(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射側から順に、二次元的に並列配置された複数の第１波面分割要素を有する第１オプティカルインテグレータと、二次元的に並列配置された複数の第２波面分割要素を有する第２オプティカルインテグレータとを備え、
前記第１波面分割要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記第１波面分割要素から射出されるように、前記第１波面分割要素は構成され、
前記第２波面分割要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記第２波面分割要素から射出されるように、前記第２波面分割要素は構成され、
前記第１オプティカルインテグレータと前記第２オプティカルインテグレータとの間には屈折力を有する光学部材は配置されておらず、
前記第１オプティカルインテグレータの射出面と前記第２オプティカルインテグレータの入射面との間隔Ｌ12は、前記第２波面分割要素の所定方向に沿ったピッチをＰ２とし、前記第１波面分割要素からの光の前記所定方向に沿った最大射出角度（半角）をθとするとき、
Ｐ２／（２×tanθ）＜Ｌ12
の条件を満足することを特徴とするオプティカルインテグレータ系。
【請求項２】
前記間隔Ｌ12は、前記第２オプティカルインテグレータの入射面の前記所定方向に沿った寸法をＤとするとき、
Ｌ12＜Ｄ２／（２×tanθ）
の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載のオプティカルインテグレータ系。
【請求項３】
前記第２波面分割要素の前記所定方向に沿ったピッチＰ２は、前記第１波面分割要素の前記所定方向に沿ったピッチＰ１の整数倍とは実質的に異なることを特徴とする請求項１または２に記載のオプティカルインテグレータ系。
【請求項４】
前記第１波面分割要素の入射面に前記光軸の方向から入射した光により形成される前記第１波面分割要素からの光の最大射出角度（半角）と、前記第１波面分割要素の入射面に前記光軸に対して斜め方向から入射した光により形成される前記第１波面分割要素からの光の最大射出角度（半角）とが等しくなるように、前記第１波面分割要素は構成され、
前記第２波面分割要素の入射面に前記光軸の方向から入射した光により形成される前記第２波面分割要素からの光の最大射出角度（半角）と、前記第２波面分割要素の入射面に前記光軸に対して斜め方向から入射した光により形成される前記第２波面分割要素からの光の最大射出角度（半角）とが等しくなるように、前記第２波面分割要素は構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ系。
【請求項５】
前記第２オプティカルインテグレータは、単一の光学部材を備え、
前記単一の光学部材は、二次元的に並列配置された複数の曲面状の入射屈折面と、二次元的に並列配置された複数の曲面状の射出屈折面とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ系。
【請求項６】
前記第２オプティカルインテグレータは、光の入射側から順に、第１光学部材と第２光学部材とを備え、
前記第１光学部材および前記第２光学部材は、一方向に並んで配置された複数の円筒面状の入射屈折面と、一方向に並んで配置された複数の円筒面状の射出屈折面とをそれぞれ有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ系。
【請求項７】
光の入射側から順に、二次元的に並列配置された複数の光学要素を有し一様な射出角を形成する光学部材と、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータとを備え、
前記光学要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記光学要素から射出されるように、前記光学要素は構成され、
前記波面分割要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記波面分割要素から射出されるように、前記波面分割要素は構成され、
前記光学部材と前記オプティカルインテグレータとの間には屈折力を有する光学素子は配置されておらず、
前記光学部材の１つの光学要素は、前記オプティカルインテグレータを構成する１つの波面分割要素の入射面よりも大きい領域を照明すると共に、前記オプティカルインテグレータの入射面よりも小さい領域を照明することを特徴とするオプティカルインテグレータ系。
【請求項８】
前記光学要素の入射面に前記光軸の方向から入射した光により形成される前記光学要素からの光の最大射出角度（半角）と、前記光学要素の入射面に前記光軸に対して斜め方向から入射した光により形成される前記光学要素からの光の最大射出角度（半角）とが等しくなるように、前記光学要素は構成され、
前記波面分割要素の入射面に前記光軸の方向から入射した光により形成される前記波面分割要素からの光の最大射出角度（半角）と、前記波面分割要素の入射面に前記光軸に対して斜め方向から入射した光により形成される前記波面分割要素からの光の最大射出角度（半角）とが等しくなるように、前記波面分割要素は構成されていることを特徴とする請求項７に記載のオプティカルインテグレータ系。
【請求項９】
光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された請求項１乃至８のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ系を備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１０】
前記光源と前記オプティカルインテグレータ系との間の光路中において移動可能に配置された可動光学部材を備えていることを特徴とする請求項９に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
所定のパターンを照明するための請求項９または１０に記載の照明光学装置を備え、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１２】
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、該投影光学系に対して前記所定のパターンおよび前記感光性基板を走査方向に沿って相対移動させて、前記所定のパターンを前記感光性基板へ投影露光することを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記オプティカルインテグレータ系における前記所定方向は、前記感光性基板上において前記走査方向と直交する方向に対応していることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか１項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露光工程と、該露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプティカルインテグレータ系、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。更に詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイス（電子デバイス等）をリソグラフィー工程で製造するための露光装置の照明光学装置に好適なオプティカルインテグレータ系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
露光装置では、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に入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、開口絞りおよびコンデンサーレンズを介して、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。マスク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。
【０００３】
露光装置では、照度分布の均一性を高めるために、フライアイレンズを構成する微小レンズ要素の数をできるだけ多く設定することが必要である。また、開口絞りにおける光量損失を避けるために、所望の形状に近い形状を有する二次光源を形成することが必要である。このため、たとえばフライアイレンズを構成する微小レンズ要素のサイズを非常に小さく設定すること、すなわちマイクロフライアイレンズを用いることが考えられる。マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して多数の微小屈折面を形成することによって構成される。
【０００４】
本出願人は、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑えることのできるオプティカルインテグレータとして、両側面にシリンドリカルレンズ群が形成された一対のフライアイ部材からなるシリンドリカルマイクロフライアイレンズを提案している（たとえば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９８７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、両凸レンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列して構成される従来のフライアイレンズでは、各レンズエレメントの入射面や射出面の面形状誤差が、被照射面（露光装置ではマスク面やウェハ面）上での照度分布に影響を及ぼす。とりわけ、被照射面と光学的に共役関係にある入射面の面形状誤差よりも、射出面の面形状誤差の方が、被照射面上での照度分布に及ぼす影響が大きい。
【０００６】
これは、例えばフライアイレンズよりも前側に配置された可動光学部材の移動に起因して、レンズエレメントに入射する光の角度や角度範囲が変化すると、レンズエレメントの射出面を光が通過する領域も変化するからである。レンズエレメントの射出面に面形状誤差が存在すると、射出面を光が通過する領域が変化することにより、被照射面上で形成される照度分布が変化し、ひいては照明ムラが発生する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの場合も同様に、波面分割要素において一方向に屈折力が作用する一対の光学面のうち、前側の光学面の面形状誤差よりも、後側の光学面の面形状誤差の方が、被照射面上での照度分布に及ぼす影響が大きい。
【０００７】
オプティカルインテグレータの波面分割要素（フライアイレンズの場合にはレンズエレメント）に入射する光の角度や角度範囲が一定であれば、照明ムラ補正フィルターなどを用いることにより、被照射面上でほぼ均一な照度分布を得ることができる。しかしながら、従来技術では、例えば可動光学部材の移動（回転を含む広い概念）に起因して、オプティカルインテグレータの波面分割要素に入射する光の角度や角度範囲が変動すると、被照射面上で所望の照度分布を得ることができず、ひいては露光時に所望の結像性能を達成することが困難になる。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば前側に可動光学部材が存在していても、波面分割要素の光学面の面形状誤差の影響を実質的に受けることなく、被照射面上で所望の照度分布を形成することのできるオプティカルインテグレータ系を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、波面分割要素の光学面の面形状誤差の影響を実質的に受けることなく、被照射面上で所望の照度分布を形成するオプティカルインテグレータ系を用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、所望の照明条件で被照射面を照明する照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行う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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光の入射側から順に、二次元的に並列配置された複数の第１波面分割要素を有する第１オプティカルインテグレータと、二次元的に並列配置された複数の第２波面分割要素を有する第２オプティカルインテグレータとを備え、
前記第１波面分割要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記第１波面分割要素から射出されるように、前記第１波面分割要素は構成され、
前記第２波面分割要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記第２波面分割要素から射出されるように、前記第２波面分割要素は構成され、
前記第１オプティカルインテグレータの射出面と前記第２オプティカルインテグレータの入射面との間隔Ｌ12は、前記第２波面分割要素の所定方向に沿ったピッチをＰ２とし、前記第１波面分割要素からの光の前記所定方向に沿った最大射出角度（半角）をθとするとき、
Ｐ２／（２×tanθ）＜Ｌ12
の条件を満足することを特徴とするオプティカルインテグレータ系を提供する。
【００１２】
本発明の第２形態では、光の入射側から順に、二次元的に並列配置された複数の光学要素を有し一様な射出角を形成する光学部材と、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータとを備え、
前記光学要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記光学要素から射出されるように、前記光学要素は構成され、
前記波面分割要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群が、前記光軸と平行に前記波面分割要素から射出されるように、前記波面分割要素は構成され、
前記光学部材の１つの光学要素は、前記オプティカルインテグレータを構成する１つの波面分割要素の入射面よりも大きい領域を照明すると共に、前記オプティカルインテグレータの入射面よりも小さい領域を照明することを特徴とするオプティカルインテグレータ系を提供する。
【００１３】
本発明の第３形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された第１形態または第２形態のオプティカルインテグレータ系を備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１４】
本発明の第４形態では、所定のパターンを照明するための第３形態の照明光学装置を備え、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。
【００１５】
本発明の第５形態では、第４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露光工程と、該露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のオプティカルインテグレータ系は、光の入射側から順に、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有する第１オプティカルインテグレータとしての補助フライアイ素子と、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有する第２オプティカルインテグレータとしてのメインフライアイ素子とを備えている。したがって、例えばオプティカルインテグレータ系よりも前側に配置された可動光学部材の移動に起因して、補助フライアイ素子に入射する光の角度や角度範囲が変動しても、補助フライアイ素子の作用によりメインフライアイ素子の各波面分割要素に入射する光の角度や角度範囲を一定に保持することができ、ひいては被照射面上でほぼ均一な照度分布を維持することができる。
【００１７】
すなわち、本発明のオプティカルインテグレータ系では、例えば前側に可動光学部材が存在していても、波面分割要素の光学面の面形状誤差の影響を実質的に受けることなく、被照射面上で所望の照度分布を形成することができる。したがって、本発明の照明光学装置では、波面分割要素の光学面の面形状誤差の影響を実質的に受けることなく、被照射面上で所望の照度分布を形成するオプティカルインテグレータ系を用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置では、所望の照明条件で被照射面を照明する照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態の具体的な説明に先立って、フライアイ素子（フライアイレンズ、マイクロフライアイレンズ、シリンドリカルマイクロフライアイレンズなどを含む広い概念）の機能、および本発明の基本的な構成および作用について説明する。以下、説明を単純化するために、フライアイ素子として、図１に示すように複数の両凸レンズエレメント（波面分割要素）１００を縦横に且つ稠密に配列（二次元的に並列配置）して構成されるフライアイレンズ１０１を用いる例について考える。
【００１９】
照明光学装置の光軸ＡＸに沿って配置されるフライアイ素子１０１は、被照射面１０３上に所要の照野１０３ａを確保しつつ、照野１０３ａでの照度分布を均一にする役割を担っている。この目的のため、各レンズエレメント１００の入射面１００ａに入射した光束は、射出面１００ｂの近傍に点光源を形成した後、コンデンサー光学系１０２を介して、被照射面１０３上の照明領域１０３ａを重畳的に照明する。このとき、図２に示すように、レンズエレメント１００の入射面１００ａに直入射（レンズエレメント１００の光軸ＡＸｅの方向に入射）した平行光（図２中実線で示す）は、所定の射出ＮＡを有する光として射出面１００ｂから射出され、ひいては所要のＮＡ（開口数または角度範囲）を有する光となって照明領域１０３ａに達する。
【００２０】
さらに、フライアイ素子１０１では、レンズエレメント１００の入射面１００ａに斜入射（光軸ＡＸｅに対して斜めの方向に入射）した平行光（図２中破線で示す）も、直入射平行光と同じ射出ＮＡかつその中心角度（各レンズエレメント内における主光線角度）が光軸に平行の光として射出面１００ｂから射出され、ひいては直入射平行光と同じＮＡかつその中心角度が光軸に平行の光となって照明領域１０３ａに達する。斜入射平行光においても直入射平行光と同じ中心角度を確保するという条件は、図３に示すように、入射面１００ａ上の光軸中心（入射面１００ａと光軸ＡＸｅとの交点）を通過する主光線（図３中破線で示す）が光軸ＡＸｅに対して平行な光となって射出面１００ｂから射出されるという条件を満たすことにより実現される。ちなみに、この条件によって、結果的に入射面１００ａが被照射面と共役関係になる。
【００２１】
以上のように、フライアイ素子１０１は、波面分割要素であるレンズエレメント１００の入射面１００ａの光軸中心に斜め入射した光線群が、光軸ＡＸｅと平行に射出面１００ｂから射出されるように構成されている。また、フライアイ素子１０１は、レンズエレメント１００の入射面１００ａに光軸ＡＸｅの方向から入射した光（平行光等）により形成される射出面１００ｂからの光の最大射出角度（半角；射出ＮＡに対応する角度）と、入射面１００ａに光軸ＡＸｅに対して斜め方向から入射した光（平行光等）により形成される射出面１００ｂからの光の最大射出角度（半角；射出ＮＡに対応する角度）とが等しくなるように構成されている。従って、フライアイ素子１０１に対して様々な角度で入射する各平行光は、それぞれ同じＮＡかつその中心角度が光軸に平行の光となって射出されるため、フライアイ素子１０１に入射する角度範囲（ＮＡ）やそれの中心角度に全く依存しないような射出角度特性を有する事になる。
【００２２】
ちなみに、例えばフライアイ素子を除くマイクロレンズアレイでは、波面分割要素の入射面の光軸中心に斜め入射した光線群は、光軸に対して平行ではなく斜めに波面分割要素から射出されるように構成されている。その結果、この種のマイクロレンズアレイに対して様々な角度で入射する各平行光は、それぞれ同じＮＡ（角度範囲）で射出されるものの、その中心角度（主光線角度）がそのまま保持されたまま射出されるため、結果的にフライアイ素子１０１とは異なり、マイクロレンズアレイに入射する角度範囲（ＮＡ）やそれの中心角度に依存してしまうような射出角度特性を有する事になる。
【００２３】
前述したように、例えばフライアイ素子１０１よりも前側に配置された可動光学部材の移動に起因して、レンズエレメント１００に入射する光の角度（入射光束の重心光線すなわち中心光線がレンズエレメント１００の光軸ＡＸｅとなす角度）や角度範囲（入射面１００ａ上の１点に入射する光線群が張る最大角度）が変化すると、レンズエレメント１００の射出面１００ｂを光が通過する領域も変化する。そして、レンズエレメント１００の射出面１００ｂに面形状誤差が存在していると、射出面１００ｂを光が通過する領域が変化することにより、被照射面１０３上の照明領域１０３ａで形成される照度分布が変化し、ひいては照明ムラが発生する。
【００２４】
本発明では、上述のような課題を認識した上で、フライアイ素子の機能、すなわちフライアイ素子の波面分割要素に入射する光の角度や角度範囲が変動しても常に一定のＮＡの光を射出して後段の光学部材へ導く機能に着目し、メインフライアイ素子の前側に補助フライアイ素子を付設する構成を提案する。本発明の構成では、補助フライアイ素子の付設により、メインフライアイ素子の各波面分割要素に入射する光の角度や角度範囲が安定化し、常にメインフライアイ素子の各波面分割要素の射出面上の同じ領域を光が通過するため、結果的に被照射面上での照度分布が安定化する。
【００２５】
すなわち、本発明のオプティカルインテグレータ系は、光の入射側から順に、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有する補助フライアイ素子（第１オプティカルインテグレータ）と、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有するメインフライアイ素子（第２オプティカルインテグレータ）とを備えている。したがって、例えばオプティカルインテグレータ系よりも前側に配置された可動光学部材の移動に起因して、補助フライアイ素子に入射する光の角度や角度範囲が変動しても、補助フライアイ素子の作用によりメインフライアイ素子の各波面分割要素に入射する光の角度や角度範囲を一定に保持することができ、ひいては被照射面上で均一な照度分布を維持することができる。
【００２６】
なお、本発明のオプティカルインテグレータ系の光の入射側に配置された補助フライアイ素子（第１オプティカルインテグレータ）を別の観点でみれば、フライアイ素子（第１オプティカルインテグレータ）として機能するのではなく、各光学要素に入射する光を一定のＮＡ（開口数や角度範囲）を持つ光に変換すると共に、各光学要素の入射面の光軸中心に斜め入射する光線群を光軸と平行に射出させる機能をする一様な射出角を形成する光学部材として見ることもできる。この場合、多数の光学要素で構成される一様な射出角を形成する光学部材とフライアイ素子（オプティカルインテグレータ）との間にノーパワーまたは弱いパワーのレンズ等の光学部材が介在しても良いが、一様な射出角を形成する光学部材を構成する１つの光学要素が、フライアイ素子（オプティカルインテグレータ）を構成する１つの光学要素の入射面よりも大きい領域を照明すると共に、フライアイ素子（オプティカルインテグレータ）の入射面よりも小さい領域を照明するように構成することが好ましい。
【００２７】
ただし、本発明において補助フライアイ素子の作用を十分に発揮して本発明の効果を良好に達成するには、図４（ａ）に示すように、補助フライアイ素子１１０の１つの波面分割要素１１１の射出面１１１ｂから射出された光が、メインフライアイ素子１２０の１つの波面分割要素１２１の入射面１２１ａの全体を少なくとも照らすことが重要である。図４（ｂ）に示すように、補助フライアイ素子１１０の１つの射出面１１１ｂからの光が、メインフライアイ素子１２０の１つの入射面１２１ａの一部分しか照らさない構成では、入射面１２１ａの全体に亘って入射光の角度や角度範囲が一定にならないため、被照射面上で均一な照度分布を維持することができない。
【００２８】
換言すると、本発明のオプティカルインテグレータ系では、図５に示すように、補助フライアイ素子（第１オプティカルインテグレータ）１１０の射出面とメインフライアイ素子（第２オプティカルインテグレータ）１２０の入射面との間隔Ｌ12が、次の条件式（１）を満たすことが重要である。条件式（１）において、Ｐ２はメインフライアイ素子１２０の波面分割要素１２１のピッチであり、θは補助フライアイ素子１１０の波面分割要素１１１からの光の最大射出角度（半角）である。
Ｐ２／（２×tanθ）＜Ｌ12    （１）
【００２９】
条件式（１）は、補助フライアイ素子１１０の射出面とメインフライアイ素子１２０の入射面との間隔Ｌ12を所定値よりも大きく設定することを要求している。しかしながら、間隔Ｌ12をあまり大きくし過ぎると、補助フライアイ素子１１０の１つの射出面１１１ｂからの光の一部がメインフライアイ素子１２０に入射しなくなり（照明に寄与しなくなり）、光量損失が発生するため好ましくない。すなわち、本発明のオプティカルインテグレータ系では、光量損失を回避するという観点から、図６に示すように間隔Ｌ12は次の条件式（２）を満たすことが好ましい。条件式（２）において、Ｄ２はメインフライアイ素子１２０の入射面の寸法である。
Ｌ12＜Ｄ２／（２×tanθ）    （２）
【００３０】
また、本発明のオプティカルインテグレータ系では、補助フライアイ素子１１０の波面分割要素１１１のピッチＰ１（図５を参照）をできる限り小さく設定しつつ、メインフライアイ素子１２０の波面分割要素１２１のピッチＰ２がピッチＰ１の整数倍とは実質的に異なるように設定することが好ましい。メインフライアイ素子１２０の波面分割要素１２１のピッチＰ２を補助フライアイ素子１１０の波面分割要素１１１のピッチＰ１の整数倍に設定すると、メインフライアイ素子１２０の１つの波面分割要素１２１に入射する光の照度分布に周期的な構造が重なり合って現れ易く、被照射面上で均一な照度分布を得ることができなくなる可能性がある。
【００３１】
なお、本発明のオプティカルインテグレータ系では、例えば照明光学装置の光軸ＡＸと直交する方向（図５および図６における鉛直方向）について、補助フライアイ素子（第１オプティカルインテグレータ）１１０とメインフライアイ素子（第２オプティカルインテグレータ）１２０とを高精度に位置決めする必要はない。本発明において重要なことは、補助フライアイ素子１１０の１つの波面分割要素１１１の射出面１１１ｂから射出された光が、メインフライアイ素子１２０の１つの波面分割要素１２１の入射面１２１ａの全体を少なくとも照らすことにより、入射面１２１ａに入射する光の角度や角度範囲を一定に保持することである。ここで、本発明のオプティカルインテグレータ系では、第１オプティカルインテグレータ１１０と第２オプティカルインテグレータ１２０との間を気体で充填することができる。また、本発明のオプティカルインテグレータ系では、第１オプティカルインテグレータ１１０と第２オプティカルインテグレータ１２０との間には屈折力を有する光学部材は配置されないことが望ましい。
【００３２】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図７は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図７において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの表面内において図７の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの表面内において図７の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。図７を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。
【００３３】
光源１から射出された光は、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大され、偏光状態切換部３および輪帯照明用の回折光学素子４を介して、アフォーカルレンズ５に入射する。偏光状態切換部３は、光源側から順に、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する１／４波長板３ａと、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する直線偏光の偏光方向を変化させる１／２波長板３ｂと、照明光路に対して挿脱自在なデポラライザ（非偏光化素子）３ｃとを備えている。
【００３４】
偏光状態切換部３は、デポラライザ３ｃを照明光路から退避させた状態で、光源１からの光を所望の偏光方向を有する直線偏光の光に変換して回折光学素子４へ入射させる機能を有し、デポラライザ３ｃを照明光路中に設定した状態で、光源１からの光を実質的に非偏光の光に変換して回折光学素子４へ入射させる機能を有する。アフォーカルレンズ５は、その前側焦点位置と回折光学素子４の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面ＩＰの位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。
【００３５】
回折光学素子４は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、輪帯照明用の回折光学素子４は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子４に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ５の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、輪帯状の角度分布でアフォーカルレンズ５から射出される。
【００３６】
アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中においてその瞳位置またはその近傍には、偏光変換素子６および円錐アキシコン系７が配置されている。偏光変換素子６および円錐アキシコン系７の構成および作用については後述する。アフォーカルレンズ５を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ８を介して、オプティカルインテグレータ系ＯＰに入射する。オプティカルインテグレータ系ＯＰは、光の入射側から順に、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有する第１オプティカルインテグレータとしての補助フライアイ素子９と、二次元的に並列配置された複数の波面分割要素を有する第２オプティカルインテグレータとしてのシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０とにより構成されている。
【００３７】
補助フライアイ素子９は、例えば複数の両凸レンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列して構成されるフライアイレンズである。メインフライアイ素子としてのシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０は、図８に示すように、光源側に配置された第１フライアイ部材１０ａとマスク側に配置された第２フライアイ部材１０ｂとから構成されている。第１フライアイ部材１０ａの光源側の面および第２フライアイ部材１０ｂの光源側の面には、Ｘ方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群１０ａａおよび１０ｂａがそれぞれピッチｐｘで形成されている。
【００３８】
第１フライアイ部材１０ａのマスク側の面および第２フライアイ部材１０ｂのマスク側の面には、Ｚ方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群１０ａｂおよび１０ｂｂがそれぞれピッチｐｚ（ｐｚ＞ｐｘ）で形成されている。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０のＸ方向に関する屈折作用（すなわちＸＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材１０ａの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群１０ａａによってＸ方向に沿ってピッチｐｘで波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材１０ｂの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群１０ｂａのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面上に集光する。
【００３９】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＹＺ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材１０ａのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群１０ａｂによってＺ方向に沿ってピッチｐｚで波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材１０ｂのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群１０ｂｂのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面上に集光する。
【００４０】
このように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０は、シリンドリカルレンズ群が両側面に配置された第１フライアイ部材１０ａと第２フライアイ部材１０ｂとにより構成されているが、Ｘ方向にｐｘのサイズを有しＺ方向にｐｚのサイズを有する多数の矩形状の微小屈折面（波面分割要素）が縦横に且つ稠密に一体形成されたマイクロフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０では、微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑え、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑えることができる。
【００４１】
所定面ＩＰの位置はズームレンズ８の前側焦点位置の近傍に配置され、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面はズームレンズ８の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ８は、所定面ＩＰとシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ５の瞳面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
【００４２】
したがって、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面上には、アフォーカルレンズ５の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ８の焦点距離に依存して相似的に変化する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０における波面分割単位要素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。
【００４３】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳）には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞りＡＳに入射する。
【００４４】
開口絞りＡＳは、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍に形成される輪帯状の二次光源に対応した輪帯状の開口部（光透過部）を有する。開口絞りＡＳは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。開口絞りＡＳは、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配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。なお、開口絞りＡＳの設置を省略することもできる。
【００４５】
開口絞りＡＳにより制限された二次光源からの光は、コンデンサー光学系１１を介して、マスクブラインド１２を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１２には、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の波面分割要素である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。マスクブラインド１２の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１３の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１３は、マスクブラインド１２の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００４６】
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭのパターン領域を透過した光束は、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。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。
【００４７】
こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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、Ｘ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＹ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。
【００４８】
なお、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、複数極照明を行うことができる。複数極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数極照明用の回折光学素子を介した光束は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の円形状の照野からなる複数極状の照野を形成する。その結果、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ複数極状の二次光源が形成される。
【００４９】
また、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。また、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。回折光学素子４の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。
【００５０】
円錐アキシコン系７は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材７ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材７ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材７ａおよび第２プリズム部材７ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、輪帯状または４極状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系７の作用およびズームレンズ８の作用を説明する。
【００５１】
第１プリズム部材７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系７は平行平面板として機能し、形成される輪帯状または４極状の二次光源に及ぼす影響はない。第１プリズム部材７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状または４極状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２；４極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状または４極状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。
【００５２】
ズームレンズ８は、輪帯状または４極状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ８の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状または４極状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ８の作用により、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系７およびズームレンズ８の作用により、輪帯状または４極状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００５３】
偏光変換素子６は、アフォーカルレンズ５の瞳位置またはその近傍に、すなわち照明光学系（２〜１３）の瞳面またはその近傍に配置されている。したがって、輪帯照明の場合、偏光変換素子６には光軸ＡＸを中心としたほぼ輪帯状の断面を有する光束が入射することになる。偏光変換素子６は、図９に示すように、全体として光軸ＡＸを中心とした輪帯状の有効領域を有し、この輪帯状の有効領域は光軸ＡＸを中心とした円周方向に等分割された４つの扇形形状の基本素子により構成されている。これらの４つの基本素子において、光軸ＡＸを挟んで対向する一対の基本素子は互いに同じ特性を有する。
【００５４】
すなわち、４つの基本素子は、光の透過方向（Ｙ方向）に沿った厚さ（光軸方向の長さ）が互いに異なる２種類の基本素子６Ａおよび６Ｂを２個づつ含んでいる。具体的には、第１基本素子６Ａの厚さは、第２基本素子６Ｂの厚さよりも大きく設定されている。その結果、偏光変換素子６の一方の面（たとえば入射面）は平面状であるが、他方の面（たとえば射出面）は各基本素子６Ａ、６Ｂの厚さの違いにより凹凸状になっている。各基本素子６Ａ、６Ｂは、旋光性を有する光学材料である水晶により構成され、その結晶光学軸が光軸ＡＸとほぼ一致するように設定されている。
【００５５】
以下、図１０を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図１０を参照すると、厚さｄの水晶からなる平行平面板状の光学部材２００が、その結晶光学軸と光軸ＡＸとが一致するように配置されている。この場合、光学部材２００の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸ＡＸ廻りにθだけ回転した状態で射出される。このとき、光学部材２００の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材２００の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（ａ）で表わされる。
θ＝ｄ・ρ    （ａ）
【００５６】
一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性（使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質：旋光分散）があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第１６７頁の記述によれば、２５０．３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、１５３．９度／ｍｍである。
【００５７】
第１基本素子６Ａは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋１８０度回転させた方向すなわちＺ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ｄＡが設定されている。したがって、この場合、図１１に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第１基本素子６Ａの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ａを通過する光束の偏光方向はＺ方向になる。
【００５８】
第２基本素子６Ｂは、Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向をＹ軸廻りに＋９０度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厚さｄＢが設定されている。したがって、この場合、図１１に示す輪帯状の二次光源３１のうち、一対の第２基本素子６Ｂの旋光作用を受けた光束が形成する一対の円弧状領域３１Ｂを通過する光束の偏光方向はＸ方向になる。
【００５９】
なお、別々に形成された４つの基本素子を組み合わせて偏光変換素子６を得ることもできるし、あるいは平行平面板状の水晶基板に所要の凹凸形状（段差）を形成することにより偏光変換素子６を得ることもできる。一般に、偏光変換素子６を構成する基本素子の数、形状、光学特性などについて様々な変形例が可能である。また、偏光変換素子６を光路から退避させることなく通常の円形照明を行うことができるように、偏光変換素子６の有効領域の径方向の大きさの１／３以上の大きさを有し且つ旋光性を有しない円形状の中央領域６Ｃが設けられている。ここで、中央領域６Ｃは、たとえば石英のように旋光性を有しない光学材料により形成されていてもよいし、単純に円形状の開口であってもよい。
【００６０】
本実施形態では、周方向偏光輪帯照明（輪帯状の二次光源を通過する光束が周方向偏光状態に設定された変形照明）に際して、偏光状態切換部３中の１／２波長板３ｂの結晶光学軸の光軸廻りの角度位置を調整して輪帯照明用の回折光学素子４にＺ方向偏光（Ｚ方向に偏光方向を有する直線偏光）の光を入射させることによって、Ｚ方向偏光の光を偏光変換素子６に入射させる。その結果、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍には、図１１に示すように、輪帯状の二次光源（輪帯状の照明瞳分布）３１が形成され、この輪帯状の二次光源３１を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。
【００６１】
周方向偏光状態では、輪帯状の二次光源３１を構成する円弧状領域３１Ａ，３１Ｂをそれぞれ通過する光束は、各円弧状領域３１Ａ，３１Ｂの円周方向に沿った中心位置における光軸ＡＸを中心とする円の接線方向とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。周方向偏光状態の輪帯状の照明瞳分布に基づく周方向偏光輪帯照明では、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。また、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。
【００６２】
その結果、周方向偏光輪帯照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）が向上し、ウェハ（感光性基板）上において高コントラストの良好なマスクパターン像が得られる。一般に、輪帯照明に限定されることなく、たとえば周方向偏光状態の複数極状の照明瞳分布に基づく照明においても、ウェハＷに入射する光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になり、ウェハＷ上において高コントラストの良好なマスクパターン像が得られる。この場合、輪帯照明用の回折光学素子４に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）用の回折光学素子を照明光路に設定し、偏光状態切換部３中の１／２波長板３ｂの結晶光学軸の光軸廻りの角度位置を調整して複数極照明用の回折光学素子にＺ方向偏光の光を入射させることによって、Ｚ方向偏光の光を偏光変換素子６に入射させる。
【００６３】
具体的に、例えば周方向偏光４極照明（４極状の二次光源を通過する光束が周方向偏光状態に設定された変形照明）では、偏光状態切換部３中の１／２波長板３ｂの結晶光学軸の光軸廻りの角度位置を調整して４極照明用の回折光学素子にＺ方向偏光の光を入射させることによって、Ｚ方向偏光の光を偏光変換素子６に入射させる。その結果、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍には、図１２に示すように、４極状の二次光源（４極状の照明瞳分布）３２が形成され、この４極状の二次光源３２を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光４極照明では、４極状の二次光源３２を構成する円形状領域３２Ａ，３２Ｂをそれぞれ通過する光束は、各円形状領域３２Ａ，３２Ｂの円周方向に沿った中心位置における光軸ＡＸを中心とする円の接線方向とほぼ一致する偏光方向を有する直線偏光状態になる。
【００６４】
本実施形態の露光装置では、オプティカルインテグレータ系ＯＰよりも前側に、円錐アキシコン系７中の可動プリズム部材やズームレンズ８中の可動レンズのように光路中において移動可能に配置された可動光学部材が配置されている。これらの可動光学部材が移動すると、オプティカルインテグレータ系ＯＰに入射する光の角度や角度範囲が変動する。しかしながら、本実施形態では、例えばオプティカルインテグレータ系ＯＰよりも前側に配置された可動光学部材の移動に起因して、補助フライアイ素子９に入射する光の角度や角度範囲が変動しても、補助フライアイ素子９の作用によりシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の各波面分割要素に入射する光の角度や角度範囲を一定に保持することができ、ひいては最終的な被照射面であるウェハＷ上で均一な照度分布を維持することができる。
【００６５】
前述したように、本実施形態において補助フライアイ素子９の作用を十分に発揮して本発明の効果を良好に達成するには、補助フライアイ素子９の射出面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面との間隔Ｌ12が、Ｘ方向およびＺ方向について条件式（１）を満たすことが重要である。ただし、本実施形態のようなステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、走査露光の平均化効果により、ウェハＷ上のＹ方向に沿って細長い矩形状の静止露光領域において走査方向（スキャン方向：Ｘ方向）に照度ムラがある程度残っていても大きな問題にはならない。換言すれば、ウェハＷ上の静止露光領域において発生を抑えるべき照度ムラは、走査方向と直交する方向すなわち走査直交方向（非スキャン方向：Ｙ方向）の照度ムラである。
【００６６】
したがって、本実施形態では、補助フライアイ素子９の射出面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面との間隔Ｌ12が、走査直交方向に対応するＺ方向について条件式（１）を満たすことが特に重要である。また、オプティカルインテグレータ系ＯＰにおける光量損失を回避するには、補助フライアイ素子９の射出面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０の入射面との間隔Ｌ12が、Ｘ方向およびＺ方向について条件式（２）を満たすことが好ましい。
【００６７】
なお、上述の実施形態では、メインフライアイ素子としてのシリンドリカルマイクロフライアイレンズ１０が第１フライアイ部材１０ａと第２フライアイ部材１０ｂとにより構成され、第１フライアイ部材１０ａおよび第２フライアイ部材１０ｂはＸ方向に並んで配置された複数の円筒面状の入射屈折面とＺ方向に並んで配置された複数の円筒面状の射出屈折面とをそれぞれ有する。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図５に示すフライアイレンズ１２０のように、二次元的に並列配置された複数の曲面状の入射屈折面と二次元的に並列配置された複数の曲面状の射出屈折面とを有する単一の光学部材によりメインフライアイ素子を構成することもできる。
【００６８】
また、上述の実施形態では、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがってウェハの各露光領域にパターンをスキャン露光する露光装置に対して、本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがってウェハのショット領域にパターンを逐次露光する露光装置に対しても、本発明を適用することもできる。
【００６９】
上述の実施形態にかかる露光装置は、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により製造される。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などが含まれる。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うことが望ましい。
【００７０】
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１３のフローチャートを参照して説明する。
【００７１】
先ず、図１３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。
【００７２】
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１４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１４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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００７６】
また、上述の実施形態では、露光装置の照明光学装置に使用されるオプティカルインテグレータ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、一般的な光学装置に使用されるオプティカルインテグレータ系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクまたはウェハを照明する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスクまたはウェハ以外の被照射面を照明する一般的な照明光学装置に対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】複数の両凸レンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列して構成されるフライアイ素子の構成を概略的に示す図である。
【図２】フライアイ素子では斜入射平行光においても直入射平行光と同じ射出ＮＡが確保されることを説明する図である。
【図３】フライアイ素子において斜入射平行光と直入射平行光とで同じ射出ＮＡを確保するのに必要な条件を説明する図である。
【図４】補助フライアイ素子の１つの波面分割射出面からの光がメインフライアイ素子の１つの波面分割入射面の全体を少なくとも照らすことが必要であることを説明する図である。
【図５】補助フライアイ素子とメインフライアイ素子との最小間隔を説明する図である。
【図６】補助フライアイ素子とメインフライアイ素子との最大間隔を説明する図である。
【図７】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８】図７のシリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】図７の偏光変換素子の構成を概略的に示す図である。
【図１０】水晶の旋光性について説明する図である。
【図１１】偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された輪帯状の二次光源を概略的に示す図である。
【図１２】偏光変換素子の作用により周方向偏光状態に設定された４極状の二次光源を概略的に示す図である。
【図１３】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１４】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。
【符号の説明】
【００７８】
１  光源
３  偏光状態切換部
４  回折光学素子
５  アフォーカルレンズ
６  偏光変換素子
７  円錐アキシコン系
８  ズームレンズ
９  補助フライアイ素子
１０  シリンドリカルマイクロフライアイレンズ（メインフライアイ素子）
１１  コンデンサー光学系
１２  マスクブラインド
１３  結像光学系
１１０  補助フライアイ素子（第１オプティカルインテグレータ）
１２０  メインフライアイ素子（第２オプティカルインテグレータ）
ＯＰ  オプティカルインテグレータ系
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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