(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光を、第１面に配置されて第１の方向に一致する周期方向を有すると共に該第１の方向と直交する第２の方向に長手方向を有する第１の回折格子に照射し、該第１の回折格子からの回折光を、前記第１の方向に一致する周期方向を有すると共に前記第２の方向に長手方向を有する第２の回折格子を介して感光性の基板上に干渉パターンを形成するための露光装置に用いられる照明光学装置であって、
前記第１面に照射される前記照明光の形状を、所定の形状に制限する視野絞りを有し、
前記第１面の所定の一点上に照射される前記照明光の実効入射角度の範囲を、
前記第１面内の前記第１の方向より、前記第２の方向に関して大きい値とすることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記第１面の所定の一点に照射される前記照明光の実効入射角度の範囲が、
前記第１の方向については２［ｍｒａｄ］以下であり、
前記第２の方向については２［ｍｒａｄ］より大きいことを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項３】
前記第１面の所定の一点に照射される前記照明光の実効入射角度の範囲が、
前記第１の方向については１［ｍｒａｄ］以下であり、
前記第２の方向については５［ｍｒａｄ］より大きいことを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記視野絞りは、前記第１面の近傍、または前記第１面に対して共役な面もしくはその近傍に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記第１面に照射される前記照明光の形状は、前記第１の方向の位置によって前記第２の方向の幅が変化するもの、及び前記第２の方向の位置によって前記第１の方向の幅が変化するもののうち、少なくとも一方であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記第１面内における前記照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有し、
前記照明光均一化手段は、前記第２の方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの中の任意の１つのレンズエレメントに入射する照明光を、前記照明光均一化手段中の前記フライアイレンズよりも前記光源側の所定の面内に分布する照明光のうち、前記第１の方向の所定の範囲に分布する照明光に実質的に制限する集光光学系を有することを特徴とする請求項６に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記照明光均一化手段は、前記少なくとも一つのフライアイレンズの射出側面に形成される複数の２次光源を、実質的に前記第２の方向に平行な線上に配列せしめる２次光源位置補正手段を有することを特徴とする請求項６又は７に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記第１面内に照明される前記照明光の前記第１の方向に関する収束発散状態を可変とする収束発散調整機構を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記第１面に照射される前記照明光の、前記第１の方向の電場成分と前記第２の方向の電場成分との大小関係を規定する偏光制御部材を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記照明光の時間的可干渉距離は、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の照明光学装置と、
前記基板を前記照明光学装置に対して位置合わせ可能に保持する基板保持機構とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
前記照明光学装置が有する前記視野絞りは、前記第１面に照射される前記照明光の形状を、前記第２の方向に沿った大きさよりも前記第１の方向に沿った大きさを大きくす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】
前記基板を前記第２の方向に移動させつつ露光を行うことを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
【請求項１５】
電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の露光装置を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ装置、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイス製造工程における、微細パターンの形成工程で使用される照明技術、該照明技術を用いる露光技術および該露光技術を用いる電子デバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の電子デバイスの製造工程における微細パターンの形成に際しては、一般的にフォトリソグラフィー技術が使用される。これは、ウエハ等の被加工基板の表面にフォトレジスト（感光性薄膜）を形成し、形成すべきパターンの形状の応じた光量分布を有する露光光の露光工程、現像工程及びエッチング工程等により、被加工基板上に所望のパターンを形成するものである。
【０００３】
現状の最先端の電子デバイスの製造の上記露光工程においては、露光方法として、主に投影露光方法が使用されている。
これは、マスク（レチクルともいう）上に、形成すべきパターンを４倍または５倍に拡大して形成しておき、これに照明光を照射し、その透過光を縮小投影光学系を用いてウエハ上に露光転写するものである。
【０００４】
投影露光方法で形成可能なパターンの微細度は縮小投影光学系の解像度で決まり、これは露光波長を投影光学系の開口数（ＮＡ）で割った値に概ね等しい。従って、より微細な回路パターンを形成するためには、より短波長の露光光源とより高ＮＡの投影光学系が必要である。
【０００５】
一方、例えば非特許文献１及び非特許文献２に開示される如く、光源とウエハ等の被加工基板の間に回折格子を配置し、照明光をこの回折格子に照射することに発生する複数の回折光を被加工基板上で干渉させ、その干渉縞による明暗パターンを用いて被加工基板上に微細パターンを形成する方法（以下「干渉露光方法」と呼ぶ）も提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J.M. Carter他： "Interference Lithography"      http://snl.mit.edu/project_document/SNL-8.pdf
【非特許文献２】Mark L. Schattenburg他： "Grating Production Methods"    http://snl.mit.edu/papers/presentations/2002/MLS-Con-X-2002-07-03.pdf
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の従来の露光方法のうち投影露光方法においては、より高解像度を得るには、より短波長の光源と、より高ＮＡの投影光学系が必要になる。
しかしながら、現在最先端の露光装置では、露光光の波長は１９３ｎｍに短波長化されており、今後の一層の短波長化は使用可能なレンズ材料の観点から困難な状況にある。
【０００８】
また、現在最先端の投影光学系のＮＡは０．９２程度に達しており、これ以上の高ＮＡ化は困難な状況にあるとともに、露光装置の製造コストを大幅に上昇させる原因となる。
一方、干渉露光方法は、形成される干渉縞のコントラスを向上し、かつ照明光の進行方向について広範な範囲で高コントラストな干渉縞を得るためには、干渉せしめる光線束の間に高度な空間的可干渉性が要求される。一方、被露光基板上における露光光照度の均一性を確保するためには、被露光基板上に照射される照明光を、ある程度の入射角度範囲をもって入射させることが必要であり、これは一般的には上記の高度な空間的可干渉性と相
反し、両者を同時に実現することは困難であった。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、微細なパターン、具体的には露光光の波長程度以下の微細パターンを、安価に形成可能な照明技術および露光技術を提供することを第１の目的とする。
さらに具体的には、本発明は、被加工基板近傍において照明光の進行方向についての広い範囲で高コントラストな干渉縞を得ると同時に、被加工基板面内の広範囲な部分において均一な照明光照度分布を実現可能な照明技術および露光技術を提供することを第２の目的とする。
【００１０】
また、本発明は、上記露光技術を用いた電子デバイスの製造方法を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態には以下の第１、第２、および第３の露光方法の発明、第１および第２の電子デバイス製造方法の発明、ならびに第１、第２、第３、および第４の露光装置の発明が記載されている。
すなわち、本発明に関する第１の露光方法の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その照明光を、第１の方向に周期方向をその第１の方向と直交する第２の方向に長手方向を有する第１の回折格子に照射する工程と、その第１の回折格子からの回折光を、その第１の回折格子からその光源と反対側に第１の実効距離だけ離れて配置され、その第１の方向に周期方向を有する第２の回折格子に照射する工程と、その第２の回折格子からの回折光を、その第２の回折格子からその第１の回折格子と反対側にその第１の実効距離と概等しい第２の実効距離だけ離れて配置されるその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、その第１の回折格子上の所定の一点に照射するその照明光は、その進行方向が、その第２の方向を含みかつその第１の回折格子に概垂直な特定平面と概一致する複数の照明光を主成分とすることを特徴とするものである。
【００１２】
そして、その第１の回折格子に照射するその照明光の主成分のその進行方向の、その特定平面内方向からのずれは、一例として、実効角度として１［ｍｒａｄ］以内であるものとすることもできる。
【００１３】
本発明に関する第２の露光方法の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その照明光を、第１の方向に周期方向をその第１の方向と直交する第２の方向に長手方向を有する第１の回折格子に照射する工程と、その第１の回折格子からの回折光を、その第１の回折格子からその光源と反対側に第１の実効距離だけ離れて配置され、その第１の方向に周期方向を有する第２の回折格子に照射する工程と、その第２の回折格子からの回折光を、その第２の回折格子からその第１の回折格子と反対側にその第１の実効距離と概等しい第２の実効距離だけ離れて配置されるその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、その第１の回折格子上の所定の一点に照射するその照明光の実効入射角度の範囲が、その第１の方向については２［ｍｒａｄ］以下であり、その第２の方向については２［ｍｒａｄ］より大きいことを特徴とするものである。
【００１４】
そしてさらに、その第１の回折格子上の所定の一点に照射するその照明光の実効入射角度の範囲が、その第１の方向については１［ｍｒａｄ］以下であり、その第２の方向については５［ｍｒａｄ］より大きいものとすることもできる。
【００１５】
斯かる本発明の第１の露光方法の発明及び第２の露光方法の発明によれば、第１の回折格子と第２の回折格子の周期方向及び長手方向に対して、照明光の入射角度の実効的範囲を最適化したため、感光性の基板上に、コントラスの高いすなわち高解像度の干渉縞を良
好な余裕度をもって形成し、これを感光性の基板上に露光することが可能となる。
【００１６】
本発明に関する第３の露光方法の発明は、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光する露光方法であって、その照明光を、第１の方向に周期方向をその第１の方向と直交する第２の方向に長手方向を有する第１の回折格子に照射する工程と、その第１の回折格子からの回折光を、その第１の回折格子からその光源と反対側に第１の実効距離だけ離れて配置され、その第１の方向に周期方向を有する第２の回折格子に照射する工程と、その第２の回折格子からの回折光を、その第２の回折格子からその第１の回折格子と反対側にその第１の実効距離と概等しい第２の実効距離だけ離れて配置されるその感光性の基板上に照射する工程とを含むとともに、その第１の回折格子とその基板との間の光路上に、その回折光の透過率がその回折光の進行方向に応じて変化する回折光選択部材を設けることを特徴とするものである。
【００１７】
一例として、その回折光選択部材のその透過率は、その回折光のうち、その第１の回折格子または第２の回折格子から小さな射出角度で射出する回折光に対して低く、第１の回折格子またはその第２の回折格子から大きな射出角度で射出する回折光に対して高いものであるとすることができる。
【００１８】
斯かる本発明の第３の露光方法の発明によれば、第１の回折格子または第２の回折格子から発生する回折光のうち、所定の進行方向を有する回折光を他の回折光に対して低減することが可能となり、所望の回折光について相対的に優先して感光性の基板上での干渉縞を形成することが可能となる。従って、より高コントラストのより好ましい干渉縞を形成することが可能となり、これを感光性の基板上に露光することが可能となる。
【００１９】
本発明の第１の露光方法の発明、第２の露光方法の発明及び第３の露光方法の発明のいずれにおいても、その第１の回折格子は第１の透過性平板のその光源側の表面上またはその近傍に形成されたものであるとすることができる。また、その第２の回折格子は第２の透過性平板のその第１の回折格子側の表面上またはその近傍に形成されたものであるとすることができる。
【００２０】
また、その第１の実効距離及びその第２の実効距離は、共に１ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下であることとすることができる。
さらに、その第１の実効距離とその第２の実効距離との差を、一例として１００μｍ以下とすることもできる。
【００２１】
本発明の第１の露光方法の発明、第２の露光方法の発明及び第３の露光方法の発明のいずれにおいても、その第１の実効距離とその第２の実効距離の少なくとも一方、またはその第１の実効距離とその第２の実効距離との差を、その基板上に照明されるその照明光のその第１の方向に関する収束発散状態、およびその基板の伸縮、あるいはさらに所定の条件に応じて決定するものとすることもできる。
【００２２】
あるいはまた、その第１の回折格子上に照明されるその照明光のその第１の方向に関する収束発散状態を、その第１の実効距離およびその第２の実効距離、その基板の伸縮、あるいはさらに所定の条件に応じて決定するものとすることもできる。
【００２３】
本発明の第１の露光方法の発明、第２の露光方法の発明及び第３の露光方法の発明のいずれにおいても、その各工程を、その第１の回折格子及びその第２の回折格子とその基板とをその第２の方向に相対走査しつつ露光を行なう、走査露光により行なうものとすることもできる。そしてさらに、その基板上にその照明光が照射される領域の形状は、その第１の方向の位置によってその第２の方向の幅が変化するものであるとすることもできる。
【００２４】
また、その第２の回折格子とその基板の間の光路を、その露光波長における屈折率が１．２以上の誘電体で満たすものとすることもできる。あるいは、その第１の回折格子とその基板の間の光路を、その露光波長における屈折率が１．２以上の誘電体で満たすものとすることもできる。
【００２５】
本発明に関する第１の電子デバイス製造方法の発明は、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、上記本発明の露光方法のいずれか一つ用いることを特徴とするものである。
【００２６】
そして、本発明に関する第２の電子デバイス製造方法の発明は、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、投影露光装置を用いた投影露光方法と上記本発明の露光方法のいずれか一つとの合成露光を用いることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明に関する第１の露光装置の発明は、光源からの照明光と第１の回折格子と第２の回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、その第１の回折格子の周期方向を第１の方向に一致させ、その第１の回折格子の長手方向をその第１の方向と直交する第２の方向に一致させ、その第１の回折格子を第１の面に概一致させて保持する第１保持機構と、その第２の回折格子の周期方向をその第１の方向に一致させ、その第２の回折格子の長手方向をその第２の方向に一致させ、その第２の回折格子をその第１の面からその光源と反対側に第１の実効距離だけ離れた第２の面に概一致させて保持する第２保持機構と、その基板を、その第２の面からその第１の面と反対側にその第１の実効距離と概等しい第２の実効距離だけ離れた第３の面に概一致させて保持する基板保持機構と、その光源からのその照明光をその第１の面に照射するための照明光学系であって、その第１の面内の所定の一点上に照射されるその照明光の主成分を、その進行方向が、その第２の方向を含みかつその第１の面に概垂直な特定平面と概一致する複数の照明光とする照明光学系とを有することを特徴とするものである。
【００２８】
そして、その第１の面に照射するその照明光の主成分のその進行方向の、その特定平面内方向からのずれは、一例として、実効角度として１［ｍｒａｄ］以内であるものとすることもできる。
【００２９】
本発明に関する第２の露光装置の発明は、光源からの照明光と第１の回折格子と第２の回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、その第１の回折格子の周期方向を第１の方向に一致させ、その第１の回折格子の長手方向をその第１の方向と直交する第２の方向に一致させ、その第１の回折格子を第１の面に概一致させて保持する第１保持機構と、その第２の回折格子の周期方向をその第１の方向に一致させ、その第２の回折格子の長手方向をその第２の方向に一致させ、その第２の回折格子をその第１の面からその光源と反対側に第１の実効距離だけ離れた第２の面に概一致させて保持する第２保持機構と、その基板を、その第２の面からその第１の面と反対側にその第１の実効距離と概等しい第２の実効距離だけ離れた第３の面に概一致させて保持する基板保持機構と、その光源からのその照明光をその第１の面に照射するための照明光学系であって、その第１の面内の所定の一点上に照射されるその照明光の実効入射角度の範囲を、その第１の方向については２［ｍｒａｄ］以下であり、その第２の方向については２［ｍｒａｄ］より大きい照明光とする照明光学系とを有することを特徴とするものである。
【００３０】
そしてさらに、その第１の面上の所定の一点に照射するその照明光の実効入射角度の範
囲が、その第１の方向については１［ｍｒａｄ］以下であり、その第２の方向については５［ｍｒａｄ］より大きいものとすることもできる。
【００３１】
斯かる本発明の第１の露光装置の発明及び第２の露光装置の発明によれば、第１の回折格子と第２の回折格子の周期方向及び長手方向と、照明光の入射角度の実効的範囲との関係を最適化した状態でその感光性の基板への露光を行なうことができる。このため、その感光性の基板上に、コントラスの高いすなわち高解像度の干渉縞を良好な余裕度をもって形成し、これを感光性の基板上に露光することが可能となる。
【００３２】
また、その照明光学系は、その第１の面内におけるその照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有するものとすることもできる。
そして、その照明光均一化手段は、一例として、その第２の方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むものとすることもできる。
【００３３】
本発明に関する第３の露光装置の発明は、光源からの照明光と第１の回折格子と第２の回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、その第１の回折格子の周期方向を第１の方向に一致させ、その第１の回折格子の長手方向をその第１の方向と直交する第２の方向に一致させ、その第１の回折格子を第１の面に概一致させて保持する第１保持機構と、その第２の回折格子の周期方向をその第１の方向に一致させ、その第２の回折格子の長手方向をその第２の方向に一致させ、その第２の回折格子をその第１の面からその光源と反対側に第１の実効距離だけ離れた第２の面に概一致させて保持する第２保持機構と、その基板を、その第２の面からその第１の面と反対側にその第１の実効距離と概等しい第２の実効距離だけ離れた第３の面に概一致させて保持する基板保持機構と、その光源からのその照明光をその第１の面に照射するための照明光学系と、その回折光に対する透過率がその回折光の進行方向に応じて変化する回折光選択部材をその第１の面とその第３の面の間の第４の面に概一致させて保持する第３保持機構とを有することを特徴とするものである。
【００３４】
本発明に関する第４の露光装置の発明は、光源からの照明光と第１の回折格子と第２の回折格子とによって生成される干渉パターンを、感光性の基板上に露光するための露光装置であって、その第１の回折格子の周期方向を第１の方向に一致させ、その第１の回折格子の長手方向をその第１の方向と直交する第２の方向に一致させ、その第１の回折格子を第１の面に概一致させて保持する第１保持機構と、その第２の回折格子の周期方向をその第１の方向に一致させ、その第２の回折格子の長手方向をその第２の方向に一致させ、その第２の回折格子をその第１の面からその光源と反対側に第１の実効距離だけ離れた第２の面に概一致させて保持する第２保持機構と、その基板を、その第２の面からその第１の面と反対側にその第１の実効距離と概等しい第２の実効距離だけ離れた第３の面に概一致させて保持する基板保持機構と、その光源からのその照明光をその第１の面に照射するための照明光学系と、その第１の面とその第３の面の間に配置され、その回折光に対する透過率がその回折光の進行方向に応じて変化する回折光選択部材とを有することを特徴とするものである。
【００３５】
斯かる本発明の第３の露光装置の発明および本発明の第４の露光装置の発明によれば、第１の回折格子または第２の回折格子から発生する回折光のうち、所定の進行方向を有する回折光を他の回折光に対して低減することが可能となり、所望の回折光について相対的に優先して感光性の基板上での干渉縞を形成することが可能となる。従って、より高コントラストのより好ましい干渉縞を形成することが可能となり、これを感光性の基板上に露光することが可能となる。
【００３６】
なお、斯かる本発明の第４の露光装置の発明においては、その回折光選択部材のその透
過率は、一例として、その回折光選択部材に小さな入射角度で入射する光に対して低く、その回折光選択部材に大きな入射角度で入射する光に対して高いものとすることができる。
【００３７】
また、本発明の第１の露光装置の発明、第２の露光装置の発明、第３の露光装置の発明および第４の露光装置の発明のいずれにおいても、その第１の実効距離及びその第２の実効距離を、一例として共に１ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下とすることができる。そしてさらに、その第１の実効距離とその第２の実効距離との差を、一例として１００μｍ以下とすることもできる。
【００３８】
あるいはまた、その第１の実効距離とその第２の実効距離の少なくとも一方、またはその第１の実効距離とその第２の実効距離との差を、その第１の面に照明されるその照明光のその第１の方向に関する収束発散状態、およびその基板の伸縮、あるいはさらに所定の条件に応じて決定するものとすることもできる。
【００３９】
また、その第１の面に照明されるその照明光のその第１の方向に関する収束発散状態を、その第１の実効距離およびその第２の実効距離、その基板の伸縮、あるいはさらに所定の条件に応じて決定するものとすることもできる。
【００４０】
ところで、本発明の第１の露光装置の発明、第２の露光装置の発明、第３の露光装置の発明および第４の露光装置の発明のいずれにおいても、その第１の保持機構及びその第２の保持機構、またはその基板保持機構のいずれか一方は、その第１の回折格子及びその第２の回折格子とその基板との相対位置関係を、その第２の方向に相対移動せしめる走査機構を有するものとすることができる。
【００４１】
あるいはまた、その第１の保持機構及びその第２の保持機構、またはその基板保持機構のいずれか一方は、その第１の回折格子及びその第２の回折格子とその基板との、相対位置関係を、その第１の方向に相対移動せしめる移動機構を有するものとすることができる。
【００４２】
なお、本発明の第１の露光装置の発明、第２の露光装置の発明、第３の露光装置の発明および第４の露光装置の発明のいずれにおいても、その第２の面とその第３の面の少なくとも一部分を、その露光波長における屈折率が１．２以上の誘電性液体で満たす液体供給機構を有するものとすることもできる。
【００４３】
次に、本発明の第１の態様によれば、光源からの照明光を、第１面に配置されて第１の方向に一致する周期方向を有すると共に該第１の方向と直交する第２の方向に長手方向を有する第１の回折格子に照射し、該第１の回折格子からの回折光を、その第１の方向に一致する周期方向を有すると共にその第２の方向に長手方向を有する第２の回折格子を介して感光性の基板上に干渉パターンを形成するための露光装置に用いられる照明光学装置であって、その第１面に照射されるその照明光の形状を、所定の形状に制限する視野絞りを有し、その第１面の所定の一点上に照射されるその照明光の実効入射角度の範囲を、その第１面内のその第１の方向より、その第２の方向に関して大きい値とする照明光学装置が提供される。
この第１の態様において、その第１面（以下、被照射面ともいう。）の所定の一点上に照射されるその照明光の実効入射角度の範囲を、その第１面内のその第１の方向については２［ｍｒａｄ］以下であり、その第２面内のその第２の方向については２［ｍｒａｄ］より大きい値とすることができる。
【００４４】
また、その第１の面上の所定の一点に照射するその照明光の実効入射角度の範囲を、その第１の方向については１［ｍｒａｄ］以下であり、その第２の方向については５［ｍｒａｄ］より大きいものとすることもできる。
【００４５】
また、その被照射面に照射されるその照明光の形状は、その第１の方向の位置によってその第２の方向の幅が変化するものとすることができる。あるいはまた、その被照射面に照射されるその照明光の形状は、その第２の方向の位置によってその第１の方向の幅が変化するものとすることができる。
【００４６】
斯かる本発明の照明光学装置の発明は、さらにその被照射面内におけるその照明光の強度分布を概均一化する照明光均一化手段を有するものとすることもできる。
そして、その照明光均一化手段は、一例として、その特定の方向に沿ってレンズエレメントが配列される少なくとも一つのフライアイレンズを含むものとすることができる。
また、その被照射面内に照明されるその照明光のその第１の方向に関する収束発散状態を可変とする収束発散調整機構を、さらに有するものとすることもできる。
また、本発明の第２の態様によれば、光源からの照明光により感光性の基板上にパターンを露光するための露光装置であって、本発明の照明光学装置と、その基板をその照明光学装置に対して位置合わせ可能に保持する基板保持機構とを備えることを特徴とする露光装置が提供される。
また、本発明の第３の態様によれば、電子デバイスを構成する回路パターンの形成工程の少なくとも一部において、本発明の露光装置を用いることを特徴とする電子デバイス製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の露光装置の概略を表わす図である。
【図２】第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１の一例について説明する図であり、（Ａ）は第１の透光性平板Ｐ１上に形成した第１の回折格子Ｇ１１を表わす図、（Ｂ）は第２の透光性平板Ｐ２上に形成した第２の回折格子Ｇ２１を表わす図である。
【図３】第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの位置関係、および回折光ＬＰ，ＬＭ，ＬＰ０，ＬＰ１を表わす断面図である。
【図４】ウエハＷ上に形成される干渉縞の強度分布を表わす断面図である。
【図５】第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２を表わす図である。
【図６】照明光の入射角度ずれが、ウエハＷ上に形成される干渉縞の強度分布の位置ずれに与える影響を説明する図であり、（Ａ）及び（Ｂ）は照明光の入射角度ずれが無い場合を表わす図、（Ｃ）及び（Ｄ）は照明光の入射角度ずれがある場合を表わす図である。
【図７】照明光均一化手段の一例を表わす図であり、（Ａ）はインプットフライアイレンズ１１のＸＹ面内の形状を表わす図、（Ｂ）はフライアイレンズ１３のＸＹ面内の形状を表わす図、（Ｃ）は＋Ｘ方向から見た側面図を表わす図、（Ｄ）は−Ｙ方向から見た側面図を表わす図である。
【図８】第１の透光性平板への照明光の入射角度範囲を表わす図であり、（Ａ）は第１＋Ｘ方向から見た側面図を表わす図、（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図を表わす図、（Ｃ）は開口絞り２８を表わす図である。
【図９】２次光源位置補正手段の一例を表わす図である。
【図１０】２次光源位置補正手段の他の一例を表わす図である。
【図１１】照明光均一化手段の他の例を表わす図であり、（Ａ）は＋Ｘ方向から見た側面図を表わす図、（Ｂ）は−Ｙ方向から見た側面図を表わす図である。
【図１２】本発明の露光装置の別の実施形態を表わす図である。
【図１３】視野絞り２２の例を表わす断面図である。
【図１４】本発明の露光装置のさらに別の実施形態を表わす図である。
【図１５】第１の透光性平板への照明光の収束発散状態を説明する図である。
【図１６】回折光選択部材を表わす図である。
【図１７】回折光選択部材の透過率と入射角度の関係を表わす図である。
【図１８】第１の回折格子Ｇ１３と第２の回折格子Ｇ１４を、透光性平板Ｐ３の両面のそれぞれに設けた状態を表わす図である。
【図１９】第２の回折格子Ｇ１６を、第２の透光性平板Ｐ６の実質的に内部に設ける例を表わす図である。
【図２０】第１の透光性平板Ｐ１の保持機構３６ａ、第２の透光性平板Ｐ２の保持機構３７ａを表わす図である。
【図２１】第２の透光性平板Ｐ２の交換機構４２等を表わす図であり、（Ａ）はその底面図、（Ｂ）はそのＡ−Ｂ位置での断面図である。
【図２２】ウエハＷと第２の透光性平板Ｐ２の間等に液体を満たす機構の説明図であり、（Ａ）はウエハＷと第２の透光性平板Ｐ２の間にのみ液体を満たす機構の説明図、（Ｂ）はさらに透光性平板Ｐ２と透光性平板Ｐ１との間にも液体を満たす機構の説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…光源、２，３，４，６…第１のレンズ群レンズ、１０…集光光学系、１３…フライアイレンズ、１７…照明開口絞り、２９，３０，３２，３５…第４のレンズ群レンズ、Ｐ１…第１の透光性平板、Ｐ２…第２の透光性平板、３６ａ，３６ｂ…第１保持機構、３７ａ，３７ｂ…第２保持機構、Ｗ…基板（ウエハ），３８…ウエハステージ，４０…レーザ干渉計、Ｇ１１，Ｇ１３…第１の回折格子、Ｇ２１，Ｇ１４，Ｇ１６…第２の回折格子、ＩＬ１〜ＩＬ１０…照明光
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の露光装置の第１の実施形態を表わす全体図である。なお、図１中に示したＸＹＺ座標系と、以降の各図で示す座標系とは同一であり、各図中の所定の方向（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）は、全て同一の方向を示すものである。
【００５０】
ＡｒＦ（アルゴン・フッ素）エキシマーレーザ、ＫｒＦ（クリプトン・フッ素）エキシマーレーザ、Ｆ２（フッ素ダイマー）レーザ、または波長変換素子を使用する高調波レーザ等の光源１を発した照明光ＩＬ１は、第１の光軸ＡＸ１に沿って配置される第１のレンズ群を構成するレンズ２，３，４，６により、所定のビームサイズを有する平行光線束（平行ビーム）である照明光ＩＬ２に変換される。
【００５１】
照明光ＩＬ２は、偏光制御素子９により所定の偏光状態に設定され照明光ＩＬ３となり、照明光均一化手段の一部を構成する集光光学系１０に入射する。そして、集光光学系１０を射出した照明光ＩＬ５は、照明光均一化手段の一部を構成するフライアイレンズ１３等のオプチカルインテグレータに入射する。
【００５２】
フライアイレンズ１３の射出側面には、必要に応じて開口絞り１７が配置される。
なお、集光光学系１０、フライアイレンズ１３、開口絞り１７等からなる照明光均一化手段の詳細については後述する。
【００５３】
フライアイレンズ１３を射出した照明光ＩＬ７は、第２の光軸ＡＸ２に沿って配置される第２のレンズ群を構成するレンズ１９，２０，２１に入射し、これらのレンズで屈折され照明光ＩＬ８となって視野絞り２２に達する。視野絞り２２については後述する。
【００５４】
視野絞り２２を透過した照明光は、さらに第２の光軸ＡＸ２に沿って配置される第３のレンズ群を構成するレンズ２５，２６，２７により屈折され集光点２８に至る。集光点２８は、フライアイレンズ１３の射出側面と、第２のレンズ群１９，２０，２１及び第３のレンズ群２５，２６，２７を介して共役（結像関係）となっている。
【００５５】
そして、集光点２８を通過した照明光ＩＬ９は、さらに第４のレンズ群を構成するレンズ２９，３０，３２，３５により屈折され照明光ＩＬ１０となって第１の透光性平板Ｐ１に入射する。
【００５６】
なお、以上の第１のレンズ群２，３，４，５から第４のレンズ群２９，３０，３２，３５に至るまでの照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０の光路上の光学部材を、以下、照明光学系ＩＳという。この照明光学系ＩＳは、第１の透光性平板Ｐ１が配置される面を所定の照射面とする「照明光学装置」とみることもできる。
【００５７】
第１の透光性平板Ｐ１の下方（−Ｚ方向）には、第２の透光性平板Ｐ２が設けられる。
第２の透光性平板Ｐ２は、パターンを形成すべき加工対象である半導体ウエハ等の基板
Ｗ（以降、適宜「ウエハ」ともいう）に対向して配置される。
【００５８】
第１の透光性平板Ｐ１には後述する第１の回折格子が形成されており、その第１の回折格子に照明光ＩＬ１０が照射されることにより発生する回折光は、第２の透光性平板Ｐ２に照射される。第２の透光性平板Ｐ２には後述する第２の回折格子が形成されており、上記回折光はその第２の回折格子に照射されることになる。そして、第２の回折格子で発生した回折光はウエハＷに照射され、ウエハＷ上に複数の回折光からなる干渉縞による明暗パターンが形成される。
【００５９】
ウエハＷの表面には、上記明暗パターンを感光し記録するためのフォトレジスト等の感光部材ＰＲを形成しておく。すなわち、ウエハＷは「感光性の基板」とみることができる。
【００６０】
ウエハＷは、ウエハ定盤５０上をＸＹ方向に可動な基板保持機構であるウエハステージ３８上に保持され、これによりＸＹ方向に可動となっている。また、ウエハＷのＸ方向の位置はウエハステージ３８上に設けられた移動鏡３９の位置を介してレーザ干渉計４０により計測され、Ｙ方向の位置もウエハステージ３８上に設けられた不図示の移動鏡位置を介して不図示のレーザ干渉計により計測される。
【００６１】
ウエハマーク検出機構４３は、光学顕微鏡からなりウエハＷ上に形成されている既存の回路パターンあるいは位置合せマークの位置を検出するものであり、ウエハステージ３８上に保持されたウエハＷは、必要に応じて露光前にウエハステージ３８上よりウエハマーク検出機構４３の直下に移動され、ウエハＷ上のパターンまたはマークの位置が検出される。
【００６２】
第２の透光性平板Ｐ２は、ウエハＷと後述する所定の間隔をもって対向して配置するように、第２保持機構３７ａ，３７ｂによって保持される。また、第１の透光性平板Ｐ１は、第２の透光性平板Ｐ２と後述する所定の間隔をもって対向して配置するように、第１保持機構３６ａ，３６ｂによって保持される。
【００６３】
ウエハＷの直径は一例として３００ｍｍであり、第２の透光性平板Ｐ２は一例としてウエハＷの表面の全面を覆う直径とする。同様に第１の透光性平板Ｐ１も一例として第２の透光性平板Ｐ２の表面の全面を覆う直径とする。ただし、後述する様に、第２の透光性平板Ｐ２の直径は、ウエハＷの直径よりも３０ｍｍ程度以上大きいことが望ましい。
【００６４】
次に、本発明によってウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンについて、図２、図３および図４を用いて説明する。
第１の透光性平板Ｐ１の＋Ｚ側すなわち光源１側の表面には、Ｘ方向に周期性を有する１次元の位相変調型の回折格子Ｇ１１が形成されている。ここでＸ方向は、「第１の方向」と見ることができる。そして、第２の透光性平板Ｐ２の＋Ｚ側すなわち第１の透光性平板Ｐ１側の表面にも、Ｘ方向に周期性を有する１次元の位相変調型の回折格子Ｇ２１が形成されている。
【００６５】
まず、これらの回折格子Ｇ１１，Ｇ１２について図２を用いて説明する。
図２（Ａ）は、第１の透光性平板Ｐ１を＋Ｚ側から見た図であり、その表面にはＹ方向に長手方向を有し、それと直交するＸ方向に１次元的な周期Ｔ１を有する、位相変調型の第１の回折格子Ｇ１１が形成されている。ここで回折格子Ｇ１１の長手方向（ここでは位相が同じになる方向）であるＹ方向は、「第２の方向」と見ることができる。
【００６６】
第１の回折格子Ｇ１１は、いわゆるクロムレス位相シフトレチクルの様に第１の透光性
平板Ｐ１の表面部分と、当該平板表面をエッチング等により掘り込んだ掘り込み部分（図２（Ａ）中の斜線部）からなる。掘り込み部分の深さは、その表面部を透過する照明光と掘り込み部を透過する照明光との間に概ね１８０度の位相差が形成されるように設定される。両照明光に１８０度の位相差を形成する場合には、露光光の波長λ，第１の透光性平板Ｐ１の屈折率ｎ、任意の自然数ｍに対し、その掘り込み深さを、
（式１）
（２ｍ−１）λ／（２（ｎ−１））
とすればよい。
【００６７】
また、表面部分と掘り込み部分の幅の比率（デューティ比）は、概ね１：１とすることが好ましい。
ただし、上記位相差及びデューティ比のいずれについても、上記１８０度及び１：１から異なる値を採用することもできる。
【００６８】
図２（Ｂ）は、第２の透光性平板Ｐ２を＋Ｚ側から見た図であり、その表面（第１の透光性平板Ｐ１側の面）には、Ｙ方向に長手方向を有し、Ｘ方向に１次元的な周期Ｔ２を有する第２の回折格子Ｇ２１が形成されている。第２の回折格子Ｇ２１も、その構造は上述の第１の回折格子Ｇ１１と同様である。
【００６９】
第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２は合成石英等の、紫外線に対する透過性が高く、熱膨張係数（線膨張係数）が小さく、従って露光光の吸収に伴う熱変形の小さな材料で形成する。その厚さは、自重変形等の変形を防止するために、例えば５ｍｍ以上とすることが好ましい。ただし、自重変形等をより一層防止するために、１０ｍｍ以上の厚さとすることもできる。また、特に光源１としてＦ２レーザを使用する場合には、フッ素の添加された合成石英を使用することが好ましい。
【００７０】
なお、図２（Ａ），（Ｂ）中では、説明の便宜上周期Ｔ１を第１の透光性平板Ｐ１の直径（一例として３００ｍｍ以上）の１割程度と表わしているが、実際には周期Ｔ１は例えば２４０ｎｍ程度、周期Ｔ２は例えば１２０ｎｍ程度であり、第１の透光性平板Ｐ１の直径に比して圧倒的に小さい。これは、図２（Ａ），（Ｂ）以外の各図においても同様である。
【００７１】
以下、図３を用いて、照明光ＩＬ１０の第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１への照射により、ウエハＷ上に干渉縞の明暗パターンが形成される原理について説明する。
【００７２】
図３は、相互に対向して配置された第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷの断面を表わす図である。
照明光ＩＬ１０が照射されると、第１の回折格子Ｇ１１からはその周期Ｔ１に応じた回折光が発生する。第１の回折格子Ｇ１１が、デューティ比１：１で位相差１８０度の位相変調型格子であれば、発生する回折光は主に＋１次回折光ＬＰとー１次回折光ＬＭとなる。ただし、それ以外の次数の回折光も発生する可能性もある。
【００７３】
±１次回折光ＬＰ，ＬＭの回折角θは、露光光の波長λに対して、
（式２）
ｓｉｎθ ＝ λ／Ｔ１
により表わされる角である。
【００７４】
ただしこれは、±１次回折光ＬＰ，ＬＭが第１の透光性平板Ｐ１を透過して空気（「窒素及び希ガス」も含む。以下も同様である。）中に射出した後の回折角である。すなわち
、±１次回折光ＬＰ，ＬＭが第１の透光性平板Ｐ１中の回折角θ'は、第１の透光性平板Ｐ１の屈折率ｎを用いて、
（式３）
ｓｉｎθ'＝ λ／（ｎ×Ｔ１）
により表わされる角となる。
【００７５】
続いて、±１次回折光ＬＰ，ＬＭは第２の透光性平板Ｐ２上の第２の回折格子Ｇ２１に入射する。ここで、上述の如く第２の回折格子Ｇ２１も位相変調型の回折格子であるから、第２の回折格子Ｇ２１からも主に±１次回折光が発生する。
【００７６】
本例においては、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２が第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１の半分、すなわちＴ１＝２×Ｔ２の条件を満たす。この場合、＋１次回折光ＬＰの第２の回折格子Ｇ２１への照射により発生する−１次回折光ＬＰ１は、Ｚ方向に対し傾き角θをもって−Ｘ方向に傾いて発生する。また、−１次回折光ＬＭの第２の回折格子Ｇ２１への照射により発生する＋１次回折光ＬＭ１は、Ｚ方向に対し傾き角θをもって＋Ｘ方向に傾いて発生する。なお、第２の回折格子Ｇ２１によって発生する２次回折光を使用することを前提に、Ｔ２＝Ｔ１である第２の回折格子を使用することもできる。
【００７７】
図４に示す如く、上記２本の回折光は、ウエハＷの鉛直方向（法線方向）ＺＷに対して上記傾き角θを保ってウエハＷ上に照射され、ウエハＷに干渉縞としての明暗パターンＩＦを形成する。このとき、ウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンＩＦの周期（強度分布の周期）Ｔ３は、
（式４）
Ｔ３ ＝ λ／（２×ｓｉｎθ）
となる。これは第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１の半分であり、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２に等しい。
【００７８】
この明暗パターンＩＦが、その明暗に応じてウエハＷの表面に形成されているフォトレジスト等の感光部材ＰＲを感光し、明暗パターンＩＦがウエハＷ上に露光転写される。
従って、ウエハＷ上には、その全面にＸ方向に周期Ｔ３を有するＹ方向に平行な明暗パターンが形成される。そして、ウエハＷ上に形成されたフォトレジストＰＲには、この明暗パターンが照射され露光される。
【００７９】
ところで、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２が所定の値より大きい場合には、＋１次回折光ＬＰの第２の回折格子Ｇ２１への照射により不図示の＋１次回折光が発生し、−１次回折光ＬＭの第２の回折格子Ｇ２１への照射により不図示の−１次回折光が発生することになる。そしてこのような回折光は、不要な回折光として明暗パターンＩＦのコントラストを低下させることとなる。
【００８０】
しかし、周期Ｔ１及び周期Ｔ２が照明光の波長λ程度またはそれより小さい場合には、＋１次回折光ＬＰの＋１次回折光及び−１次回折光ＬＰの−１次回折光の第２の回折格子Ｇ２１からの射出角の正弦（ｓｉｎ）は、式２より形式的には１を超えることとなり、すなわちそのような回折光は発生し得ない。
【００８１】
このような周期Ｔ２の上限値は、
（式５）
Ｔ２ ＝ ３λ／２
である。また、Ｔ１＝２×Ｔ２より、周期Ｔ１の上限値は３λとなる。
【００８２】
従って、第１の回折格子Ｇ１１の周期が３λ以下であれば、上記不要な回折光のウエハ
Ｗへの照射を防止することができる。
ただしこれは、第１の回折格子Ｇ１１からウエハＷまでの光路空間の少なくとも一部が空気によって全面的に満たされている場合の条件であり、後述する様に上記光路空間の全てが実効的に１より大きな屈折率を有する誘電体等の媒質で覆われている場合には、その条件も異なってくる。式３のとおり、媒質の屈折率の増大により回折角が減少するためである。
【００８３】
この場合には、第１の回折格子Ｇ１１からウエハＷに至る照明光路上に存在する媒質のうち、最低の屈折率ｎｅを有する媒質中における照明光の波長を実効波長λｅ（＝λ／ｎｅ）として、周期Ｔ２の上限値は３λｅ／２、周期Ｔ１の上限値は３λｅとなる。
【００８４】
一方、±１次回折光ＬＰ，ＬＭが発生するためには、第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１はλｅ以上でなければならない。この条件を満たさないと、上述の最低の屈折率ｎｅを有する媒質中における±１次回折光ＬＰ，ＬＭの回折角の正弦が１を超え、±１次回折光ＬＰ，ＬＭがウエハＷに到達し得なくなるからである。また、Ｔ１＝２×Ｔ２より、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２はλｅ／２よりも大きくなければならない。
【００８５】
続いて、本発明における第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の実効距離Ｌ１及び第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの実効距離Ｌ２について図５を用いて説明する。
上述の如く、±１次回折光ＬＰ，ＬＭの進行方向すなわち回折角は、±１次回折光ＬＰ，ＬＭが透過する媒質の屈折率により変動する。そして、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の光学的に有効な距離や、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの光学的に有効な距離も、これらの間の媒質の屈折率により変動することになる。
【００８６】
従って、これらを実際の物理的距離で定義したのでは曖昧であるため、本発明においては、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の間隔、および第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの間隔について、媒質の屈折率による変動を受けないよう、以下の「実効距離」を用いて表わすものとする。
【００８７】
以下、図５を用いて実効距離について説明する。
図５は、第１の回折格子Ｇ１１が形成された第１の透光性平板Ｐ１と、第２の回折格子Ｇ２１が形成された第２の透光性平板Ｐ２とを表わす断面図である。なお、図５中には、上記±１次回折光ＬＰ，ＬＭと等価な＋１次回折光回折光ＬＰＡ，ＬＰＧ及び−１次回折光回折光ＬＭＡ，ＬＭＧも示した。
【００８８】
ここで、第１の透光性平板Ｐ１の厚さはＤ１であり、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間隔はＤ２であるので、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の物理的な距離はＤ１＋Ｄ２である。
【００８９】
しかし、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の第１の「実効距離」Ｌ１は、第１の透光性平板Ｐ１の厚さＤ１の空気中換算距離Ｄ３と、空気で満たされた第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間隔Ｄ１との和として定義する。
【００９０】
はじめに、空気中換算距離とは以下の距離をいう。
第１の回折格子Ｇ１１上の所定の任意の点である第１の基準点ＢＰから発生した＋１次回折光ＬＰＧは、屈折率ｎの第１の透光性平板Ｐ１中では、第１の基準点ＢＰを通る第１の回折格子Ｇ１１の法線である第１の基準線ＢＬに対し、式３より求まる回折角θ'だけ傾いて進行する。しかし、第１の回折格子Ｇ１１から射出し、屈折率１の空気中に射出した＋１次回折光ＬＰＡは、第１の基準線ＢＬに対し式２より求まる回折角θだけ傾いて進行することとなる。
【００９１】
ここで、もし透光性平板Ｐ１の屈折率が１であるとして＋１次回折光ＬＰＡの光路を逆に辿った場合の仮想光路ＬＰＶを想定すると、仮想光路ＬＰＶは透光性平板Ｐ１の下面から距離Ｄ３だけ上方で第１の基準線ＢＬと交差することになる。
【００９２】
従って、厚さＤ１の屈折率ｎの透光性平板Ｐ１は、空気中で回折角θの方向に進行する回折光に対して、空気中換算でＤ３の厚さ（距離）を有することと等価であると考えられる。そこで、Ｄ３を透光性平板Ｐ１の空気中換算距離と定義する。
【００９３】
ここでＤ１とＤ３の関係を考察すると、＋１次回折光ＬＰＧが透光性平板Ｐ１を射出する点と第１の基準線ＢＬとの距離をＤ４として、
（式６）
Ｄ４ ＝ Ｄ１×ｔａｎθ'
（式７）
Ｄ４ ＝ Ｄ３×ｔａｎθ
が成り立つ。
【００９４】
これより、
（式８）
Ｄ３ ＝ Ｄ１×ｔａｎθ'／ｔａｎθ
が得られ、式２，式３を考慮して、
（式９）
Ｄ３ ＝ Ｄ１×ｃｏｓθ／（ｎ×ｃｏｓθ'）
が得られる。
【００９５】
なお、空気（ｎ＝１）で満たされた空間である第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間隔Ｄ１の空気中換算距離は、Ｄ１に他ならない。
従って、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の第１の実効距離Ｌ１は、上記Ｄ３とＤ１との和となる。
【００９６】
また、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの第２の実効距離Ｌ２についても、上記と同様に実効距離Ｌ２を求めることが出来る。
この場合、第２の透光性基板Ｐ２の空気中換算距離Ｄ７は、第１の基準点ＢＰを射出した第１の回折格子Ｇ１１からの＋１次回折光ＬＰＡが第２の回折格子Ｇ２１に入射する点を第２の基準点ＰＰとし、第２の基準点ＰＰを通る第２の回折格子Ｇ２１に対する法線を第２の基準線ＰＬとした場合に、第２の回折格子Ｇ２１の屈折率を１であると仮定して空気中における−１次回折光ＬＰ１Ａを遡った場合の光路ＬＰ１Ｖと、上記第２の基準線ＰＬとが交差する点と、第２の透光性基板Ｐ２の下面との距離である。
【００９７】
そして、第２の透光性平板Ｐ２とウエハＷの（正確にはフォトレジストＰＲとの）間の空間は空気（ｎ＝１）で満たされており、その空気中換算距離はＤ６そのものである。
従って、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの第２の実効距離Ｌ２は、上記Ｄ７とＤ６との和として求められる。
【００９８】
以上、１枚の透光性平板Ｐ１，Ｐ２と空気間隔Ｄ２，Ｄ６の場合の実効距離の算出方法について説明したが、屈折率が１より大きな媒質を複数個有する場合における実効距離も同様に求めることが出来る。すなわち、各媒質に対してそれぞれ上記の空気中換算距離を求め、その和を求めれれば良い。
【００９９】
本発明においては、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の間の第１の実効距
離Ｌ１と、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの間の第２の実効距離Ｌ２を、概等しく設定する。
【０１００】
これにより、図５に示した如く、第１の回折格子Ｇ１１上の任意の一点ＢＰ上を発した±１次回折光ＬＰ（ＬＰＧ），ＬＭ（ＬＭＧ）を、ウエハＷにおいて、第１の基準線ＢＬ上の点であるＢＷに照射させることが可能となる。すなわち、ウエハＷ上の一点（例えばＢＷ）に照射される回折光は、第１の回折格子Ｇ１１上の同一の点（例えばＢＰ）から発した±１次回折光ＬＰ，ＬＭであるから、それらの回折光は必ず干渉し、良好なコントラストをもって干渉縞を形成することが可能となる。
【０１０１】
ただし、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は必ずしも正確に一致する必要は無く、ある程度の範囲で一致していれば良い。
【０１０２】
この第１の実効距離Ｌ１と第２の実効距離Ｌ２に要求される一致の程度は、第１の透光性平板Ｐ１に照射する照明光ＩＬ１０の入射角度範囲との関係で定まるものである。
以下、これについて図６を用いて説明する。
【０１０３】
図６（Ａ）は、図３及び図５と同様に、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２及びウエハＷの断面を表わす図である。また、図６（Ｂ）は、図４と同様にウエハＷ上に形成された干渉縞の明暗パターン分布を表わす図であるが、ウエハＷのＺ位置が第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１と等しくなるように設定された場合（Ｚ＝Ｚ０）の明暗パターン分布ＩＦａ０と、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ短くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＰ）の明暗パターン分布ＩＦａｐと、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ長くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＭ）の明暗パターン分布ＩＦａｍの、３つの明暗パターン分布を示している。
【０１０４】
第１の透光性平板Ｐ１上の第１の回折格子Ｇ１１に照射される照明光ＩＬ１０ａが完全に平行な照明光であって、その入射角が０である場合すなわち垂直入射の場合には、ウエハＷ上に形成される明暗パターン分布ＩＦａｐ，ＩＦａ０，ＩＦａｍの図中Ｘ方向の位置は、ウエハＷのＺ方向によらず、すなわち第１の実効距離Ｌ１と第２の実効距離Ｌ２の差によらず、変化しない。従って、明暗パターン分布ＩＦａｐ，ＩＦａ０，ＩＦａｍの強度分布のピーク位置は、Ｘ＝Ｘ０で一定である。
【０１０５】
一方、図６（Ｃ）は、第１の透光性平板Ｐ１上の第１の回折格子Ｇ１１に照射される完全に平行な照明光ＩＬ１０ｂが、回折格子Ｇ１１の法線方向からＸ方向に角度φだけ傾いて入射する場合を表わす図である。
【０１０６】
この場合、各１次回折光ＬＰｂ，ＬＭｂ，ＬＰ１ｂ，ＬＭ１ｂも照明光ＩＬ１０ｂの傾斜に対応して、図６（Ａ）中の対応する各１次回折光ＬＰａ，ＬＭａ，ＬＰ１ａ，ＬＭ１ａに対してそれぞれ傾いた方向に進行することになる。
【０１０７】
そして、図６（Ｄ）に示すごとく、ウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターン分布のＸ方向位置も、照射される１次回折光ＬＰ１ｂ，ＬＭ１ｂの上記傾斜に対応して、ウエハＷのＺ位置に対応して変化することとなる。
【０１０８】
このとき、ウエハＷのＺ位置が第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１と等しくなるように設定された場合（Ｚ＝Ｚ０）の明暗パターン分布ＩＦｂ０の強度分布のピーク位置は、照明光ＩＬ１０が第１の回折格子Ｇ１１に垂直入射した場合と同様にＸ＝Ｘ０である。
【０１０９】
しかし、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ短くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＰ）の明暗パターン分布ＩＦｂｐの強度分布のピーク位置は、Ｘ＝Ｘ０からδｐだけ−Ｘ方向にシフトした位置となる。
【０１１０】
また、第２の実効距離Ｌ２が第１の実効距離Ｌ１よりΔＺだけ長くなるように設定された場合（Ｚ＝ＺＭ）の明暗パターン分布ＩＦｂｍの強度分布のピーク位置は、Ｘ＝Ｘ０からδｍだけ＋Ｘ方向にシフトした位置となる。
【０１１１】
なお、このとき、
（式１０）
δｐ ＝ δｍ ＝ ΔＺ×ｔａｎφ
の関係が成り立つ。
【０１１２】
ところで、第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光が、上述のＸ方向に傾いたＩＬ１０ｂだけであるなら、ウエハＷ上に形成される干渉縞はその位置はＸ方向にずれるものの、そのコントラストが低下することは無い。
【０１１３】
しかし、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２に入射する照明光が、それぞれＸ方向への傾斜角（入射角）が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合には、それらの照明光により形成される干渉縞の位置も、式９よりそれぞれ異なるものとなり、それらの強度的な重ね合わせにより最終的に形成される干渉縞のコントラストは低下する。従って、このような条件下では、十分なＺ方向の余裕度をもってウエハＷ上に良好なパターンを露光することが難しくなる場合もある。
【０１１４】
そこで、第１の実効距離Ｌ１と第２の実効距離との差（以下「Ｚ位置差」という）を所定の値以下とする、すなわちウエハＷをＺ方向の所定の範囲内に設定するとともに、第１の回折格子Ｇ１１に照射する照明光ＩＬ１０のＸ方向の入射角度範囲を所定の値以下とすることにより、所定のＺ方向の範囲内に設定されたウエハＷ上に対し良好なパターンを露光することを可能とした。
【０１１５】
上記Ｚ位置差は、一例として３０［μｍ］以下とする。そして、上記Ｘ方向の入射角度範囲は、一例として２［ｍｒａｄ］以下とする。
このとき、照明光ＩＬ１０のうち＋Ｘ方向に最大、すなわち＋１［ｍｒａｄ］傾斜して第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光により、Ｚ＝Ｚ０から＋３０［μｍ］離れた位置に設定されるウエハＷ上に生じる干渉縞の明暗パターンＩＦｂｐの強度分布のピーク位置δｐは、式９より３０［ｎｍ］となる。
【０１１６】
一方、照明光ＩＬ１０のうち−Ｘ方向に最大、すなわち−１［ｍｒａｄ］傾斜して第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光により、上記Ｚ位置に設定されるウエハＷ上に生じる干渉縞の明暗パターンＩＦｂｐの強度分布のピーク位置δｐは、式９より−３０［ｎｍ］となる。
【０１１７】
照明光ＩＬ１０の中には、Ｘ方向に概垂直に第１の回折格子Ｇ１１に入射する照明光も含まれるため、上記入射角度範囲及びＺ位置差の条件を満たす場合には、これらの照明光により形成される干渉縞の明暗パターンＩＦの総和（強度加算）は、その周期Ｔ３が１５０［ｎｍ」程度以上の明暗パターンについて、良好なコントラストを保ってウエハＷ上のフォトレジストＰＲに露光することが可能となる。
【０１１８】
なお、より微細な周期Ｔ３の明暗パターンＩＦを露光する必要がある場合には、上記入射角度範囲及びＺ位置差の条件をより厳しく設定する必要がある。また、形成される明暗
パターンＩＦのコントラストの低下は、式１０より、入射角度範囲及びＺ位置差の積で決まるものであるから、その積を所定の値以下に設定することが望ましい。
【０１１９】
この積は、上記条件では、２［ｍｒａｄ］×３０［μｍ］＝ ６０［ｍｒａｄ・μｍ］であったが、例えばその半分程度に設定すれば、その周期Ｔ３が７５［ｎｍ」程度以上の明暗パターンについて、良好なコントラストを保ってウエハＷ上のフォトレジストＰＲに露光することが可能となる。
【０１２０】
これは、一例として、上記Ｘ方向の入射角度範囲を１［ｍｒａｄ］以下とし、Ｚ位置差を３０［μｍ］以下とすることで達成できる。
あるいは、上記Ｘ方向の入射角度範囲をさらに小さな値とすることにより、Ｚ位置差を１００［μｍ］程度にまで緩和することもできる。
【０１２１】
ところで、照明光ＩＬ１０の入射角のＹ方向へ傾斜によっては、ウエハＷ上における干渉縞ＩＦのＹ方向位置は変化するものの、第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１のＸＹ面内の形状に応じて、干渉縞の明暗パターンＩＦはＹ方向に概一様な干渉縞であるから、そのＹ方向位置変化は、全く問題となるものではない。
【０１２２】
すなわち、照明光ＩＬ１０の入射角のＹ方向へ傾斜によって、干渉縞ＩＦの実質的な位置ずれが生じることも無く、照明光ＩＬ１０がそれぞれＹ方向への傾斜角が異なる複数の進行方向を有する照明光である場合であっても干渉縞ＩＦのコントラストの低下は生じない。
【０１２３】
従って、第１の回折格子Ｇ１１上の任意の一点に照射される照明光ＩＬ１０はＸ方向の入射角度については、上述の通り所定の範囲内であることが必要であるが、Ｙ方向については広範な入射角度範囲を有してよいことになる。
【０１２４】
これは、換言すれば、第１の回折格子Ｇ１１の任意の一点上に照射される照明光ＩＬ１０は、Ｙ方向を含みかつその一点を含む平面（以降「特定平面」という）内にそれぞれ異なる進行方向を有する複数の照明光であっても良いことになる。
【０１２５】
また、Ｘ方向の入射角度範囲すなわち進行方向の角度範囲も、上述の通り±１［ｍｒａｄ］程度以内であれば、すなわち角度範囲としては２［ｍｒａｄ］程度以内であれば、上記特定平面からずれていても良い。
【０１２６】
照明光ＩＬ１０のＹ方向の入射角度範囲の上限については特段の制限はないが、第１の回折格子Ｇ１１の照明光ＩＬ１０の照度の均一性を向上するためには、Ｙ方向の入射角度範囲を広範に設定することが望ましい。
【０１２７】
そこで一例として、照明光ＩＬ１０のＹ方向の入射角度範囲は２［ｍｒａｄ］より大きいことが望ましい。また、上述の如く照明光ＩＬ１０のＸ方向の入射角度範囲を１［ｍｒａｄ］程度以下に制限する場合、第１の回折格子Ｇ１１の照明光ＩＬ１０の照度の均一性を確保するために、Ｙ方向の入射角度範囲は５［ｍｒａｄ］より大きく設定することが望ましい。
【０１２８】
以下、図７及び図８を用いて、このような条件を満たす照明光ＩＬ１０を実現する照明光均一化手段の実施形態を説明する。
図７（Ｃ）は当該照明光均一化手段を＋Ｘ方向から見た側面図を示し、図７（Ｄ）は当該照明光均一化手段を−Ｙ方向から見た側面図を示す。
【０１２９】
本例の照明光均一化手段は、インプットフライアイレンズ１１とコンデンサーレンズ１２からなる集光光学系１０と、遮光性の部材１４上にレンズエレメントＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７，Ｆ８がＹ方向に沿って一列に配列されるフライアイレンズ１３よりなるものである。
【０１３０】
図７（Ａ）はインプットフライアイレンズ１１を＋Ｚ方向から見た図であり、図７（Ｂ）はフライアイレンズ１３を＋Ｚ方向から見た図である。
インプットフライアイレンズ１１は、一例として、Ｘ方向に８列のレンズエレメントＪ１、Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６、Ｊ７、Ｊ８（Ｊ４からＪ７は符号の図示を省略）を有し、Ｙ方向にも８列のレンズエレメントＫ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４、Ｋ５、Ｋ６、Ｋ７、Ｋ８（Ｋ５からＫ７は符号の図示を省略）を有する、６４個のレンズエレメントからなるものとする。
【０１３１】
図８（Ａ）は、フライアイレンズ１３、照明系後群レンズ３５ａ、第１の透光性平板Ｐ１、第２の透光性平板Ｐ２を＋Ｘ方向から見た図であり、図８（Ｂ）はこれを−Ｙ方向から見た図である。なお、簡略化のために照明系の各レンズを１枚の総括レンズ３５ａで表わしているが、その実態は図１中の照明光学系の第２のレンズ群１９，２０，２１，第３のレンズ群２５，２６，２７及び第４のレンズ群２９，３０，３２，３５を総括して表わしたものである。
【０１３２】
インプットフライアイレンズ１１に照明光ＩＬ２が照射されると、その照明光は後述す如くフライアイレンズ１３上の各レンズアレイに照射される。そして、フライアイレンズ１３を射出した照明光ＩＬ７は、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す如くレンズ３５ａに入射する。そして総括レンズ３５ａで屈折され照明光ＩＬ１０となって第１の透光性平板Ｐ１に入射する。
【０１３３】
ただし、フライアイレンズ１３がＹ方向に沿って一列に配置された複数のレンズエレメントＦ１〜Ｆ８からなるものであるため、照明光ＩＬ１０の第１の透光性平板Ｐ１への入射角度特性は、Ｘ方向とＹ方向とで異なったものとなる。
【０１３４】
総括レンズ３５ａは、その入射側焦点面がフライアイレンズ１３の射出面と一致し、その射出側焦点面が第１の透光性平板Ｐ１の上面（＋Ｚ）と一致する様に配置される。従って、総括レンズ３５ａは、いわゆるフーリエ変換レンズを構成する。
【０１３５】
フライアイレンズ１３の各レンズエレメントを射出した照明光ＩＬ７は、総括レンズ３５ａにより屈折され、照明光ＩＬ１０となって第１の透光性平板Ｐ１上に重畳して照射される。従って、第１の透光性平板Ｐ１上の照明光の強度分布は、当該重畳による平均化効果により均一化される。
【０１３６】
第１の透光性平板Ｐ１上に任意の一点ＩＰへの照明光ＩＬ１０のＹ方向についての入射角度範囲φは、フライアイレンズ１３のＹ方向への配列に応じて図７（Ａ）に示す如き所定の値となる。
【０１３７】
一方、フライアイレンズ１３がＸ方向については１列しかないことから、Ｘ方向についての入射角度範囲を、所定の値以下に設定できる。
従って、一点ＩＰへの照明光ＩＬ１０を、Ｙ方向を含み、かつ一点ＩＰを含む平面（すなわち上述の特定平面）ＩＰＰの面内に進行方向を有し、かつ、その進行方向が互いに平行ではない複数の照明光とすることができる。
【０１３８】
また、必要に応じて、フライアイレンズ１３の射出面に、図８（Ｃ）に示す如くＹ方向
に長くＸ方向に狭いスリット状の開口部１８を有する開口絞り１７を設け、照明光ＩＬ１０のＸ方向への進行方向を、特定平面ＩＰＰと平行な面内に、より一層限定することもできる。また、この開口絞り１７は、フライアイレンズ１３の射出面と共役な、図１中の集光点２８の位置に設けることもできる。
【０１３９】
ここで、インプットフライアイレンズ１１の構成について詳述する。
インプットフライアイレンズ１１を構成する各レンズエレメントに入射した照明光ＩＬ３は、各レンズエレメントのレンズ作用により集光される。また、各レンズエレメントの射出面には、照明光をＹ方向に偏向させる、好ましくはブレーズド型のあるいは多段型の回折格子ＤＧが形成されている。ここで、インプットフライアイレンズ１１中で同一のＸ方向配列位置に並ぶレンズエレメント上に形成される回折格子ＤＧは、全て同一の回折角度特性を有するものとしている。
【０１４０】
従って、Ｙ方向の配列位置Ｋ１〜Ｋ８の各レンズエレメントを射出する照明光は、各レンズエレメントの集光作用及び回折格子ＤＧによるＹ方向への回折（偏向）作用を受ける。
【０１４１】
図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）中には、一例としてＸ方向の配列位置Ｊ３で、Ｙ方向の配列位置Ｋ３及びＫ４を射出する照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂ（これらを総合してＩＬ４ｃ）を示してある。図示した如く照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂ，ＩＬ４ｃは、レンズエレメントを射出した後、一旦集光点１５ａ，１５ｂ，１５ｃに集光する。そして、その入射側焦点面が当該集光点１５ａ，１５ｂ，１５ｃと一致する様に、また、その射出側焦点面がフライアイレンズ１３の入射面と一致する様に配置されたコンデンサーレンズ１２に入射する。すなわちコンデンサーレンズ１２は、いわゆるフーリエ変換レンズを構成する。そして、インプットフライアイレンズ１１の各レンズエレメントの入射面と、それに対応するフライアイレンズ１３の各レンズエレメントの入射面とは、共役関係（結像関係）となっている。
【０１４２】
従って、各レンズエレメントＫ１〜Ｋ８を射出した各照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂ（これらを総称してＩＬ４ｃ）の、フライアイレンズ１３への入射位置は、以下の通りとなる。
そのＸ方向位置は、レンズエレメントＫ１〜Ｋ８射出時に各照明光ＩＬ４ｃがＸ方向の偏向角を有しないことから、図７（Ｄ）に示す如く光軸ＡＸ１の近傍に照射される。
【０１４３】
一方、そのＹ方向位置は、レンズエレメントＫ１〜Ｋ８射出時に各照明光ＩＬ４ａ，ＩＬ４ｂには回折格子ＤＧによりＹ方向に所定の偏向角が生じていることから、図７（Ｃ）に示す如くその偏向角に比例した量だけ光軸ＡＸ１からＹ方向に偏心し、従って、レンズエレメントＦ３に照射されることとなる。
【０１４４】
上述の通り、Ｘ方向の配列位置Ｊ３上に配列された各レンズエレメントＫ１〜Ｋ８を射出する各照明光のＹ方向への偏向角は同一であるので、各レンズエレメントＫ１〜Ｋ８を射出した照明光は、すべてレンズエレメントＦ３に重畳して照射されることとなる。
【０１４５】
そして、レンズエレメントＦ３の入射面の照明光量分布は、上記重畳効果により平均化され概均一化されたものとなる。
なお、インプットフライアイレンズ１１の各レンズエレメントの射出面に形成された回折格子ＤＧの偏向特性は、Ｘ方向の配列位置が同一であれば同一であり、Ｘ方向の配列位置が異なれば異なる。従って、インプットフライアイレンズ１１上のＸ方向の配列位置が同一であるレンズエレメントから射出した照明光は、全てフライアイレンズ１３上の同一のレンズエレメントに重畳して入射することとなり、その入射面上の照明光量分布は、上記重畳効果により平均化され概均一化されたものとなる。
【０１４６】
なお、インプットフライアイレンズ１１及びコンデンサーレンズ１２は、フライアイレンズ１３上の一つのレンズエレメントに入射する照明光を、インプットフライアイレンズ１１が配置される所定の面内に分布する照明光のうち、Ｘ方向の所定の範囲に分布する照明光に制限する光学系であるとみることもできる。
【０１４７】
ここで、インプットフライアイレンズ１１上でＸ方向の所定の範囲に分布する照明光は、Ｘ方向に所定の角度傾いて、フライアイレンズ１３上の所定のレンズエレメント（例えばＦ３）に入射する。ここでレンズエレメントＦ３もフーリエ変換レンズであるから、フライアイレンズ１３の射出面に形成されるこれらの照明光の集光点（２次光源）は、Ｘ方向への所定の入射角に応じてＸ方向にシフトすることとなる。
【０１４８】
また、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８に入射する照明光のＸ方向への入射角は、上述の如くそれぞれ異なるから、フライアイレンズ１３の射出面に形成される２次光源の位置は、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８毎に、それぞれＸ方向に微少量シフトし、同一のＸ座標上には形成されないこととなる。
【０１４９】
この各２次光源位置のＸ方向へのばらつきは、照明光ＩＬ１０を構成する各照明光のＸ方向への進行方向のばらつきを生じさせるが、この値が例えば上記許容値（一例として２［ｍｒａｄ］）を超えるような場合には、ウエハＷ上に形成される干渉縞のコントラストを低下させる要因ともなりうる。
【０１５０】
そこで、この微小シフトを解消するために、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の入射面近傍に、照明光ＩＬ５ａをＸ方向に偏向させ、その進行方向をＹＺ面内に一致させるための楔プリズム１６１，１６２，１６３，１６８を設けることもできる。勿論、楔プリズムの楔角は、それぞれ異なる角度とする。
【０１５１】
これにより、照明光ＩＬ６ａは各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８に対し、Ｘ方向については垂直入射することとなり、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の射出部に形成される２次光源群を同一のＸ座標上に配列させることが可能となる。
【０１５２】
あるいは、図１０（Ａ）に示す如く、フライアイレンズ１３を構成する各レンズエレメントＦ１ａ〜Ｆ８ａ自体の配列を、それぞれＸ方向に微少量シフトすることで、その射出面の形成される２次光源群を同一のＸ座標上に形成すること、すなわち、図中の破線ＣＬ上に形成することも可能である。
【０１５３】
また、図１０（Ｂ）に示す如く、フライアイレンズ１３を構成する各レンズエレメントＦ１ｂ〜Ｆ８ｂを、その外形に対してレンズ中心（図中に示した円の中心）を偏心させたレンズで構成し、これによって、その射出面の形成される２次光源群を同一のＸ座標上に形成すること、すなわち、図中の破線ＣＬ上に形成することも可能である。
【０１５４】
以上の手段によって、各２次光源位置のＸ方向へのばらつきを低減し、照明光ＩＬ１０を構成する各照明光のＸ方向への進行方向のばらつきを所定の許容値以下に低減することが可能である。
【０１５５】
なお、このような２次光源群のＸ方向位置の補正は、フライアイレンズ１３を構成する各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の一つに入射する照明光が、インプットフライアイレンズ１１が配置される所定の面内に分布する照明光のうちＸ方向の所定の範囲に分布する照明光に制限されているために、すなわち一定のＸ方向の入射角度を有する照明光に制限されているために容易に行なえるものである。
【０１５６】
ただし、上記の制限は必ずしも完全である必要は無い。すなわち、各レンズエレメントＦ１〜Ｆ８の一つに入射する照明光のうちの大部分の照明光（例えば光量的に９０％以上の照明光）が、インプットフライアイレンズ１１が配置される所定の面内に分布する照明光のうちＸ方向の所定の範囲に分布する照明光であるならば、実質的に同様の効果が得られるからである。
【０１５７】
また、インプットフライアイレンズ１１の射出面に配置する回折格子ＤＧからは、ある程度の所望でない回折光等の迷光も発生するため、これらの迷光がレンズエレメントＦ１〜Ｆ８のうちの所望の一つ以外に入射することを完全に防止することは困難でもある。しかしながら、上記と同様に、その迷光の光量が全照明光の光量に対して１０％程度以下であれば、実質的に同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【０１５８】
なお、集光光学系１０の実施形態はこれに限られるものではなく、例えば図１１に開示する如く、ＸＹ面内の所定の領域で、そのテーパー角度が異なっているプリズムアレイ１００を採用することもできる。
【０１５９】
プリズムアレイ１００のＸＹ面内の構造は、例えば正方形のプリズムが、図７（Ａ）に示したインプットフライアイレンズ１１と同様にＸＹ方向に２次元的に配列されるものであるが、その断面は図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す如く、各プリズムのテーパー角度がＸ方向の配列の位置Ｊ１〜Ｊ８及びＹ方向の配列の位置Ｋ１〜Ｋ８に応じて変化する。
【０１６０】
プリズムアレイ１００に入射した照明光ＩＬ３は、このテーパー角度に応じた屈折作用、すなわち偏向作用を受け、フライアイレンズ１３上の所定のレンズエレメントＦ１〜Ｆ８上に照射されることとなる。
【０１６１】
なお、本例においてもレンズエレメントＦ１〜Ｆ８の一つに入射する照明光は、プリズムアレイ１００上で同一のＸ方向配列位置に並ぶプリズム群からの照明光に限定されることが好ましいことは言うまでも無い。これにより、フライアイレンズ１３射出面の２次光源群を同一のＸ座標上に形成するための、図９及び図１０に示した手法を容易に採用することが可能となるからである。
【０１６２】
ところで、第１の回折格子Ｇ１１の第１の実効距離Ｌ１および第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷの第２の実効距離Ｌ２自体の長さについては、原理的な制約は無いが、これらの実効距離Ｌ１，Ｌ２が長いと光路における空気揺らぎ，媒質の熱変動に伴う屈折率変動の影響により、ウエハＷ上に形成される干渉縞の位置安定性あるいはコントラストが低下する恐れがある。
【０１６３】
一方、第１の回折格子Ｇ１１を形成する第１の透光性基板Ｐ１及び第２の回折格子Ｇ２１を形成する第２の透光性基板Ｐ１をあまりに薄くすると、撓み等が生じて良好な干渉縞を得ることができなくなる。
【０１６４】
そこで、本発明に於いては、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は、一例として共に１ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下であるものとする。
ただし、より高精度に干渉縞の明暗パターンＩＦを形成するために、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は、共に２ｍｍ以上かつ１０ｍｍ以下とすることもできる。
【０１６５】
そして、さらに高精度に干渉縞の明暗パターンＩＦを形成するために、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は、共に３ｍｍ以上かつ７ｍｍ以下とすることもできる。
第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２の長さは、上記安定性と干渉縞の明暗パターンＩＦに要求される安定性とから定めることができる。
【０１６６】
ところで、１次元的な周期を有する干渉縞の明暗パターンＩＦを形成する場合、その形成に用いる照明光ＩＬ１０は、その偏光方向（電場方向）が明暗パターンＩＦの長手方向に平行、すなわち第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１の長手方向に平行な直線偏光光であることが好ましい。この場合に、干渉縞ＩＦのコントラストを最高にすることができるからである。
【０１６７】
ただし、照明光ＩＬ１０は、完全な直線偏光光でなくとも、第１の回折格子Ｇ１１長手方向（Ｙ方向）の電場成分が、周期方向（Ｘ方向の）の電場成分よりも大きな照明光であれば、上述のコントラスト向上効果を得ることができる。
【０１６８】
照明光ＩＬ１０のこのような偏光特性は、照明光学系中に設けた光制御素子９により実現される。光制御素子９は、例えば光軸ＡＸ１を回転軸方向として回転可能に設けられた偏光フィルター（ポラロイド板）や偏光ビームスプリッターであり、その回転により照明光ＩＬ３の偏光方向を所定の直線偏光とすることができる。
【０１６９】
光源１がレーザ等の概ね直線偏光に偏光した照明光ＩＬ１を放射する光源である場合には、光制御素子９として、同じく回転可能に設けられた１／２波長板を用いることもできる。また、それぞれ独自に回転可能に直列に設けられた２枚の１／４波長板を採用することもできる。この場合には、照明光ＩＬ３〜ＩＬ１０の偏光状態を、概ね直線偏光光とするのみでなく、円偏光及び楕円偏光の偏光光とすることもできる。
【０１７０】
なお、上記いずれの照明光学系においても、照明光ＩＬ１０の照射される範囲は、第１の透光性平板Ｐ１の全面を包含しなくても良いことはいうまでもない。すなわち、第１の透光性平板Ｐ１上に形成された第１の回折格子Ｇ１１の中心部を含み、それを透過する照明光がウエハＷに達する所定の領域において、照明光ＩＬ１０の強度分布が均一になるように照明されていれば良い。
【０１７１】
また、照明光ＩＬ１０の照射される範囲は、ウエハＷ上の全面を包含するものでなくても良い。
以下、図１２，図１３を用いて、本発明の別の実施形態について説明する。
【０１７２】
図１２は、本発明の別の実施形態による露光装置の概要を表わす図である。ただし、光源１、照明光学系ＩＳ及び第１の透光性平板Ｐ１，第２の透光性平板Ｐ２は、図１に示した露光装置と同様であるため図示を省略し、コンデンサーレンズ３５のみ破線で示した。
【０１７３】
本例においては、第１の透光性平板Ｐ１に照射される照明光ＩＬ１０の領域は、ウエハＷよりも小さな照明領域４２に制限される。ただし、照明領域４２のＸ方向の幅はウエハＷの直径より大きい。
【０１７４】
そして、ウエハＷへの露光は、光源１，照明光学系ＩＳ及び第１の透光性平板Ｐ１，第２の透光性平板Ｐ２に対して、ウエハＷをウエハステージ３５によりＹ方向に走査して行なうものとする。上述の通り、ウエハＷ上には照明光ＩＬ１０，第１の透光性平板Ｐ１上の第１の回折格子Ｇ１１及び第２の透光性平板Ｐ２上の第２の回折格子Ｇ２１によりＸ方向に周期を有し、Ｙ方向に長手方向を有する干渉縞の明暗パターンＩＦが形成されているから、当該Ｙ方向への走査は干渉縞の明暗パターンＩＦの長手方向に沿って行なわれることになる。
【０１７５】
上記走査露光に際しては、ウエハＷのＸ方向及びＹ方向の位置や回転は、ウエハステージ３８に設けられたＸ移動鏡３９Ｘ及びＹ移動鏡３９Ｙを介して、Ｘレーザ干渉計４０Ｘ１及び４０Ｘ２、Ｙレーザ干渉計４０Ｙ１及び４０Ｙ２を用いて計測し、不図示のステージ制御機構により制御される。
【０１７６】
このような走査露光により、ウエハＷには第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１により形成される明暗パターンＩＦがＹ方向に積算されて露光されることになるため、これらの回折格子の欠陥や異物の影響が緩和され、ウエハＷ上には、欠陥のない良好なパターンが露光される。
【０１７７】
また、照明領域４２内に残存する恐れのある照度の不均一性についても、その誤差がＹ方向に積算され平均化されるため、実質的により高い均一性を実現することができる。
さらに、照明領域４２の形状を、Ｘ方向の位置によってＹ方向の幅が変化するものであるとすることもできる。これにより、照明領域４２の形状自体を変化させることにより、照明領域４２内の照明光照度分布のＹ方向積算値を一層均一化することができるからである。
【０１７８】
このような照明領域４２の形状は、照明光学系ＩＳ中の視野絞り２２に設ける開口２３の形状により決定することができる。なお、視野絞り２２は、第１の透光性基板Ｐ１の光源側の近傍に配置しても良い。
【０１７９】
図１３（Ａ）に、視野絞り２２及び開口２３の形状の一例を示す。
開口２３のＹ方向の両端を規定する辺２３ａ，２３ｂは曲線であって、その間隔（Ｙ方向の幅）はＸ方向の位置に応じて変化するものとなっている。
【０１８０】
また、照明領域４２は、そのＸ方向の長さがウエハＷの直径よりも小さなものであっても良い。この場合にも、ウエハＷをＸ方向にステップ移動しつつ上記Ｙ方向への走査露光を繰り返し行なうことで、ウエハＷの全面への干渉縞の明暗パターンＩＦの露光を行なうことが可能となる。
【０１８１】
以下、このような露光方法について、図１４を用いて説明する。
図１４は、本発明のさらに別の実施形態による露光装置の概要を表わす図である。ただし、光源１、照明光学系ＩＳ及び第１の透光性平板Ｐ１，第２の透光性平板Ｐ２は、図１に示した露光装置と同様であるため図示を省略し、コンデンサーレンズ３５のみ破線で示した。また、Ｘレーザ干渉計４０Ｘ１，４０Ｘ２、Ｙレーザ干渉計４０Ｙ１，４０Ｙ２等も図１２に示した露光装置と同様であるため図示を省略している。
【０１８２】
本例の露光装置では、照明領域４２ａは、そのＸ方向の長さがウエハＷの直径よりも小さい。そこで、ウエハＷへの露光は、上記と同様なウエハステージ３８によるウエハＷのＹ方向への走査に併せて、ウエハＷをＸ方向にステップ移動して行なうものとする。
【０１８３】
具体的には、照明領域４２ａとウエハＷとの相対位置関係を、破線経路４５及び実線経路４６の如く移動し、Ｙ方向への走査露光とその走査露光の各合間におけるＸ方向へのステップ移動とを組み合わせて行なうものとする。
【０１８４】
上記Ｙ方向の走査露光を行なう回数は２回以上の何度であってもよく、照明領域４２ａのＸ方向の長さは、ウエハＷの直径を走査露光の回数で割った長さより大きな長さとしておく。
【０１８５】
なお、ウエハＷ上の、照明領域４２ａのＸ方向の境界に位置する部分では、隣接する上
記Ｙ方向への走査露光により形成されるパターンが位置ずれすることなく繋ぎ合わされるために、また、照明領域４２ａの境界における半影ボケの影響を低減するために、両走査露光の照明領域４２ａがある程度重畳して露光されることが望ましい。
【０１８６】
そこで、照明領域４２ａの形状を、Ｙ方向の位置によってＸ方向の幅が変化するものであるとすることもできる。このような照明領域４２ａは、照明光学系ＩＳ中の視野絞り２２に設ける開口２４の形状を図１３（Ｂ）に示す如くすることにより形成できる。
【０１８７】
すなわち、開口２４のＸ方向の両端を規定する辺２４ａ，２４ｂはＹ方向に平行でない直線あるいは曲線であって、その間隔（Ｘ方向の幅）はＹ方向の位置に応じて変化するものとなっている。
【０１８８】
このような開口２４で規定される照明領域４２ａを用いることで、ウエハＷ上でＹ方向への走査露光の繋ぎ合わせによりパターンが形成される領域においても、パターンが位置ずれすることなく、また半影ボケの影響を低減した露光が可能となる。
【０１８９】
なお、上記Ｙ方向への走査及びＸ方向へのステップ移動は、いずれもウエハステージ３８によりウエハＷを移動するものとしたが、反対に照明光学系ＩＳ，第１の透光性基板Ｐ１及び第２の透光性基板Ｐ２を一体的に保持し、これを移動する構成としても良い。また、ウエハＷと第１の透光性基板Ｐ１及び第２の透光性基板Ｐ２を一体的に保持し、これに対して照明光学系ＩＳを相対的に走査する構成としても良い。
【０１９０】
また、上記のような走査露光ではなく、Ｙ方向へ及びＸ方向へのステップ移動を行いつつ複数回の多重露光を行なうこともできる。この場合、各露光間のＹ方向へ相対移動は任意の長さでよいが、Ｘ方向へ相対移動はウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３の整数倍に限定される。
【０１９１】
なお、露光装置で露光すべきウエハＷ上には、以前の露光工程（フォトリソグラフィー工程）のおいて既にパターンが形成されており、新たな露光工程においては、そのパターンの所定の位置関係を保ってパターンを形成する必要があるのが一般的である。
【０１９２】
そして、ウエハＷ上の既存のパターンは、ウエハＷへの成膜工程，エッチング工程に伴う熱変形や応力変形により、設計地に比べある程度の伸縮が生じている場合が多い。
そこで、露光装置には、このようなウエハＷの伸縮に適用して、新たなパターンをある程度伸縮補正してウエハＷ上に形成することが求められる。
【０１９３】
本発明の露光装置では、ウエハＷを設定するＺ位置または照明光ＩＬ１０の収束発散状態のいずれか一方または両方を変更することにより、ウエハＷ上に形成する明暗パターンの伸縮補正を行なうことができる。
【０１９４】
始めに、照明光ＩＬ１０の収束発散状態について図１５を用いて説明する。
図１５（Ａ）は、照明光ＩＬ１０が平行な光線束である場合、すなわち収束も発散もしない状態を表わす図である。このとき照明光ＩＬ１０の照明領域４２等のＸ方向の外縁ＬＥａ，ＬＥｂは第１の透光性平板Ｐ１に対して垂直であり、照明光ＩＬ１０ｃ，照明光ＩＬ１０ｄ，照明光ＩＬ１０ｅは、第１の透光性平板Ｐ１内の場所によらず第１の透光性平板Ｐ１に垂直に入射する。
【０１９５】
一方、図１５（Ｂ）は、照明光ＩＬ１０が発散する光線束である場合を表わす図であり、外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１で規定される照明光ＩＬ１０は全体として発散光路となる。このとき外縁ＬＥａ１，ＬＥｂ１は、鉛直方向ＬＥａ，ＬＥｂからそれぞれψｅ傾いて（発散して）いる。従って、照明光ＩＬ１０の第１の透光性平板Ｐ１への入射角は、その位置に応じて変化することとなる。
【０１９６】
すなわち外縁ＬＥａ１に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ１０ｆは、やや外向きに傾斜して第１の透光性平板Ｐ１に入射することになる。そして傾斜角をψｆとすると、照明光ＩＬ１０ｆによってウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンの位置は、式１０に従ってΔＺ×ｔａｎψｆだけ−Ｘ方向にずれた位置に形成される。
【０１９７】
ここでΔＺとは、上記と同様にウエハＷと第２の回折格子Ｇ２１との第２の実効距離Ｌ２の、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との第１の実効距離Ｌ１からの差である。また、上記におけるＸ方向の基準位置は、ψｆ＝０において上記干渉縞の明暗パターンが形成される位置である。
【０１９８】
一方、外縁ＬＥｂ１に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ１０ｈがウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光ＩＬ１０ｈの外向きの傾斜角ψｈにより、式１０に従ってΔＺ×ｔａｎψｈだけ＋Ｘ方向にずれた位置に形成される。
【０１９９】
また、中心に近い光路部分を通って照射される照明光ＩＬ１０ｇがウエハＷ上に形成する干渉縞の明暗パターンの位置は、照明光ＩＬ１０ｇがほぼ垂直入射することから位置ずれは生じない。
【０２００】
従って、ウエハＷに露光される干渉縞パターンＩＦの第１の回折格子Ｇ１１に対する大きさの関係は、ΔＺが正の場合には、照明光ＩＬ１０が発散光束とすることにより拡大されたものとすることができ、収束光束とすることにより縮小されたものとすることができ、従ってウエハＷに露光される干渉縞パターンＩＦの伸縮補正を行なうことができる。
【０２０１】
そして、本発明の露光装置においては、図１に示した通り、照明光学系中の第４のレンズ群を構成するレンズ２９，３０，３２，３５のうち、負レンズ３０にはレンズ駆動機構３１ａ，３１ｂが取り付けられ、正レンズ３２にはレンズ駆動機構３３ａ，３３ｂが取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構３１ａ，ｂ、３３ａ，ｂは、固定軸３４ａ，３４ｂ上をＺ方向に可動であり、これによりレンズ３０及びレンズ３２もそれぞれ独立してＺ方向に可動である。
【０２０２】
すなわち第４のレンズ群２９，３０，３２，３５は、全体としていわゆるインナーフォーカスレンズを構成することとなり、その焦点距離または焦点位置が可変となる。
これにより、照明光ＩＬ１０の収束発散状態を可変とすることができる。
【０２０３】
なお、これに併せて、照明光学系ＩＳの第１のレンズ群２，３，４，６についてもＺ位置調製機構を設け、上記第４のレンズ群２９，３０，３２，３５と併せて、照明光ＩＬ１０の収束発散状態を可変とすることもできる。
【０２０４】
これは、図１に示した通り、第１のレンズ群２，３，４，６中の負レンズ４にはレンズ駆動機構５ａ，５ｂが取り付けられ、正レンズ６にはレンズ駆動機構７ａ，７ｂが取り付けられている。そして、これらのレンズ駆動機構５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂは、固定軸８ａ，８ｂ上をＺ方向に可動であり、これによりレンズ４及びレンズ６もそれぞれ独立してＺ方向に可動とすることができる。
【０２０５】
また、式１０より、照明光ＩＬ１０の収束発散状態は上記のように可変とすることなく所定の収束状態または発散状態に固定しておき、ウエハＷを配置するＺ位置を変更すること、すなわち第２の実効距離Ｌ２を第１の実効距離Ｌ１に対して変更することにより上記
伸縮補正を行なうこともできる。
【０２０６】
これらの伸縮補正は、ウエハＷの露光に先立ち、ウエハマーク検出機構４３によりウエハＷ上の複数箇所に形成されている既存の回路パターンあるいは位置合せマークの位置を検出することにより予め計測したウエハＷの伸縮量に基いて行なうことが望ましい。
【０２０７】
なお、ウエハＷの伸縮量等の計測に先立って、ウエハマーク検出機構４３の検出位置４４の基準位置をウエハステージ上の基準マーク４１等を用いて行なっておくことが望ましい。また、露光装置には、ウエハマーク検出機構４３による上記位置計測精度を向上するために、ウエハマーク検出機構４３の位置でウエハステージ３８の位置計測を可能とする検出機構レーザ干渉計４０Ｙ３等を設けておくことが望ましい。
【０２０８】
なお、ウエハマーク検出機構４３には、ウエハＷの表面の凹凸形状を含めたＺ位置を計測可能なＺ位置センサーも備えることが好ましい。これにより、ウエハＷの表面のＺ位置を計測し、その値に基いてウエハステージ３８をＺ方向に駆動して、あるいはさらにウエハステージ３８のチルト制御を行ない、上記第２の実行距離を設定することができる。
【０２０９】
勿論、上記Ｚ位置センサーは、ウエハマーク検出機構４３とは別に、例えば第２保持機構３７ａ，３７ｂ等に設けても良い。
ところで、第１の回折格子Ｇ１１からは上述の所望の回折光である±１次回折光ＬＭ，ＬＰのみでなく、０次回折光（直進光）も僅かながら発生する。そしてこの０次回折光はさらに第２の回折格子Ｇ２１をも透過してウエハＷに達する恐れがある。そして、このような０次回折光は、迷光として、ウエハＷ上に形成される所望の干渉縞の明暗パターンＩＦのコントラストを低下させことになる。
【０２１０】
そこで本発明に於いては、この０次回折光を遮蔽（吸収または反射）するために、第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１の間に、多層膜干渉フィルター等からなる回折光選択部材を設けることもできる。
【０２１１】
図１６は、第１の透光性平板Ｐ１の第１の回折格子Ｇ１１とは反対の面に回折光選択部材Ｃ１を、第２の透光性平板Ｐ２の第２の回折格子Ｇ２１とは反対の面に回折光選択部材Ｃ２を設けた例を表わす図である。
【０２１２】
ここで、回折光選択部材Ｃ１，Ｃ２への入射角度に対する透過率の特性は、図１７に示す如きものである。すなわち、透過率ＴＲ１は、回折光選択部材Ｃ１，Ｃ２に小さな入射角度ρで入射する光線に対しては低く、大きな入射角度ρで入射する光線に対しては高く設定される。
【０２１３】
これにより、回折光選択部材Ｃ１，Ｃ２は、これに入射する回折光透過率を、その進行方向に応じて変化させることができる。具体的には、第１の回折格子Ｇ１１を小さな射出角で射出する０次回折光の透過率を、第１の回折格子Ｇ１１から大きな射出角で射出する１次回折光の透過率に対して低くすることができる。従って、ウエハＷに達する０次回折光の光量を低減することができ、ウエハＷ上に形成される所望の干渉縞の明暗パターンＩＦのコントラストの低下を防止することができる。
【０２１４】
このような回折光選択部材Ｃ１，Ｃ２は、例えば高屈折率の酸化物からなる膜と低屈折率の酸化物からなる膜とを交互に多層に亘って形成した薄膜により実現することができる。また、高屈折率のフッ化物からなる膜と低屈折率のフッ化物からなる膜とを交互に多層に亘って形成した薄膜により実現することもできる。
【０２１５】
ところで、第１の回折格子Ｇ１１及び第２の回折格子Ｇ２１の上に付着した異物等による悪影響を低減するために、図１６に示す通り、第１の透光性平板Ｐ１の光源側近傍、または第２の透光性平板Ｐ２とウエハＷの間に、第１の回折格子Ｇ１１および第２の回折格子Ｇ２１への異物付着防止用の薄膜（ペリクル）ＰＥ１，ＰＥ２を設けることもできる。そして、ペリクルＰＥ１，ＰＥ２を、例えば所定枚数を枚数のウエハＷを露光する毎に交換することで、異物の除去を行なうこともできる。
【０２１６】
ペリクルＰＥ１，ＰＥ２としては、例えば投影露光装置で使用されるレチクルへの異物付着防止に使用される有機樹脂製のペリクルを使用することができる。
あるいは、ペリクルＰＥ１，ＰＥ２として、合成石英等の無機材料からなる透光性の平板を使用することもできる。
【０２１７】
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２は位相変調型回折格子であり、第２の回折格子Ｇ２１は強度変調型回折格子であるとしたが、両回折格子の構成は、これに限るものではない。例えば、いずれの回折格子も、ハーフトーン位相シフトレチクル（Attenuated Phase Shift Mask）の如く、透過光の位相及び強度の双方を変調する回折格子を用いることもできる。
【０２１８】
なお、以上の例においては、第１の回折格子Ｇ１１，Ｇ１２と第２の回折格子Ｇ２１はそれぞれ別の透光性平板上に形成されるものとしたが、両回折格子を同一の透光性平板上に形成することもできる。
【０２１９】
図１８は、第１の回折格子Ｇ１３と第２の回折格子Ｇ１４を、それぞれ一つの透光性平板Ｐ３の光源側及びウエハＷ側に形成した例を示す図である。なお、本例においても、各回折格子の構造や製法は上述の例と同様である。また、レンズ３５およびその上流の照明光学系も、上述の例と同様である。
【０２２０】
なお、図１８中の透光性平板Ｐ４は、第２の回折格子Ｇ１４の汚染防止、及び第１の実行距離Ｌ１と第２の実行距離Ｌ２とを等しくするために設けているものである。
また、第１の回折格子および第２の回折格子は、いずれも透光性平板の表面にのみ設けられるものに限られるわけではない。
【０２２１】
例えば、図１９に示す如く、第２の回折格子Ｇ１６は第２の透光性平板Ｐ６の表面に形成するものの、その上に薄い第３の透光性平板Ｐ７を貼り合わせ、第２の回折格子Ｇ１６を実効的に透光性平板の内部に形成することもできる。なお、図１９中の第２の透光性平板Ｐ５及び第１の回折格子Ｇ１５は、図３に示したものと同様である。
【０２２２】
なお、これらの透光性平板Ｐ７等を使用する場合にも、第１の実効距離Ｌ１及び第２の実効距離Ｌ２は上述の方法で定義され、求まるものであることに変わりは無い。
なお、上記いずれの例に於いても、第１の回折格子Ｇ１１と及び第２の回折格子Ｇ２１は、ウエハＷ上に露光すべき干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３に応じて、交換する必要がある。図２１は、その交換機構の一例を示す図であり、図２１（Ａ）はそれをーＺ方向から見た図、図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）中のＡ−Ｂ部分近傍の断面図を表わす。
【０２２３】
第２の回折格子が設けられた第２の透光性平行板Ｐ２の周縁部Ｐ２Ｅを真空吸着等の手段により保持するチャック部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが設けられた平板ローダー５２は、Ｘ方向にスライド可能であるともに、Ｚ方向に上下動可能である。
【０２２４】
交換前において、第２の透光性平行板Ｐ２は、第２の保持機構３７ａ，３７ｂ，３７ｃにより保持される。この状態に対し、平板ローダー５２がＸ方向からに第２の透光性平行
板Ｐ２の下部に侵入し、上方に上昇する。そして、チャック部５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが、第２の透光性平行板Ｐ２の周縁部Ｐ２Ｅを吸着する。
【０２２５】
その後、第２の保持機構３７ａ，３７ｂ，３７ｃは、図中白抜き矢印で示す如き放射方向に退避し、その状態で平板ローダー４２が＋Ｘ方向に退避して第２の透光性平行板Ｐ２を持ち去る。そして、新たに装填すべき別の第２の透光性平行板は、上記と逆の動作を経て第２の保持機構３７ａ，３７ｂ，３７ｃ上に設置され、第２の透光性平行板の交換が完了する。
【０２２６】
第１の透光性平行板Ｐ１の交換機構も上記と同様の構成とする。
なお、第１の透光性平行板Ｐ１と第２の透光性平行板Ｐ２の間隔が短いことから、その間隔内に上記平板ローダーを挿入することは難しい。
【０２２７】
そこで、図２０に示す如く、第１の保持機構３６ａ等及び第２の保持機構３７ａ等も、支持部材５１によりＸＹ面内方向にある上記放射方向及びＺ方向に可動としておくことが好ましい。これにより上記平板ローダーの装填クリアランスを確保することができる。
【０２２８】
なお、第１の保持機構３６ａ等及び第２の保持機構３７ａ等の上記Ｚ駆動機構は、第２の回折格子Ｇ２１とウエハＷとの第２の実行距離Ｌ２、及び第１の回折格子Ｇ１１と第２の回折格子Ｇ２１との第１の実行距離Ｌ１を所定値に設定する際にも使用することができる。
【０２２９】
なお、図２０に示した通り、第１の透光性平行板Ｐ１の周縁部Ｐ１Ｅ及び第２の透光性平行板Ｐ２の周縁部Ｐ２Ｅは、それらの中心部に対して薄くなるように段付け加工されている。そして、第１の保持機構３６ａ等に設けられた真空吸着部Ｐ１Ｖ及び第２の保持機構３７ａ等に設けられた真空吸着部Ｐ２Ｖは、これらの段付け加工された周縁部Ｐ１Ｅ及びＰＥ２を介して第１の透光性平行板Ｐ１及び第２の透光性平行板Ｐ２を保持するものとしている。
【０２３０】
ところで、以上の例においては、第２の透光性平板Ｐ２とウエハＷの間には、空気が存在するものとしていたが、これに代わり、所定の誘電体を満たすこととしても良い。これにより、ウエハＷに照射される照明光（回折光）の実質的な波長を、上記誘電体の屈折率分だけ縮小することができ、ウエハＷ上に形成される干渉縞の明暗パターンの周期Ｔ３を一層縮小することが可能となる。なお、そのためには、第２の回折格子Ｇ２１の周期Ｔ２及び第１の回折格子Ｇ１１の周期Ｔ１も、それに比例して縮小する必要があることは言うまでも無い。
【０２３１】
図２２（Ａ）は、これに適したウエハステージ３８ａ等の例を示す図である。ウエハステージ３８ａの周囲には、連続的な側壁３８ｂ，３８ｃが設けられ、側壁３８ｂ，ｃで囲まれた部分には水等の液体５６を保持可能となっている。これにより、ウエハＷと第２の透光性平板Ｐ２の間は水に満たされ、照明光の波長は、水の屈折率（波長１９３ｎｍの光に対して１．４６）だけ縮小される。
【０２３２】
なお、給水機構５４及び排水機構５５も併設され、これにより側壁３８ｂ，ｃで囲まれた部分には汚染の無い新鮮な水が供給されかつ排水される。
また、図２２（Ｂ）に示す如く、ウエハステージ３８ａの側壁３８ｄ，３８ｅの最上面を第１の透光性平板Ｐ１の下面より高くし、第１の透光性平板Ｐ１と第２の透光性平板Ｐ２の間の空間にも水を満たすこともできる。給水機構５４ａ及び排水機構５５ｂの機能はは上述と同様である。
【０２３３】
これにより、第１の回折格子Ｇ１１からウエハＷに至る全光路を、空気以外の誘電体で覆うことが可能となり、上述の照明光の実効波長λを、水の屈折分だけ縮小することが可能となる。そしてこれにより、一層微細な周期を有するパターンの露光が可能となる。
【０２３４】
なお、図２２（Ｂ）に示す露光装置において、第２の透光性平板Ｐ２及び第２の回折格子Ｇ２１として図３に示した如き格子を使用すると、第２の回折格子Ｇ２１の掘り込み部に水が侵入し所望の位相差が得られなくなり、位相格子として機能しなくなる恐れがある。そこで、このような露光装置に対しては、図１９に示した如き第２の透光性平板Ｐ６、第２の回折格子Ｇ１６及び透光性平板Ｐ７を使用することが望ましい。事実上、透光性平板の内部に形成された第２の回折格子Ｇ１６を使用することにより水の浸入を防止でき、位相格子としてに機能を確保できるからである。
あるいは、位相格子として、高屈折率部材と低屈折部材を交互に第１の方向に周期的に配列した位相格子を用いることもできる。これは、例えば図３に示した第２の回折格子Ｇ２１の如く石英ガラス等の透光性平板上に周期的に掘り込み部を形成することで形成した回折格子の掘り込み部に対し、その透光性平板の材質とは屈折率が異なる材料を埋め込むことにより形成することができる。埋め込むべき材料としては、石英ガラス等の屈折率が１．７以下の材質からなる透光性平板を使用する場合には、屈折率が１．８以上の材質を用いることが、適正な位相差を形成する点で好ましい。また、サファイア等の高屈折率の基板に対し、低屈折率の材料を埋め込んで位相格子を形成しても良い。
【０２３５】
なお、第２の透光性平板Ｐ２とウエハＷの間に満たす誘電体は水に限らず、他の誘電瀬液体であっても良いことは言うまでも無い。その場合、その誘電瀬液体の屈折率は、１．２以上であることが、干渉縞の明暗パターンの周期の縮小の点から好ましい。
なお、本発明の露光装置では、各種透光性平板を光路に沿って近接して配置することになるため、その各表面での表面反射に伴う多重干渉による悪影響のおそれがある。
そこで、本発明においては、光源１からの照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０として、その時間的な可干渉距離（光の進行方向についての可干渉距離）が、１００［μｍ］以下の光を使用することが好ましい。これにより多重干渉に伴う不要な干渉縞の発生を避けることができる。
【０２３６】
光の時間的な可干渉距離は、その光の波長をλ、その光の波長分布における波長半値幅をΔλとしたとき、概ねλ2／Δλで表わされる距離である。従って、露光波長λがＡｒＦレーザからの１９３ｎｍの場合には、その波長半値幅Δλを３７０ｐｍ以上程度である照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０を使用することが望ましい。
【０２３７】
また、照明光ＩＬ１〜ＩＬ１０の波長としても、より微細な干渉縞パターンＩＦを得るために２００［ｎｍ］以下の照明光を使用する事が望ましい。
【０２３８】
上記の如くして干渉縞による明暗パターンの露光されたウエハＷは、不図示のウエハローダーにより露光装置外に搬送され、現像装置に搬送させる。現像により、ウエハＷ上のフォトレジストには、露光された明暗パターンに応じたレジストパターンが形成される。そして、エッチング装置において、このレジストパターンをエッチングマスクとして、ウエハＷまたはウエハＷ上に形成された所定の膜をエッチングすることにより、ウエハＷに所定のパターンが形成される。
【０２３９】
半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造工程は、上記の如き微細パターンを多数層に亘って形成する工程を含む。本発明の露光装置による上記露光方法を、そのような多数回のパターン形成工程の中の少なくとも１つの工程に使用して、電子デバイスを製造することができる。
【０２４０】
また、上記少なくとも１つの工程において、本発明の露光装置による上記露光方法を用いて干渉縞による明暗パターンを露光したウエハＷ上のフォトレジストＰＲに対し、一般的な投影露光装置により所定形状のパターンを合成露光して、合成露光されたフォトレジストＰＲを現像し、上記パターン形成を行なうこともできる。
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２００５年２月２５日付け提出の日本国特許出願第２００５−０５２１５８の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。
【産業上の利用可能性】
【０２４１】
本発明の照明光学装置は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利用することができる。
【０２４２】
本発明の露光装置は、半導体集積回路、フラットパネルディスプレイ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等の電子デバイスの製造において実施可能であり、産業上利用することができる。
【０２４３】
また、本発明の電子デバイスの製造方法は、その製造過程における産業、すなわち半導体を生産する産業において利用可能であるとともに、その成果物としての電子デバイスは、各種電子機器産業において利用することが可能である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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