(57)【要約】【課題】  被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる照明光学装置。【解決手段】  光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置は、並列的に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、オプティカルインテグレータにより波面分割された複数の光束を被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素を経た光により被照射面に形成される照野の大きさおよび位置のうちの少なくとも一方を変化させる照野可変部とを備えている。【選択図】  図１
2014157890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に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、
前記オプティカルインテグレータにより波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、
前記複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素を経た光により前記被照射面に形成される照野の大きさおよび位置のうちの少なくとも一方を変化させる照野可変部とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記照野可変部は、前記少なくとも１つの波面分割要素の焦点距離を変更する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】
前記照野可変部は、前記少なくとも１つの波面分割要素の屈折面の曲率を変更することを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの波面分割要素は、電圧の印加により表面形状が可変の液体レンズを有し、
前記照野可変部は、該液体レンズの前記表面形状を変化させることを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
【請求項５】
各波面分割要素は、第１要素と、該第１要素から間隔を隔てて後側に配置された第２要素とを有し、
前記照野可変部は、前記少なくとも１つの波面分割要素における前記第１要素と前記第２要素との間の空気換算光路長を変更することを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記第１要素および前記第２要素のうちの少なくとも一方は、光軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記第１要素と前記第２要素との間の光路中に挿入可能な平行平面板を備えていることを特徴とする請求項５および６に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記照野可変部は、前記少なくとも１つの波面分割要素から射出される光束の向きを変更することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの波面分割要素は、所定方向に沿って延びる母線を有する円筒面を前記所定方向に沿って延びる軸線廻りに捩ることにより得られる曲面形状の屈折面を有し、
前記照野可変部は、前記オプティカルインテグレータを前記所定方向に移動させることを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記オプティカルインテグレータはシリンドリカルレンズアレイを有し、該シリンドリカルレンズアレイは複数のシリンドリカルレンズの配列方向に沿って湾曲自在に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記被照射面または前記被照射面と光学的に共役な面上の所定の点に到達する光の角度方向の強度分布を計測する瞳分布計測部を備え、
前記照野可変部は、前記瞳分布計測部からの出力を用いて前記被照射面に形成される前記照野の前記大きさおよび前記位置のうちの少なくとも一方を変化させることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記被照射面に設置された所定のパターンを照明するための請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
前記所定のパターンの像を前記基板上に形成する投影光学系をさらに備え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１２または１３に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。
【０００３】
二次光源からの光は、コンデンサーレンズにより集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するために、例えば輪帯状や複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許公開第２００６／００５５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するには、瞳強度分布を所望の形状に調整するだけでなく、最終的な被照射面としてのウェハ上の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する必要がある。ウェハ上の各点での瞳強度分布の均一性にばらつきがあると、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整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、本発明は、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、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、第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に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、
前記オプティカルインテグレータにより波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、
前記複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素を経た光により前記被照射面に形成される照野の大きさおよび位置のうちの少なくとも一方を変化させる照野可変部と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。
【０００９】
第２形態では、前記被照射面に設置された所定のパターンを照明するための第１形態の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
第３形態では、第２形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の照明光学装置では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。本発明の露光装置およびデバイス製造方法では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】照明瞳と照明領域との間の光線の対応関係を示す図である。
【図３】照明領域上の各点に関する瞳強度分布について説明する図である。
【図４】波面分割要素の屈折面の曲率を変更することにより瞳強度分布が調整されることを説明する図である。
【図５】微小レンズ要素として用いた液体レンズの屈折面の曲率を変更する様子を示す図である。
【図６】一対の微小レンズ要素の間の空気換算光路長を変更する第１の変形例を示す図である。
【図７】一対の微小レンズ要素の間の空気換算光路長を変更する第２の変形例を示す図である。
【図８】波面分割要素から射出される光束の向きを変更する変形例を示す図である。
【図９】図８の変形例における作用を説明する図である。
【図１０】第２実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。
【図１１】第１フライアイ部材を光軸に沿って入射側から見た図である。
【図１２】第１フライアイ部材の入射側に設けられた変形シリンドリカル屈折面の面形状を示す斜視図である。
【図１３】実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図１４】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１５】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。図１において、被照射面６の法線方向（光軸ＡＸの方向）に沿ってＺ軸を、被照射面６の面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、被照射面６の面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。
【００１４】
図１を参照すると、第１実施形態の照明光学装置１では、光源２から射出された光がコリメートレンズ３により平行光束に変換され、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４に入射する。フライアイレンズ４は、光軸ＡＸ方向に間隔を隔てて配置された一対の光学部材１１および２１を有する。第１光学部材１１は、入射側の面が曲面状（球面状など）に形成され且つ射出面が平面状に形成された複数の正屈折力の微小レンズ要素１１ａをＸＹ平面に沿って二次元的に且つ稠密に配列することにより構成されている。
【００１５】
第２光学部材２１は、第１光学部材１１の後側に配置されて、入射側の面が平面状に形成され且つ射出面が曲面状（球面状など）に形成された複数の正屈折力の微小レンズ要素２１ａを、複数の微小レンズ要素１１ａと光学的に対応するようにＸＹ平面に沿って二次元的に且つ稠密に配列することにより構成されている。したがって、フライアイレンズ４において、互いに光学的に対応する１つの微小レンズ要素１１ａと１つの微小レンズ要素２１ａとが、１つの波面分割要素を構成している。図１では、図面の明瞭化のために、フライアイレンズ４を構成する微小レンズ要素１１ａ，２１ａの数を実際よりも少なく表示している。この点は、以下の関連する図においても同様である。
【００１６】
フライアイレンズ４の入射側の面には、例えば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野が形成される。フライアイレンズ４における各微小レンズ要素１１ａの入射側の面（すなわち単位波面分割面）は、例えばＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状であって、被照射面６上において形成すべき照明領域６ａの形状と相似な矩形状である。すなわち、各微小レンズ要素１１ａ，２１ａの断面形状は、Ｘ方向に沿って細長い矩形状である。
【００１７】
フライアイレンズ４に入射した光束は複数の波面分割要素により二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置（ひいては照明瞳の位置）には、フライアイレンズ４の入射側の面に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を中心とした円形状の二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。フライアイレンズ４の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系５を介して、被照射面６を重畳的に照明する。こうして、被照射面６には、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の照明領域６ａが形成される。
【００１８】
第１実施形態の照明光学装置１は、フライアイレンズ４の少なくとも１つの波面分割要素を駆動する駆動部７と、被照射面６上の所定の点に到達する光の角度方向の強度分布、すなわち照明光学装置１の射出瞳面（フライアイレンズ４の直後の照明瞳面）における瞳強度分布を計測する瞳強度分布計測部８と、瞳強度分布計測部８の計測結果に基づいて駆動部７を制御する制御系ＣＲとを備えている。瞳強度分布計測部７は、例えば照明光学装置１の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、被照射面６上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学装置１の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。
【００１９】
第１実施形態の照明光学装置１が走査型の露光装置に適用される場合、被照射面６上の照明領域６ａと光学的に共役な領域として、例えばＸ方向に沿って細長い矩形状の静止露光領域が、投影光学系を介してウェハ（感光性基板）上に形成される。静止露光領域内の１点に入射する光が照明瞳（例えば投影光学系の瞳）に形成する瞳強度分布が入射点の位置に依存して大きく異なる場合、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。
【００２０】
静止露光領域では、走査方向（スキャン方向）であるＹ方向に沿った照度分布の均一性よりも、走査方向と直交する走査直交方向すなわちＸ方向に沿った照度分布の均一性の方が重要である。また、静止露光領域においてＹ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性よりも、Ｘ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性の方が重要である。これは、静止露光領域におけるＹ方向に沿った照度ムラおよびＹ方向に沿った各点での瞳強度分布のばらつきの影響が、Ｙ方向に沿った走査露光により平均化されるからである。
【００２１】
したがって、第１実施形態の照明光学装置１が露光装置に、とりわけ走査型の露光装置に適用される場合、照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った照度分布の均一性、および照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性を確保することが重要である。以下、第１実施形態の特徴的な構成および作用の説明に先立ち、図１の構成における基本的な作用について説明する。
【００２２】
フライアイレンズ４に光束が入射すると、図１に示すように、入射光束は複数の波面分割要素により波面分割され、各微小レンズ要素２１ａの直後には１つの小光源が形成される。図１では、図面の明瞭化のために、複数の微小レンズ要素２１ａのうちの３つの微小レンズ要素２１ａの直後にそれぞれ１つの小光源が形成されている様子を示している。フライアイレンズ４の直後の照明瞳面に沿って二次元的に形成された各小光源からの光束は、コンデンサー光学系５を介して被照射面６上で重畳される。
【００２３】
図２は、フライアイレンズ４の直後の照明瞳面４１と被照射面６上の照明領域６ａとの間の光線の対応関係を示している。照明領域６ａの中心点Ｐ１に垂直入射する光線Ｌ１は、フライアイレンズ４の光軸ＡＸ上の一対の微小レンズ要素１１ａ，２１ａを経て形成された小光源Ｋ１から光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）に射出された光線Ｌ１に対応している。中心点Ｐ１に対してＸＺ平面に沿って最大角度で入射する光線Ｌ２，Ｌ３は、光軸ＡＸからＸ方向に最も離れた一対の微小レンズ要素１１ａ，２１ａを経て形成された小光源Ｋ２，Ｋ３から光軸ＡＸ方向に射出された光線Ｌ２，Ｌ３に対応している。
【００２４】
照明領域６ａにおいて光軸ＡＸから＋Ｘ方向に最も離れた周辺の点Ｐ２および−Ｘ方向に最も離れた周辺の点Ｐ３に垂直入射する光線Ｌ４，Ｌ５は、光軸ＡＸ上の小光源Ｋ１からＸＺ平面に沿って光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線Ｌ４，Ｌ５に対応している。周辺の点Ｐ２およびＰ３に対してＸＺ平面に沿って最大角度で入射する光線Ｌ６，Ｌ７およびＬ８，Ｌ９は、光軸ＡＸからＸ方向に最も離れた小光源Ｋ２，Ｋ３からＸＺ平面に沿って光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線Ｌ６，Ｌ７およびＬ８，Ｌ９に対応している。
【００２５】
このように、小光源Ｋ１〜Ｋ３が形成される照明瞳面４１における位置情報は、コンデンサー光学系５のフーリエ変換作用により、照明領域６ａ（すなわち被照射面６）における角度情報に変換される。逆に、照明瞳面４１における角度情報は、コンデンサー光学系５のフーリエ変換作用により、照明領域６ａにおける位置情報に変換される。したがって、図示を省略するが、ＹＺ平面における照明瞳面４１と照明領域６ａとの間の光線の対応関係は、図２に示すＸＺ平面における光線の対応関係と同様である。
【００２６】
図３は、照明領域６ａ上の各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３について説明する図である。図２を参照して説明したように、照明領域６ａの中心点Ｐ１に垂直入射する光線Ｌ１は、光軸ＡＸ上の微小レンズ要素２１ａから光軸ＡＸ方向に射出された光線Ｌ１に対応している。中心点Ｐ１に最大角度で入射する光線（Ｌ２，Ｌ３など）は、光軸ＡＸから最も離れた微小レンズ要素２１ａから光軸ＡＸ方向に射出された光線（Ｌ２，Ｌ３など）に対応している。
【００２７】
したがって、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１の中央領域（例えば円形状の領域）の分布は、フライアイレンズ４において光軸ＡＸを中心とした中央領域にある波面分割要素から光軸ＡＸに対して比較的小さい角度で射出された光線により形成されている。瞳強度分布Ｈ１の周辺領域（例えば輪帯状の領域）の分布は、フライアイレンズ４において光軸ＡＸから離れた周辺領域にある複数の波面分割要素から光軸ＡＸに対して比較的小さい角度で射出された光線により形成されている。
【００２８】
また、図２を参照して説明したように、照明領域６ａ上の周辺の点Ｐ２，Ｐ３に垂直入射する光線Ｌ４，Ｌ５は、光軸ＡＸ上の微小レンズ要素２１ａから光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線（Ｌ４，Ｌ５など）に対応している。周辺の点Ｐ２およびＰ３に最大角度で入射する光線（Ｌ６〜Ｌ９など）は、光軸ＡＸから最も離れた微小レンズ要素２１ａから光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線（Ｌ６〜Ｌ９など）に対応している。
【００２９】
したがって、周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の中央領域の分布は、中央領域にある複数の波面分割要素から光軸ＡＸに対して比較的大きい角度で射出された光線により形成されている。瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の波面分割要素から光軸ＡＸに対して比較的大きい角度で射出された光線により形成されている。
【００３０】
第１実施形態では、フライアイレンズ４の少なくとも１つの波面分割要素の屈折面の曲率を変更し、ひいてはその波面分割要素の焦点距離を変更する。そして、焦点距離が変更された波面分割要素を経た光により被照射面６に形成される照野の大きさを変化させることにより、照明領域６ａにおける各点での瞳強度分布を調整する。図４は、波面分割要素の屈折面の曲率を変更することにより瞳強度分布が調整されることを説明する図である。
【００３１】
図４では、図面の明瞭化および説明の簡略化のために、フライアイレンズ４の第１光学部材１１だけを示し、第２光学部材２１の図示を省略している。また、第１光学部材１１を構成する複数の微小レンズ要素１１ａのうち、Ｘ方向に並んで配列された３つの微小レンズ要素１１ａだけを示している。さらに、各微小レンズ要素１１ａの入射側の面の全体に入射すべき光束のうち、入射側の面の中央領域を通過する光束だけを示している。これらの点は、以下の関連する図においても同様である。
【００３２】
図４では、一例として、３つの微小レンズ要素１１ａのうち、＋Ｘ方向側の微小レンズ要素１１ａａだけについて、その入射側の面、すなわち屈折面の曲率を減少（曲率半径を増大）させている。換言すると、微小レンズ要素１１ａａ以外の微小レンズ要素１１ａｂを含む各波面分割要素の後側焦点距離を変化させることなく、微小レンズ要素１１ａａを含む波面分割要素の後側焦点距離を増大させている。
【００３３】
この場合、屈折面の曲率が減少した微小レンズ要素１１ａａを経て形成される照野のサイズは、屈折面の曲率が変化していない微小レンズ要素１１ａｂを経て形成される照野のサイズよりも小さくなる。ただし、屈折面の曲率が減少した微小レンズ要素１１ａａを経て被照射面６に形成される照野の中心は、微小レンズ要素１１ａｂを経て形成される照野の中心（ひいては照明領域６ａの中心）から位置ずれしない。
【００３４】
微小レンズ要素１１ａａにより形成される照野が小さくなると、微小レンズ要素１１ａａを経て照明領域６ａに達する光の方が微小レンズ要素１１ａｂを経て照明領域６ａに達する光よりも強度（エネルギー）が大きくなる。図４に示すように、微小レンズ要素１１ａａにより形成される照野が予め設定された照明領域６ａとほぼ一致する場合、微小レンズ要素１１ａａを経た光は、他の微小レンズ要素１１ａｂを経た光と同様に、照明領域６ａの全体に亘って分布する。なお、例えば露光装置では、後述するように、マスクブラインドの作用により被照射面であるマスクパターン面上での所要の照明領域（照明領域６ａに対応）が適宜設定される。
【００３５】
微小レンズ要素１１ａａの屈折面の曲率を減少させると、微小レンズ要素１１ａａを含む波面分割要素を経た光線群のうち、照明領域６ａ上の中心点Ｐ１に最大角度で入射する光線Ｌ１１、および照明領域６ａ上の周辺の点Ｐ２，Ｐ３に最大角度で入射する光線Ｌ１２，Ｌ１３の強度がともに増大する。その結果、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１の周辺領域の分布において、光線Ｌ１１に対応する瞳領域の光強度が増大する。同様に、周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の周辺領域の分布において、光線Ｌ１２，Ｌ１３に対応する瞳領域の光強度が増大する。
【００３６】
したがって、微小レンズ要素１１ａａに入射する部分光束の光強度分布が均一な場合、微小レンズ要素１１ａａにより形成される照野が照明領域６ａよりも小さくならない範囲で微小レンズ要素１１ａａの屈折面の曲率を変化させると、微小レンズ要素１１ａａを経た光線（Ｌ１１〜Ｌ１３など）の強度が互いに同じ量だけ変化する。ただし、実際には微小レンズ要素１１ａａに入射する部分光束の光強度分布は不均一なことが多く、微小レンズ要素１１ａａの屈折面の曲率を変化させると、微小レンズ要素１１ａａを経た光線（Ｌ１１〜Ｌ１３など）の強度は互いに異なる量だけ変化する。
【００３７】
一方、微小レンズ要素１１ａａにより形成される照野が照明領域６ａよりも小さくなるまで微小レンズ要素１１ａａの屈折面の曲率を変化させると、微小レンズ要素１１ａａを経た光は照明領域６ａの全体に亘って分布しなくなる。すなわち、微小レンズ要素１１ａａの屈折面の曲率を図４に示す状態からさらに減少させると、微小レンズ要素１１ａａを含む波面分割要素を経た光は、照明領域６ａ上の中心点Ｐ１に斜入射するが、周辺の点Ｐ２，Ｐ３には達しなくなる。
【００３８】
このことは、フライアイレンズ４の少なくとも１つの波面分割要素の屈折面の曲率を変化させ、ひいてはその波面分割要素の後側焦点距離を変化させると、後側焦点距離が変化した波面分割要素の配列位置および後側焦点距離の変化量に応じて、照明領域６ａ上の各点での瞳強度分布が互いに異なる態様にしたがって変化することを意味している。すなわち、駆動部７が制御系ＣＲからの指令にしたがって少なくとも１つの微小レンズ要素１１ａの屈折面の曲率を変化させることにより、屈折面の曲率が変化した微小レンズ要素１１ａの配列位置および曲率の変化量に応じて、照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。
【００３９】
この場合、駆動部７および制御系ＣＲは、オプティカルインテグレータであるフライアイレンズ４を構成する複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素を経た光により被照射面６に形成される照野の大きさを変化させる照野可変部を構成している。照野可変部としての駆動部７および制御系ＣＲは、フライアイレンズ４の複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素の屈折面の曲率を変更し、ひいてはその焦点距離を変更する。
【００４０】
波面分割要素の屈折面の曲率を変更する具体例については、様々な構成が可能である。例えば、第１光学部材１１を構成する微小レンズ要素１１ａとして、図５に示すような液体レンズ５１を用いることができる。この場合、照野可変部としての駆動部７および制御系ＣＲは、少なくとも１つの選択された液体レンズ５１を収容するセル５２に電圧を可変的に印加する（すなわちセル５２の側壁５２ａに電位を可変的に与える）ことにより、液体（例えば水）と側壁５２ａとの間のファンデルワース力（いわゆる表面張力）を変化させ、ひいてはその表面形状（曲率など）を変化させる。なお、液体レンズのさらに詳細な構成および作用については、国際公開第２００６／０５４２０９号パンフレットなどを参照することができる。
【００４１】
第１実施形態では、瞳強度分布計測部８が、照明光学装置１の射出瞳面（フライアイレンズ４の直後の照明瞳面）における瞳強度分布を計測する。制御系ＣＲは、瞳強度分布計測部８の計測結果に基づいて、駆動部７を制御する。すなわち、駆動部７は、瞳強度分布計測部８からの出力を用いて、フライアイレンズ４の少なくとも１つの微小レンズ要素１１ａの屈折面の曲率を変化させ、ひいては屈折面の曲率が変化した微小レンズ要素１１ａを含む波面分割要素を経た光により被照射面６に形成される照野の大きさを変化させることにより、被照射面６上の各点での瞳強度分布を調整する。こうして、照明光学装置１では、被照射面６上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。
【００４２】
なお、上述の第１実施形態では、少なくとも１つの波面分割要素の屈折面の曲率を変更することにより、その波面分割要素の焦点距離を変更している。しかしながら、これに限定されることなく、オプティカルインテグレータを構成する各波面分割要素が第１要素と該第１要素から間隔を隔てて後側に配置された第２要素とを有する場合、少なくとも１つの波面分割要素における第１要素と第２要素との間の空気換算光路長を変更することにより、その波面分割要素の焦点距離を変更することができる。
【００４３】
具体的に、図６に示す変形例では、フライアイレンズ４の第１光学部材１１が、光軸ＡＸ方向に間隔を隔てて配置された前側光学部材１１Ａと後側光学部材１１Ｂとにより構成されている。前側光学部材１１Ａは、例えば入射側の面が曲面状（球面状など）に形成され且つ射出面が平面状に形成された複数の正屈折力の微小レンズ要素１１ＡａをＸＹ平面に沿って二次元的に且つ稠密に配列することにより構成されている。
【００４４】
後側光学部材１１Ｂは、前側光学部材１１Ａの後側に配置されて、例えば入射側の面が曲面状（球面状など）に形成され且つ射出面が平面状に形成された複数の正屈折力の微小レンズ要素１１Ｂａを、複数の微小レンズ要素１１Ａａと光学的に対応するようにＸＹ平面に沿って二次元的に且つ稠密に配列することにより構成されている。したがって、図６に示す変形例では、フライアイレンズ４において、光学的に対応する１つの微小レンズ要素１１Ａａと１つの微小レンズ要素１１Ｂａと１つの微小レンズ要素２１ａ（図６では不図示）とが、１つの波面分割要素を構成している。
【００４５】
図６に示す変形例では、一例として、対をなす３組の微小レンズ要素１１Ａａ，１１Ｂａにおいて、＋Ｘ方向側の微小レンズ要素１１Ａａａだけを光軸ＡＸに沿って対応する微小レンズ要素１１Ｂａａに向かって移動させ、ひいては微小レンズ要素１１Ａａａと１１Ｂａａとの間の空気換算光路長を減少させている。換言すると、微小レンズ要素１１Ａａａ以外の微小レンズ要素１１Ａａｂを含む各波面分割要素の後側焦点距離を変化させることなく、微小レンズ要素１１Ａａａを含む波面分割要素の後側焦点距離を増大させている。その結果、第１実施形態の場合と同様に、微小レンズ要素１１Ａａａを経て形成される照野のサイズは微小レンズ要素１１Ａａｂを経て形成される照野のサイズよりも小さくなる。
【００４６】
したがって、図６に示す変形例では、駆動部７が制御系ＣＲからの指令にしたがって少なくとも１つの微小レンズ要素１１Ａａを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、移動した微小レンズ要素１１Ａａの配列位置およびその移動量に応じて、照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。この場合、照野可変部としての駆動部７および制御系ＣＲは、フライアイレンズ４の複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素において光学的に対応する微小レンズ要素１１Ａａと１１Ｂａとの間の空気換算光路長を変更し、ひいてはその焦点距離を変更する。
【００４７】
図７に示す変形例においても、図６に示す変形例と同様に、フライアイレンズ４の第１光学部材１１が、光軸ＡＸ方向に間隔を隔てて配置された前側光学部材１１Ｃと後側光学部材１１Ｄとにより構成されている。前側光学部材１１Ｃは、例えば入射側の面が曲面状（球面状など）に形成され且つ射出面が平面状に形成された複数の正屈折力の微小レンズ要素１１ＣａをＸＹ平面に沿って二次元的に且つ稠密に配列することにより構成されている。
【００４８】
後側光学部材１１Ｄは、前側光学部材１１Ｃの後側に配置されて、例えば入射側の面が曲面状（球面状など）に形成され且つ射出面が平面状に形成された複数の正屈折力の微小レンズ要素１１Ｄａを、複数の微小レンズ要素１１Ｃａと光学的に対応するようにＸＹ平面に沿って二次元的に且つ稠密に配列することにより構成されている。したがって、図７に示す変形例では、フライアイレンズ４において、光学的に対応する１つの微小レンズ要素１１Ｃａと１つの微小レンズ要素１１Ｄａと１つの微小レンズ要素２１ａ（図７では不図示）とが、１つの波面分割要素を構成している。
【００４９】
図７に示す変形例では、一例として、対をなす３組の微小レンズ要素１１Ｃａ，１１Ｄａにおいて、＋Ｘ方向側の微小レンズ要素１１Ｃａａと１１Ｄａａとの間の光路中に、厚さの異なる複数の平行平面板から選択された平行平面板１１Ｅを挿入している。換言すると、微小レンズ要素１１Ｃａａ以外の微小レンズ要素１１Ｃａｂを含む各波面分割要素の後側焦点距離を変化させることなく、微小レンズ要素１１Ｃａａを含む波面分割要素の後側焦点距離を増大させている。その結果、第１実施形態および図６の変形例の場合と同様に、微小レンズ要素１１Ｃａａを経て形成される照野のサイズは微小レンズ要素１１Ｃａｂを経て形成される照野のサイズよりも小さくなる。
【００５０】
したがって、図７に示す変形例では、駆動部７が制御系ＣＲからの指令にしたがって少なくとも１つの波面分割要素において光学的に対応する微小レンズ要素１１Ｃａと１１Ｄａとの間に挿入される平行平面板の厚さを変化させることにより、平行平面板が挿入された微小レンズ要素１１Ｃａ，１１Ｄａの配列位置および挿入された平行平面板の厚さに応じて、照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。この場合、照野可変部としての駆動部７および制御系ＣＲは、フライアイレンズ４の複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素において光学的に対応する微小レンズ要素１１Ｃａと１１Ｄａとの間の空気換算光路長を変更し、ひいてはその焦点距離を変更する。
【００５１】
また、上述の第１実施形態では、複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素を経た光により被照射面に形成される照野の大きさを変化させている。しかしながら、これに限定されることなく、複数の波面分割要素のうちの少なくとも１つの波面分割要素を経た光により被照射面に形成される照野の位置を変化させることにより、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することも可能である。
【００５２】
図８に示す変形例では、少なくとも１つの波面分割要素から射出される光束の向きを変更することにより、その波面分割要素を経た光が被照射面６上に形成する照野の位置を変化させている。図８では、一例として、＋Ｘ方向側の微小レンズ要素１１ａａと対応する微小レンズ要素２１ａａ（不図示）とを、Ｙ方向に沿った軸線を中心として図８中時計廻りに回転させている。この場合、微小レンズ要素１１ａａ以外の微小レンズ要素１１ａｂを含む各波面分割要素から射出される光束の向きは変化しないが、微小レンズ要素１１ａａを含む波面分割要素から射出される光束の向きは変化する。
【００５３】
その結果、射出光束の向きが変化した微小レンズ要素１１ａａを経て形成される照野の中心は、射出光束の向きが変化しない微小レンズ要素１１ａｂを経て形成される照野の中心（ひいては照明領域６ａの中心）から−Ｘ方向側へ位置ずれする。ただし、微小レンズ要素１１ａａを経て被照射面６に形成される照野のサイズは、微小レンズ要素１１ａｂを経て形成される照野のサイズと同じである。
【００５４】
すなわち、図９（ａ）に示すように、回転前の元の状態における微小レンズ要素１１ａａを経て被照射面６に形成される照野の中心は、照明領域６ａの中心と一致している。しかしながら、図９（ｂ）に示すように、微小レンズ要素１１ａａが軸線廻りに回転して射出光束の向きが変化すると、被照射面６に形成される照野の中心は照明領域６ａの中心からＸ方向に位置ずれする。
【００５５】
一般に、微小レンズ要素１１ａａに入射する部分光束の光強度分布は均一ではない。この場合、図９中両方向矢印で示すように、射出光束の向きが変化した微小レンズ要素１１ａａを含む波面分割要素を経た光線群のうち、照明領域６ａ上の中心点Ｐ１に入射する光線、周辺の点Ｐ２に入射する光線、および周辺の点Ｐ３に入射する光線の強度がそれぞれ変化する。
【００５６】
このことは、フライアイレンズ４の少なくとも１つの波面分割要素から射出される光束の向きを変化させると、射出光束の向きが変化した波面分割要素の配列位置および射出光束の向きの変化量に応じて、照明領域６ａ上の各点での瞳強度分布が互いに異なる態様にしたがって変化することを意味している。すなわち、駆動部７が制御系ＣＲからの指令にしたがって少なくとも１つの微小レンズ要素１１ａから射出される光束の向きを変化させることにより、射出光束の向きが変化した微小レンズ要素１１ａの配列位置および向きの変化量に応じて、照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。
【００５７】
なお、図８の変形例において、射出光束の向きが変化する微小レンズ要素１１ａａの屈折面の曲率を変更し、ひいてはその焦点距離を変更しても良い。すなわち、少なくとも１つの波面分割要素から射出される光束の向きを変化させ且つその焦点距離を変化させて、当該波面分割要素を経た光により被照射面に形成される照野の大きさおよび位置を変化させることにより、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することも可能である。
【００５８】
図１０は、第２実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態の照明光学装置１Ａは、第１実施形態の照明光学装置１と類似の構成を有する。しかしながら、第２実施形態では、フライアイレンズ４に代えてシリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａを用いている点が、第１実施形態と相違している。したがって、図１０では、図１に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施形態との相違点に着目して第２実施形態の構成および作用を説明する。
【００５９】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａは、図１０に示すように、光源２側に配置された第１フライアイ部材１２と被照射面６側に配置された第２フライアイ部材２２とから構成されている。第１フライアイ部材１２の入射側および射出側には、Ｘ方向に並んで配列されたシリンドリカル屈折面１２ａおよび１２ｂがそれぞれ所定のピッチで形成されている。第２フライアイ部材２２の入射側および射出側には、Ｙ方向に並んで配列されたシリンドリカル屈折面２２ａおよび２２ｂがそれぞれ所定のピッチで形成されている。
【００６０】
図１１は、第１フライアイ部材１２を光軸ＡＸに沿って光の入射側から見た図である。図１１において、光軸ＡＸを中心とした破線で示す円４２は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａへの入射光束の断面の外形、すなわち第１フライアイ部材１２の入射側の面に形成される照野の外形を示している。第１フライアイ部材１２の入射側に設けられた複数のシリンドリカル屈折面１２ａのうちの少なくとも１つの屈折面１２ａａは、図１２に示すように、Ｙ方向に沿って延びる母線を有する円筒面をＹ方向に沿って延びる軸線廻りに捩ることにより得られる曲面形状に形成されている。
【００６１】
第１フライアイ部材１２および第２フライアイ部材２２において、この変形シリンドリカル屈折面１２ａａ以外の他のシリンドリカル屈折面はすべて通常の円筒面状に形成されている。すなわち、第１フライアイ部材１２の入射側に設けられた複数のシリンドリカル屈折面１２ａは、変形シリンドリカル屈折面１２ａａを除き、Ｙ方向に沿って延びる母線を有する円筒面状に形成されている。第１フライアイ部材１２の射出側に設けられた複数のシリンドリカル屈折面１２ｂは、Ｙ方向に沿って延びる母線を有する円筒面状に形成されている。
【００６２】
第２フライアイ部材２２の入射側および射出側に設けられた複数のシリンドリカル屈折面２２ａ，２２ｂは、Ｘ方向に沿って延びる母線を有する円筒面状に形成されている。第２実施形態では、第１フライアイ部材１２と第２フライアイ部材２２とがＹ方向に沿って一体的に移動可能に構成されている。駆動部７Ａは、制御系ＣＲからの指令にしたがって、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４ＡをＹ方向に沿って移動させる。
【００６３】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４ＡのＸ方向に関する屈折作用（すなわちＸＺ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１２の入射側に形成された複数のシリンドリカル屈折面１２ａによってＸ方向に波面分割され、且つ集光作用を受ける。各シリンドリカル屈折面１２ａを経た部分光束は、第１フライアイ部材１２の射出側に形成された複数のシリンドリカル屈折面１２ｂのうちの対応するシリンドリカル屈折面による集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａの直後の照明瞳面上に集光して小光源を形成する。
【００６４】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４ＡのＹ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２フライアイ部材２２の入射側に形成された複数のシリンドリカル屈折面２２ａによってＹ方向に波面分割され、且つ集光作用を受ける。各シリンドリカル屈折面２２ａを経た部分光束は、第２フライアイ部材２２の射出側に形成された複数のシリンドリカル屈折面２２ｂのうちの対応するシリンドリカル屈折面による集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａの直後の照明瞳面上に集光して小光源を形成する。
【００６５】
このように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａは、複数のシリンドリカル屈折面が両側面に設けられた第１フライアイ部材１２と第２フライアイ部材２２とにより構成されているが、矩形状の断面を有する複数の微小レンズ要素（波面分割要素）がＸ方向およびＹ方向に沿って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の構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。図１０および図１１では、図面の明瞭化のために、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａを構成するシリンドリカル屈折面の数を実際よりも少なく表示している。
【００６６】
第２実施形態において、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４ＡをＹ方向に沿って移動させること、すなわち少なくとも１つの変形シリンドリカル屈折面１２ａａを有する第１フライアイ部材１２をＹ方向に沿って移動させることは、図８の変形例において波面分割要素から射出される光束の向きを変更することにより、その波面分割要素を経た光が被照射面６上に形成する照野の位置を変化させることに対応している。この場合、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４ＡのＹ方向移動に伴って射出光束の向きが変化するのは、変形シリンドリカル屈折面１２ａａの長手方向であるＹ方向に一列に並んだ複数の波面分割要素である。
【００６７】
こうして、第２実施形態では、駆動部７Ａが制御系ＣＲからの指令にしたがってシリンドリカルマイクロフライアイレンズ４ＡをＹ方向に沿って移動させることにより、射出光束の向きが変化した波面分割要素の配列位置および射出光束の向きの変化量に応じて、照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。
【００６８】
なお、図示を省略するが、第２実施形態における第１フライアイ部材１２および第２フライアイ部材２２中のシリンドリカル屈折面を通常の円筒面状に形成し、シリンドリカルレンズアレイとしての第１フライアイ部材１２を複数のシリンドリカルレンズの配列方向であるＸ方向に沿って湾曲自在に構成する変形例も可能である。この場合、駆動部７Ａが制御系ＣＲからの指令にしたがって第１フライアイ部材１２をＸ方向に沿って湾曲させることにより、射出光束の向きが変化した波面分割要素の配列位置および射出光束の向きの変化量に応じて、照明領域６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。
【００６９】
図１３は、実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１３において、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１３の紙面に平行な方向にＸ軸を、ウェハＷの転写面内において図１３の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。図１３に示す露光装置は、第１実施形態にかかる照明光学装置１（または第２実施形態にかかる照明光学装置１Ａ）を備えている。
【００７０】
なお、照明光学装置１（１Ａ）の露光装置への適用に際して、露光光（照明光）を供給する光源として、たとえば１９３ｎｍの波長のパルス光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長のパルス光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。この場合、コリメートレンズ３の設置を省略し、光源とフライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）との間の光路中に、光の入射側から順に、ビーム送光部、空間光変調器、リレー光学系などを付設することができる。また、コンデンサー光学系５と被照射面６との間の光路中に、光の入射側から順に、マスクブラインド、結像光学系などを付設することができる。
【００７１】
ここで、空間光変調器は、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。ビーム送光部は、光源からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器へ導くとともに、空間光変調器に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。
【００７２】
リレー光学系は、その前側焦点位置が空間光変調器の複数のミラー要素の配列面の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がフライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）の入射側の面の近傍に位置しており、空間光変調器の配列面とフライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）の入射側の面とを光学的にフーリエ変換の関係に設定する。したがって、空間光変調器およびリレー光学系を経た光は、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度をフライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）の入射側の面に可変的に分布させる。
【００７３】
照明視野絞りとしてのマスクブラインドは、コンデンサー光学系５の後側焦点位置またはその近傍に配置される。したがって、フライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系５を介して、マスクブラインドを重畳的に照明する。マスクブラインドの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系の集光作用を受けて、照明光学装置１（１Ａ）における被照射面６の位置に配置されたマスクＭを重畳的に照明し、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の照明領域６ａを形成する。
【００７４】
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Ｘ方向に沿って長辺を有し且つＹ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Ｘ方向に沿って長辺を有し且つＹ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。
【００７５】
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、Ｙ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Ｘ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。あるいは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。
【００７６】
本実施形態の露光装置は、照明光学装置１（１Ａ）を介した光に基づいて照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて、フライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）および空間光変調器を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。
【００７７】
第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、照明光学装置１（１Ａ）における瞳強度分布計測部８と同様に、例えば照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学装置１（１Ａ）による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。
【００７８】
瞳強度分布計測部８，ＤＴｒ，ＤＴｗの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部８，ＤＴｒ，ＤＴｗとして、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。
【００７９】
本実施形態では、フライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）により形成される二次光源を光源として、照明光学装置１（１Ａ）の被照射面６に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）をケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学装置１（１Ａ）の照明瞳面と呼ぶことができる。また、この二次光源の形成面の像を照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学装置と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。
【００８０】
瞳強度分布とは、照明光学装置１（１Ａ）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。フライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）による波面分割数が比較的大きい場合、フライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）の入射側の面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、フライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）の入射側の面および当該入射側の面と光学的に共役な面も照明瞳面と呼ぶことができ、これらの面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。
【００８１】
上述したように、照明光学装置１（１Ａ）では、フライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）の瞳強度調整作用により、被照射面６上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、被照射面６と光学的に共役な位置に配置されたウェハＷ上の静止露光領域内の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置１（１Ａ）を用いて、マスクＭの微細パターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいてはマスクＭの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハＷ上に正確に転写することができる。
【００８２】
本実施形態において、静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する動作は、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて行われる。具体的に、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果は、制御系ＣＲに供給される。制御系ＣＲは、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて、例えば投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布が所望の分布になるように、照明光学装置１（１Ａ）の駆動部７（７Ａ）に指令を出力する。駆動部７（７Ａ）は、制御系ＣＲからの指令に基づいてフライアイレンズ４（シリンドリカルマイクロフライアイレンズ４Ａ）を駆動し、ウェハＷ上の静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布を所要の分布に調整する。
【００８３】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【００８４】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【００８５】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１４は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１４に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００８６】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００８７】
図１５は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１５に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００８８】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００８９】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００９０】
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、他の適当なパルスレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源、波長１４６ｎｍのレーザ光を供給するＫｒ2レーザ光源、波長１２６ｎｍのレーザ光を供給するＡｒ2レーザ光源などを用いることができる。また、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどのＣＷ（Continuous Wave）光源を用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【００９１】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【００９２】
また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。
【００９３】
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。
【符号の説明】
【００９４】
１，１Ａ  照明光学装置
２  光源
３  コリメートレンズ
４  フライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）
４Ａ  シリンドリカルマイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）
５  コンデンサー光学系
６  被照射面
６ａ  照明領域
７，７Ａ  駆動部
８，ＤＴｒ，ＤＴｗ  瞳強度分布計測部
ＣＲ  制御系
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【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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