偏光解消素子、照明光学装置、露光装置および露光方法
入射偏光の偏光方向に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することのできる偏光解消素子。偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子。本発明の偏光解消素子（３）は、光軸（ＡＸ）に沿って配置されて複屈折性の結晶材料で形成された２つの偏角プリズム（３１，３２）を備えている。２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定されている。２つの偏角プリズムの頂角方向は、光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光解消素子、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マイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するのに使用される露光装置などに好適な偏光解消素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロレンズアレイなど）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。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。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。
【０００４】
現在、露光光源として、波長が２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長が１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などが用いられている。また、波長が１５７ｎｍの光を供給するＦ２レーザ光源などの使用が提案されている。従来の露光装置では、この種の光源から供給される直線偏光の光を偏光解消素子により非偏光の光に変換し、非偏光状態の光でマスクを照明している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、後に詳述するように、従来の偏光解消素子では、入射光の偏光方向（楕円偏光の長軸方向）に対して偏光解消素子の結晶光学軸（進相軸または遅相軸）が正確に４５度の角度をなすように設定する必要がある。すなわち、入射光の偏光方向が何らかの理由で想定した方向と異なった場合や、偏光解消素子の結晶光学軸の方向が何らかの理由で意図した方向からずれた場合には、十分な偏光解消効果が得られない。
【０００６】
また、光源から供給される光の偏光状態が正確にわかっていても、光源から偏光解消素子までの光路中に偏光状態を変化させる要素（例えば透過部材の複屈折性や反射部材のＰＳ位相差など）が存在するために、偏光解消素子に入射する光の偏光方向が正確にわからない場合がある。この場合には、偏光解消素子の結晶光学軸を入射光の偏光方向に対して４５度の角度をなすように設定することが困難であり、十分な偏光解消効果が得られない。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、入射偏光の偏光方向に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することのできる偏光解消素子を提供することを目的とする。また、本発明の偏光解消素子を用いて、光源からの光の偏光方向に依存することなく非偏光状態の光で被照射面を確実に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、本発明の照明光学装置を用いて非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うこと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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
光軸に沿って配置されて複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも２つの偏角プリズムを備え、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定され、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする偏光解消素子を提供する。
【０００９】
第１形態の好ましい態様によれば、前記少なくとも２つの偏角プリズムは、偏角プリズムを２つだけ有し、前記２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、前記少なくとも２つの偏角プリズムは、水晶、フッ化マグネシウム、または方解石により形成されていることが好ましい。また、前記少なくとも２つの偏角プリズムによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることが好ましい。
【００１０】
あるいは、前記少なくとも２つの偏角プリズムは、第１偏角プリズムと第２偏角プリズムとを有し、前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムとをさらに備えていることが好ましい。この場合、前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、前記偏光解消素子は、入射側から順に、前記第１補正偏角プリズムと、前記第１偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムと、前記第２補正偏角プリズムとを有することが好ましい。また、前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズムとは互いに隣接して配置されていることが好ましい。第１形態では、前記２つの偏角プリズム同士の頂角方向がほぼ直交するように設定されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２形態では、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることを特徴とする偏光解消素子を提供する。第２形態の好ましい態様によれば、前記第１ユニットは、第１の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換し、前記第２ユニットは、第２の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換する。
【００１２】
本発明の第３形態では、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
前記入射光の偏光状態の変動にかかわらずに、前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段を備えていることを特徴とする偏光解消素子を提供する。
本発明の第４形態では、偏光度を有する光を供給する光源と、該光源からの光を被照射面に照射する導光光学系とを備えた照明光学装置において、
前記導光光学系は、第１形態、第２形態または第３形態の偏光解消素子を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１３】
第３形態の好ましい態様によれば、前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段は、第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることが好ましい。
また、第２形態および第３形態の好ましい態様によれば、前記第１ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備えることが好ましく、前記第２ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備えることが好ましい。
【００１４】
第４形態の好ましい態様によれば、前記偏光解消素子を構成する各偏角プリズムは、各偏角プリズムのくさび角をαとし、光軸方向から見たときの各偏角プリズムの２つの屈折率のうちの高い屈折率および低い屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とし、前記偏光解消素子に入射する光束の断面の大きさをＬとし、前記偏光解消素子に入射する光の波長をλとするとき、Ｌα（ｎ１−ｎ２）≧λの条件を満足する。また、前記偏光解消素子と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに備えていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第５形態では、前記被照射面に配置されたマスクを照明するための第４形態の照明光学装置を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１６】
本発明の第６形態では、第４形態の照明光学装置を用いて前記被照射面に配置されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、たとえば複屈折性を有する２つの偏角プリズムを用いて偏光解消素子を構成し、この２つの偏角プリズムの結晶光学軸を互いに異なる方向を向くように設定し、頂角方向を互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定している。その結果、本発明の偏光解消素子では、２つの偏角プリズムの作用により、入射偏光の偏光方向に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することができる。
【００１８】
また、本発明の偏光解消素子を用いる照明光学装置では、光源からの光の偏光方向に依存することなく非偏光状態の光で被照射面を確実に照明することができる。したがって、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
［図１］本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
［図２］偏光状態測定器がウェハステージに着脱可能に取り付けられた様子を示す図である。
［図３］図２の偏光状態測定器の内部構成を概略的に示す図である。
［図４］図１に示す本実施形態の偏光解消素子の内部構成を概略的に示す図である。
［図５］本実施形態の偏光解消素子を構成する各偏角プリズムの構成を概略的に示す図である。
［図６］本実施形態の偏光解消素子の作用効果を説明する図であって、射出光のストークスパラメータの変化を示す図である。
［図７］本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第１の図である。
［図８］本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第２の図である。
［図９］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。
［図１０］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。
［図１１］従来の偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。
［図１２］第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが４５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。
［図１３］第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが２２．５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。
［図１４］図１１に示す従来の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第１の図である。
［図１５］図１１に示す従来の偏光解消素子の不都合をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。
［図１６］本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。
［図１７］本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の作用効果を概略的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
まず、本発明の実施形態の説明に先立って、従来の偏光解消素子の不都合について詳細に説明する。図１１は、従来の偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。図１１（ａ）を参照すると、従来の偏光解消素子は、光の入射側から順に、第１偏角プリズム（くさび板）１０１と第２偏角プリズム１０２とにより構成されている。第１偏角プリズム１０１は、水晶のような複屈折性材料からなり、光線の通過位置によって厚みが異なるため、通過位置によって異なる移相量を有する移相子として機能する。第１偏角プリズム１０２は、石英ガラスのような非複屈折性材料からなり、第１偏角プリズム１０１の偏角作用によって曲がった光線を元に戻すための補正板として機能する。
【００２１】
なお、厳密な議論においては、複屈折性材料からなる偏角プリズムを通過する光は常光と異常光とで屈折角度が微妙に異なり、その光路差に起因して常光と異常光との間に位相差が発生することにより、入射偏光の偏光状態が変化する。しかしながら、ここでは、第１偏角プリズム１０１が上述のように通過位置によって異なる移相量を有する移相子であるものと近似して説明することにする。また、本発明の目的および効果を説明するには、このような近似に基づく説明で十分である。
【００２２】
図１１（ｂ）は、第１偏角プリズム１０１を光軸方向から見たときの結晶光学軸の方向および入射光の偏光方向を示している。図１１（ｂ）では、縦方向をストークスパラメータのＳ１軸とし、−４５度、−４５度方向をストークスパラメータのＳ２軸と定義している。ここで、入射光の偏光方向とは、楕円偏光における楕円長軸の方向であり、直線偏光においては光の振動方向を意味する。図１１（ｂ）では、第１偏角プリズム１０１の結晶光学軸方向１０３の縦軸に対する角度をφで表わし、入射光の偏光方向１０４の縦軸に対する角度をθで表わしている。
【００２３】
第１偏角プリズム１０１に入射した偏光は通過位置によって異なる偏光状態変化を受けるため、射出光の偏光状態は通過位置によって異なる偏光状態変化を受けた光の平均とみなすことができる。したがって、射出光のストークスパラメータは、通過位置によって異なる偏光状態変化を受けた光のストークスパラメータの平均となる。
【００２４】
ここで、光軸方向から見たときの第１偏角プリズム１０１の屈折率のうち、高い屈折率をｎ１とし、低い屈折率をｎ２とし、第１偏角プリズム１０１のくさび角（頂角）をαとし、入射光束の断面の大きさをＬとしたとき、Ｌα（ｎ１−ｎ２）が入射光の波長λの整数倍（１倍、２倍、３倍・・・）であるか、あるいは整数倍でなくてもＬα（ｎ１−ｎ２）がλに対して十分に大きければ、第１偏角プリズム１０１の移相量は０〜２πの間でほぼ均等に分布するものと考えることができる。すなわち、射出光のストークスパラメータは、入射光のストークスパラメータに対して０〜２πの移相角変化を受けた場合の平均となる。そして、このような効果を得るには、Ｌα（ｎ１−ｎ２）≧λの条件を満たす必要がある。
【００２５】
図１２は、第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが４５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。図１２において、横軸は第１偏角プリズム１０１に入射する直線偏光の偏光方向の角度θを、縦軸は射出光のストークスパラメータの値を示している。図１２を参照すると、入射光の偏光方向が変化した場合、Ｓ１およびＳ３は常に０に保たれるが、Ｓ２は−１と＋１との間で大きく変化することがわかる。したがって、入射光の偏光方向の角度θ（０≦θ＜３６０）が０度、９０度、１８０度、２７０度であるときにのみ、Ｓ１とＳ２とＳ３とが同時に０となり、ひいては完全な偏光解消効果が得られる。
【００２６】
図１３は、第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが−２２．５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。この場合、図１３を参照すると、入射光の偏光方向の変化に伴って、Ｓ１およびＳ２がともに変化し、入射光の偏光方向の角度θが２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、２９２．５度であるときに、入射偏光が完全に偏光解消されることがわかる。このように、単独の水晶偏角プリズムを用いる従来の偏光解消素子において完全な偏光解消効果を得るには、入射光の偏光方向に対する結晶光学軸方向の角度を正確に４５度−９０度×Ｉ（Ｉは整数：・・・−１，０，＋１，＋２・・・）に設定する必要がある。
【００２７】
図１４は、図１１に示す従来の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。また、図１５は、図１１に示す従来の偏光解消素子の不都合をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。なお、ストークスパラメータ（Ｓｔｏｋｅｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）およびポアンカレ球（Ｐｏｉｎｃａｒｅ ｓｐｈｅｒｅ）に関しては、鶴田匡夫著，「応用光学ＩＩ」，培風館において詳細に説明されている。図１４において、入射偏光が横方向の直線偏光である場合、この直線偏光はポアンカレ球上の点１０６ａで表現される。図１１に示す従来の偏光解消素子では、第１偏角プリズム１０１の結晶光学軸の方向が入射光の偏光方向に対して４５度の角度をなすように設定されている。
【００２８】
このため、第１偏角プリズム１０１の移相作用は、ポアンカレ球においてＳ２軸廻りの回転によって表現されることになる。なお、ポアンカレ球は赤道一周が１８０度に相当するものと考えると理解しやすい。こうして、入射偏光は第１偏角プリズム１０１の通過位置によって異なる移相量を受けるため、射出光の偏光状態は参照符号１０６ｂで示す線上に分布することになる。このとき、線１０６ｂ上に分布する偏光状態の平均はポアンカレ球の中心となるため、射出光のストークスパラメータはＳ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝０になり、完全な偏光解消効果を得ることができる。
【００２９】
一方、図１５では、入射偏光がポアンカレ球上の点１０７ａで表現されている。この場合、点１０７ａで表現される入射光の偏光方向はＳ２軸に対して４５度の角度からずれているため、偏光解消効果が不十分になるはずである。図１５のポアンカレ球で考えると、点１０７ａで表現される入射偏光が第１偏角プリズム１０１の移相作用（すなわちＳ２軸廻りの回転）を受けて、射出光の偏光状態は参照符号１０７ｂで示す線上に分布することになる。この場合、射出光のストークスパラメータの平均はＳ１＝Ｓ３＝０であるがＳ２＝０にはならないため、完全な非偏光状態にはならず、偏光解消効果が不十分になる。
【００３０】
以上のように、従来の偏光解消素子では、入射光の偏光方向（楕円偏光の長軸方向）に対して偏光解消素子の結晶光学軸（進相軸または遅相軸）が正確に４５度の角度をなすように設定する必要がある。その結果、入射光の偏光方向が何らかの理由で想定した方向と異なった場合や、偏光解消素子の結晶光学軸の方向が何らかの理由で意図した方向からずれた場合や、偏光解消素子に入射する光の偏光方向が正確にわからないような場合には、十分な偏光解消効果を得ることができない。
【００３１】
本発明では、たとえば複屈折性を有する２つの偏角プリズムを用いて偏光解消素子を構成し、この２つの偏角プリズムの結晶光学軸を、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定している。加えて、この２つの偏角プリズムの頂角方向を、光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定している。本発明の偏光解消素子では、上述の２つの偏角プリズムの作用により、入射偏光の偏光方向に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することができる。
【００３２】
また、本発明の偏光解消素子を用いる照明光学装置では、光源からの光の偏光方向に依存することなく非偏光状態の光で被照射面を確実に照明することができる。したがって、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００３３】
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。また、図２は、偏光状態測定器がウェハステージに着脱可能に取り付けられた様子を示す図である。また、図３は、図２の偏光状態測定器の内部構成を概略的に示す図である。
【００３４】
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２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ２レーザ光源などを用いることができる。光源１から射出された所定の偏光度を有するほぼ平行な光束は、ビーム送光系２を介して所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、偏光解消素子３に入射する。
【００３５】
ここで、偏光度Ｖは、次の式（ａ）により表わされる。式（ａ）において、Ｓ０は全強度を、Ｓ１は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度を、Ｓ２は４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度を、Ｓ３は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度をそれぞれ表わしている。
Ｖ＝（Ｓ１２＋Ｓ２２＋Ｓ３２）１／２／Ｓ０ （ａ）
【００３６】
ビーム送光系２は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ偏光解消素子３へ導くとともに、後段の偏光解消素子３へ入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。一方、偏光解消素子３は、偏光度を有する入射光（本実施形態では例えば直線偏光の光）を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。なお、偏光解消素子３の詳細な構成および作用については後述する。
【００３７】
偏光解消素子３を介して非偏光状態に変換されたほぼ平行な光束は、マイクロレンズアレイ（またはフライアイレンズ）４に入射する。マイクロレンズアレイ４は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロレンズアレイを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。
【００３８】
また、マイクロレンズアレイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロレンズアレイはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロレンズアレイ４に代えて、回折光学素子や角柱状のロッド型インテグレータのようなオプティカルインテグレータを用いることもできる。
【００３９】
マイクロレンズアレイ４に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロレンズアレイ４の後側焦点面には、多数の光源からなる実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。マイクロレンズアレイ４の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、必要に応じて配置された開口絞り（不図示）によって制限され、ビームスプリッター７ａを介し、コンデンサー光学系５の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００４０】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００４１】
なお、本実施形態では、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板（すなわち素ガラス）の形態を有するビームスプリッター７ａによって、マイクロレンズアレイ４で形成される二次光源からの光束の一部を分岐して、インテグレータセンサとしての光電検出器７ｂに導いている。そして、この光電検出器７ｂからの出力信号に基づいて、ウェハＷへの露光量を制御する構成としている。
【００４２】
また、本実施形態では、１つのオプティカルインテグレータを用いているが、たとえば米国特許第４，９３９，６３０号に開示されるような２つのオプティカルインテグレータを直列的に配置した照明光学装置に偏光解消素子３を適用する場合には、最も光源側のオプティカルインテグレータの光源側に偏光解消素子３を配置すればよい。また、たとえば米国特許第６，５６３，５６７号に開示されるような回折光学素子とオプティカルインテグレータとを直列的に配置した照明光学装置に偏光解消素子３を適用する場合には、最も光源側の回折光学素子の光源側に偏光解消素子３を配置すればよい。
【００４３】
本実施形態では、図２に示すように、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に対する照明光（露光光）の偏光状態を測定するための偏光状態測定器６が着脱可能に取り付けられている。図３を参照すると、偏光状態測定器６は、ウェハＷの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材６０を備えている。なお、偏光状態測定器６の使用時には、ウェハＷは光路から退避する。ピンホール部材６０のピンホール６０ａを通過した光は、コリメートレンズ６１を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡６２で反射された後、移相子としてのλ／４板６３および偏光子としての偏光ビームスプリッター６４を介した後、二次元ＣＣＤ６５の検出面６５ａに達する。
【００４４】
ここで、λ／４板６３および偏光ビームスプリッター６４は、光軸を中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。こうして、ウェハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、λ／４板６３を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ６５の検出面６５ａにおける光強度分布が変化する。したがって、偏光状態測定器６では、λ／４板６３を光軸廻りに回転させながら検出面６５ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により、ウェハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を測定することができる。
【００４５】
なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材６０（ひいてはピンホール６０ａ）をウェハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、偏光状態測定器６では、二次元的な検出面６５ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。
【００４６】
また、偏光状態測定器６では、反射鏡６２の偏光特性により光の偏光状態が変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡６２の偏光特性は予めわかっているので、所要の計算によって反射鏡６２の偏光特性の偏光状態への影響に基づいて偏光状態測定器６の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。
【００４７】
図４は、図１に示す本実施形態の偏光解消素子の内部構成を概略的に示す図である。また、図５は、本実施形態の偏光解消素子を構成する各偏角プリズムの構成を概略的に示す図である。また、図６は、本実施形態の偏光解消素子の作用効果を説明する図であって、射出光のストークスパラメータの変化を示す図である。
【００４８】
図４を参照すると、偏光解消素子３は、光源側から順に、水晶により形成された第１偏角プリズム３１と、同じく水晶により形成された第２偏角プリズム３２と、石英ガラスにより形成された第３偏角プリズム３３とにより構成されている。図５（ａ）を参照すると、第１偏角プリズムとしての第１水晶プリズム３１では、その結晶光学軸の方向３１ａが図中鉛直方向に設定され、その頂角方向３１ｂが図中上向きから反時計廻りに４５度回転した向きに設定されている。
【００４９】
また、図５（ｂ）を参照すると、第２偏角プリズムとしての第２水晶プリズム３２では、その結晶光学軸の方向３２ａが図中鉛直方向に対して４５度をなすように（第１水晶プリズム３１の結晶光学軸の方向３１ａを光軸ＡＸを中心として時計廻りに４５度回転させたように）設定され、その頂角方向３２ｂが図中上向きから時計廻りに４５度回転した向きに設定されている。また、図５（ｃ）を参照すると、第３偏角プリズムとしての石英プリズム３３では、その頂角方向３３ｂが図中下向きに設定されている。
【００５０】
すなわち、本実施形態の偏光解消素子３では、複屈折性の結晶材料である水晶により形成された２つの偏角プリズム、すなわち第１水晶プリズム３１の結晶光学軸３１ａと第２水晶プリズム３２の結晶光学軸３２ａとは、光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとは、光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定されている。
【００５１】
さらに、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２との偏角作用による光線の曲がりが石英プリズム３３の偏角作用により元に戻されるように、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂおよび第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂに対して石英プリズム３３の頂角方向３３ｂが設定されている。すなわち、石英プリズム３３は、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムを構成している。
【００５２】
なお、水晶プリズム３１および３２は複屈折性を有するため、互いに異なる２つの屈折率ｎ１およびｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する。したがって、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる光線の偏角を屈折率が（ｎ１−ｎ２）／２であるものとして計算し、計算で求めた光線の偏角を打ち消すように石英プリズム３３の偏角を定めればよい。
【００５３】
図７は、本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第１の図である。また、図８は、本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第２の図である。以下、図７および図８を参照して、入射偏光の偏光方向（偏光状態）に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することができ、ひいてはほぼ完全な偏光解消効果が得られることを説明する。
【００５４】
図７において、偏光解消素子３への入射偏光がポアンカレ球上の適当な点５０ａで表現されるものとする。図４に示すように、偏光解消素子３への入射偏光は先ず第１水晶プリズム３１に入射するが、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸方向３１ａは縦方向（図５中鉛直方向に対して０度の方向）である。このため、第１水晶プリズム３１の移相作用はＳ１軸廻りの回転となり、第１水晶プリズム３１からの射出偏光は参照符号５０ｂで示す線上に分布することになる。
【００５５】
次に、線５０ｂで表現される第１水晶プリズム３１からの射出偏光は第２水晶プリズム３２に入射するが、その結晶光学軸方向３２ａは縦方向に対して４５度の方向（図５中鉛直方向に対して４５度の方向）である。このため、第２水晶プリズム３２の移相作用はＳ２軸廻りの回転となり、図８に示すように、第２水晶プリズム３２からの射出偏光は参照符号５０ｃで示す帯状の曲面上に分布することになる。
【００５６】
このとき、帯状曲面５０ｃ上に分布する偏光状態の平均は常にポアンカレ球の中心（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝０）となり、本実施形態の偏光解消素子３によりほぼ完全な偏光解消効果が得られることがわかる。これは、偏光解消素子３への入射偏光の偏光状態に対応する点５０ａがポアンカレ球上のどこに位置していたとしても成り立つことは明らかであり、本実施形態の偏光解消素子３によれば、入射偏光の偏光状態に関わりなくほぼ完全な偏光解消効果が得られることになる。
【００５７】
本実施形態では、上述の偏光状態測定器６を用いてウェハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を随時測定し、偏光解消素子３の作用によりほぼ完全な偏光解消効果が得られていることを確認することができる。そして、所望の偏光解消効果が得られていない場合には、入射偏光の偏光方向に依存することなく入射偏光を非偏光の光に確実に変換するように偏光解消素子３の光学調整を行うことができる。
【００５８】
このように、本実施形態では、偏光解消素子３によりほぼ完全な偏光解消効果を得ているため、仮に偏光解消素子３へ入射する光束の偏光状態が経時的に変動したとしても、インテグレータセンサとしての光電検出器７ｂへ光束を分岐するビームスプリッター７ａに入射する光束の偏光状態が一定に維持される。そのため、このビームスプリッター７ａの反射特性が入射偏光の状態によって変化するものであっても、常に一定の光量を光電検出器７ｂへ導くことができる。ひいては正確な露光量制御が可能となる。
【００５９】
なお、上述の実施形態では、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸方向３１ａを縦方向に対して０度の方向に設定し、第２水晶プリズム３２の結晶光学軸方向３２ａを縦方向に対して４５度の方向に設定している。しかしながら、この角度に限定されることなく、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸方向３１ａと第２水晶プリズム３２の結晶光学軸方向３２ａとが光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなしていれば、すなわちポアンカレ球上において回転作用の軸線が９０度の角度をなしていれば、入射偏光の偏光状態に関わりなくほぼ完全な偏光解消効果が得られることは明らかである。
【００６０】
また、上述の実施形態では、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定している。しかしながら、この角度に限定されることなく、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが光軸ＡＸ方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていれば良い。ただし、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとがなす角度が小さい場合、ほぼ完全な偏光解消効果を得るには入射偏光の光束を大きくする必要がある。
【００６１】
したがって、偏光解消素子３への入射偏光の光束径が小さくてもほぼ完全な偏光解消効果を得ることができ、ひいては偏光解消素子の小型化を達成するために、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定されていることが好ましい。なお、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが互いに逆向きである場合（および互いに同じ向きである場合）には、入射偏光の偏光度を低下させることはできてもほぼ完全な偏光解消効果を得ることはできない。
【００６２】
また、上述の実施形態では、２つの水晶プリズム（３１，３２）の結晶光学軸方向（３１ａ，３２ａ）が光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように構成した例を示している。しかしながら、たとえば３つ以上の水晶プリズムを用いて偏光解消素子を構成する場合には、４５度の角度に限定されることはない。すなわち、例えば３つの水晶プリズムを用いて偏光解消素子を構成する場合、３つの水晶プリズムによる移相作用の結果として、射出光の偏光状態を表すポアンカレ球上の曲面の重心がポアンカレ球の中心になるように結晶光学軸方向を設定すれば、ほぼ完全な偏光解消効果を得ることが可能である。
【００６３】
また、上述の実施形態では、２つの水晶プリズム（３１，３２）のマスク側に、補正偏角プリズムとしての石英プリズム３３を配置している。しかしながら、この配置に限定されることなく、たとえば石英プリズム３３を最も光源側に配置したり、２つの水晶プリズム（３１，３２）の間の光路中に石英プリズム３３を配置したりすることもできる。
【００６４】
また、上述の実施形態では、複屈折性を有する２つの偏角プリズム（３１，３２）を水晶により形成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばフッ化マグネシウムや方解石のような複屈折性の結晶材料を用いて２つの偏角プリズムを形成することもできる。あるいは、非複屈折性の材料に外部応力を作用させることによって得られた複屈折性材料などを用いることもできる。
【００６５】
また、上述の実施形態では、ビーム送光系２とマイクロレンズアレイ４との間の光路中に偏光解消素子３を配置しているが、これに限定されることなく、たとえばコンデンサー光学系５とマスクＭとの間の光路中または他の適当な光路中に偏光解消素子３を配置することもできる。ただし、偏光解消素子３とマスクＭとの間の光路中にオプティカルインテグレータを配置する構成を採用することにより、偏光解消素子３の有効径（外径）を小さく抑えることができる。
【００６６】
また、上述の実施形態では、偏光解消素子３を照明光路に対して挿脱自在に構成することが好ましい。この場合、必要に応じて、偏光解消素子３を照明光路中に設定することにより非偏光状態の光でマスクＭを照明し、偏光解消素子３を照明光路から退避させることにより直線偏光状態の光でマスクＭを照明することができ、ひいてはマスクＭに対する多様な照明が可能になる。
【００６７】
前述したように、本実施形態にかかる偏光解消素子３では、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸と第２水晶プリズム３２の結晶光学軸とが光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定され、且つ第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とが光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定される。すなわち、一例として、図５（ａ）に示すように結晶光学軸の方向３１ａと頂角方向３１ｂとが４５度の角度をなすように第１水晶プリズム３１を製造し、図５（ｂ）に示すように結晶光学軸の方向３２ａと頂角方向３２ｂとが一致するように第２水晶プリズム３２を製造する必要がある。
【００６８】
しかしながら、結晶光学軸の方向と頂角方向とが所定の角度関係を満たすように偏角プリズムを精度良く製造することは困難であり、結晶光学軸の方向と頂角方向との間の角度に関して製造誤差が発生し易い。この場合、所望の偏光解消効果を得るために第１水晶プリズム３１の結晶光学軸と第２水晶プリズム３２の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定すると、第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とが正確には直交しなくなり、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる合成偏角作用を石英プリズム３３により正確に補償することができなくなってしまう。
【００６９】
一方、正確な偏角作用補償効果を得るために第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とが直交するように設定すると、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸と第２水晶プリズム３２の結晶光学軸とが正確には４５度の角度をなさなくなり、所望の偏光解消効果を得ることができなくなってしまう。以下、本実施形態の変形例として、結晶光学軸の方向と頂角方向とが所定の角度関係を正確に満たす必要のない一対の水晶偏角プリズムを用いて本実施形態と同等の光学的効果を得ることのできる偏光解消素子について説明する。
【００７０】
図１６は、本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。また、図１７は、本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の作用効果を概略的に示す図である。図１６を参照すると、変形例にかかる偏光解消素子３’は、光源側（図１６中左側）から順に、第１補正偏角プリズム３４と、第１偏角プリズム３５と、第２偏角プリズム３６と、第２補正偏角プリズム３７とにより構成されている。ここで、第１偏角プリズム３５および第２偏角プリズム３６は水晶により形成された偏角プリズムであり、第１補正偏角プリズム３４および第２補正偏角プリズム３７は蛍石または石英ガラスにより形成された偏角プリズムである。
【００７１】
第１偏角プリズムとしての第１水晶プリズム３５では、図１７（ａ）に示すように結晶光学軸の方向３５ａがｚ方向に設定され、図１６（ｂ）に示すように頂角方向も＋ｚ方向に設定されている。一方、第２偏角プリズムとしての第２水晶プリズム３６では、図１７（ｂ）に示すように結晶光学軸の方向３６ａがｚ方向に対して４５度をなすように（第１水晶プリズム３５の結晶光学軸の方向３５ａを光軸ＡＸを中心として時計廻りに４５度回転させたように）設定され、図１６（ａ）に示すように頂角方向は−ｙ方向に設定されている。
【００７２】
また、図１６（ｂ）を参照すると、第１補正偏角プリズムとしての第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４では、その頂角方向が−ｚ方向に、すなわち第１水晶プリズム３５の頂角方向とは互いに反対の向きに設定されている。同様に、図１６（ａ）を参照すると、第２補正偏角プリズムとしての第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７では、その頂角方向が−ｙ方向に、すなわち第２水晶プリズム３６の頂角方向とは互いに反対の向きに設定されている。
【００７３】
すなわち、変形例にかかる偏光解消素子３’においても上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合と同様に、複屈折性の結晶材料である水晶により形成された２つの偏角プリズム、すなわち第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とは、光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とは、光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定されている。
【００７４】
しかしながら、変形例にかかる偏光解消素子３’では上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合とは異なり、第１水晶プリズム３５の偏角作用による光線の曲がりを第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の偏角作用により相殺し、第２水晶プリズム３６の偏角作用による光線の曲がりを第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の偏角作用により相殺するように、第１水晶プリズム３５と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４とが第１ユニット（３４，３５）を構成し、第２水晶プリズム３６と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７とが第２ユニット（３６，３７）を構成している。
【００７５】
このように、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３では、補正偏角プリズムとしての１つの石英プリズム３３が、２つの偏角プリズムである第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる合成偏角作用を補償している。これに対し、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１補正偏角プリズムとしての第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４が第１水晶プリズム３５による偏角作用を補正（補償）し、第２補正偏角プリズムとしての第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７が第２水晶プリズム３６による偏角作用を補正（補償）している。
【００７６】
ただし、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３において第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定され、変形例にかかる偏光解消素子３’において第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定されている点は互いに共通している。その結果、変形例にかかる偏光解消素子３’においても、ポアンカレ球を参照して前述したように、結晶光学軸が互いに４５度の角度をなすように設定された一対の水晶偏角プリズムの作用により、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３と同等の偏光解消効果を得ることができる。
【００７７】
以下、図１７を参照して、ポアンカレ球とは異なる観点から変形例にかかる偏光解消素子３’の基本的な作用効果について簡単に説明する。第１水晶プリズム３５では、図１７（ａ）に示すように、結晶光学軸の方向３５ａがｚ方向に設定されている。したがって、結晶光学軸の方向３５ａに対して４５度の角度をなす方向３５ｃまたは３５ｄに偏光面を有する直線偏光の光が第１水晶プリズム３５に入射した場合、光の通過位置によって異なる移相量が付与され、ひいては偏光解消が可能である。しかしながら、結晶光学軸の方向３５ａに対して９０度または０度の角度をなすｙ方向３５ｅまたはｚ方向３５ｆに偏光面を有する直線偏光の光が第１水晶プリズム３５に入射した場合、偏光状態が全く変わることなく直線偏光のまま通過し、偏光解消は不可能である。
【００７８】
同様に、第２水晶プリズム３６では、図１７（ｂ）に示すように、結晶光学軸の方向３６ａがｚ方向に対して４５度の角度に設定されている。したがって、結晶光学軸の方向３６ａに対して４５度の角度をなすｙ方向３６ｃまたはｚ方向３６ｄに偏光面を有する直線偏光の光が第２水晶プリズム３６に入射した場合、光の通過位置によって異なる移相量が付与され、ひいては偏光解消が可能である。しかしながら、結晶光学軸の方向３６ａに対して９０度または０度の角度をなす方向３６ｅまたは３６ｆの方向に偏光面を有する直線偏光の光が第２水晶プリズム３６に入射した場合、偏光状態が全く変わることなく直線偏光のまま通過し、偏光解消は不可能である。
【００７９】
このように、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６には偏光解消が不可能な直線偏光がそれぞれ存在するが、第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定されているので、第１水晶プリズム３５により偏光解消が不可能な直線偏光の光が第２水晶プリズム３６により偏光解消が可能で、第２水晶プリズム３６により偏光解消が不可能な直線偏光の光が第１水晶プリズム３５により偏光解消が可能に構成されている。換言すれば、第１ユニット（３４，３５）は第２ユニット（３６，３７）で非偏光の光に変換することのできない方向３５ｃまたは３５ｄに偏光面を有する直線偏光を非偏光の光に変換し、第２ユニット（３６，３７）は第１ユニット（３４，３５）で非偏光の光に変換することのできない方向３６ｃまたは３６ｄに偏光面を有する直線偏光を非偏光の光に変換するように構成されている。
【００８０】
以上、直線偏光が入射する場合を例にとって変形例にかかる偏光解消素子３’の基本的な作用効果を簡単に説明したが、直線偏光に限定されることなく入射光が楕円偏光であっても円偏光であっても、第１ユニット（３４，３５）は第２ユニット（３６，３７）で非偏光の光に変換することのできない偏光状態の入射光を非偏光の光に変換することになり、第２ユニット（３６，３７）は第１ユニット（３４，３５）で非偏光の光に変換することのできない偏光状態の入射光を非偏光の光に変換することになる。その結果、変形例にかかる偏光解消素子３’においても、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３と同等の偏光解消効果を得ることができる。
【００８１】
なお、変形例にかかる偏光解消素子３’においても上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合と同様に、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６の製造に際して、結晶光学軸の方向と頂角方向との間の角度に関する製造誤差が発生し易い。この場合、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１水晶プリズム３５の頂角方向と第２水晶プリズム３６の頂角方向とが正確には直交しなくても、所望の偏光解消効果を得るために第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように精度良く設定すればよい。
【００８２】
そして、第１水晶プリズム３５の頂角方向と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の頂角方向とが互いに反対の向きになるように第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４を正確に位置決めし、第２水晶プリズム３６の頂角方向と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の頂角方向とが互いに反対の向きになるように第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７を正確に位置決めすればよい。その結果、第１水晶プリズム３５の偏角作用を第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４により精度良く補正（補償）し、第２水晶プリズム３６の偏角作用を第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７により精度良く補正（補償）することができる。
【００８３】
第１水晶プリズム３５の頂角方向と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の頂角方向との位置決め手法としては、たとえば第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４を保持する金物基準で位置決めすることが考えられる。さらに高精度に位置決めするための手法の一例を以下に示す。第１水晶プリズム３５にコリメートされた光束を照射し、第１水晶プリズム３５を介した光束を集光レンズで光電検出器上に集光する。そして、第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４をコリメートされた光束中に挿入する。
【００８４】
ここで、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４がコリメート光束中に存在しない場合の光電検出器上の集光点と、第１水晶プリズム３５のみがコリメート光束中に存在する場合の光電検出器上の集光点と、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の双方がコリメート光束中に存在する場合の光電検出器上の集光点とが同一直線上になるように、第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）の光軸廻りの回転位置を調整する。これにより、第１水晶プリズム３５の偏角作用を第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４により精度良く補正（補償）することができる。上述の例では、第１蛍石プリズム（第１石英プリズム）３４の回転調整を行ったが、第１水晶プリズムの回転調整を行ってもよい。なお、第２水晶プリズム３６の頂角方向と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の頂角方向との位置決め手法については上述の説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８５】
以上のように、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１水晶プリズム３５の偏角作用および第２水晶プリズム３６の偏角作用を第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７により独立に補正（補償）する構成を採用している。このため、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６の製造に際して例え結晶光学軸の方向と頂角方向とが所定の角度関係を正確に満たすことができなくても、第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６との間の結晶光学軸の位置関係、第１水晶プリズム３５と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４との間の頂角方向の位置関係、および第２水晶プリズム３６と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７との間の頂角方向の位置関係を正確に満たすように組み立てることにより、所望の偏光解消効果および偏角作用補償効果を得ることができる。
【００８６】
第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６との結晶光学軸の方向を所定の角度関係とするための手法の一例について以下に説明する。ここで、上述の手法により、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の頂角方向の位置決め、並びに第２水晶プリズム３６および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の頂角方向の位置決めがなされているものとする。まず、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の対と、第２水晶プリズム３６および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の対とを直列に配置し、これらに対して直線偏光の光束を照射する。そして、これらのプリズム対の組３４〜３７を介した光束の射出側に偏光ビームスプリッター（または反射防止コート無しのガラス（素ガラス））を配置し、偏光ビームスプリッターの反射側または透過側、あるいは双方の側に光量検出器を配置する。この（これら）光量検出器の出力から、プリズム対の組３４〜３７を介した光束の偏光度を求めることが可能である。
【００８７】
そして、プリズム対の組３４〜３７へ入射させる直線偏光の偏光面の方向を光軸周りに回転させつつ光電検出器の出力をモニターして、入射直線偏光の偏光面の方向によらず、光電検出器の出力が一定となるように、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の対と、第２水晶プリズム３６および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の対との少なくとも一方の光軸周りの角度位置を調整する。これにより、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６の結晶光学軸の方向を所定の角度関係に設定することが可能である。
【００８８】
なお、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１水晶プリズム３５の光源側に第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４を配置し、第２水晶プリズム３６のマスク側の第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の位置については様々な変形例が可能である。ただし、偏光状態を変化させる特性を有する光学材料（例えば複屈折性を有する蛍石など）を用いて第１補正偏角プリズム３４および第２補正偏角プリズム３７を形成する場合には、第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６との間の光路中において偏光状態が変化することがないように、図１６に示すように第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６とが隣り合う配置構成、すなわち一対の補正偏角プリズム３４および３７により一対の水晶プリズム３５および３６を挟む配置構成を採用することが好ましい。
【００８９】
また、変形例にかかる偏光解消素子３’において、第１水晶プリズム３５の頂角方向と第２水晶プリズム３６の頂角方向とが互いに直交するように設定する必要がないこと、たとえば水晶以外のフッ化マグネシウムや方解石のような複屈折性の結晶材料を用いて２つの偏角プリズム（３５，３６）を形成することができることなどは、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合と同様である。なお、上述の実施形態では、偏光状態測定器６がウェハステージＷＳに取り付け可能な構成を示したが、この偏光状態測定器６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。
【００９０】
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９のフローチャートを参照して説明する。
【００９１】
先ず、図９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。
【００９２】
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１０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１０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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
なお、上述の実施形態では、コンデンサー光学系５によって二次光源からの光を集光して重畳的にマスクＭを照明している。しかしながら、これに限定されることなく、コンデンサー光学系５とマスクＭとの間の光路中に、照明視野絞り（マスクブラインド）と、この照明視野絞りの像をマスクＭ上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、コンデンサー光学系５は、二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部（光透過部）の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００９６】
また、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光やＦ２レーザ光を用いているが、これに限定されることなく、偏光度を有する光を供給する他の適当な光源に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【符号の説明】
【００９７】
１ 光源
２ ビーム送光系
３，３’ 偏光解消素子
４ マイクロレンズアレイ（フライアイレンズ）
５ コンデンサー光学系
６ 偏光状態測定器
３１，３２，３５，３６ 水晶プリズム
３３ 石英プリズム
３４，３７ 蛍石プリズム（または石英プリズム）
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光解消素子、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マイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するのに使用される露光装置などに好適な偏光解消素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロレンズアレイなど）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。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。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。
【０００４】
現在、露光光源として、波長が２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、波長が１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などが用いられている。また、波長が１５７ｎｍの光を供給するＦ２レーザ光源などの使用が提案されている。従来の露光装置では、この種の光源から供給される直線偏光の光を偏光解消素子により非偏光の光に変換し、非偏光状態の光でマスクを照明している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、後に詳述するように、従来の偏光解消素子では、入射光の偏光方向（楕円偏光の長軸方向）に対して偏光解消素子の結晶光学軸（進相軸または遅相軸）が正確に４５度の角度をなすように設定する必要がある。すなわち、入射光の偏光方向が何らかの理由で想定した方向と異なった場合や、偏光解消素子の結晶光学軸の方向が何らかの理由で意図した方向からずれた場合には、十分な偏光解消効果が得られない。
【０００６】
また、光源から供給される光の偏光状態が正確にわかっていても、光源から偏光解消素子までの光路中に偏光状態を変化させる要素（例えば透過部材の複屈折性や反射部材のＰＳ位相差など）が存在するために、偏光解消素子に入射する光の偏光方向が正確にわからない場合がある。この場合には、偏光解消素子の結晶光学軸を入射光の偏光方向に対して４５度の角度をなすように設定することが困難であり、十分な偏光解消効果が得られない。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、入射偏光の偏光方向に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することのできる偏光解消素子を提供することを目的とする。また、本発明の偏光解消素子を用いて、光源からの光の偏光方向に依存することなく非偏光状態の光で被照射面を確実に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、本発明の照明光学装置を用いて非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うこと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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
光軸に沿って配置されて複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも２つの偏角プリズムを備え、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定され、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする偏光解消素子を提供する。
【０００９】
第１形態の好ましい態様によれば、前記少なくとも２つの偏角プリズムは、偏角プリズムを２つだけ有し、前記２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、前記少なくとも２つの偏角プリズムは、水晶、フッ化マグネシウム、または方解石により形成されていることが好ましい。また、前記少なくとも２つの偏角プリズムによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることが好ましい。
【００１０】
あるいは、前記少なくとも２つの偏角プリズムは、第１偏角プリズムと第２偏角プリズムとを有し、前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムとをさらに備えていることが好ましい。この場合、前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、前記偏光解消素子は、入射側から順に、前記第１補正偏角プリズムと、前記第１偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムと、前記第２補正偏角プリズムとを有することが好ましい。また、前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズムとは互いに隣接して配置されていることが好ましい。第１形態では、前記２つの偏角プリズム同士の頂角方向がほぼ直交するように設定されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２形態では、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることを特徴とする偏光解消素子を提供する。第２形態の好ましい態様によれば、前記第１ユニットは、第１の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換し、前記第２ユニットは、第２の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換する。
【００１２】
本発明の第３形態では、偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
前記入射光の偏光状態の変動にかかわらずに、前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段を備えていることを特徴とする偏光解消素子を提供する。
本発明の第４形態では、偏光度を有する光を供給する光源と、該光源からの光を被照射面に照射する導光光学系とを備えた照明光学装置において、
前記導光光学系は、第１形態、第２形態または第３形態の偏光解消素子を有することを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１３】
第３形態の好ましい態様によれば、前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段は、第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることが好ましい。
また、第２形態および第３形態の好ましい態様によれば、前記第１ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備えることが好ましく、前記第２ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備えることが好ましい。
【００１４】
第４形態の好ましい態様によれば、前記偏光解消素子を構成する各偏角プリズムは、各偏角プリズムのくさび角をαとし、光軸方向から見たときの各偏角プリズムの２つの屈折率のうちの高い屈折率および低い屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とし、前記偏光解消素子に入射する光束の断面の大きさをＬとし、前記偏光解消素子に入射する光の波長をλとするとき、Ｌα（ｎ１−ｎ２）≧λの条件を満足する。また、前記偏光解消素子と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに備えていることが好ましい。
【００１５】
本発明の第５形態では、前記被照射面に配置されたマスクを照明するための第４形態の照明光学装置を備え、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１６】
本発明の第６形態では、第４形態の照明光学装置を用いて前記被照射面に配置されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、たとえば複屈折性を有する２つの偏角プリズムを用いて偏光解消素子を構成し、この２つの偏角プリズムの結晶光学軸を互いに異なる方向を向くように設定し、頂角方向を互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定している。その結果、本発明の偏光解消素子では、２つの偏角プリズムの作用により、入射偏光の偏光方向に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することができる。
【００１８】
また、本発明の偏光解消素子を用いる照明光学装置では、光源からの光の偏光方向に依存することなく非偏光状態の光で被照射面を確実に照明することができる。したがって、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
［図１］本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
［図２］偏光状態測定器がウェハステージに着脱可能に取り付けられた様子を示す図である。
［図３］図２の偏光状態測定器の内部構成を概略的に示す図である。
［図４］図１に示す本実施形態の偏光解消素子の内部構成を概略的に示す図である。
［図５］本実施形態の偏光解消素子を構成する各偏角プリズムの構成を概略的に示す図である。
［図６］本実施形態の偏光解消素子の作用効果を説明する図であって、射出光のストークスパラメータの変化を示す図である。
［図７］本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第１の図である。
［図８］本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第２の図である。
［図９］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。
［図１０］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。
［図１１］従来の偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。
［図１２］第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが４５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。
［図１３］第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが２２．５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。
［図１４］図１１に示す従来の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第１の図である。
［図１５］図１１に示す従来の偏光解消素子の不都合をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。
［図１６］本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。
［図１７］本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の作用効果を概略的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
まず、本発明の実施形態の説明に先立って、従来の偏光解消素子の不都合について詳細に説明する。図１１は、従来の偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。図１１（ａ）を参照すると、従来の偏光解消素子は、光の入射側から順に、第１偏角プリズム（くさび板）１０１と第２偏角プリズム１０２とにより構成されている。第１偏角プリズム１０１は、水晶のような複屈折性材料からなり、光線の通過位置によって厚みが異なるため、通過位置によって異なる移相量を有する移相子として機能する。第１偏角プリズム１０２は、石英ガラスのような非複屈折性材料からなり、第１偏角プリズム１０１の偏角作用によって曲がった光線を元に戻すための補正板として機能する。
【００２１】
なお、厳密な議論においては、複屈折性材料からなる偏角プリズムを通過する光は常光と異常光とで屈折角度が微妙に異なり、その光路差に起因して常光と異常光との間に位相差が発生することにより、入射偏光の偏光状態が変化する。しかしながら、ここでは、第１偏角プリズム１０１が上述のように通過位置によって異なる移相量を有する移相子であるものと近似して説明することにする。また、本発明の目的および効果を説明するには、このような近似に基づく説明で十分である。
【００２２】
図１１（ｂ）は、第１偏角プリズム１０１を光軸方向から見たときの結晶光学軸の方向および入射光の偏光方向を示している。図１１（ｂ）では、縦方向をストークスパラメータのＳ１軸とし、−４５度、−４５度方向をストークスパラメータのＳ２軸と定義している。ここで、入射光の偏光方向とは、楕円偏光における楕円長軸の方向であり、直線偏光においては光の振動方向を意味する。図１１（ｂ）では、第１偏角プリズム１０１の結晶光学軸方向１０３の縦軸に対する角度をφで表わし、入射光の偏光方向１０４の縦軸に対する角度をθで表わしている。
【００２３】
第１偏角プリズム１０１に入射した偏光は通過位置によって異なる偏光状態変化を受けるため、射出光の偏光状態は通過位置によって異なる偏光状態変化を受けた光の平均とみなすことができる。したがって、射出光のストークスパラメータは、通過位置によって異なる偏光状態変化を受けた光のストークスパラメータの平均となる。
【００２４】
ここで、光軸方向から見たときの第１偏角プリズム１０１の屈折率のうち、高い屈折率をｎ１とし、低い屈折率をｎ２とし、第１偏角プリズム１０１のくさび角（頂角）をαとし、入射光束の断面の大きさをＬとしたとき、Ｌα（ｎ１−ｎ２）が入射光の波長λの整数倍（１倍、２倍、３倍・・・）であるか、あるいは整数倍でなくてもＬα（ｎ１−ｎ２）がλに対して十分に大きければ、第１偏角プリズム１０１の移相量は０〜２πの間でほぼ均等に分布するものと考えることができる。すなわち、射出光のストークスパラメータは、入射光のストークスパラメータに対して０〜２πの移相角変化を受けた場合の平均となる。そして、このような効果を得るには、Ｌα（ｎ１−ｎ２）≧λの条件を満たす必要がある。
【００２５】
図１２は、第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが４５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。図１２において、横軸は第１偏角プリズム１０１に入射する直線偏光の偏光方向の角度θを、縦軸は射出光のストークスパラメータの値を示している。図１２を参照すると、入射光の偏光方向が変化した場合、Ｓ１およびＳ３は常に０に保たれるが、Ｓ２は−１と＋１との間で大きく変化することがわかる。したがって、入射光の偏光方向の角度θ（０≦θ＜３６０）が０度、９０度、１８０度、２７０度であるときにのみ、Ｓ１とＳ２とＳ３とが同時に０となり、ひいては完全な偏光解消効果が得られる。
【００２６】
図１３は、第１偏角プリズムの結晶光学軸方向の角度φが−２２．５度に設定されたときに、入射光の偏光方向の角度θによって射出光のストークスパラメータがどのように変化するかを示す図である。この場合、図１３を参照すると、入射光の偏光方向の変化に伴って、Ｓ１およびＳ２がともに変化し、入射光の偏光方向の角度θが２２．５度、１１２．５度、２０２．５度、２９２．５度であるときに、入射偏光が完全に偏光解消されることがわかる。このように、単独の水晶偏角プリズムを用いる従来の偏光解消素子において完全な偏光解消効果を得るには、入射光の偏光方向に対する結晶光学軸方向の角度を正確に４５度−９０度×Ｉ（Ｉは整数：・・・−１，０，＋１，＋２・・・）に設定する必要がある。
【００２７】
図１４は、図１１に示す従来の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。また、図１５は、図１１に示す従来の偏光解消素子の不都合をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する図である。なお、ストークスパラメータ（Ｓｔｏｋｅｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ）およびポアンカレ球（Ｐｏｉｎｃａｒｅ ｓｐｈｅｒｅ）に関しては、鶴田匡夫著，「応用光学ＩＩ」，培風館において詳細に説明されている。図１４において、入射偏光が横方向の直線偏光である場合、この直線偏光はポアンカレ球上の点１０６ａで表現される。図１１に示す従来の偏光解消素子では、第１偏角プリズム１０１の結晶光学軸の方向が入射光の偏光方向に対して４５度の角度をなすように設定されている。
【００２８】
このため、第１偏角プリズム１０１の移相作用は、ポアンカレ球においてＳ２軸廻りの回転によって表現されることになる。なお、ポアンカレ球は赤道一周が１８０度に相当するものと考えると理解しやすい。こうして、入射偏光は第１偏角プリズム１０１の通過位置によって異なる移相量を受けるため、射出光の偏光状態は参照符号１０６ｂで示す線上に分布することになる。このとき、線１０６ｂ上に分布する偏光状態の平均はポアンカレ球の中心となるため、射出光のストークスパラメータはＳ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝０になり、完全な偏光解消効果を得ることができる。
【００２９】
一方、図１５では、入射偏光がポアンカレ球上の点１０７ａで表現されている。この場合、点１０７ａで表現される入射光の偏光方向はＳ２軸に対して４５度の角度からずれているため、偏光解消効果が不十分になるはずである。図１５のポアンカレ球で考えると、点１０７ａで表現される入射偏光が第１偏角プリズム１０１の移相作用（すなわちＳ２軸廻りの回転）を受けて、射出光の偏光状態は参照符号１０７ｂで示す線上に分布することになる。この場合、射出光のストークスパラメータの平均はＳ１＝Ｓ３＝０であるがＳ２＝０にはならないため、完全な非偏光状態にはならず、偏光解消効果が不十分になる。
【００３０】
以上のように、従来の偏光解消素子では、入射光の偏光方向（楕円偏光の長軸方向）に対して偏光解消素子の結晶光学軸（進相軸または遅相軸）が正確に４５度の角度をなすように設定する必要がある。その結果、入射光の偏光方向が何らかの理由で想定した方向と異なった場合や、偏光解消素子の結晶光学軸の方向が何らかの理由で意図した方向からずれた場合や、偏光解消素子に入射する光の偏光方向が正確にわからないような場合には、十分な偏光解消効果を得ることができない。
【００３１】
本発明では、たとえば複屈折性を有する２つの偏角プリズムを用いて偏光解消素子を構成し、この２つの偏角プリズムの結晶光学軸を、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定している。加えて、この２つの偏角プリズムの頂角方向を、光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定している。本発明の偏光解消素子では、上述の２つの偏角プリズムの作用により、入射偏光の偏光方向に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することができる。
【００３２】
また、本発明の偏光解消素子を用いる照明光学装置では、光源からの光の偏光方向に依存することなく非偏光状態の光で被照射面を確実に照明することができる。したがって、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、非偏光状態の光でマスクを確実に照明し、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００３３】
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。また、図２は、偏光状態測定器がウェハステージに着脱可能に取り付けられた様子を示す図である。また、図３は、図２の偏光状態測定器の内部構成を概略的に示す図である。
【００３４】
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２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や、１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ２レーザ光源などを用いることができる。光源１から射出された所定の偏光度を有するほぼ平行な光束は、ビーム送光系２を介して所定の矩形状の断面を有する光束に整形された後、偏光解消素子３に入射する。
【００３５】
ここで、偏光度Ｖは、次の式（ａ）により表わされる。式（ａ）において、Ｓ０は全強度を、Ｓ１は水平直線偏光強度マイナス垂直直線偏光強度を、Ｓ２は４５度直線偏光強度マイナス１３５度直線偏光強度を、Ｓ３は右まわり円偏光強度マイナス左まわり円偏光強度をそれぞれ表わしている。
Ｖ＝（Ｓ１２＋Ｓ２２＋Ｓ３２）１／２／Ｓ０ （ａ）
【００３６】
ビーム送光系２は、入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ偏光解消素子３へ導くとともに、後段の偏光解消素子３へ入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。一方、偏光解消素子３は、偏光度を有する入射光（本実施形態では例えば直線偏光の光）を実質的に非偏光の光に変換する機能を有する。なお、偏光解消素子３の詳細な構成および作用については後述する。
【００３７】
偏光解消素子３を介して非偏光状態に変換されたほぼ平行な光束は、マイクロレンズアレイ（またはフライアイレンズ）４に入射する。マイクロレンズアレイ４は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロレンズアレイを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。
【００３８】
また、マイクロレンズアレイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロレンズアレイはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロレンズアレイ４に代えて、回折光学素子や角柱状のロッド型インテグレータのようなオプティカルインテグレータを用いることもできる。
【００３９】
マイクロレンズアレイ４に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各微小レンズの後側焦点面には光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロレンズアレイ４の後側焦点面には、多数の光源からなる実質的な面光源（以下、「二次光源」という）が形成される。マイクロレンズアレイ４の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、必要に応じて配置された開口絞り（不図示）によって制限され、ビームスプリッター７ａを介し、コンデンサー光学系５の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００４０】
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００４１】
なお、本実施形態では、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板（すなわち素ガラス）の形態を有するビームスプリッター７ａによって、マイクロレンズアレイ４で形成される二次光源からの光束の一部を分岐して、インテグレータセンサとしての光電検出器７ｂに導いている。そして、この光電検出器７ｂからの出力信号に基づいて、ウェハＷへの露光量を制御する構成としている。
【００４２】
また、本実施形態では、１つのオプティカルインテグレータを用いているが、たとえば米国特許第４，９３９，６３０号に開示されるような２つのオプティカルインテグレータを直列的に配置した照明光学装置に偏光解消素子３を適用する場合には、最も光源側のオプティカルインテグレータの光源側に偏光解消素子３を配置すればよい。また、たとえば米国特許第６，５６３，５６７号に開示されるような回折光学素子とオプティカルインテグレータとを直列的に配置した照明光学装置に偏光解消素子３を適用する場合には、最も光源側の回折光学素子の光源側に偏光解消素子３を配置すればよい。
【００４３】
本実施形態では、図２に示すように、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に対する照明光（露光光）の偏光状態を測定するための偏光状態測定器６が着脱可能に取り付けられている。図３を参照すると、偏光状態測定器６は、ウェハＷの位置またはその近傍に位置決め可能なピンホール部材６０を備えている。なお、偏光状態測定器６の使用時には、ウェハＷは光路から退避する。ピンホール部材６０のピンホール６０ａを通過した光は、コリメートレンズ６１を介してほぼ平行な光束になり、反射鏡６２で反射された後、移相子としてのλ／４板６３および偏光子としての偏光ビームスプリッター６４を介した後、二次元ＣＣＤ６５の検出面６５ａに達する。
【００４４】
ここで、λ／４板６３および偏光ビームスプリッター６４は、光軸を中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。こうして、ウェハＷに対する照明光の偏光度が０でない場合には、λ／４板６３を光軸廻りに回転させることにより二次元ＣＣＤ６５の検出面６５ａにおける光強度分布が変化する。したがって、偏光状態測定器６では、λ／４板６３を光軸廻りに回転させながら検出面６５ａにおける光強度分布の変化を検出し、この検出結果から回転移相子法により、ウェハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を測定することができる。
【００４５】
なお、回転移相子法については、例えば鶴田著，「光の鉛筆−光技術者のための応用光学」，株式会社新技術コミュニケーションズなどに詳しく記載されている。実際には、ピンホール部材６０（ひいてはピンホール６０ａ）をウェハ面に沿って二次元的に移動させつつ、ウェハ面内の複数の位置における照明光の偏光状態を測定する。このとき、偏光状態測定器６では、二次元的な検出面６５ａにおける光強度分布の変化を検出するので、この検出分布情報に基づいて照明光の瞳内における偏光状態の分布を測定することができる。
【００４６】
また、偏光状態測定器６では、反射鏡６２の偏光特性により光の偏光状態が変化してしまう場合がある。この場合、反射鏡６２の偏光特性は予めわかっているので、所要の計算によって反射鏡６２の偏光特性の偏光状態への影響に基づいて偏光状態測定器６の測定結果を補正し、照明光の偏光状態を正確に測定することができる。
【００４７】
図４は、図１に示す本実施形態の偏光解消素子の内部構成を概略的に示す図である。また、図５は、本実施形態の偏光解消素子を構成する各偏角プリズムの構成を概略的に示す図である。また、図６は、本実施形態の偏光解消素子の作用効果を説明する図であって、射出光のストークスパラメータの変化を示す図である。
【００４８】
図４を参照すると、偏光解消素子３は、光源側から順に、水晶により形成された第１偏角プリズム３１と、同じく水晶により形成された第２偏角プリズム３２と、石英ガラスにより形成された第３偏角プリズム３３とにより構成されている。図５（ａ）を参照すると、第１偏角プリズムとしての第１水晶プリズム３１では、その結晶光学軸の方向３１ａが図中鉛直方向に設定され、その頂角方向３１ｂが図中上向きから反時計廻りに４５度回転した向きに設定されている。
【００４９】
また、図５（ｂ）を参照すると、第２偏角プリズムとしての第２水晶プリズム３２では、その結晶光学軸の方向３２ａが図中鉛直方向に対して４５度をなすように（第１水晶プリズム３１の結晶光学軸の方向３１ａを光軸ＡＸを中心として時計廻りに４５度回転させたように）設定され、その頂角方向３２ｂが図中上向きから時計廻りに４５度回転した向きに設定されている。また、図５（ｃ）を参照すると、第３偏角プリズムとしての石英プリズム３３では、その頂角方向３３ｂが図中下向きに設定されている。
【００５０】
すなわち、本実施形態の偏光解消素子３では、複屈折性の結晶材料である水晶により形成された２つの偏角プリズム、すなわち第１水晶プリズム３１の結晶光学軸３１ａと第２水晶プリズム３２の結晶光学軸３２ａとは、光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとは、光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定されている。
【００５１】
さらに、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２との偏角作用による光線の曲がりが石英プリズム３３の偏角作用により元に戻されるように、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂおよび第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂに対して石英プリズム３３の頂角方向３３ｂが設定されている。すなわち、石英プリズム３３は、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムを構成している。
【００５２】
なお、水晶プリズム３１および３２は複屈折性を有するため、互いに異なる２つの屈折率ｎ１およびｎ２（ｎ１＞ｎ２）を有する。したがって、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる光線の偏角を屈折率が（ｎ１−ｎ２）／２であるものとして計算し、計算で求めた光線の偏角を打ち消すように石英プリズム３３の偏角を定めればよい。
【００５３】
図７は、本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第１の図である。また、図８は、本実施形態の偏光解消素子の作用をストークスパラメータとポアンカレ球とを用いて説明する第２の図である。以下、図７および図８を参照して、入射偏光の偏光方向（偏光状態）に依存することなく、入射偏光を非偏光の光に確実に変換することができ、ひいてはほぼ完全な偏光解消効果が得られることを説明する。
【００５４】
図７において、偏光解消素子３への入射偏光がポアンカレ球上の適当な点５０ａで表現されるものとする。図４に示すように、偏光解消素子３への入射偏光は先ず第１水晶プリズム３１に入射するが、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸方向３１ａは縦方向（図５中鉛直方向に対して０度の方向）である。このため、第１水晶プリズム３１の移相作用はＳ１軸廻りの回転となり、第１水晶プリズム３１からの射出偏光は参照符号５０ｂで示す線上に分布することになる。
【００５５】
次に、線５０ｂで表現される第１水晶プリズム３１からの射出偏光は第２水晶プリズム３２に入射するが、その結晶光学軸方向３２ａは縦方向に対して４５度の方向（図５中鉛直方向に対して４５度の方向）である。このため、第２水晶プリズム３２の移相作用はＳ２軸廻りの回転となり、図８に示すように、第２水晶プリズム３２からの射出偏光は参照符号５０ｃで示す帯状の曲面上に分布することになる。
【００５６】
このとき、帯状曲面５０ｃ上に分布する偏光状態の平均は常にポアンカレ球の中心（Ｓ１＝Ｓ２＝Ｓ３＝０）となり、本実施形態の偏光解消素子３によりほぼ完全な偏光解消効果が得られることがわかる。これは、偏光解消素子３への入射偏光の偏光状態に対応する点５０ａがポアンカレ球上のどこに位置していたとしても成り立つことは明らかであり、本実施形態の偏光解消素子３によれば、入射偏光の偏光状態に関わりなくほぼ完全な偏光解消効果が得られることになる。
【００５７】
本実施形態では、上述の偏光状態測定器６を用いてウェハＷに対する照明光（ひいてはマスクＭに対する照明光）の偏光状態を随時測定し、偏光解消素子３の作用によりほぼ完全な偏光解消効果が得られていることを確認することができる。そして、所望の偏光解消効果が得られていない場合には、入射偏光の偏光方向に依存することなく入射偏光を非偏光の光に確実に変換するように偏光解消素子３の光学調整を行うことができる。
【００５８】
このように、本実施形態では、偏光解消素子３によりほぼ完全な偏光解消効果を得ているため、仮に偏光解消素子３へ入射する光束の偏光状態が経時的に変動したとしても、インテグレータセンサとしての光電検出器７ｂへ光束を分岐するビームスプリッター７ａに入射する光束の偏光状態が一定に維持される。そのため、このビームスプリッター７ａの反射特性が入射偏光の状態によって変化するものであっても、常に一定の光量を光電検出器７ｂへ導くことができる。ひいては正確な露光量制御が可能となる。
【００５９】
なお、上述の実施形態では、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸方向３１ａを縦方向に対して０度の方向に設定し、第２水晶プリズム３２の結晶光学軸方向３２ａを縦方向に対して４５度の方向に設定している。しかしながら、この角度に限定されることなく、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸方向３１ａと第２水晶プリズム３２の結晶光学軸方向３２ａとが光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなしていれば、すなわちポアンカレ球上において回転作用の軸線が９０度の角度をなしていれば、入射偏光の偏光状態に関わりなくほぼ完全な偏光解消効果が得られることは明らかである。
【００６０】
また、上述の実施形態では、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定している。しかしながら、この角度に限定されることなく、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが光軸ＡＸ方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていれば良い。ただし、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとがなす角度が小さい場合、ほぼ完全な偏光解消効果を得るには入射偏光の光束を大きくする必要がある。
【００６１】
したがって、偏光解消素子３への入射偏光の光束径が小さくてもほぼ完全な偏光解消効果を得ることができ、ひいては偏光解消素子の小型化を達成するために、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定されていることが好ましい。なお、第１水晶プリズム３１の頂角方向３１ｂと第２水晶プリズム３２の頂角方向３２ｂとが互いに逆向きである場合（および互いに同じ向きである場合）には、入射偏光の偏光度を低下させることはできてもほぼ完全な偏光解消効果を得ることはできない。
【００６２】
また、上述の実施形態では、２つの水晶プリズム（３１，３２）の結晶光学軸方向（３１ａ，３２ａ）が光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように構成した例を示している。しかしながら、たとえば３つ以上の水晶プリズムを用いて偏光解消素子を構成する場合には、４５度の角度に限定されることはない。すなわち、例えば３つの水晶プリズムを用いて偏光解消素子を構成する場合、３つの水晶プリズムによる移相作用の結果として、射出光の偏光状態を表すポアンカレ球上の曲面の重心がポアンカレ球の中心になるように結晶光学軸方向を設定すれば、ほぼ完全な偏光解消効果を得ることが可能である。
【００６３】
また、上述の実施形態では、２つの水晶プリズム（３１，３２）のマスク側に、補正偏角プリズムとしての石英プリズム３３を配置している。しかしながら、この配置に限定されることなく、たとえば石英プリズム３３を最も光源側に配置したり、２つの水晶プリズム（３１，３２）の間の光路中に石英プリズム３３を配置したりすることもできる。
【００６４】
また、上述の実施形態では、複屈折性を有する２つの偏角プリズム（３１，３２）を水晶により形成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばフッ化マグネシウムや方解石のような複屈折性の結晶材料を用いて２つの偏角プリズムを形成することもできる。あるいは、非複屈折性の材料に外部応力を作用させることによって得られた複屈折性材料などを用いることもできる。
【００６５】
また、上述の実施形態では、ビーム送光系２とマイクロレンズアレイ４との間の光路中に偏光解消素子３を配置しているが、これに限定されることなく、たとえばコンデンサー光学系５とマスクＭとの間の光路中または他の適当な光路中に偏光解消素子３を配置することもできる。ただし、偏光解消素子３とマスクＭとの間の光路中にオプティカルインテグレータを配置する構成を採用することにより、偏光解消素子３の有効径（外径）を小さく抑えることができる。
【００６６】
また、上述の実施形態では、偏光解消素子３を照明光路に対して挿脱自在に構成することが好ましい。この場合、必要に応じて、偏光解消素子３を照明光路中に設定することにより非偏光状態の光でマスクＭを照明し、偏光解消素子３を照明光路から退避させることにより直線偏光状態の光でマスクＭを照明することができ、ひいてはマスクＭに対する多様な照明が可能になる。
【００６７】
前述したように、本実施形態にかかる偏光解消素子３では、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸と第２水晶プリズム３２の結晶光学軸とが光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定され、且つ第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とが光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定される。すなわち、一例として、図５（ａ）に示すように結晶光学軸の方向３１ａと頂角方向３１ｂとが４５度の角度をなすように第１水晶プリズム３１を製造し、図５（ｂ）に示すように結晶光学軸の方向３２ａと頂角方向３２ｂとが一致するように第２水晶プリズム３２を製造する必要がある。
【００６８】
しかしながら、結晶光学軸の方向と頂角方向とが所定の角度関係を満たすように偏角プリズムを精度良く製造することは困難であり、結晶光学軸の方向と頂角方向との間の角度に関して製造誤差が発生し易い。この場合、所望の偏光解消効果を得るために第１水晶プリズム３１の結晶光学軸と第２水晶プリズム３２の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定すると、第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とが正確には直交しなくなり、第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる合成偏角作用を石英プリズム３３により正確に補償することができなくなってしまう。
【００６９】
一方、正確な偏角作用補償効果を得るために第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とが直交するように設定すると、第１水晶プリズム３１の結晶光学軸と第２水晶プリズム３２の結晶光学軸とが正確には４５度の角度をなさなくなり、所望の偏光解消効果を得ることができなくなってしまう。以下、本実施形態の変形例として、結晶光学軸の方向と頂角方向とが所定の角度関係を正確に満たす必要のない一対の水晶偏角プリズムを用いて本実施形態と同等の光学的効果を得ることのできる偏光解消素子について説明する。
【００７０】
図１６は、本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の構成を概略的に示す図である。また、図１７は、本実施形態の変形例にかかる偏光解消素子の作用効果を概略的に示す図である。図１６を参照すると、変形例にかかる偏光解消素子３’は、光源側（図１６中左側）から順に、第１補正偏角プリズム３４と、第１偏角プリズム３５と、第２偏角プリズム３６と、第２補正偏角プリズム３７とにより構成されている。ここで、第１偏角プリズム３５および第２偏角プリズム３６は水晶により形成された偏角プリズムであり、第１補正偏角プリズム３４および第２補正偏角プリズム３７は蛍石または石英ガラスにより形成された偏角プリズムである。
【００７１】
第１偏角プリズムとしての第１水晶プリズム３５では、図１７（ａ）に示すように結晶光学軸の方向３５ａがｚ方向に設定され、図１６（ｂ）に示すように頂角方向も＋ｚ方向に設定されている。一方、第２偏角プリズムとしての第２水晶プリズム３６では、図１７（ｂ）に示すように結晶光学軸の方向３６ａがｚ方向に対して４５度をなすように（第１水晶プリズム３５の結晶光学軸の方向３５ａを光軸ＡＸを中心として時計廻りに４５度回転させたように）設定され、図１６（ａ）に示すように頂角方向は−ｙ方向に設定されている。
【００７２】
また、図１６（ｂ）を参照すると、第１補正偏角プリズムとしての第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４では、その頂角方向が−ｚ方向に、すなわち第１水晶プリズム３５の頂角方向とは互いに反対の向きに設定されている。同様に、図１６（ａ）を参照すると、第２補正偏角プリズムとしての第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７では、その頂角方向が−ｙ方向に、すなわち第２水晶プリズム３６の頂角方向とは互いに反対の向きに設定されている。
【００７３】
すなわち、変形例にかかる偏光解消素子３’においても上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合と同様に、複屈折性の結晶材料である水晶により形成された２つの偏角プリズム、すなわち第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とは、光軸ＡＸ方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されている。また、第１水晶プリズム３１の頂角方向と第２水晶プリズム３２の頂角方向とは、光軸ＡＸ方向から見て互いに直交するように設定されている。
【００７４】
しかしながら、変形例にかかる偏光解消素子３’では上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合とは異なり、第１水晶プリズム３５の偏角作用による光線の曲がりを第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の偏角作用により相殺し、第２水晶プリズム３６の偏角作用による光線の曲がりを第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の偏角作用により相殺するように、第１水晶プリズム３５と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４とが第１ユニット（３４，３５）を構成し、第２水晶プリズム３６と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７とが第２ユニット（３６，３７）を構成している。
【００７５】
このように、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３では、補正偏角プリズムとしての１つの石英プリズム３３が、２つの偏角プリズムである第１水晶プリズム３１と第２水晶プリズム３２とによる合成偏角作用を補償している。これに対し、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１補正偏角プリズムとしての第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４が第１水晶プリズム３５による偏角作用を補正（補償）し、第２補正偏角プリズムとしての第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７が第２水晶プリズム３６による偏角作用を補正（補償）している。
【００７６】
ただし、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３において第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定され、変形例にかかる偏光解消素子３’において第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定されている点は互いに共通している。その結果、変形例にかかる偏光解消素子３’においても、ポアンカレ球を参照して前述したように、結晶光学軸が互いに４５度の角度をなすように設定された一対の水晶偏角プリズムの作用により、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３と同等の偏光解消効果を得ることができる。
【００７７】
以下、図１７を参照して、ポアンカレ球とは異なる観点から変形例にかかる偏光解消素子３’の基本的な作用効果について簡単に説明する。第１水晶プリズム３５では、図１７（ａ）に示すように、結晶光学軸の方向３５ａがｚ方向に設定されている。したがって、結晶光学軸の方向３５ａに対して４５度の角度をなす方向３５ｃまたは３５ｄに偏光面を有する直線偏光の光が第１水晶プリズム３５に入射した場合、光の通過位置によって異なる移相量が付与され、ひいては偏光解消が可能である。しかしながら、結晶光学軸の方向３５ａに対して９０度または０度の角度をなすｙ方向３５ｅまたはｚ方向３５ｆに偏光面を有する直線偏光の光が第１水晶プリズム３５に入射した場合、偏光状態が全く変わることなく直線偏光のまま通過し、偏光解消は不可能である。
【００７８】
同様に、第２水晶プリズム３６では、図１７（ｂ）に示すように、結晶光学軸の方向３６ａがｚ方向に対して４５度の角度に設定されている。したがって、結晶光学軸の方向３６ａに対して４５度の角度をなすｙ方向３６ｃまたはｚ方向３６ｄに偏光面を有する直線偏光の光が第２水晶プリズム３６に入射した場合、光の通過位置によって異なる移相量が付与され、ひいては偏光解消が可能である。しかしながら、結晶光学軸の方向３６ａに対して９０度または０度の角度をなす方向３６ｅまたは３６ｆの方向に偏光面を有する直線偏光の光が第２水晶プリズム３６に入射した場合、偏光状態が全く変わることなく直線偏光のまま通過し、偏光解消は不可能である。
【００７９】
このように、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６には偏光解消が不可能な直線偏光がそれぞれ存在するが、第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように設定されているので、第１水晶プリズム３５により偏光解消が不可能な直線偏光の光が第２水晶プリズム３６により偏光解消が可能で、第２水晶プリズム３６により偏光解消が不可能な直線偏光の光が第１水晶プリズム３５により偏光解消が可能に構成されている。換言すれば、第１ユニット（３４，３５）は第２ユニット（３６，３７）で非偏光の光に変換することのできない方向３５ｃまたは３５ｄに偏光面を有する直線偏光を非偏光の光に変換し、第２ユニット（３６，３７）は第１ユニット（３４，３５）で非偏光の光に変換することのできない方向３６ｃまたは３６ｄに偏光面を有する直線偏光を非偏光の光に変換するように構成されている。
【００８０】
以上、直線偏光が入射する場合を例にとって変形例にかかる偏光解消素子３’の基本的な作用効果を簡単に説明したが、直線偏光に限定されることなく入射光が楕円偏光であっても円偏光であっても、第１ユニット（３４，３５）は第２ユニット（３６，３７）で非偏光の光に変換することのできない偏光状態の入射光を非偏光の光に変換することになり、第２ユニット（３６，３７）は第１ユニット（３４，３５）で非偏光の光に変換することのできない偏光状態の入射光を非偏光の光に変換することになる。その結果、変形例にかかる偏光解消素子３’においても、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３と同等の偏光解消効果を得ることができる。
【００８１】
なお、変形例にかかる偏光解消素子３’においても上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合と同様に、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６の製造に際して、結晶光学軸の方向と頂角方向との間の角度に関する製造誤差が発生し易い。この場合、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１水晶プリズム３５の頂角方向と第２水晶プリズム３６の頂角方向とが正確には直交しなくても、所望の偏光解消効果を得るために第１水晶プリズム３５の結晶光学軸と第２水晶プリズム３６の結晶光学軸とが互いに４５度の角度をなすように精度良く設定すればよい。
【００８２】
そして、第１水晶プリズム３５の頂角方向と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の頂角方向とが互いに反対の向きになるように第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４を正確に位置決めし、第２水晶プリズム３６の頂角方向と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の頂角方向とが互いに反対の向きになるように第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７を正確に位置決めすればよい。その結果、第１水晶プリズム３５の偏角作用を第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４により精度良く補正（補償）し、第２水晶プリズム３６の偏角作用を第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７により精度良く補正（補償）することができる。
【００８３】
第１水晶プリズム３５の頂角方向と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の頂角方向との位置決め手法としては、たとえば第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４を保持する金物基準で位置決めすることが考えられる。さらに高精度に位置決めするための手法の一例を以下に示す。第１水晶プリズム３５にコリメートされた光束を照射し、第１水晶プリズム３５を介した光束を集光レンズで光電検出器上に集光する。そして、第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４をコリメートされた光束中に挿入する。
【００８４】
ここで、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４がコリメート光束中に存在しない場合の光電検出器上の集光点と、第１水晶プリズム３５のみがコリメート光束中に存在する場合の光電検出器上の集光点と、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の双方がコリメート光束中に存在する場合の光電検出器上の集光点とが同一直線上になるように、第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）の光軸廻りの回転位置を調整する。これにより、第１水晶プリズム３５の偏角作用を第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４により精度良く補正（補償）することができる。上述の例では、第１蛍石プリズム（第１石英プリズム）３４の回転調整を行ったが、第１水晶プリズムの回転調整を行ってもよい。なお、第２水晶プリズム３６の頂角方向と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の頂角方向との位置決め手法については上述の説明と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００８５】
以上のように、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１水晶プリズム３５の偏角作用および第２水晶プリズム３６の偏角作用を第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７により独立に補正（補償）する構成を採用している。このため、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６の製造に際して例え結晶光学軸の方向と頂角方向とが所定の角度関係を正確に満たすことができなくても、第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６との間の結晶光学軸の位置関係、第１水晶プリズム３５と第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４との間の頂角方向の位置関係、および第２水晶プリズム３６と第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７との間の頂角方向の位置関係を正確に満たすように組み立てることにより、所望の偏光解消効果および偏角作用補償効果を得ることができる。
【００８６】
第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６との結晶光学軸の方向を所定の角度関係とするための手法の一例について以下に説明する。ここで、上述の手法により、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の頂角方向の位置決め、並びに第２水晶プリズム３６および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の頂角方向の位置決めがなされているものとする。まず、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の対と、第２水晶プリズム３６および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の対とを直列に配置し、これらに対して直線偏光の光束を照射する。そして、これらのプリズム対の組３４〜３７を介した光束の射出側に偏光ビームスプリッター（または反射防止コート無しのガラス（素ガラス））を配置し、偏光ビームスプリッターの反射側または透過側、あるいは双方の側に光量検出器を配置する。この（これら）光量検出器の出力から、プリズム対の組３４〜３７を介した光束の偏光度を求めることが可能である。
【００８７】
そして、プリズム対の組３４〜３７へ入射させる直線偏光の偏光面の方向を光軸周りに回転させつつ光電検出器の出力をモニターして、入射直線偏光の偏光面の方向によらず、光電検出器の出力が一定となるように、第１水晶プリズム３５および第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４の対と、第２水晶プリズム３６および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の対との少なくとも一方の光軸周りの角度位置を調整する。これにより、第１水晶プリズム３５および第２水晶プリズム３６の結晶光学軸の方向を所定の角度関係に設定することが可能である。
【００８８】
なお、変形例にかかる偏光解消素子３’では、第１水晶プリズム３５の光源側に第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４を配置し、第２水晶プリズム３６のマスク側の第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、第１蛍石プリズム（または第１石英プリズム）３４および第２蛍石プリズム（または第２石英プリズム）３７の位置については様々な変形例が可能である。ただし、偏光状態を変化させる特性を有する光学材料（例えば複屈折性を有する蛍石など）を用いて第１補正偏角プリズム３４および第２補正偏角プリズム３７を形成する場合には、第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６との間の光路中において偏光状態が変化することがないように、図１６に示すように第１水晶プリズム３５と第２水晶プリズム３６とが隣り合う配置構成、すなわち一対の補正偏角プリズム３４および３７により一対の水晶プリズム３５および３６を挟む配置構成を採用することが好ましい。
【００８９】
また、変形例にかかる偏光解消素子３’において、第１水晶プリズム３５の頂角方向と第２水晶プリズム３６の頂角方向とが互いに直交するように設定する必要がないこと、たとえば水晶以外のフッ化マグネシウムや方解石のような複屈折性の結晶材料を用いて２つの偏角プリズム（３５，３６）を形成することができることなどは、上述の実施形態にかかる偏光解消素子３の場合と同様である。なお、上述の実施形態では、偏光状態測定器６がウェハステージＷＳに取り付け可能な構成を示したが、この偏光状態測定器６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。
【００９０】
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９のフローチャートを参照して説明する。
【００９１】
先ず、図９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。
【００９２】
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１０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１０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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
なお、上述の実施形態では、コンデンサー光学系５によって二次光源からの光を集光して重畳的にマスクＭを照明している。しかしながら、これに限定されることなく、コンデンサー光学系５とマスクＭとの間の光路中に、照明視野絞り（マスクブラインド）と、この照明視野絞りの像をマスクＭ上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、コンデンサー光学系５は、二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部（光透過部）の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００９６】
また、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光やＦ２レーザ光を用いているが、これに限定されることなく、偏光度を有する光を供給する他の適当な光源に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【符号の説明】
【００９７】
１ 光源
２ ビーム送光系
３，３’ 偏光解消素子
４ マイクロレンズアレイ（フライアイレンズ）
５ コンデンサー光学系
６ 偏光状態測定器
３１，３２，３５，３６ 水晶プリズム
３３ 石英プリズム
３４，３７ 蛍石プリズム（または石英プリズム）
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
光軸に沿って配置されて複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも２つの偏角プリズムを備え、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定され、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする偏光解消素子。
【請求項２】
前記少なくとも２つの偏角プリズムは、偏角プリズムを２つだけ有し、
前記２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光解消素子。
【請求項３】
前記少なくとも２つの偏角プリズムは、水晶、フッ化マグネシウム、または方解石により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光解消素子。
【請求項４】
前記少なくとも２つの偏角プリズムによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項５】
前記少なくとも２つの偏角プリズムは、第１偏角プリズムと第２偏角プリズムとを有し、
前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムとをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項６】
前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、
前記偏光解消素子は、入射側から順に、前記第１補正偏角プリズムと、前記第１偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムと、前記第２補正偏角プリズムとを有することを特徴とする請求項５に記載の偏光解消素子。
【請求項７】
前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、
前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズム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５に記載の偏光解消素子。
【請求項８】
前記２つの偏角プリズム同士の頂角方向がほぼ直交するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項９】
偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることを特徴とする偏光解消素子。
【請求項１０】
偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
前記入射光の偏光状態の変動にかかわらずに、前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段を備えていることを特徴とする偏光解消素子。
【請求項１１】
前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段は、第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の偏光解消素子。
【請求項１２】
前記第１ユニットは、第１の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換し、
前記第２ユニットは、前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換することを特徴とする請求項９または１１に記載の偏光解消素子。
【請求項１３】
前記第１ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備え、
前記第２ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備えることを特徴とする請求項９、１１または１２に記載の偏光解消素子。
【請求項１４】
前記第１ユニット中の前記偏角プリズムの結晶光学軸と、前記第２ユニット中の前記偏角プリズムの結晶光学軸とは、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定されることを特徴とする請求項１３に記載の偏光解消素子。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の偏光解消素子。
【請求項１６】
前記第１ユニットおよび前記第２ユニットは、それぞれ前記偏角プリズムを１つだけ備え、
前記２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項１７】
前記第１ユニット中の前記偏角プリズムと前記第２ユニット中の前記偏角プリズムとによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の偏光解消素子。
【請求項１８】
前記第１ユニットは、前記第１偏角プリズムと、前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムとを有し、
前記第２ユニットは、第２偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムと備えていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項１９】
前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、
前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズム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１８に記載の偏光解消素子。
【請求項２０】
前記第１偏角プリズムの頂角方向と前記第２偏角プリズムの頂角方向とがほぼ直交するように設定されていることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項２１】
偏光度を有する光を供給する光源と、該光源からの光を被照射面に照射する導光光学系とを備えた照明光学装置において、
前記導光光学系は、請求の範囲第１項乃至第２０項の何れか一項に記載の偏光解消素子を有することを特徴とする照明光学装置。
【請求項２２】
前記偏光解消素子を構成する各偏角プリズムは、各偏角プリズムのくさび角をαとし、光軸方向から見たときの各偏角プリズムの２つの屈折率のうちの高い屈折率および低い屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とし、前記偏光解消素子に入射する光束の断面の大きさをＬとし、前記偏光解消素子に入射する光の波長をλとするとき、
Ｌα（ｎ１−ｎ２）≧λ
の条件を満足することを特徴とする請求項２１に記載の照明光学装置。
【請求項２３】
前記偏光解消素子と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに備えていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の照明光学装置。
【請求項２４】
前記偏光解消素子から前記被照射面へ向かう光束の少なくとも一部を検出するインテグレータセンサをさらに備えていることを特徴とする請求項２３に記載の照明光学装置。
【請求項２５】
前記偏光解消素子と前記オプティカルインテグレータとは隣接して配置されていることを特徴とする請求項２３または２４に記載の照明光学装置。
【請求項２６】
前記偏光解消素子は、照明光路に対して挿脱自在に構成されていることを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２７】
マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記被照射面に配置された前記マスクを照明するための請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載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。
【請求項２８】
マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光方法において、
請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いて前記被照射面に配置されたマスクを照明する照明工程と、
前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光するパターン転写工程とを備えていることを特徴とする露光方法。
【請求項１】
偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
光軸に沿って配置されて複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも２つの偏角プリズムを備え、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定され、
前記少なくとも２つの偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする偏光解消素子。
【請求項２】
前記少なくとも２つの偏角プリズムは、偏角プリズムを２つだけ有し、
前記２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の偏光解消素子。
【請求項３】
前記少なくとも２つの偏角プリズムは、水晶、フッ化マグネシウム、または方解石により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光解消素子。
【請求項４】
前記少なくとも２つの偏角プリズムによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項５】
前記少なくとも２つの偏角プリズムは、第１偏角プリズムと第２偏角プリズムとを有し、
前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムとをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項６】
前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、
前記偏光解消素子は、入射側から順に、前記第１補正偏角プリズムと、前記第１偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムと、前記第２補正偏角プリズムとを有することを特徴とする請求項５に記載の偏光解消素子。
【請求項７】
前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、
前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズム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５に記載の偏光解消素子。
【請求項８】
前記２つの偏角プリズム同士の頂角方向がほぼ直交するように設定されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項９】
偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることを特徴とする偏光解消素子。
【請求項１０】
偏光度を有する入射光を実質的に非偏光の光に変換するための偏光解消素子において、
前記入射光の偏光状態の変動にかかわらずに、前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段を備えていることを特徴とする偏光解消素子。
【請求項１１】
前記入射光を前記実質的に非偏光の光に常に変換するための手段は、第１の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第１ユニットと、該第１ユニットで非偏光の光に変換することのできない第２の偏光状態の入射光を非偏光の光に変換するための第２ユニットとを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の偏光解消素子。
【請求項１２】
前記第１ユニットは、第１の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換し、
前記第２ユニットは、前記第１の方向とは異なる第２の方向に偏光面を有する直線偏光の光を非偏光の光に変換することを特徴とする請求項９または１１に記載の偏光解消素子。
【請求項１３】
前記第１ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備え、
前記第２ユニットは、複屈折性の結晶材料で形成された少なくとも１つの偏角プリズムを備えることを特徴とする請求項９、１１または１２に記載の偏光解消素子。
【請求項１４】
前記第１ユニット中の前記偏角プリズムの結晶光学軸と、前記第２ユニット中の前記偏角プリズムの結晶光学軸とは、光軸方向から見て互いに異なる方向を向くように設定されることを特徴とする請求項１３に記載の偏光解消素子。
【請求項１５】
前記少なくとも２つの偏角プリズムの頂角方向は、前記光軸方向から見て互いに異なり且つ互いに逆向きでないように設定されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の偏光解消素子。
【請求項１６】
前記第１ユニットおよび前記第２ユニットは、それぞれ前記偏角プリズムを１つだけ備え、
前記２つの偏角プリズムの結晶光学軸は、光軸方向から見て互いに４５度の角度をなすように設定されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項１７】
前記第１ユニット中の前記偏角プリズムと前記第２ユニット中の前記偏角プリズムとによる合成偏角作用を補償するための補正偏角プリズムをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の偏光解消素子。
【請求項１８】
前記第１ユニットは、前記第１偏角プリズムと、前記第１偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第１補正偏角プリズムとを有し、
前記第２ユニットは、第２偏角プリズムと、前記第２偏角プリズムによる偏角作用を補正するための第２補正偏角プリズムと備えていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項１９】
前記第１補正偏角プリズムおよび前記第２補正偏角プリズムは複屈折性材料で形成され、
前記第１偏角プリズムと前記第２偏角プリズム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１８に記載の偏光解消素子。
【請求項２０】
前記第１偏角プリズムの頂角方向と前記第２偏角プリズムの頂角方向とがほぼ直交するように設定されていることを特徴とする請求項１３乃至１９のいずれか１項に記載の偏光解消素子。
【請求項２１】
偏光度を有する光を供給する光源と、該光源からの光を被照射面に照射する導光光学系とを備えた照明光学装置において、
前記導光光学系は、請求の範囲第１項乃至第２０項の何れか一項に記載の偏光解消素子を有することを特徴とする照明光学装置。
【請求項２２】
前記偏光解消素子を構成する各偏角プリズムは、各偏角プリズムのくさび角をαとし、光軸方向から見たときの各偏角プリズムの２つの屈折率のうちの高い屈折率および低い屈折率をそれぞれｎ１およびｎ２とし、前記偏光解消素子に入射する光束の断面の大きさをＬとし、前記偏光解消素子に入射する光の波長をλとするとき、
Ｌα（ｎ１−ｎ２）≧λ
の条件を満足することを特徴とする請求項２１に記載の照明光学装置。
【請求項２３】
前記偏光解消素子と前記被照射面との間の光路中に配置されたオプティカルインテグレータをさらに備えていることを特徴とする請求項２１または２２に記載の照明光学装置。
【請求項２４】
前記偏光解消素子から前記被照射面へ向かう光束の少なくとも一部を検出するインテグレータセンサをさらに備えていることを特徴とする請求項２３に記載の照明光学装置。
【請求項２５】
前記偏光解消素子と前記オプティカルインテグレータとは隣接して配置されていることを特徴とする請求項２３または２４に記載の照明光学装置。
【請求項２６】
前記偏光解消素子は、照明光路に対して挿脱自在に構成されていることを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２７】
マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光装置において、
前記被照射面に配置された前記マスクを照明するための請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載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。
【請求項２８】
マスクに形成されたパターンを感光性基板に露光する露光方法において、
請求項２１乃至２６のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いて前記被照射面に配置されたマスクを照明する照明工程と、
前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光するパターン転写工程とを備えていることを特徴とする露光方法。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０４６５４
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０６３４４（Ｐ２００５−５０６３４４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００６８２１
【国際出願日】平成１６年５月２０日（２００４．５．２０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【発行日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００６８２１
【国際出願日】平成１６年５月２０日（２００４．５．２０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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