスクが配置される所定面と実質的に光学的なフーリエ変換の関係となる瞳面又はその近傍に後側焦点面が配置されるフライアイレンズを有する照明光学系を介して前記照明光で前記マスクを照明するために、前記フライアイレンズに対してその入射側に配置され、複数のミラー要素を有する空間光変調器によって、前記瞳面において前記照明光学系の光軸から離れた軸外領域に前記照明光の少なくとも一部が分布する強度分布を形成することと、
    前記軸外領域を介して前記マスクに照射される前記照明光の少なくとも一部を、ｓ偏光を主成分とする偏光状態とするために、所定の一方向を偏光方向とする直線偏光を主成分とする偏光状態で第１光学素子に入射する前記照明光の少なくとも一部が前記軸外領域において周方向を偏光方向とする直線偏光となるように、それぞれ前記照明光の光路に配置可能かつ前記照明光の偏光状態を変換する複数の光学素子を有する偏光ユニットによって、前記照明光の偏光状態を変換することと、
    瞳面が前記照明光学系の瞳面と実質的に共役に配置される投影光学系を介して、前記マスクのパターン像を前記基板上に形成することと、を含み、
    前記照明光のうち前記光軸に対して斜めに前記第１光学素子に入射する光は、前記第１光学素子を介して前記周方向を偏光方向とする直線偏光と異なる偏光状態となって前記軸外領域に分布するとともに、前記照明光のうち前記第１光学素子に対してほぼ垂直に入射する光は、前記第１光学素子を介して前記周方向を偏光方向とする直線偏光となって前記軸外領域に分布し、
    前記偏光ユニットのうち前記第１光学素子と異なる補正光学素子によって、前記斜めに入射する光が前記照明光学系の瞳面において前記周方向を偏光方向とする直線偏光となるように、前記斜めに入射する光が変換される。
25. 請求項２４に記載の露光方法において、
    前記光軸と直交する方向に関して、前記第１光学素子と、前記複数の光学素子のうち前記第１光学素子と異なる第２光学素子とは部分的に重なるように前記光路に配置され、
    前記空間光変調器によって、前記照明光のうち第１の光は前記第１、第２光学素子の両方を通って前記軸外領域内の第１領域に分布するとともに、前記照明光のうち前記第１の光と異なる第２の光は前記第１、第２光学素子の一方を通って前記軸外領域内で前記第１領域と異なる第２領域に分布する。
26. 請求項２５に記載の露光方法において、
    前記照明光のうち前記第１、第２の光と異なる第３の光は、前記第１、第２光学素子の他方を通って前記軸外領域内で前記第１、第２領域と異なる第３領域に分布する。
27. 請求項２６に記載の露光方法において、
    前記照明光のうち前記第１、第２、第３の光と異なる第４の光は、前記第１、第２光学素子の両方を介さず前記軸外領域内で前記第１、第２、第３領域と異なる第４領域に分布する。
28. 請求項２７に記載の露光方法において、
    前記第１、第２、第３、第４の光は、前記照明光学系の瞳面において前記直線偏光の方向が互いに異なるように偏光状態が変換される。
29. 請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の露光方法において、
    前記空間光変調器に対してその入射側に配置される均一化素子によって、前記空間光変調器での前記照明光の強度分布が実質的に均一となる。
30. 請求項２９に記載の露光方法において、
    前記軸外領域に分布する前記照明光の少なくとも一部は、前記第１、第２光学素子と前記フライアイレンズとの間に配置される少なくとも１つのミラーによって前記周方向を偏光方向とする直線偏光と異なる偏光状態となる光を含み、
    前記ミラーによって前記異なる偏光状態となる光が前記照明光学系の瞳面において前記周方向を偏光方向とする直線偏光となるように、前記照明光の少なくとも一部が位相変調される。
31. デバイス製造方法であって、
    請求項２４〜３０のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板を露光することと、
    前記露光された基板を現像することと、を含む。

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