(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
前記光源からの光束を分割するための分割素子と、
前記分割素子を介して分割された第１光束を導くための第１光学系と、
前記分割素子を介して分割された前記第１光束とは異なる第２光束を導くための、前記第１光学系とは独立した第２光学系と、
前記光源と前記分割素子との間の光路中に配置されて、前記分割素子の近傍での照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段と、を備え、
前記照度均一化手段は、前記光源からの光束を二次元的に分割する複数のレンズエレメントと、該複数のレンズエレメントからの光束を前記分割素子の近傍へ導くためのコンデンサーレンズとを備え、
前記第１光学系および前記第２光学系からの第１および第２光束を前記被照射面へ導くことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記第１光学系は、入射する光束を照明瞳面上の第１領域に対応する光束に変換するための第１光束変換素子を備え、
前記第２光学系は、入射する光束を前記照明瞳面上の第２領域に対応する光束に変換するための第２光束変換素子を備えてい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】
照明瞳面上の第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、
前記照明瞳形成手段は、
前記分割素子と、
前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の第１領域へ導くための前記第１光学系と、
前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第１光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第２領域へ導くための前記第２光学系と、
前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸とを合成するための合成素子とを備えてい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】
前記分割素子は、前記光源からの光束を波面分割して前記第１光学系および前記第２光学系へ導くことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項５】
光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
照明瞳面上の第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
照度均一化手段とを備え、
前記照明瞳形成手段は、
前記光源と前記照明瞳面との間の光路中に配置された分割素子と、
前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の第１領域へ導くための第１光学系と、
前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第１光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第２領域へ導くための第２光学系と、
前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸とを合成するための合成素子とを備え、
前記第１光学系は、入射する光束を前記第１領域に対応する光束に変換するための第１光束変換素子を備え、
前記第２光学系は、入射する光束を前記第２領域に対応する光束に変換するための第２光束変換素子を備え、
前記合成素子は、前記第２光学系の光軸上に配置され、
前記照度均一化手段は、前記光源と前記分割素子との間の光路中に配置されて、前記分割素子の近傍での照度分布をほぼ均一化することを特徴とする照明光学装置。
【請求項６】
前記照明瞳形成手段は、前記分割素子を介して分割された光束を前記第１光学系および前記第２光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第３領域へ導くための第３光学系をさらに備え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】
光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
照明瞳面上の第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第１領域の形状と前記第２領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、前記第１領域を通過する光束の偏光状態と前記第２領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段とを備え、
前記照明瞳形成手段は、前記光源からの光束を分割するための分割素子と、前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の前記第１領域へ導くための第１光学系と、前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第１光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の前記第２領域へ導くための第２光学系と、前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸とを合成するための合成素子とを有し、
前記光源と前記分割素子との間の光路中に配置されて、前記分割素子の近傍での照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段をさらに備え、
前記照度均一化手段は、前記光源からの光束を二次元的に分割する複数のレンズエレメントと、該複数のレンズエレメントからの光束を前記分割素子の近傍へ導くためのコンデンサーレンズとを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項８】
前記分割素子は、前記光源からの光束を波面分割して前記第１光学系および前記第２光学系へ導くことを特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記照明瞳制御手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第１領域に対応する光束に変換するための第１光束変換素子と、前記第２光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第２領域に対応する光束に変換するための第２光束変換素子と、前記第１光束変換素子からの光束および前記第２光束変換素子からの光束に基づいて前記照明瞳面に前記照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータとを有することを特徴とする請求項７または８に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記照明瞳制御手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて前記第１領域の形状を変更するための第１形状変更手段と、前記第２光学系の光路中に配置されて前記第２領域の形状を変更するための第２形状変更手段とを有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記第１形状変更手段は、前記第１光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第１アキシコン系を有し、
前記第２形状変更手段は、前記第２光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第２アキシコン系を有し、
前記第１アキシコン系および前記第２アキシコン系は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとをそれぞれ有し、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記第１形状変更手段は、前記第１光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第１変倍光学系を有し、
前記第２形状変更手段は、前記第２光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第２変倍光学系を有することを特徴とする請求項１１に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記照明瞳制御手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて前記第１領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第１偏光状態変更手段と、前記第２光学系の光路中に配置されて前記第２領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第２偏光状態変更手段とを有することを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記第１偏光状態変更手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第１位相部材を有し、
前記第２偏光状態変更手段は、前記第２光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第２位相部材を有することを特徴とする請求項１３に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記第１偏光状態変更手段は、前記第１光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第１偏光解消素子を有し、
前記第２偏光状態変更手段は、前記第２光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第２偏光解消素子を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記照明瞳形成手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第１領域に対応する光束に変換するための第１光束変換素子と、前記第２光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第２領域に対応する光束に変換するための第２光束変換素子とを備え、
前記第１偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第１光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第１位相部材と、前記分割素子と前記第１光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第１偏光解消素子とを備え、
前記第２偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第２光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第２位相部材と、前記分割素子と前記第１光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第２偏光解消素子とを備えていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記照明瞳制御手段は、前記第１領域を通過する光束の光強度を変更するための第１光強度変更手段と、前記第２領域を通過する光束の光強度を変更するための第２光強度変更手段とを有することを特徴とする請求項７乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１８】
前記第１光強度変更手段は前記第１光学系の光路中に配置され、前記第２光強度変更手段は前記第２光学系の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の照明光学装置。
【請求項１９】
前記第１光強度変更手段は前記第１光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも１つの減光手段を有し、前記第２光強度変更手段は前記第２光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも１つの減光手段を有することを特徴とする請求項１８に記載の照明光学装置。
【請求項２０】
前記第１光束変換素子および前記第２光束変換素子は光路に対してそれぞれ交換可能に構成されていることを特徴とする請求項７乃至１９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２１】
前記第１領域は前記照明瞳面上において光軸を含む領域であり、前記第２領域は前記照明瞳面上において前記光軸から離れた領域であることを特徴とする請求項５乃至２０のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２２】
前記第２領域は輪帯状または複数極状であることを特徴とする請求項２１に記載の照明光学装置。
【請求項２３】
前記オプティカルインテグレータからの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項９乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２４】
前記照明瞳形成手段は、前記分割素子を介して分割された光束を前記第１光学系および前記第２光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第３領域へ導くための第３光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項５乃至２３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２５】
前記第１光学系へ導かれる光束の光量と前記第２光学系へ導かれる光束の光量との比を変更する光量分割比変更手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２６】
前記第１光学系は前記第１光学系へ導かれる光束の光量を検出する第１光量検出部を備え、前記第２光学系は前記第２光学系へ導かれる光束の光量を検出する第２光量検出部を備えていることを特徴とする請求項２５に記載の照明光学装置。
【請求項２７】
前記光量分割比変更手段は前記第１および第２光量検出部からの出力に応じて制御されることを特徴とする請求項２６に記載の照明光学装置。
【請求項２８】
マスクを照明するための請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項２９】
前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
【請求項３０】
請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、
前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項３１】
前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、
前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることを特徴とする請求項３０に記載の露光方法。
【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ものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（またはマイクロフライアイレンズ）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（一般には照明瞳面に形成される所定の光強度分布）を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
そこで、フライアイレンズの後側焦点面に円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照明のコヒーレンシィσ（σ値＝開口絞り径／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）を変化させる技術が注目されている。また、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状や４極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような従来の露光装置では、マスクのパターン特性に応じて、円形状の二次光源に基づく通常の円形照明を行ったり、輪帯状や４極状の二次光源に基づく変形照明（輪帯照明や４極照明）を行ったりしている。しかしながら、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができなかった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば露光装置に搭載された場合に、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現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。
【０００７】
また、本発明は、たとえば様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することのできる照明光学装置を用いて、マスクのパターン特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
照明瞳面上の第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段と、
前記第１領域の形状と前記第２領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、前記第１領域を通過する光束の偏光状態と前記第２領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段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１形態の好ましい態様によれば、前記光源からの光束を分割するための分割素子と、前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の前記第１領域へ導くための第１光学系と、前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第１光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の前記第２領域へ導くための第２光学系とを備えている。この場合、前記光源と前記分割素子との間の光路中に配置されて、前記分割素子の近傍での照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段を備えていることが好ましい。また、前記分割素子は、前記光源からの光束を波面分割して前記第１光学系および前記第２光学系へ導くことが好ましい。
【００１０】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第１領域に対応する光束に変換するための第１光束変換素子と、前記第２光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第２領域に対応する光束に変換するための第２光束変換素子と、前記第１光束変換素子からの光束および前記第２光束変換素子からの光束に基づいて前記照明瞳面に前記照明瞳分布を形成するためのオプティカルインテグレータとを有する。また、前記照明瞳制御手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて前記第１領域の形状を変更するための第１形状変更手段と、前記第２光学系の光路中に配置されて前記第２領域の形状を変更するための第２形状変更手段とを有することが好ましい。
【００１１】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１形状変更手段は、前記第１光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第１アキシコン系を有し、前記第２形状変更手段は、前記第２光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第２アキシコン系を有し、前記第１アキシコン系および前記第２アキシコン系は、凹状断面の屈折面を有する第１プリズムと、該第１プリズムの前記凹状断面の屈折面とほぼ相補的に形成された凸状断面の屈折面を有する第２プリズムとをそれぞれ有し、前記第１プリズムと前記第２プリズムとの間隔は可変に構成されている。この場合、前記第１形状変更手段は、前記第１光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第１変倍光学系を有し、前記第２形状変更手段は、前記第２光束変換素子と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置された第２変倍光学系を有することが好ましい。
【００１２】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳制御手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて前記第１領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第１偏光状態変更手段と、前記第２光学系の光路中に配置されて前記第２領域を通過する光束の偏光状態を変更するための第２偏光状態変更手段とを有する。この場合、前記第１偏光状態変更手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第１位相部材を有し、前記第２偏光状態変更手段は、前記第２光学系の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第２位相部材を有することが好ましい。また、前記第１偏光状態変更手段は、前記第１光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第１偏光解消素子を有し、前記第２偏光状態変更手段は、前記第２光学系の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第２偏光解消素子を有することが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記第１光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第１領域に対応する光束に変換するための第１光束変換素子と、前記第２光学系の光路中に配置されて入射する光束を前記第２領域に対応する光束に変換するための第２光束変換素子とを備え、前記第１偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第１光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第１位相部材と、前記分割素子と前記第１光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第１偏光解消素子とを備え、前記第２偏光状態変更手段は、前記分割素子と前記第２光束変換素子との間の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第２位相部材と、前記分割素子と前記第１光束変換素子との間の前記光路中に挿脱自在に配置されて入射する光を必要に応じて非偏光化するための第２偏光解消素子とを備えている。
【００１４】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳制御手段は、前記第１領域を通過する光束の光強度を変更するための第１光強度変更手段と、前記第２領域を通過する光束の光強度を変更するための第２光強度変更手段とを有する。この場合、前記第１光強度変更手段は前記第１光学系の光路中に配置され、前記第２光強度変更手段は前記第２光学系の光路中に配置されていることが好ましい。また、この場合、前記第１光強度変更手段は前記第１光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも１つの減光手段を有し、前記第２光強度変更手段は前記第２光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも１つの減光手段を有することが好ましい。
【００１５】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１光束変換素子および前記第２光束変換素子は光路に対してそれぞれ交換可能に構成されている。また、前記第１領域は前記照明瞳面上において光軸を含む領域であり、前記第２領域は前記照明瞳面上において前記光軸から離れた領域であることが好ましい。この場合、前記第２領域は輪帯状または複数極状であることが好ましい。また、前記オプティカルインテグレータからの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系をさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２形態では、光源からの光束で被照射面を照明する照明光学装置において、
照明瞳面上の第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布を形成するための照明瞳形成手段を備え、
前記照明瞳形成手段は、
前記光源と前記照明瞳面との間の光路中に配置された分割素子と、
前記分割素子を介して分割された一方の光束を前記照明瞳面上の第１領域へ導くための第１光学系と、
前記分割素子を介して分割された他方の光束を前記第１光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第２領域へ導くための第２光学系と、
前記分割素子と前記照明瞳面との間の光路中に配置されて、前記第１光学系の光軸と前記第２光学系の光軸とを合成するための合成素子とを備え、
前記第１光学系は、入射する光束を前記第１領域に対応する光束に変換するための第１光束変換素子を備え、
前記第２光学系は、入射する光束を前記第２領域に対応する光束に変換するための第２光束変換素子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。
【００１７】
第２形態の好ましい態様によれば、前記照明瞳形成手段は、前記分割素子を介して分割された光束を前記第１光学系および前記第２光学系とは異なる光路に沿って前記照明瞳面上の第３領域へ導くための第３光学系をさらに備えている。
【００１８】
本発明の第３形態では、マスクを照明するための第１形態または第２形態の照明光学装置を備え、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光することを特徴とする露光装置を提供する。この場合、前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備え、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされていることが好ましい。
【００１９】
本発明の第４形態では、第１形態または第２形態の照明光学装置を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。この場合、前記露光工程は、投影光学系を用いて前記マスクのパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影工程を含み、前記照明光学装置の瞳面は、前記投影光学系の瞳位置とほぼ共役に位置決めされることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の照明光学装置では、たとえば回折光学素子のような光束変換素子やマイクロフライアイレンズのようなオプティカルインテグレータなどの作用により、照明瞳面上の第１領域に位置する光強度分布と第２領域に位置する光強度分布とを有する照明瞳分布、たとえば５極状の二次光源を形成する。そして、たとえばアキシコン系や変倍光学系などの作用により、第１領域の形状と第２領域の形状とを互いに独立に変更する制御を行う。また、たとえば１／２波長板のような位相部材やデポラライザ（偏光解消素子）などの作用により、第１領域を通過する光束の偏光状態と第２領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御を行う。
【００２１】
したがって、たとえば露光装置に本発明の照明光学装置を搭載した場合、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本発明の照明光学装置を用いる露光装置および露光方法では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することができるので、マスクのパターン特性に応じて実現され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、ひいては高いスループットで良好なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。また、図２は、図１における制御ユニットの内部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Ｗの面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００２３】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源や１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。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、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。
【００２４】
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。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、ミラー３で＋Ｙ方向に偏向された後、制御ユニット５へ導かれる。なお、ミラー３は、ミラー駆動部４の作用により光軸ＡＸに対して傾動可能に構成されている。ミラー駆動部４は、後述する検出器１９ａおよび１９ｂからの信号に基づいて、ミラー３の傾動を制御する。
【００２５】
図２を参照すると、本実施形態の制御ユニット５へ導かれた光束は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正レンズエレメントからなるフライアイレンズ１１に入射する。フライアイレンズ１１に入射した光束は、多数のレンズエレメント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に多数の光源を形成する。フライアイレンズ１１の後側焦点面またはその近傍に形成された多数光源からの光束は、コンデンサーレンズ１２を介して集光された後、その後側焦点位置またはその近傍にほぼ均一な照度分布を有する照野を形成する。
【００２６】
コンデンサーレンズ１２の後側焦点位置またはその近傍には、分割素子としての直角プリズム１３が配置されている。したがって、コンデンサーレンズ１２を介して直角プリズム１３に入射した光束のうち、その第１反射面１３ａに入射した光束は−Ｚ方向に反射されて第１光学系へ導かれ、その第２反射面１３ｂに入射した光束は＋Ｚ方向に反射されて第２光学系へ導かれる。第１光学系と第２光学系とは基本的に同じ構成を有するが、後述する回折光学素子２０の特性だけが互いに相違している。
【００２７】
そこで、図２において、第１光学系を構成する要素には参照番号に符号「ａ」を添付し、第２光学系を構成する対応要素には同じ参照番号に符号「ｂ」を添付している。以下、第１光学系および第２光学系の構成および作用の説明に際して、第２光学系の対応する参照符号などを括弧内に記している。第１光学系（第２光学系）へ導かれた光束は、リレーレンズ１４ａ（１４ｂ）を介して、ビームスプリッター１５ａ（１５ｂ）に入射する。ビームスプリッター１５ａ（１５ｂ）で＋Ｙ方向に反射された大部分の光束は、リレーレンズ１６ａ（１６ｂ）を介して、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）に入射する。
【００２８】
偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）は、光源側から順に、光路に対して挿脱可能に構成された１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）と、光路に対して挿脱可能に構成された１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）と、光路に対して挿脱可能に構成されたデポラライザ（非偏光化素子）１７ａｃ（１７ｂｃ）とにより構成されている。なお、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）の詳細な構成および作用については後述する。
【００２９】
一方、ビームスプリッター１５ａ（１５ｂ）を透過した光束は、リレーレンズ１８ａ（１８ｂ）を介して検出器１９ａ（１９ｂ）に達する。ここで、コンデンサーレンズ１２の後側焦点位置と検出器１９ａ（１９ｂ）の検出面とは、リレーレンズ１４ａ（１４ｂ）およびリレーレンズ１８ａ（１８ｂ）を介して、光学的にほぼ共役に配置されている。こうして、リレーレンズ１８ａ（１８ｂ）および検出器１９ａ（１９ｂ）は、第１光学系（第２光学系）へ導かれた光束の光量（光強度）を検出し、ひいては直角プリズム１３における光量分割比を検出するための光量検出系を構成している。
【００３０】
検出器１９ａ（１９ｂ）の出力信号は、ミラー駆動部４に供給される。ミラー駆動部４は、上述したように、検出器１９ａおよび１９ｂからの信号に基づいてミラー３を所定角度だけ傾動させ、直角プリズム１３の近傍に形成される照野を光軸直交方向（Ｚ方向に）に平行移動させる。換言すると、ミラー駆動部４からの指令に基づくミラー３の傾動により、直角プリズム１３における光量分割比が変化し、ひいては第１光学系へ導かれる光束の光量（光強度）と第２光学系へ導かれる光束の光量（光強度）との比が変化する。
【００３１】
偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）を通過した光束は、回折光学素子２０ａ（２０ｂ）を介して、アフォーカルレンズ２１ａ（２１ｂ）に入射する。ここで、直角プリズム１３の反射面１３ａ（１３ｂ）と回折光学素子２０ａ（２０ｂ）とは、リレーレンズ１４ａ（１４ｂ）およびリレーレンズ１６ａ（１６ｂ）を介して、光学的にほぼ共役に配置されている。また、アフォーカルレンズ２１ａ（２１ｂ）は、その前側焦点位置と回折光学素子２０ａ（２０ｂ）の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面２２ａ（２２ｂ）の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。
【００３２】
一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、第１光学系の光路中に配置された第１回折光学素子２０ａ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。一方、第２光学系の光路中に配置された第２回折光学素子２０ｂ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４極状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００３３】
したがって、光束変換素子としての回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ２１ａ（２１ｂ）の瞳面またはその近傍に円形状（４極状）の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ２１ａ（２１ｂ）から射出される。なお、アフォーカルレンズ２１ａ（２１ｂ）の前側レンズ群２１ａａ（２１ｂａ）と後側レンズ群２１ａｂ（２１ｂｂ）との間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）が配置されているが、その詳細な構成および作用については後述する。
【００３４】
以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）の作用を無視して、基本的な構成および作用を説明する。アフォーカルレンズ２１ａ（２１ｂ）を介した光束は、σ値可変用のズームレンズ２４ａ（２４ｂ）およびリレーレンズ２５ａ（２５ｂ）を介して、第１光学系（第２光学系）から射出される。第１光学系および第２光学系からそれぞれ射出された光束は、集光光学系２６を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）６に入射する。
【００３５】
なお、制御ユニット５において、フライアイレンズ１１の入射面と、直角プリズム１３の反射面１３ａ（１３ｂ）と、検出器１９ａ（１９ｂ）の検出面と、回折光学素子２０ａ（２０ｂ）と、所定面２２ａ（２２ｂ）と、リレーレンズ２５ａ（２５ｂ）の後側焦点面（あるいは集光光学系２６の前側焦点面）とが光学的にほぼ共役になっている。また、フライアイレンズ１１の後側焦点面（あるいは射出面）と、ビームスプリッター１５ａ（１５ｂ）と、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）と、ズームレンズ２４ａ（２４ｂ）の後側焦点面（あるいはリレーレンズ２５ａ（２５ｂ）の前側焦点面）とが光学的にほぼ共役になっている。
【００３６】
マイクロフライアイレンズ６は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。ここで、マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。
【００３７】
しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、所定面２２ａ（２２ｂ）の位置はズームレンズ２４ａ（２４ｂ）の前側焦点位置またはその近傍に配置され、ズームレンズ２４ａ（２４ｂ）の後側焦点位置とリレーレンズ２５ａ（２５ｂ）の前側焦点位置とはほぼ一致している。さらに、リレーレンズ２５ａ（２５ｂ）の後側焦点位置は集光光学系２６の前側焦点面またはその近傍に配置され、集光光学系２６の後側焦点位置またはその近傍にマイクロフライアイレンズ６の入射面が配置されている。
【００３８】
換言すると、ズームレンズ２４ａ（２４ｂ）とリレーレンズ２５ａ（２５ｂ）と集光光学系２６とは、所定面２２ａ（２２ｂ）とマイクロフライアイレンズ６の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ２１ａ（２１ｂ）の瞳面とマイクロフライアイレンズ６の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ６の入射面上には、第１光学系中の第１アフォーカルレンズ２１ａの瞳面またはその近傍に形成される円形状の光強度分布と、第２光学系中の第２アフォーカルレンズ２１ｂの瞳面またはその近傍に形成される４極状の光強度分布との合成からなる５極状の照野が形成される。この５極状の照野の全体形状は、ズームレンズ２４ａ（２４ｂ）の焦点距離に依存して相似的に変化する。
【００３９】
マイクロフライアイレンズ６を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。マイクロフライアイレンズ６に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍に（ひいては照明瞳面に）、マイクロフライアイレンズ６の入射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、すなわち図３に示すように例えば光軸ＡＸを中心とした円形状の実質的な面光源４０ａと、例えば光軸ＡＸに関して対称的に配置された４つの円弧状の実質的な面光源４０ｂ１〜４０ｂ４とからなる５極状の二次光源４０が形成される。
【００４０】
マイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍に形成された５極状の二次光源（照明瞳分布）からの光束は、ビームスプリッター７ａおよびコンデンサー光学系８を介した後、マスクブラインド９を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ６を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。なお、ビームスプリッター７ａを内蔵する偏光モニター７の内部構成および作用については後述する。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０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。
【００４１】
すなわち、結像光学系１０は、マスクブラインド９の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。マスクステージＭＳにより保持されたマスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳにより保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。ここで、マイクロフライアイレンズ６の後側焦点面またはその近傍の照明瞳面は、投影光学系ＰＬの瞳位置とほぼ共役に位置決めされている。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。
【００４２】
なお、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）において、１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）は、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する。また、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）は、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて、入射する直線偏光の偏光面を変化させる。また、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）は、相補的な形状を有する楔形状の水晶プリズムと楔形状の石英プリズムとにより構成されている。水晶プリズムと石英プリズムとは、一体的なプリズム組立体として、照明光路に対して挿脱自在に構成されている。
【００４３】
光源１としてＫｒＦエキシマレーザ光源やＡｒＦエキシマレーザ光源を用いる場合、これらの光源から射出される光は典型的には９５％以上の偏光度を有し、１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）にはほぼ直線偏光の光が入射する。しかしながら、光源１と偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）との間の光路中に裏面反射鏡としての直角プリズムが介在する場合、入射する直線偏光の偏光面がＰ偏光面またはＳ偏光面に一致していないと、直角プリズムでの全反射により直線偏光が楕円偏光に変わる。
【００４４】
偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）では、たとえば直角プリズムでの全反射に起因して楕円偏光の光が入射しても、１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）の作用により変換された直線偏光の光が１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射する。１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。
【００４５】
また、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射した直線偏光の光は偏光面が９０度だけ変化した直線偏光の光に変換される。さらに、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）の水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は非偏光状態の光に変換（非偏光化）される。
【００４６】
偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）では、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）が照明光路中に位置決めされたときに水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように構成されている。ちなみに、水晶プリズムの結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定された場合、水晶プリズムに入射した直線偏光の光は偏光面が変化することなくそのまま通過する。また、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸が入射する直線偏光の偏光面に対して２２．５度の角度をなすように設定された場合、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射した直線偏光の光は、偏光面が変化することなくそのまま通過する直線偏光成分と偏光面が９０度だけ変化した直線偏光成分とを含む非偏光状態の光に変換される。
【００４７】
偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）では、上述したように、直線偏光の光が１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射するが、以下の説明を簡単にするために、図２においてＺ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｚ方向偏光」と称する）の光が１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射するものとする。デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）を照明光路中に位置決めした場合、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面（偏光方向）に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過してデポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）の水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＺ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換される。
【００４８】
水晶プリズムを介して非偏光化された光は、光の進行方向を補償するためのコンペンセータとしての石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射する。一方、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化し、図２においてＸ方向に偏光方向（電場の方向）を有する直線偏光（以下、「Ｘ方向偏光」と称する）の光になってデポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）の水晶プリズムに入射する。水晶プリズムの結晶光学軸は入射するＸ方向偏光の偏光面に対しても４５度の角度をなすように設定されているので、水晶プリズムに入射したＸ方向偏光の光は非偏光状態の光に変換され、石英プリズムを介して、非偏光状態で回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射する。
【００４９】
これに対し、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）を照明光路から退避させた場合、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射したＺ方向偏光の光は偏光面が変化することなくＺ方向偏光のまま通過し、Ｚ方向偏光状態で回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射する。一方、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度の角度をなすように設定すると、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）に入射したＺ方向偏光の光は偏光面が９０度だけ変化してＸ方向偏光の光になり、Ｘ方向偏光状態で回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射する。
【００５０】
以上のように、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）では、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）を照明光路中に挿入して位置決めすることにより、非偏光状態の光を回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射させることができる。また、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して０度または９０度の角度をなすように設定することにより、Ｚ方向偏光状態の光を回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射させることができる。さらに、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）を照明光路から退避させ且つ１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の結晶光学軸を入射するＺ方向偏光の偏光面に対して４５度をなすように設定することにより、Ｘ方向偏光状態の光を回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射させることができる。
【００５１】
換言すれば、１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）と１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）とデポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）とからなる偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）の作用により、回折光学素子２０ａ（２０ｂ）への入射光の偏光状態を、ひいては二次光源４０の円形状の面光源４０ａ（４極状の面光源４０ｂ１〜４０ｂ４）を通過する光の偏光状態を、直線偏光状態と非偏光状態との間で切り換えることができ、直線偏光状態の場合には互いに直交する偏光状態間（Ｚ方向偏光とＸ方向偏光との間）で切り換えることができる。
【００５２】
また、一般的には、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）の作用により、回折光学素子２０ａ（２０ｂ）への入射光の偏光状態を、任意方向に偏光方向を有する直線偏光状態に設定することもできる。さらに、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）では、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）およびデポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）をともに照明光路から退避させ、且つ１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）の結晶光学軸を入射する楕円偏光に対して所定の角度をなすように設定することにより、円偏光状態の光を回折光学素子２０ａ（２０ｂ）に入射させることができる。
【００５３】
次に、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）は、光源側から順に、光源側（光入射側）に平面を向け且つマスク側（光射出側）に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材２３ａａ（２３ｂａ）と、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材２３ａｂ（２３ｂｂ）とから構成されている。そして、第１プリズム部材２３ａａ（２３ｂａ）の凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材２３ａｂ（２３ｂｂ）の凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材２３ａａ（２３ｂａ）および第２プリズム部材２３ａｂ（２３ｂｂ）のうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材２３ａａ（２３ｂａ）の凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材２３ａｂ（２３ｂｂ）の凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００５４】
ここで、第１プリズム部材２３ａａ（２３ｂａ）の凹円錐状屈折面と第２プリズム部材２３ａｂ（２３ｂｂ）の凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）は平行平面板として機能し、形成される二次光源４０を構成する円形状（４極状）の面光源４０ａ（４０ｂ）に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材２３ａａ（２３ｂａ）の凹円錐状屈折面と第２プリズム部材２３ａｂ（２３ｂｂ）の凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）の間隔の変化に伴って、所定面２２ａ（２２ｂ）への入射光束の角度は変化する。
【００５５】
図４は、二次光源を構成する４極状の面光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。図４を参照すると、第２光学系中の円錐アキシコン系２３ｂの間隔が零で且つズームレンズ２４ｂの焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい４極状の面光源４１ｂ１〜４１ｂ４が、円錐アキシコン系２３ｂの間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅（外接円の直径である外径と内接円の直径である内径との差の１／２：図中両方向矢印で示す）が変化することなく、その外径および内径がともに拡大された４極状の面光源４２ｂ１〜４２ｂ４に変化する。換言すると、円錐アキシコン系２３ｂの作用により、４極状の面光源の幅が変化することなく、その輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）がともに変化する。
【００５６】
一方、図示を省略するが、ズームレンズ２４ｂの標準状態で形成された４極状の面光源は、ズームレンズ２４ｂの焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された４極状の面光源に変化する。換言すると、ズームレンズ２４ｂの変倍作用により、４極状の面光源４０ｂ１〜４０ｂ４の全体が相似的に拡大または縮小され、その輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。同様に、第１光学系中のズームレンズ２４ａの変倍作用により、円形状の面光源４０ａが相似的に拡大または縮小される。なお、第１光学系中の円錐アキシコン系２３ａの作用により、必要に応じて円形状の面光源４０ａを輪帯状の面光源に変換し、その幅（外径と内径との差の１／２）を変化させることなく、その輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）をともに変化させることもできる。
【００５７】
図５は、５極状の二次光源に対する円錐アキシコン系とズームレンズとの協働作用を説明する図である。本実施形態では、第１光学系中のズームレンズ２４ａの変倍作用により、図５（ａ）に示すように円形状の面光源を比較的小さくしたり、図５（ｂ）に示すように円形状の面光源を比較的大きくしたりすることができる。また、第２光学系中の円錐アキシコン系２３ｂとズームレンズ２４ｂとの協働作用により、大きさ（外径）を一定に保ちつつ、図５（ａ）に示すように４極状の面光源の幅を比較的大きくしたり、図５（ｂ）に示すように４極状の面光源の幅を比較的小さくしたりすることができる。
【００５８】
すなわち、図５に示す例に限定されることなく、一般的に、第１光学系中のズームレンズ２４ａの変倍作用により、４極状の面光源とは独立して円形状の面光源を相似的に拡大または縮小することができる。また、第２光学系中の円錐アキシコン系２３ｂとズームレンズ２４ｂとの協働作用により、円形状の面光源とは独立して、４極状の面光源の幅、輪帯比（内径／外径）、大きさ（外径）などの形状パラメータを変化させることができる。さらに、必要に応じて、第１光学系中の円錐アキシコン系２３ａとズームレンズ２４ａとの協働作用により、円形状の面光源を輪帯状の面光源に変換し、その幅、輪帯比（内径／外径）、大きさ（外径）などの形状パラメータを変化させることができる。
【００５９】
図６は、図１の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。図６を参照すると、偏光モニター７は、マイクロフライアイレンズ６とコンデンサー光学系８との間の光路中に配置された第１ビームスプリッター７ａを備えている。第１ビームスプリッター７ａは、たとえば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板（すなわち素ガラス）の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。
【００６０】
第１ビームスプリッター７ａにより光路から取り出された光は、第２ビームスプリッター７ｂに入射する。第２ビームスプリッター７ｂは、第１ビームスプリッター７ａと同様に、例えば石英ガラスにより形成されたノンコートの平行平面板の形態を有し、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を発生させる機能を有する。そして、第１ビームスプリッター７ａに対するＰ偏光が第２ビームスプリッター７ｂに対するＳ偏光になり、且つ第１ビームスプリッター７ａに対するＳ偏光が第２ビームスプリッター７ｂに対するＰ偏光になるように設定されている。
【００６１】
また、第２ビームスプリッター７ｂを透過した光は第１光強度検出器７ｃにより検出され、第２ビームスプリッター７ｂで反射された光は第２光強度検出器７ｄにより検出される。第１光強度検出器７ｃおよび第２光強度検出器７ｄの出力は、それぞれ制御部（不図示）に供給される。制御部は、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）を構成する１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）およびデポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）を必要に応じて駆動する。
【００６２】
上述のように、第１ビームスプリッター７ａおよび第２ビームスプリッター７ｂにおいて、Ｐ偏光に対する反射率とＳ偏光に対する反射率とが実質的に異なっている。したがって、偏光モニター７では、第１ビームスプリッター７ａからの反射光が、例えば第１ビームスプリッター７ａへの入射光の１０％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター７ａに対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター７ｂに対するＰ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター７ａへの入射光の１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター７ａに対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター７ｂに対するＳ偏光成分）とを含むことになる。
【００６３】
また、第２ビームスプリッター７ｂからの反射光は、例えば第１ビームスプリッター７ａへの入射光の１０％×１％＝０．１％程度のＰ偏光成分（第１ビームスプリッター７ａに対するＰ偏光成分であって第２ビームスプリッター７ｂに対するＳ偏光成分）と、例えば第１ビームスプリッター７ａへの入射光の１％×１０％＝０．１％程度のＳ偏光成分（第１ビームスプリッター７ａに対するＳ偏光成分であって第２ビームスプリッター７ｂに対するＰ偏光成分）とを含むことになる。
【００６４】
こうして、偏光モニター７では、第１ビームスプリッター７ａが、その反射特性に応じて、入射光の偏光状態とは異なる偏光状態の反射光を光路から取り出す機能を有する。その結果、第２ビームスプリッター７ｂの偏光特性による偏光変動の影響を僅かに受けるものの、第１光強度検出器７ｃの出力（第２ビームスプリッター７ｂの透過光の強度に関する情報、すなわち第１ビームスプリッター７ａからの反射光とほぼ同じ偏光状態の光の強度に関する情報）に基づいて、第１ビームスプリッター７ａへの入射光の偏光状態（偏光度）を、ひいてはマスクＭやウェハＷへの照明光の偏光状態を検知することができる。
【００６５】
また、偏光モニター７では、第１ビームスプリッター７ａに対するＰ偏光が第２ビームスプリッター７ｂに対するＳ偏光になり且つ第１ビームスプリッター７ａに対するＳ偏光が第２ビームスプリッター７ｂに対するＰ偏光になるように設定されている。その結果、第２光強度検出器７ｄの出力（第１ビームスプリッター７ａおよび第２ビームスプリッター７ｂで順次反射された光の強度に関する情報）に基づいて、第１ビームスプリッター７ａへの入射光の偏光状態の変化の影響を実質的に受けることなく、第１ビームスプリッター７ａへの入射光の光量（強度）を、ひいてはマスクＭへの照明光の光量を検知することができる。
【００６６】
こうして、偏光モニター７を用いて、第１ビームスプリッター７ａへの入射光の偏光状態を検知し、ひいてはマスクＭへの照明光が所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態になっているか否かを判定することができる。そして、制御部が偏光モニター７の検知結果に基づいてマスクＭ（ひいてはウェハＷ）への照明光が所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態になっていないことを確認した場合、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）を構成する１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）およびデポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）を駆動調整し、マスクＭへの照明光の状態を所望の非偏光状態、直線偏光状態または円偏光状態に調整することができる。
【００６７】
本実施形態では、上述したように、直角プリズム１３が、光源１からの光束を波面分割して第１光学系（１４ａ〜２５ａ）および第２光学系（１４ｂ〜２５ｂ）へ導くための分割素子を構成している。また、光源１と直角プリズム１３との間の光路中には、直角プリズム１３の近傍に照度分布のほぼ均一な照野を形成するための手段、すなわち直角プリズム１３の近傍の照度分布をほぼ均一化するための照度均一化手段として、フライアイレンズ１１とコンデンサーレンズ１２とが配置されている。
【００６８】
こうして、直角プリズム１３により分割された一方の光束は、回折光学素子２０ａを含む第１光学系（１４ａ〜２５ａ）およびマイクロフライアイレンズ６を介して、二次光源４０の円形状の面光源（照明瞳面において光軸ＡＸを含む第１領域に位置する光強度分布）４０ａを形成する。一方、直角プリズム１３により分割された他方の光束は、第１光学系（１４ａ〜２５ａ）とは異なる光路に沿って、回折光学素子２０ｂを含む第２光学系（１４ｂ〜２５ｂ）およびマイクロフライアイレンズ６を介して、二次光源４０の４極状の面光源（照明瞳面において光軸ＡＸから離れた第２領域に位置する光強度分布）４０ｂを形成する。
【００６９】
ここで、回折光学素子２０ａ（２０ｂ）は、第１光学系（第２光学系）の光路中に配置されて入射する光束を第１領域の円形状の面光源４０ａ（第２領域の４極状の面光源４０ｂ）に対応する光束に変換するための第１光束変換素子（第２光束変換素子）を構成している。また、マイクロフライアイレンズ６は、第１光束変換素子としての回折光学素子２０ａからの光束および第２光束変換素子としての回折光学素子２０ｂからの光束に基づいて、その後側焦点面またはその近傍（すなわち照明瞳面）に二次光源（照明瞳分布）４０を形成するためのオプティカルインテグレータを構成している。
【００７０】
さらに、第１光束変換素子としての回折光学素子２０ａ、第２光束変換素子としての回折光学素子２０ｂ、およびオプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ６は、円形状の面光源（すなわち照明瞳面上の第１領域に位置する光強度分布）４０ａと、４極状の面光源（すなわち照明瞳面上の第２領域に位置する光強度分布）４０ｂとを有する二次光源（照明瞳分布）４０を形成するための照明瞳形成手段を構成している。また、コンデンサー光学系８および結像光学系１０は、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ６からの光束を被照射面であるマスクＭへ導くための導光光学系を構成している。
【００７１】
また、上述したように、第１アキシコン系としての円錐アキシコン系２３ａとズームレンズ（変倍光学系）２４ａとは、第１光学系（１４ａ〜２５ａ）の光路中に配置されて円形状の面光源（第１領域）４０ａの形状を変更するための第１形状変更手段を構成している。同様に、第２アキシコン系としての円錐アキシコン系２３ｂとズームレンズ（変倍光学系）２４ｂとは、第２光学系（１４ｂ〜２５ｂ）の光路中に配置されて４極状の面光源（第２領域）４０ｂの形状を変更するための第２形状変更手段を構成している。
【００７２】
さらに、上述したように、偏光状態変更部１７ａ（１７ｂ）において、１／２波長板１７ａｂ（１７ｂｂ）は、第１光学系（第２光学系）の光路中に配置されて入射する直線偏光の偏光方向を必要に応じて変化させるための第１位相部材（第２位相部材）を構成している。また、デポラライザ１７ａｃ（１７ｂｃ）は、第１光学系（第２光学系）の光路に対して挿脱自在に構成されて、入射する光を必要に応じて非偏光化するための第１偏光解消素子（第２偏光解消素子）を構成している。
【００７３】
また、１／４波長板１７ａａ（１７ｂａ）は、第１光学系（第２光学系）の光路中に配置されて入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換するための位相部材を構成している。こうして、偏光状態変更部１７ａは、第１光学系の光路中に配置されて第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の偏光状態を変更するための第１偏光状態変更手段を構成している。一方、偏光状態変更部１７ｂは、第２光学系の光路中に配置されて第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の偏光状態を変更するための第２偏光状態変更手段を構成している。
【００７４】
また、上述したように、ミラー３、ミラー駆動部４、フライアイレンズ１１、コンデンサーレンズ１２、および直角プリズム１３は、直角プリズム１３における光量分割比を変化させ、ひいては第１光学系へ導かれて第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の光強度（光量）と第２光学系へ導かれて第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の光強度（光量）との比を変更するための光強度比変更手段を構成している。
【００７５】
こうして、本実施形態では、円錐アキシコン系２３ａおよびズームレンズ２４ａを有する第１形状変更手段と、円錐アキシコン系２３ｂおよびズームレンズ２４ｂを有する第２形状変更手段との作用により、第１領域の円形状の面光源４０ａの形状と第２領域４極状の面光源４０ｂの形状とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。また、偏光状態変更部１７ａを有する第１偏光状態変更手段と、偏光状態変更部１７ｂを有する第２偏光状態変更手段との作用により、第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の偏光状態と第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。
【００７６】
換言すれば、第１形状変更手段と第２形状変更手段と第１偏光状態変更手段と第２偏光状態変更手段とは、第１領域の形状と第２領域の形状とを互いに独立に変更する制御と、第１領域を通過する光束の偏光状態と第２領域を通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御とを行うための照明瞳制御手段を構成している。さらに、本実施形態では、ミラー３、ミラー駆動部４、フライアイレンズ１１、コンデンサーレンズ１２、および直角プリズム１３を有する光強度比変更手段の作用により、第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の光強度と第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の光強度との比を変更する制御を行うことができる。
【００７７】
以上のように、本実施形態の照明光学装置（１〜１０）では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件、たとえば二次光源の形状や光強度や偏光状態などに関して多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本発明の露光装置では、様々な特性を有するマスクパターンを忠実に転写するために必要な適切な照明条件を実現することができるので、マスクのパターン特性に応じて実現され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る。
【００７８】
なお、上述の実施形態では、回折光学素子２０ａおよび２０ｂが光路に対して挿脱可能に構成され、且つ特性の異なる他の回折光学素子と交換可能に構成されている。したがって、第２光学系中の４極照明用の回折光学素子２０ｂに代えて、たとえば２極照明用（８極照明用）の回折光学素子を光路中に設定することによって、３極（９極）照明を行うことができる。また、第２光学系中の４極照明用の回折光学素子２０ｂに代えて、たとえば輪帯照明用の回折光学素子を光路中に設定することによって、変形輪帯照明を行うことができる。
【００７９】
また、第１光学系中の円形照明用の回折光学素子２０ａに代えて、たとえば４極照明用の回折光学素子２０ｂを光路中に設定することによって、８極照明を行うことができる。同様に、第１光学系中の円形照明用の回折光学素子２０ａや第２光学系中の４極照明用の回折光学素子２０ｂに代えて、適当な特性を有する回折光学素子を光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。さらに、４極照明用の回折光学素子２０ｂを光路から退避させて円形照明を行ったり、円形照明用の回折光学素子２０ａを光路から退避させて４極照明を行ったりすることもできる。
【００８０】
また、上述の実施形態では、直角プリズム１３により分割された一方の光束が第１光学系（１４ａ〜２５ａ）へ導かれ、直角プリズム１３により分割された他方の光束が第２光学系（１４ｂ〜２５ｂ）へ導かれている。しかしながら、これに限定されることなく、分割素子を介して分割された光束を第１光学系および第２光学系とは異なる光路に沿って第３光学系を介して照明瞳面上の第３領域へ導く構成も可能である。
たとえば、第１光学系（１４ａ〜２５ａ）によって照明瞳面上の第１領域内に、図３に示した面光源４０ａを形成し、第２光学系（１４ｂ〜２５ｂ）によって照明瞳面上の第２領域内に、図３に示した面光源４０ｂ１，４０ｂ４を形成し、これら第１光学系および第２光学系とは異なる第３光学系（不図示）によって照明瞳面上の第３領域内に、図３に示した面光源４０ｂ２，４０ｂ３を形成する構成として、面光源４０ａに達する光束の偏光状態を非偏光、Ｘ方向偏光またはＺ方向偏光に設定し、面光源４０ｂ１，４０ｂ４に達する光束の偏光状態を光軸を中心とした円の接線方向に偏光面を持つ直線偏光に設定し、面光源４０ｂ２，４０ｂ３に達する光束の偏光状態を光軸を中心とした円の接線方向に偏光面を持つ直線偏光（面光源４０ｂ１，４０ｂ４に達する光束の偏光方向とは直交する方向に偏光面を持つ直線偏光）に設定することもできる。
【００８１】
図７は、本実施形態の第１変形例にかかる制御ユニットの構成を概略的に示す図である。第１変形例の制御ユニット５０は、図２に示す実施形態の制御ユニット５と類似の構成を有する。しかしながら、第１変形例では、ズームレンズ２４ａおよび２４ｂとマイクロフライアイレンズ６との間の構成だけが、図２の実施形態と相違している。以下、図２の実施形態との相違点に着目して、第１変形例の制御ユニット５０の構成および作用を説明する。
【００８２】
図７を参照すると、第１変形例の制御ユニット５０では、ズームレンズ２４ａを介して第１光学系（１４ａ〜２４ａ）から射出された光束が、偏向部材としての直角プリズム（あるいは折り曲げミラー）２７により＋Ｚ方向に反射される。直角プリズム２７により＋Ｚ方向に反射された光束は、リレーレンズ系２８を介して、第２光学系の光軸上に配置された偏向部材としての直角プリズム（あるいは折り曲げミラー）２９に入射する。直角プリズム２９により＋Ｙ方向に反射された第１光学系からの光束は、リレーレンズ系３０を介して、マイクロフライアイレンズ６に達する。
【００８３】
一方、ズームレンズ２４ｂを介して第２光学系（１４ｂ〜２４ｂ）から射出された光束は、直角プリズム２９に遮られることなく、リレーレンズ系３０を介して、マイクロフライアイレンズ６に達する。なお、第１変形例では、円錐アキシコン系２３ａ（２３ｂ）と、直角プリズム２７の反射面と、直角プリズム２９の反射面と、マイクロフライアイレンズ６の入射面とが、光学的にほぼ共役になっている。また、所定面２２ａ（２２ｂ）と、リレーレンズ系２８の瞳面と、リレーレンズ系３０の瞳面と、マイクロフライアイレンズ６の後側焦点面（あるいは射出面）とが、光学的にほぼ共役になっている。
【００８４】
そして、直角プリズム２７と２９とは、分割素子である直角プリズム１３と照明瞳面であるマスクＭとの間の光路中に配置されて、第１光学系（１４ａ〜２４ａ）の光軸と前記第２光学系（１４ｂ〜２４ｂ）の光軸とを合成するための合成素子を構成している。第１変形例においても上述の実施形態と同様に、第１領域の円形状の面光源４０ａの形状と第２領域４極状の面光源４０ｂの形状とを互いに独立に変更する制御、第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の偏光状態と第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の偏光状態とを互いに独立に変更する制御、および第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の光強度と第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の光強度との比を変更する制御を行うことができる。
【００８５】
図８は、本実施形態の第２変形例にかかる制御ユニットの要部構成を概略的に示す図である。第２変形例の制御ユニット５１は、図２に示す実施形態の制御ユニット５および第１変形例の制御ユニット５０と類似の要部構成を有する。しかしながら、第２変形例では、ミラー３と偏光状態変更部１７ａおよび１７ｂとの間の構成が、図２の実施形態および第１変形例と相違している。以下、図２の実施形態および第１変形例との相違点に着目して、第２変形例の制御ユニット５１の構成および作用を説明する。
【００８６】
図８を参照すると、第２変形例の制御ユニット５１では、ミラー３により＋Ｙ方向に反射された光束が、ビームスプリッター３１に入射する。ビームスプリッター３１により−Ｚ方向に反射されて第１光学系へ導かれた光束は、折り曲げミラー３２により＋Ｙ方向に反射された後、少なくとも１つの減光フィルター３３ａを介して、偏光状態変更部１７ａに達する。一方、ビームスプリッター３１を透過して第２光学系へ導かれた光束は、少なくとも１つの減光フィルター３３ｂを介して、偏光状態変更部１７ｂに達する。偏光状態変更部１７ａおよび１７ｂよりも後側（マイクロフライアイレンズ６側）の構成は、図２の実施形態または第１変形例と同じである。
【００８７】
ここで、減光フィルター３３ａおよび減光フィルター３３ｂが光路に対して挿脱可能に構成され、且つ特性の異なる他の減光フィルターと交換可能に構成されている。すなわち、減光フィルター３３ａは、第１光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも１つの減光手段であって、第１光学系の光路中に配置されて第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の光強度を変更するための第１光強度変更手段を構成している。また、減光フィルター３３ｂは、第２光学系の光路に対して選択的に挿脱自在な少なくとも１つの減光手段であって、第２光学系の光路中に配置されて第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の光強度を変更するための第２光強度変更手段を構成している。
【００８８】
したがって、第２変形例では、ミラー３を傾動させるためのミラー駆動部４は不要である。そして、たとえばビームスプリッター３１における光量分割比を１：１に設定し、減光フィルター３３ａや減光フィルター３３ｂを特性の異なる他の減光フィルターと交換したり、減光フィルター３３ａや減光フィルター３３ｂを光路から退避させたりすることにより、図２の実施形態または第１変形例とは異なり、第１領域の円形状の面光源４０ａを通過する光束の光強度と第２領域の４極状の面光源４０ｂを通過する光束の光強度とを互いに独立に変更する制御を行うことができる。
【００８９】
上述の各実施形態または各変形例において、照度均一化手段としてのフライアイレンズ１１に替えて、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）にほぼ均一な光強度分布を形成する回折光学素子を適用してもよい。ここで、この回折光学素子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）は、照度均一化手段としてのコンデンサーレンズ１２の後側焦点位置またはその近傍にリレーされることになる。
【００９０】
また、上述の各実施形態または各変形例において、第１光学系（１４ａ〜２５ａ）および第２光学系（１４ｂ〜２５ｂ）中の回折光学素子２０ａ（２０ｂ）からズームレンズ２４ａ（２４ｂ）までの光学系を、たとえば特開２００１−１７６７６６号公報に開示される照明光学装置の回折光学素子５１からズームレンズ７までの光学系や、特開２００１−８５９２３号公報に開示される照明光学装置のマイクロレンズアレイ４からズームレンズ７までの光学系、特開２００２−２３１６１９号公報に開示される回折光学素子４からズームレンズ７までの光学系、特開２００３−１７８９５１号公報に開示される照明光学装置の回折光学素子４からズームレンズ７までの光学系、特開２００３−１７８９５２号公報に開示される照明光学装置の角度光束形成部２から変倍光学系４までの光学系などに置き換えることも可能である。
【００９１】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。
【００９２】
先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００９３】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１０のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１０において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００９４】
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。
【００９５】
セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００９６】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスクやウェハ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。
【００９７】
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、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報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。
【００９８】
なお、液体としては、露光光に対する透過性があってできるだけ屈折率が高く、投影光学系や基板表面に塗布されているフォトレジストに対して安定なものを用いることが好ましく、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光やＡｒＦエキシマレーザ光を露光光とする場合には、液体として純水、脱イオン水を用いることができる。また、露光光としてＦ2レーザ光を用いる場合は、液体としてはＦ2レーザ光を透過可能な例えばフッ素系オイルや過フッ化ポリエーテル（ＰＦＰＥ）等のフッ素系の液体を用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】図１における制御ユニットの内部構成を概略的に示す図である。
【図３】マイクロフライアイレンズの後側焦点面またはその近傍に形成される５極状の二次光源を概略的に示す図である。
【図４】二次光源を構成する４極状の面光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。
【図５】５極状の二次光源に対する円錐アキシコン系とズームレンズとの協働作用を説明する図である。
【図６】図１の偏光モニターの内部構成を概略的に示す斜視図である。
【図７】本実施形態の第１変形例にかかる制御ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図８】本実施形態の第２変形例にかかる制御ユニットの要部構成を概略的に示す図である。
【図９】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１０】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１００】
１  光源
５，５０，５１  制御ユニット
６  マイクロフライアイレンズ（フライアイレンズ）
７  偏光モニター
７ａ  ビームスプリッター
８  コンデンサー光学系
９  マスクブラインド
１０  結像光学系
１１  フライアイレンズ
１３  直角プリズム（分割素子）
１７  偏光状態変更部
１９  検出器
２０  回折光学素子（光束変換素子）
２１  アフォーカルレンズ
２３  円錐アキシコン系
２４  ズームレンズ
２６  集光光学系
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
0004693088.tif 000002
【図２】
0004693088.tif 000003
【図３】
0004693088.tif 000004
【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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