(57)【要約】【課題】照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることができる照明光学装置。【解決手段】オプティカルインテグレータ（４）と被照射面（Ｍ，Ｗ）との間の光路中には、オプティカルインテグレータからの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズ（８）が配置されている。フライアイレンズは、光源側から順に、第１フライアイ部材（８ａ）と第２フライアイ部材（８ｂ）とを有する。第１フライアイ部材の光源側の面および第２フライアイ部材の光源側の面には第１方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、第１フライアイ部材の被照射面側の面および第２フライアイ部材の被照射面側の面には第１方向と直交する第２方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されている。【選択図】　図１
2004056103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための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と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記オプティカルインテグレータからの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズとを備え、
前記フライアイレンズは、光源側から順に、第１フライアイ部材と第２フライアイ部材とを有し、
前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面には、第１方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、
前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第１方向と直交する第２方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記第１フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲａとし、前記第２フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｂとし、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｃとし、前記第２フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｄとするとき、
０．３＜Ｒｄ／Ｒｃ＜０．５
０．３＜Ｒｂ／Ｒａ＜０．５
の条件を満足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】
前記第１フライアイ部材は石英を有し、
前記第２フライアイ部材は、２５０ｎｍ以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうち、１ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は、２５０ｎｍ以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記結晶材料は、蛍石、水晶、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ランタン、フッ化ストロンチウム、フッ化ベリリウム、フッ化ナトリウム、ライカフ、およびライサフからなる群から選択された少なくとも１つを有することを特徴とする請求項３または４に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材には、前記第１フライアイ部材と前記第２フライアイ部材とを位置合わせするためのアライメントマークが形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記アライメントマークは、前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面において前記第２方向に沿って形成された直線状のマークと、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面において前記第１方向に沿って形成された直線状のマークと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】
前記フライアイレンズの前記第１方向に関する入射瞳面またはその近傍および前記フライアイレンズの前記第２方向に関する入射瞳面またはその近傍のうちの少なくとも一方には、前記被照射面における照度分布を補正するための補正フィルターが設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記補正フィルターには、該補正フィルターを前記第１フライアイ部材または前記第２フライアイ部材と位置合わせするための第２アライメントマークが形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１０】
前記第２アライメントマークは、前記第１方向または前記第２方向に沿って形成された直線状のマークを有す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】
前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第１方向に沿ったピッチ、および前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第２方向に沿ったピッチのうちの少なくとも一方は２ｍｍ以下であ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】
前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、光軸に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第１方向および前記第２方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
照明瞳面における照度分布の制御のために、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第１方向および前記第２方向のうちの少なくとも一方の方向廻りに回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１２至１４ずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
前記第１方向と光学的に対応する方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することを特徴とする請求項１６記載の露光装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が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、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望の照明条件（露光条件）に応じて、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成を有する露光装置において、結像性能の向上を図るには、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることが必要である。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることが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、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度が向上した照明光学装置を用いて、良好な結像性能の下で良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための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と前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記オプティカルインテグレータからの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズとを備え、
前記フライアイレンズは、光源側から順に、第１フライアイ部材と第２フライアイ部材とを有し、
前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面には、第１方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、
前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第１方向と直交する第２方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【０００７】
第１発明の好ましい態様によれば、前記第１フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲａとし、前記第２フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｂとし、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｃとし、前記第２フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｄとするとき、
０．３＜Ｒｄ／Ｒｃ＜０．５
０．３＜Ｒｂ／Ｒａ＜０．５
の条件を満足する。
【０００８】
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１フライアイ部材は石英を有し、前記第２フライアイ部材は、２５０ｎｍ以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有する。あるいは、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうち、１ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は、２５０ｎｍ以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することが好ましい。なお、前記結晶材料は、蛍石、水晶、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ランタン、フッ化ストロンチウム、フッ化ベリリウム、フッ化ナトリウム、ライカフ、およびライサフからなる群から選択された少なくとも１つを有することが好ましい。
【０００９】
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材には、前記第１フライアイ部材と前記第２フライアイ部材とを位置合わせするためのアライメントマークが形成されている。この場合、前記アライメントマークは、前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面において前記第２方向に沿って形成された直線状のマークと、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面において前記第１方向に沿って形成された直線状のマークとを有することが好ましい。
【００１０】
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記フライアイレンズの前記第１方向に関する入射瞳面またはその近傍および前記フライアイレンズの前記第２方向に関する入射瞳面またはその近傍のうちの少なくとも一方には、前記被照射面における照度分布を補正するための補正フィルターが設けられている。この場合、前記補正フィルターには、該補正フィルターを前記第１フライアイ部材または前記第２フライアイ部材と位置合わせするための第２アライメントマークが形成されていることが好ましい。また、この場合、前記第２アライメントマークは、前記第１方向または前記第２方向に沿って形成された直線状のマークを有することが好ましい。
【００１１】
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第１方向に沿ったピッチ、および前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群の前記第２方向に沿ったピッチのうちの少なくとも一方は２ｍｍ以下である。
【００１２】
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、移動可能に構成されている。この場合、前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、光軸に沿って移動可能に構成されていることが好ましい。
【００１３】
また、前記被照射面における照明領域の大きさの制御または前記被照射面における照度分布の制御のために、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第１方向および前記第２方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って移動可能に構成されていることが好ましい。さらに、照明瞳面における照度分布の制御のために、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうちの少なくとも一方は、前記第１方向および前記第２方向のうちの少なくとも一方の方向廻りに回転可能に構成されていることが好ましい。
【００１４】
本発明の第２発明では、第１発明の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記第１方向と光学的に対応する方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することが好ましい。
【００１５】
またこの場合、前記第１フライアイ部材の光源側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第１方向に沿ったピッチは、前記第１フライアイ部材の被照射面側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第２方向に沿ったピッチよりも小さく設定されていることを特徴とする。さらにこの場合、前記第１フライアイ部材の被照射面側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第２方向に沿ったピッチをａとし、前記第１フライアイ部材の光源側に形成された前記シリンドリカルレンズ群の前記第１方向に沿ったピッチをｂとするとき、１．２＜ａ／ｂ＜１３．０を満足することが好ましい。さらに好ましくは、２．６＜ａ／ｂ＜４．０を満足することが好ましい。
【００１６】
本発明の第３発明では、第１発明の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１７】
また、本発明の第４発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための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て、前記光源からの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズを備え、前記フライアイレンズは、光源側から順に、第１フライアイ部材と第２フライアイ部材とを有し、前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面には、第１方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第１方向と直交する第２方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第１フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲａとし、前記第２フライアイ部材の光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｂとし、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｃとし、前記第２フライアイ部材の被照射面側の面に形成された各シリンドリカルレンズの曲率半径をＲｄとするとき、
０．３＜Ｒｄ／Ｒｃ＜０．５
０．３＜Ｒｂ／Ｒａ＜０．５
の条件を満足することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第５発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための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て、前記光源からの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズを備え、前記フライアイレンズは、光源側から順に、第１フライアイ部材と第２フライアイ部材とを有し、前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面には、第１方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第１方向と直交する第２方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第１フライアイ部材および前記第２フライアイ部材のうち、１ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は、２５０ｎｍ以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第６発明では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明するための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て、第１方向および該第１方向と直交する第２方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って配列された多数の光学素子からなる光学素子アレイと、前記光学素子アレイと前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記光学素子からの光束に基づいて多数光源を形成するフライアイレンズとを備え、前記フライアイレンズは、光源側から順に、第１フライアイ部材と第２フライアイ部材とを有し、前記第１フライアイ部材の光源側の面および前記第２フライアイ部材の光源側の面には、前記第１方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成され、前記第１フライアイ部材の被照射面側の面および前記第２フライアイ部材の被照射面側の面には、前記第２方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群が形成されていることを特徴とする。
【００２０】
第６発明の好ましい態様によれば、前記光学素子アレイは、前記光源からの光束に基づいて多数光源を形成することが好ましい。また、上述の第６発明において、前記光学素子アレイは、前記光源からの光束に基づいて、光軸を含む中心領域での光強度が該中心領域の周囲の領域よりも小さく設定された光強度分布を持つ光束を、前記フライアイレンズに対して供給することが好ましい。また、上述の第６発明において、前記光学素子アレイと前記フライアイレンズとの間の光路中に、リレー光学系が配置されていることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる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１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、ウェハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図１では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【００２２】
図１の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源または１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００２３】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、回折光学素子４を介して、アフォーカルズームレンズ５に入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光（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、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、回折光学素子４を介した光束は、アフォーカルズームレンズ５の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。
【００２４】
なお、回折光学素子４は、照明光路から退避可能に構成されている。回折光学素子４の照明光路からの退避および照明光路への設定は、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２２により行われる。アフォーカルズームレンズ５は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ５の倍率変化は、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２３により行われる。アフォーカルズームレンズ５を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子６に入射する。アフォーカルズームレンズ５は、回折光学素子４の発散原点と回折光学素子６の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子６の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ５の倍率に依存して変化する。
【００２５】
輪帯照明用の回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。なお、回折光学素子６は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１と切り換え可能に構成されている。４極照明用の回折光学素子６０および円形照明用の回折光学素子６１の構成および作用については後述する。ここで、輪帯照明用の回折光学素子６と４極照明用の回折光学素子６０と円形照明用の回折光学素子６１との間の切り換えは、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２４により行われる。
【００２６】
回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７に入射する。ズームレンズ７の後側焦点面の近傍には、光源側から順に第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとからなるマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）８の入射面（すなわち第１フライアイ部材８ａの入射面）が位置決めされている。なお、マイクロフライアイレンズ８は入射光束に基づいて多数光源を形成するオプティカルインテグレータとして機能するが、その詳細な構成および作用については後述する。
【００２７】
上述したように、回折光学素子４を介してアフォーカルズームレンズ５の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ５から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子６に入射する。すなわち、回折光学素子４は、角度光束形成作用を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング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６を介した光束は、ズームレンズ７の後側焦点面に（ひいてはマイクロフライアイレンズ８の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【００２８】
マイクロフライアイレンズ８の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ７は、回折光学素子６とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。なお、ズームレンズ７の焦点距離の変化は、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２５により行われる。マイクロフライアイレンズ８に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にはマイクロフライアイレンズ８への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００２９】
マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、コンデンサー光学系９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。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００３０】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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ウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状となる。
【００３１】
本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ（円形状の中心線の光軸ＡＸからの距離）が変化することなく、その幅（外径（直径）と内径（直径）との差の１／２）だけが変化する。すなわち、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ（外径）およびその形状（輪帯比：内径／外径）をともに変更することができる。
【００３２】
また、ズームレンズ７の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さおよびその幅がともに変化する。すなわち、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００３３】
前述したように、回折光学素子６は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１と切り換え可能に構成されている。以下、回折光学素子６に代えて回折光学素子６０を照明光路中に設定することによって得られる４極照明について説明する。４極照明用の回折光学素子６０は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４点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６０を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。
【００３４】
４極照明においても輪帯照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、４極状の二次光源の外径（４つの円形状の面光源に外接する円の直径）および輪帯比（４つの円形状の面光源に内接する円の直径／４つの円形状の面光源に外接する円の直径）をともに変更することができる。また、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、４極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、４極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００３５】
次いで、回折光学素子４を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子６または６０に代えて円形照明用の回折光学素子６１を照明光路中に設定することによって得られる円形照明について説明する。この場合、アフォーカルズームレンズ５には光軸ＡＸに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ５に入射した光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸ＡＸに沿ってアフォーカルズームレンズ５から射出され、回折光学素子６１に入射する。
【００３６】
ここで、円形照明用の回折光学素子６１は、回折光学素子４と同様に、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、回折光学素子６１により形成された円形光束は、ズームレンズ７を介して、マイクロフライアイレンズ８の入射面において光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、アフォーカルズームレンズ５の倍率またはズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。
【００３７】
以下、本実施形態における照明の切り換え動作などについて簡単に説明する。まず、ステップ・アンド・リピート方式またはステップ・アンド・スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報などが、キーボードなどの入力手段２０を介して制御系２１に入力される。制御系２１は、各種のマスクに関する最適な線幅（解像度）、焦点深度等の情報を内部のメモリー部に記憶しており、入力手段２０からの入力に応答して駆動系２２〜２５に適当な制御信号を供給する。
【００３８】
すなわち、最適な解像度および焦点深度のもとで輪帯照明を行う場合、駆動系２４は制御系２１からの指令に基づいて輪帯照明用の回折光学素子６を照明光路中に位置決めする。そして、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面において所望の大きさ（外径）および輪帯比を有する輪帯状の二次光源を得るために、駆動系２３は制御系２１からの指令に基づいてアフォーカルズームレンズ５の倍率を設定し、駆動系２５は制御系２１からの指令に基づいてズームレンズ７の焦点距離を設定する。
【００３９】
さらに、必要に応じて、駆動系２３によりアフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させたり、駆動系２５によりズームレンズ７の焦点距離を変化させたりすることにより、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面に形成される輪帯状の二次光源の大きさおよび輪帯比を適宜変更することができる。こうして、輪帯状の二次光源の形成においてほとんど光量損失することなく、輪帯状の二次光源の大きさおよび輪帯比を適宜変化させて多様な輪帯照明を行うことができる。
【００４０】
また、最適な解像度および焦点深度のもとで４極照明を行う場合、駆動系２４は制御系２１からの指令に基づいて４極照明用の回折光学素子６０を照明光路中に位置決めする。そして、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面において所望の大きさ（外径）および形状（輪帯比）を有する４極状の二次光源を得るために、駆動系２３は制御系２１からの指令に基づいてアフォーカルズームレンズ５の倍率を設定し、駆動系２５は制御系２１からの指令に基づいてズームレンズ７の焦点距離を設定する。
【００４１】
さらに、必要に応じて、駆動系２３によりアフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させたり、駆動系２５によりズームレンズ７の焦点距離を変化させたりすることにより、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面に形成される４極状の二次光源の大きさおよび形状を適宜変更することができる。こうして、４極状の二次光源の形成において光量損失を良好に抑えた状態で、４極状の二次光源の大きさおよび形状を適宜変化させて多様な４極照明を行うことができる。
【００４２】
さらに、最適な解像度および焦点深度のもとで通常の円形照明を行う場合、駆動系２２は制御系２１からの指令に基づいて回折光学素子４を照明光路から退避させる。また、駆動系２４は、制御系２１からの指令に基づいて、円形照明用の回折光学素子６１を照明光路中に位置決めする。そして、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面において所望の大きさ（外径）を有する円形状の二次光源を得るために、駆動系２３は制御系２１からの指令に基づいてアフォーカルズームレンズ５の倍率を設定し、駆動系２５が制御系２１からの指令に基づいてズームレンズ７の焦点距離を設定する。
【００４３】
さらに、必要に応じて、駆動系２５によりズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面に形成される円形状の二次光源の大きさを適宜変更することができる。こうして、円形状の二次光源の形成において光量損失を良好に抑えつつ、σ値（σ値＝二次光源の外径／投影光学系の瞳径、あるいはσ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を適宜変化させて多様な円形照明を行うことができる。
【００４４】
図２は、図１の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。また、図３は、図１のマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。図２を参照すると、マイクロフライアイレンズ８は、光源側に配置された第１フライアイ部材８ａとマスク側（被照射面側）に配置された第２フライアイ部材８ｂとから構成されている。第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとは全体的に同様の構成を有するが、その屈折面の曲率半径、その材質などは必ずしも一致していない。
【００４５】
さらに詳細には、第１フライアイ部材８ａの光源側の面および第２フライアイ部材８ｂの光源側の面には、Ｘ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群１１ａおよび１１ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、第１フライアイ部材８ａの光源側の面および第２フライアイ部材８ｂの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ａおよび１１ｂはＸ方向に沿ってピッチｐ１を有する。
【００４６】
一方、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面および第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面には、Ｚ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群１２ａおよび１２ｂがそれぞれ形成されている。すなわち、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面および第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ａおよび１２ｂはＺ方向に沿ってピッチｐ２を有する。本実施形態では、光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ａおよび１１ｂのピッチｐ１が、マスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ａおよび１２ｂのピッチｐ２よりも小さく設定されている。
【００４７】
また、第１フライアイ部材８ａの光源側の面および第２フライアイ部材８ｂの光源側の面には、Ｚ方向に沿った直線状のマーク１３ａおよび１３ｂがＸ方向に沿った両側において光学的に対応する位置にそれぞれ形成されている。同様に、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面および第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面には、Ｘ方向に沿った直線状のマーク１４ａおよび１４ｂがＺ方向に沿った両側において光学的に対応する位置にそれぞれ形成されている。マーク１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは、たとえば第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂを構成する基板に刻設された直線状の溝である。
【００４８】
図３（ａ）を参照して、マイクロフライアイレンズ８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に沿ってマイクロフライアイレンズ８に入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａの光源側（図中左側）に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ａによってＸ方向に沿ってピッチｐ１で波面分割される。そして、シリンドリカルレンズ群１１ａの各シリンドリカルレンズに入射した光束は、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ｂ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、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面８ｃ上に集光する。
【００４９】
一方、図３（ｂ）を参照して、マイクロフライアイレンズ８のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＺＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿ってマイクロフライアイレンズ８に入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａのマスク側（図中右側）に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ａによってＺ方向に沿ってピッチｐ２で波面分割される。そして、シリンドリカルレンズ群１２ａの各シリンドリカルレンズに入射した光束は、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ｂ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、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面８ｃ上に集光する。
【００５０】
なお、マイクロフライアイレンズ８のＸ方向に関する入射瞳面の位置とＺ方向に関する入射瞳面の位置とは異なり、Ｘ方向に関する入射瞳面の方がＺ方向に関する入射瞳面よりも光源側に位置することになる。このように、本実施形態のマイクロフライアイレンズ８は、光軸ＡＸに沿って間隔を隔てて配置された第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとにより構成されているが、Ｘ方向にｐ１のサイズを有しＺ方向にｐ２のサイズを有する多数の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通常のフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。
【００５１】
しかしながら、本実施形態では、各屈折面が二次元的な曲面状（球面状）に形成される通常のフライアイレンズとは異なり、マイクロフライアイレンズ８を構成する第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂの各屈折面が一次元的な曲面状（円筒面状）に形成されるので加工が容易であり、ひいては製造コストを低減することができる。特に、最小ピッチｐ１が２ｍｍ以下であるようなマイクロフライアイレンズの場合には、製造コストの低減効果は顕著である。ちなみに、本実施形態のマイクロフライアイレンズ８は、たとえば研削加工、エッチング加工、型プレス加工などにより製造可能である。
【００５２】
また、本実施形態では、光源１とマイクロフライアイレンズ８との間の光路中にオプティカルインテグレータとしての回折光学素子４が配置されているので、回折光学素子４の角度光束形成作用により、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面に形成される多数光源（二次光源）を構成する各光源が拡大されて光源同士の間隔が狭められる。その結果、本実施形態では、照明瞳面（マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面）に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させることができるので、良好な結像性能の下で良好な投影露光を行うことができる。
【００５３】
なお、本実施形態では、以下の条件式（１）および（２）を満足することが望ましい。
０．３＜Ｒｄ／Ｒｃ＜０．５　　（１）
０．３＜Ｒｂ／Ｒａ＜０．５　　（２）
【００５４】
ここで、Ｒａは第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズ（１１ａ）の曲率半径であり、Ｒｂは第２フライアイ部材８ｂの光源側の面に形成された各シリンドリカルレンズ（１１ｂ）の曲率半径である。また、Ｒｃは第１フライアイ部材８ａのマスク側の面に形成された各シリンドリカルレンズ（１２ａ）の曲率半径であり、Ｒｄは第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面に形成された各シリンドリカルレンズ（１２ｂ）の曲率半径である。
【００５５】
条件式（１）の下限値を下回ると、第２フライアイ部材８ｂのマスク側の屈折面（シリンドリカルレンズ群１２ｂの屈折面）の製造誤差がウェハ共役面（ウェハ面を含む）における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。一方、条件式（１）の上限値を上回ると、第１フライアイ部材８ａのマスク側の屈折面（シリンドリカルレンズ群１１ｂの屈折面）の製造誤差がウェハ共役面における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【００５６】
同様に、条件式（２）の下限値を下回ると、第２フライアイ部材８ｂの光源側の屈折面（シリンドリカルレンズ群１２ａの屈折面）の製造誤差がウェハ共役面における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。また、条件式（２）の上限値を上回ると、第１フライアイ部材８ａの光源側の屈折面（シリンドリカルレンズ群１１ａの屈折面）の製造誤差がウェハ共役面における照度分布に与える影響が大きくなり過ぎるので好ましくない。
【００５７】
また、本実施形態では、第１フライアイ部材８ａが石英により形成され、第２フライアイ部材８ｂが露光光に対して透過性を有する結晶材料により形成されていることが好ましい。ここで、２５０ｎｍ以下の波長を有する光に対して透過性を有する結晶材料として、蛍石、水晶、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ランタン、フッ化ストロンチウム、フッ化ベリリウム、フッ化ナトリウム、ライカフ（ＬｉＣａＡｌＦ６：リチウムカルシウムアルミニウムフローライド）、ライサフ（ＬｉＳｒＡｌＦ６：リチウムストロンチウムアルミニウムフローライド）などを用いることができる。
【００５８】
上述の結晶材料は、エネルギ密度の比較的高い光照射に対しても損傷しにくい光学材料である。図３に示すように、マイクロフライアイレンズ８では、光源側に配置された第１フライアイ部材８ａよりもマスク側に配置された第１フライアイ部材８ｂにおける光照射のエネルギ密度が高くなる。したがって、エネルギ密度が比較的低い第１フライアイ部材８ａでは材料コストおよび製造コストの低い石英を用い、エネルギ密度が比較的高い第２フライアイ部材８ｂでは材料コストおよび製造コストは比較的高いが光照射により損傷しにくい特性を有する上述の結晶材料を用いることが好ましい。
【００５９】
また、同様の理由により、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうち、１ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在するフライアイ部材は上述の結晶材料により形成されていることが好ましい。これは、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂの双方において１ｍＪ／ｃｍ２以上のエネルギ密度で光照射される領域が存在する場合には、双方のフライアイ部材８ａおよび８ｂを上述の結晶材料により形成した方が好ましいことを意味している。
【００６０】
さらに、本実施形態では、第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとを位置合わせすること、すなわち第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ａと第２フライアイ部材８ｂの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ｂとを光学的に位置合わせするとともに、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ａと第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ｂとを光学的に位置合わせすることが重要である。
【００６１】
そこで、本実施形態では、たとえば顕微鏡のような適当な観察装置を用いて光軸ＡＸに沿って第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂを観察しながら、第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成されたマーク１３ａと第２フライアイ部材８ｂの光源側の面に形成されたマーク１３ｂとがＸ方向に一致するとともに、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面に形成されたマーク１４ａと第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面に形成されたマーク１３ｂとがＺ方向に一致するように、第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとを位置合わせ（アライメント）することが好ましい。
【００６２】
図４は、図１のマイクロフライアイレンズに対して一対の補正フィルターを設けた様子を示す図である。また、図５および図６は、それぞれ第１補正フィルターおよび第２補正フィルターの構成および配置を概略的に示す図である。本実施形態では、図４に示すように、マイクロフライアイレンズ８のＸ方向に関する入射瞳面またはその近傍に、ウェハ面（被照射面）における照度分布（照度むら）をＸ方向に沿って補正するための第１補正フィルター（ランダムパターンドフィルター）１５を設けることが好ましい。また、マイクロフライアイレンズ８のＺ方向に関する入射瞳面またはその近傍に、ウェハ共役面（被照射面）における照度分布（照度むら）をＹ方向（マイクロフライアイレンズ８におけるＺ方向に光学的に対応する方向）に沿って補正するための第２補正フィルター（ランダムパターンドフィルター）１６を設けることが好ましい。
【００６３】
図５に示すように、第１補正フィルター１５は、全体的に第１フライアイ部材８ａと同じ平行平面板の形態を有する。そして、第１補正フィルター１５の光源側の面（一般的には一方の面）には、第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ａの各シリンドリカルレンズに対応するように、Ｚ方向に沿って細長く延びた矩形状のランダムパターン１５ａがＸ方向に沿ってピッチｐ１で形成されている。また、第１補正フィルター１５の光源側の面には、第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成された一対のマーク１３ａに対応するように、Ｚ方向に沿った直線状の一対のマーク１５ｂが形成されている。
【００６４】
同様に、図６に示すように、第２補正フィルター１６も平行平面板の形態を有し、その一方の面には第２フライアイ部材８ｂの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ｂの各シリンドリカルレンズに対応するように、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状のランダムパターン１６ａがＺ方向に沿ってピッチｐ２で形成されている。また、第２補正フィルター１６の一方の面には、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面に形成された一対のマーク１４ａ（ひいては第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面に形成された一対のマーク１４ｂ）に対応するように、Ｚ方向に沿った直線状の一対のマーク１５ｂが形成されている。なお、マーク１５ｂおよび１６ｂは、たとえば第１補正フィルター１５および第２補正フィルター１６を構成する基板に刻設された直線状の溝である。
【００６５】
こうして、第１補正フィルター１５および第２補正フィルター１６の作用により、ウェハ面（被照射面）において均一な照度分布を得ることができる。ただし、この場合、第１補正フィルター１５および第２補正フィルター１６と第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂとを位置合わせすること、すなわち第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ａと第１補正フィルター１５の光源側の面に形成された複数のランダムパターン１５ａとを光学的に位置合わせするとともに、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ａ（ひいては第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１２ｂ）と第２補正フィルター１６の光源側の面に形成された複数のランダムパターン１６ａとを光学的に位置合わせすることが重要である。
【００６６】
そこで、本実施形態では、たとえば顕微鏡を用いて光軸ＡＸに沿って第１補正フィルター１５および第２補正フィルター１６と第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂを観察しながら、第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成されたマーク１３ａと第１補正フィルター１５の光源側の面に形成されたマーク１５ｂとがＸ方向に一致するとともに、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面に形成されたマーク１４ａ（ひいては第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面に形成されたマーク１４ｂ）と第２補正フィルター１６の光源側の面に形成されたマーク１６ｂとがＺ方向に一致するように、第１補正フィルター１５および第２補正フィルター１６と第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材とを位置合わせ（アライメント）することが好ましい。
【００６７】
ところで、上述の説明では、マイクロフライアイレンズ８のＸ方向に関する入射瞳面またはその近傍に第１補正フィルター１５を設け、Ｚ方向に関する入射瞳面またはその近傍に第２補正フィルター１６を設けているが、ステップ・アンド・スキャン方式にしたがってスキャン露光を行う露光装置の場合には第２補正フィルター１６の設置を省略することもできる。換言すれば、ステップ・アンド・リピート方式にしたがって一括的に露光する露光装置の場合には第１補正フィルター１５および第２補正フィルター１６の双方を設置することが望ましい。
【００６８】
本実施形態がスキャン露光型の露光装置に適用される場合、シリンドリカルレンズ群１１ａおよび１１ｂのＸ方向に沿ったピッチｐ１がシリンドリカルレンズ群１２ａおよび１２ｂのＺ方向に沿ったピッチｐ２よりも小さく設定されているので、ＸＹ平面に沿ったウェハＷ上ではＹ方向（マイクロフライアイレンズ８におけるＺ方向に光学的に対応する方向）に沿って細長い矩形状の露光領域が初期的に形成される。そして、ウェハＷ上においてマスクパターンはＸ方向に沿って走査されることになり、スキャン露光によってピッチｐ２に光学的に対応するＹ方向サイズを有し且つ移動距離（走査距離）に対応したＸ方向サイズを有する矩形状の露光領域が最終的に形成される。すなわち、Ｘ方向は走査方向であり、Ｙ方向は非走査方向である。
【００６９】
この場合、ウェハＷ上における走査方向すなわちＸ方向の照度むらは、スキャン露光による平均化効果によって低減されるので、ウェハＷ面における照度むらをＸ方向に沿って補正するための第１補正フィルター１５の設置を省略することもできる。なお、補正フィルター（ランダムパターンドフィルター）のさらに詳細な構成および作用については、たとえば特開平７−１３０６００号公報などを参照することができる。
【００７０】
また、本実施形態がスキャン露光型の露光装置に適用される場合、第１フライアイ部材８ａの光源側の面に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ａのＸ方向に沿ったピッチｐ１は、第１フライアイ部材８ａのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ｂのＺ方向に沿ったピッチｐ２よりも小さく設定されていることが好ましい。この構成により、シリンドリカルレンズ群１１ａよりも開口数が大きくなるシリンドリカルレンズ群１１ｂをマスク側に配置することができるので、収差を良好に抑えた光学設計が可能になる。
【００７１】
また、この場合、第１フライアイ部材８ａのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ｂのＺ方向に沿ったピッチｐ２をａとし、第１フライアイ部材８ａの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群１１ａのＸ方向に沿ったピッチｐ１をｂとするとき、１．２＜ａ／ｂ（＝ｐ２／ｐ１）＜１３．０を満足することが好ましく、さらに好ましくは２．６＜ａ／ｂ＜４．０を満足することが好ましい。
【００７２】
なお、本実施形態では、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方が移動可能に構成されていることが好ましい。具体的には、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方を光軸ＡＸに沿って移動させて、被照射面（マスク面またはウェハ面）における照明領域の大きさを制御することができる。
【００７３】
またこの場合、第１フライアイ部材８ａの光源側の屈折面およびマスク側の屈折面のうちの少なくとも一方に高次の非球面に対応する高次の非円筒面を導入することにより、被照射面における照度分布（特に凹凸むら）を制御することができる。ここで、高次の非球面とは、８次の非球面係数Ｃ８以降の非球面係数を含む非球面であって、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、非球面の頂点における接平面から高さｙにおける非球面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｚとし、頂点曲率半径をｒとし、円錐係数をκとし、ｎ次の非球面係数をＣｎとしたとき、以下の数式（ａ）で表される。
【００７４】
【数１】
ｚ＝（ｙ２／ｒ）／［１＋｛１−（１＋κ）・ｙ２／ｒ２｝１／２］
＋Ｃ４・ｙ４＋Ｃ６・ｙ６＋Ｃ８・ｙ８＋Ｃ１０・ｙ１０
＋Ｃ１２・ｙ１２＋Ｃ１４・ｙ１４＋・・・　　　　　　（ａ）
【００７５】
また、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方が、Ｘ方向およびＺ方向のうちの少なくとも一方の方向に沿って移動可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方をＸ方向またはＺ方向（光軸と交わる方向、典型的には光軸直交方向）に沿って移動させて、被照射面における照明領域の大きさや被照射面における照度分布（傾斜むら）を制御することができる。
【００７６】
さらに、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方が、Ｘ方向およびＺ方向のうちの少なくとも一方の方向廻り（光軸と交わる方向廻り、典型的には光軸直交方向廻り）に回転可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方をＸ方向廻りまたはＺ方向廻りに回転させて、照明瞳面における照度分布を制御することができ、ひいては被照射面上でのテレセントリック性（特にテレセントリック性の傾斜成分）を制御することができる。このとき、第１フライアイ部材８ａをシリンドリカルレンズ群１１ａを有するフライアイ部材とシリンドリカルレンズ群１２ａを有するフライアイ部材とに分割し、第２フライアイ部材８ｂをシリンドリカルレンズ群１１ｂを有するフライアイ部材とシリンドリカルレンズ群１２ｂを有するフライアイ部材とに分割し、これら４つのフライアイ部材を独立に調整可能とすることが好ましい。これにより、被照射面上でのテレセントリック性の傾斜成分の制御性の向上を図ることができる。また、第１フライアイ部材８ａまたは第２フライアイ部材８ｂを構成する基板が製造誤差などにより全体的に平行平面状ではなく「くさび状」になっている場合にその補正のための光学調整を行うことができる。
【００７７】
また、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方がＹ方向廻り（光軸と交差する方向廻り、典型的には光軸直交方向廻り、好ましくはフライアイ部材のシリンドリカルレンズ群のピッチ直交方向廻り）に回転可能に構成されていることが好ましい。この構成により、第１フライアイ部材８ａおよび第２フライアイ部材８ｂのうちの少なくとも一方をＹ方向廻りに回転させて、第１フライアイ部材８ａまたは第２フライアイ部材８ｂにおいてシリンドリカルレンズ群が製造誤差などによりＸ方向またはＺ方向に対して僅かに傾斜して形成されている場合にその補正のための光学調整を行うことができる。
【００７８】
また、本実施形態では、被照射面（マスク面またはウェハ面）の全体に亘って光束の開口数の一様性を確保するために、マイクロフライアイレンズ８が正弦条件を満たすことが望ましい。この場合、第２フライアイ部材８ｂの光源側の屈折面およびマスク側の屈折面のうちの少なくとも一方に低次の非球面に対応する低次の非円筒面を導入することにより（好ましくは第２フライアイ部材８ｂのマスク側の屈折面に低次の非球面に対応する低次の非円筒面を導入することにより）、マイクロフライアイレンズ８が正弦条件を満たすように設定することができる。ここで、低次の非球面とは、６次の非球面係数Ｃ６以下の非球面係数を含む非球面である。また、ここで、被照射面（マスク面またはウェハ面、或いはマスク共役面（レチクルブラインド面））の全体に亘って照度均一性を保ちながら光束の開口数の一様性を確保するために、マイクロフライアイレンズ８よりもマスク側に位置するコンデンサー光学系９も正弦条件を満たすことが好ましい。
【００７９】
さて、マイクロフライアイレンズ８を正弦条件から若干外すように構成して、マイクロフライアイレンズ８へ入射する光束の角度を傾ける（当該光束の光軸に対する角度を変更する）ことにより、被照射面での照度分布の傾斜成分（傾斜むら）を調整することが可能である。ここで、マイクロフライアイレンズ８が正弦条件から外れることに起因して発生する照度むらの回転対称成分（凹凸むら）は、上述の補正フィルター１５、１６を用いることにより補正することが可能である。なお、この場合も、マイクロフライアイレンズ８よりも被照射面側に位置するコンデンサー光学系９が正弦条件を満たすことが好ましい。
【００８０】
マイクロフライアイレンズ８へ入射する光束の角度を調整する構成としては、たとえばマイクロフライアイレンズ８よりも光源側に位置する光路折り曲げミラーが存在する場合は、この光路折り曲げミラーの設置角度を調整する構成、ズームレンズ７よりも光源側の光路（好ましくはズームレンズ７と回折光学素子６との間の光路）に光軸直交方向を回転軸として回転可能に設けられた平行平面板を設け、この平行平面板を回転軸を中心として傾ける構成、マイクロフライアイレンズ８の上流（好ましくはズームレンズ７とマイクロフライアイレンズ８との間）の光路に光軸に沿った方向に回転軸を持つ１対のクサビプリズムを設け、１対のクサビプリズムの相対的な角度を変更して全体の偏角を調整する構成、ズームレンズ７中の一部のレンズを光軸を横切る方向（典型的には光軸直交方向）へ移動させる構成などを用いることができる。このように、第１フライアイ部材８ａの移動、第２フライアイ部材８ｂの移動、マイクロフライアイレンズ８への光束の入射角の変更などの手法により、被照射面上での照度むらを連続的に変更することが可能となる。
【００８１】
上述の各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、上述の各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７のフローチャートを参照して説明する。
【００８２】
先ず、図７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ｌ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、上述の各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。
【００８３】
また、上述の各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８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８において、パターン形成工程４０１では、上述の各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。
【００８４】
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。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。
【００８５】
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。
【００８６】
なお、上述の実施形態では、最小ピッチｐ１が２ｍｍ以下のマイクロフライアイレンズ８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、最小ピッチｐ１が２ｍｍを超える通常のフライアイレンズに対しても本発明を適用することができる。ただし、この場合には、必要に応じて、フライアイレンズの射出面の近傍に光束を制限するための開口絞り（様々な輪帯開口絞り、４極開口絞り、円形開口絞り、虹彩絞りなど）を設置することになる。
【００８７】
また、上述の実施形態に限定されることなく、たとえば特開２００２−７５８３５号公報に開示された照明光学装置のフライアイレンズ８に代えて本実施形態のマイクロフライアイレンズ８を適用することもできる。また、たとえば特開２００１−１７６７６６号公報に開示された照明光学装置のフライアイレンズ８に代えて本実施形態のマイクロフライアイレンズ８を適用することもできる。さらに、たとえば欧州特許公開第１０１４１９６号公報において第４３図を参照して開示された照明光学装置のフライアイレンズ１００８に代えて本実施形態のマイクロフライアイレンズ８を適用することもできる。
【００８８】
さらに、上述の実施形態においては、導光光学系としてのコンデンサー光学系９によって二次光源からの光を集光して重畳的にマスクＭを照明している。しかしながら、これに限定されることなく、コンデンサー光学系９とマスクＭとの間の光路中に、照明視野絞り（マスクブラインド）と、この照明視野絞りの像をマスクＭ上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、コンデンサー光学系９は、二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部（光透過部）の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００８９】
また、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザー光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定させることなく、たとえば２５０ｎｍ以下の波長を有する露光光に対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【００９０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、照明瞳面に二次光源を形成するためのオプティカルインテグレータとして、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マイクロフライアイレンズを用いている。その結果、各屈折面が二次元的な曲面状（球面状）に形成される通常のフライアイレンズとは異なり、各屈折面が一次元的な曲面状（円筒面状）に形成されるので加工が容易であり、ひいては製造コストを低減することができる。
【００９１】
また、本発明では、光源とマイクロフライアイレンズとの間の光路中にオプティカルインテグレータが配置されているので、マイクロフライアイレンズの後側焦点面に形成される多数光源（二次光源）を構成する各光源が拡大されて光源同士の間隔が狭められる。その結果、本発明では、照明瞳面に形成される二次光源を構成する多数光源の充填度を向上させて、良好な結像性能の下で良好な投影露光を行うことにより良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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２】図１の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３】図１のマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。
【図４】図１のマイクロフライアイレンズに対して一対の補正フィルターを設けた様子を示す図である。
【図５】第１補正フィルターの構成および配置を概略的に示す図である。
【図６】第２補正フィルターの構成および配置を概略的に示す図である。
【図７】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８】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】
１　光源
４　回折光学素子（オプティカルインテグレータ）
５　アフォーカルズームレンズ
６、６０，６１　回折光学素子
７　ズームレンズ
８　マイクロフライアイレンズ（フライアイレンズ）
９　コンデンサー光学系
１１，１２　シリンドリカルレンズ群
１３，１４　マーク
１５，１６　補正フィルター
Ｍ　マスク
ＰＬ　投影光学系
Ｗ　ウェハ
２０　入力手段
２１　制御系
２２〜２５　駆動系
【図１】
2004056103.tif 000003
【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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