(57)【要約】【課題】  照度劣化によるスループットの低下を防止すると共に、変倍域を広げて高品位な露光を提供する照明装置及び当該照明装置を有する露光装置を提供する。【解決手段】  光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、光軸に沿って移動可能な移動群を持ち、前記光を前記被照明面へ導くと共に、所定面での照射領域を可変とする第１の光学系と、前記第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、前記第２の光学系は、前記第１の光学系の光路に配置された場合に、前記第１の光学系と共同して、前記所定面での照射領域を、前記第１の光学系のみにより照射される前記所定面での照射領域に対して、前記所定面での照度分布形状を維持しながら変化させることを特徴とする照明光学系を提供する。【選択図】          図２
2005115222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
光軸に沿って移動可能な移動群を持ち、前記光を前記被照明面へ導くと共に、所定面での照射領域を可変とする第１の光学系と、
前記第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、
前記第２の光学系は、前記第１の光学系の光路に配置された場合に、前記第１の光学系と共同して、前記所定面での照射領域を、前記第１の光学系のみにより照射される前記所定面での照射領域に対して、前記所定面での照度分布形状を維持しながら変化させることを特徴とする照明光学系。
【請求項２】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
前記光を前記被照明面へ導くと共に、所定面での照射領域を可変とする第１の光学系と、
該第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、
前記第２の光学系を前記光路内に配置した場合の、前記照射領域が可変である範囲と、前記第２の光学系を前記光路内に配置しなかった場合の、前記照射領域が可変である範囲とは異なることを特徴とする照明光学系。
【請求項３】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
光軸に沿って移動可能な移動群を持ち、前記光を前記被照明面へ導く第１の光学系と、
前記第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、
前記第２の光学系を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置と前記移動群との距離を長くすることが可能であることを特徴とする照明光学系。
【請求項４】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
光軸に沿って移動可能な移動群を持ち、前記光を前記被照明面へ導く第１の光学系と、
前記第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、
前記第２の光学系を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置を、前記移動群を跨いで移動させることが可能であることを特徴とする照明光学系。
【請求項５】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
光軸に沿って移動可能な第１の光学素子と、光路内に挿脱可能な第２の光学素子とを有し、
前記第２の光学素子を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置と前記第１の光学素子との距離を長くすることが可能であることを特徴とする照明光学系。
【請求項６】
光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、
光軸に沿って移動可能な第１の光学素子と、光路内に挿脱可能な第２の光学素子とを有し、
前記第２の光学素子を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置を前記第１の光学素子を跨いで移動させることが可能であることを特徴とする照明光学系。
【請求項７】
前記光源からの光を前記第１の光学系へと導くと共に、前記光源からの光で複数の光源を形成する第１の複数光源形成手段と、
前記所定面に入射面が配置され、前記第１の光学系からの光で複数の光源を形成する第２の複数光源形成手段とを有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項８】
前記第２の光学系は、前記光源からの光が集光する位置を、前記第１の光学系を構成する光学部材内に存在させずに前記光軸方向に移動させることが可能であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項９】
前記第２の光学系は、正のパワーを有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１０】
前記第１の光学系は、複数の移動群を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記第１の光学系は、前記移動群として、正のパワーを有する第１の移動群と、負のパワーを有する第２の移動群とを有し、
前記第１の移動群及び前記第２の移動群が前記光軸に沿って移動することで、前記照明範囲を変更する変倍光学系であることを特徴とする請求項１０記載の照明光学系。
【請求項１２】
前記第１の光学系は、前記光源側より順に、正のパワーを有する第１の固定群と、正のパワーを有する第１の移動群と、負のパワーを有する第２の移動群と、第２の固定群とを有し、
前記第２の光学系は、前記光源と前記第１の固定群との間の光路に挿脱可能であることを特徴とする請求項乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１３】
前記第２の固定群は、前記光源側より順に、負のパワーを有する光学素子群と、正のパワーを有する光学素子群を有し、
前記負のパワーを有する光学素子群は、前記光源側の面の曲率が、前記被照明面側の面の曲率よりも強く、且つ、前記光源側に凹面となる凹レンズを有することを特徴とする請求項１２記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記第２の光学系は、前記光源側より順に、正のパワーを有する光学素子群と、負のパワーを有する光学素子群とを有することを特徴とする請求項１２記載の照明光学系。
【請求項１５】
前記第１の光学系は、前記光源側から順に、正のパワーを有する第１の固定群と、正のパワーを有する第２の固定群と、正のパワーを有する第１の移動群と、負のパワーを有する第２の移動群と、第３の固定群とを有し、
前記第２の光学系は、前記第１の固定群と前記第２の固定群との間の光路に挿脱可能であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【請求項１６】
前記第３の固定群は、前記光源側より順に、負のパワーを有する光学素子群と、正のパワーを有する光学素子群とを有し、
前記負のパワーを有する光学素子群は、前記光源側の面の曲率が、前記被照明面側の面の曲率よりも強く、且つ、前記光源側に凹面となる凹レンズを有することを特徴とする請求項１５記載の照明光学系。
【請求項１７】
前記第２の光学系は、前記光源側より順に、負のパワーを有する光学素子群と、負のパワーを有する光学素子群とを有することを特徴とする請求項１５記載の照明光学系。
【請求項１８】
前記第２の光学系を前記光路内に配置しない場合の前記所定面での照射領域の大きさをＳ１、前記第２の光学系を前記光路内に配置しない場合の前記所定面での照射領域の大きさをＳ２とすると、Ｓ１＜Ｓ２の関係を満足することを特徴とする請求項１又は２記載の照明光学系。
【請求項１９】
レチクルを照明する請求項１乃至１８のうちいずれか一項記載の照明光学系と、
前記レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項２０】
光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、
前記レチクルのパターンを前記被処理体に投影する開口数０．８以上の投影光学系とを備え、
前記照明光学系は、前記投影光学系の開口数と前記照明光学系の開口数との比であるコヒーレンスファクターσ値を０．２以上１．０以下の間で可変とするσ可変光学系を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２１】
請求項１９又は２０記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有する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、一般には、照明装置に係り、特に、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィー工程に使用される露光装置において、パターンが描画されたレチクル（マスク）を照明する照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いてＬＳＩや超ＬＳＩなどの微細な半導体素子を製造する際に、レチクルに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。近年の半導体素子の実装密度の向上に伴い、パターンの更なる微細化が要求され、露光装置に対しても解像度の向上（微細化への対応）が望まれている。
【０００３】
露光装置の解像度を向上するために、投影光学系の開口数（ＮＡ）と照明光学系のＮＡを最適化することが一般的に行われている。具体的には、投影光学系のＮＡと照明光学系のＮＡとの比に相当するコヒーレンスファクターσ値を調整することによって、所定の回路パターンに対する解像度とコントラストとにおいて、最適なバランスが得られるような照明光学系が用いられている。かかる照明光学系は、典型的に、σ値を連続的に変更可能なσ連続可変光学系を有する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２１７０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２０は、σ可変光学系１０００の単純化された光路図である。σ可変光学系１０００は、断面形状が六角形の柱状ガラスＨＣＤの射出側から順に、開口絞り１０１０と、平行平板１０２０と、凸レンズ１１１０及び１１２０を有する第１レンズ群１１００と、凹レンズ１２１０を有する第２レンズ群１２００と、凸レンズ１３１０及び１３２０を有する第３レンズ群１３００と、凹レンズ１４１０と凸レンズ１４２０を有する第４レンズ群１４００とを有する。
【０００５】
σ可変光学系１０００は、第２レンズ群１２００の凹レンズ１２１０を光軸に沿って矢印Ａ方向に移動させると共に、第３レンズ群１３００の凸レンズ１３１０及び１３２０を一体として光軸に沿って矢印Ｂ方向に移動させることにより、照射範囲（照明領域）Ｌの大きさ、即ち、σ値を連続的に変更することができる。図２０（ａ）に照射範囲Ｌが最も小さい最小σ状態を、図２０（ｃ）に照射範囲Ｌが最も大きい最大σ状態を、図２０（ｃ）に照射範囲Ｌが最小σ状態と最大σ状態との間の中間状態を示している。
【０００６】
一方、図２０に示すような構成のσ可変光学系１０００では、光源からの照射光の集光位置である２次光源位置ＴＬＰから射出する光は、移動群である第２レンズ群１２００と第３レンズ群１３００との間に再集光位置ＡＣＰを有する。更に、再集光位置ＡＣＰは、図２０（ｃ）に示す最大σ状態において第２レンズ群１２００又は第３レンズ群１３００のレンズに最も近づくことになる。
【０００７】
再集光位置は、光エネルギー密度が高くなり、レンズを構成する光学材料の内部透過率の劣化やレンズ表面に施した反射防止膜の劣化の原因となる。つまり、再集光位置がレンズに近いとレンズがダメージを受けて照明光学系の照度劣化を招き、露光装置のスループットの低下を生じてしまう。
【０００８】
従って、図２０の照明光学系は、上述したように、再集光位置が移動群の間に存在するため、レンズへのダメージを考慮すると、σ可変光学系の高倍率側、即ち、大σ側の変倍域を広げられないという制約を内在しており、回路パターンによっては最適なσ値を得ることができず、所望の解像度を達成することができない場合がある。
【０００９】
そこで、本発明は、照度劣化によるスループットの低下を防止すると共に、変倍域を広げて高品位な露光を提供する照明装置及び当該照明装置を有する露光装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、光軸に沿って移動可能な移動群を持ち、前記光を前記被照明面へ導くと共に、所定面での照射領域を可変とする第１の光学系と、前記第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、前記第２の光学系は、前記第１の光学系の光路に配置された場合に、前記第１の光学系と共同して、前記所定面での照射領域を、前記第１の光学系のみにより照射される前記所定面での照射領域に対して、前記所定面での照度分布形状を維持しながら変化させることを特徴とする。
【００１１】
本発明の別の側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、前記光を前記被照明面へ導くと共に、所定面での照射領域を可変とする第１の光学系と、該第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、前記第２の光学系を前記光路内に配置した場合の、前記照射領域が可変である範囲と、前記第２の光学系を前記光路内に配置しなかった場合の、前記照射領域が可変である範囲とは異なることを特徴とする。
【００１２】
本発明の更に別の側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、光軸に沿って移動可能な移動群を持ち、前記光を前記被照明面へ導く第１の光学系と、前記第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、前記第２の光学系を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置と前記移動群との距離を長くすることが可能であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の更に別の側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、光軸に沿って移動可能な移動群を持ち、前記光を前記被照明面へ導く第１の光学系と、前記第１の光学系の光路内に挿脱可能な第２の光学系とを有し、前記第２の光学系を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置を、前記移動群を跨いで移動させることが可能であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、光軸に沿って移動可能な第１の光学素子と、光路内に挿脱可能な第２の光学素子とを有し、前記第２の光学素子を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置と前記第１の光学素子との距離を長くすることが可能であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の更に別の側面としての照明光学系は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系において、光軸に沿って移動可能な第１の光学素子と、光路内に挿脱可能な第２の光学素子とを有し、前記第２の光学素子を前記光路内に配置することで、前記光源からの光が集光する位置を前記第１の光学素子を跨いで移動させることが可能であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、レチクルを照明する上述の照明光学系と、前記レチクルのパターンを被処理体に投影する投影光学系とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを前記被処理体に投影する開口数０．８以上の投影光学系とを備え、前記照明光学系は、前記投影光学系の開口数と前記照明光学系の開口数との比であるコヒーレンスファクターσ値を０．２以上１．０以下の間で可変とするσ可変光学系を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、照度劣化によるスループットの低下を防止すると共に、変倍域を広げて高品位な露光を提供する照明装置及び当該照明装置を有する露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
照度劣化によるスループットの低下を防止すると共に、変倍域を広げて高品位な露光を提供する照明装置及び当該照明装置を有する露光装置を提供するために、本発明の照明光学系が有するσ可変光学系には、σ可変光学系の射出側において、照射範囲を変える変倍作用と、バックフォーカス位置の不動性と、射出光のテレセントリック性の３つの条件が要求される。かかる３つの条件を満足させようとすれば、一般に、少なくとも３つの移動群を必要とする。
【００２２】
しかし、後述する第２の光学系を導入することにより、２つの移動群で、後述する第１の光学系のバックフォーカス位置の不動性と射出光のテレセントリック性に関して、実質的に問題のない範囲に収め、再集光位置をレンズ内（及びレンズ近傍）に存在させることなく、より変倍域が広いσ可変光学系を実現することができる。これにより、３つの移動群の構成に比べて、大口径レンズの使用枚数を低減することができると共に全長を短くすることが可能となり、装置の大型化やコストアップを抑えることができる。
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての照明光学系について説明する。なお、各図において、同一の部材には同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。図１は、本発明の一側面としての照明光学系１００の単純化された光路図である。また、照明光学系１００は、照明装置又は露光装置の一部である。
【００２４】
照明光学系１００は、図１に示すように、ビーム整形光学系１０１と、リレー光学系１０２と、第１の複数光源形成手段１０３と、σ可変光学系２００と、第２の複数光源形成手段１０４と、照射光学系１０５と、マスキングブレード１０６と、結像光学系１０７とを有する。
【００２５】
図１には図示しない光源からの光は、ビーム整形光学系１０１を介して所定のビーム形状に整形された後、リレー光学系１０２により第１の複数光源形成手段１０３に入射する。第１の複数光源形成手段１０３は、本実施形態では、六角形の断面形状を有する柱状ガラスであるが、他の断面形状を有する柱状ガラスを含む。柱状ガラスは、ガラス内面による多重反射により複数の光源像を形成している。
【００２６】
第１の複数光源形成手段１０３からの光束は、σ可変光学系２００により、第２の複数光源形成手段１０４の入射面に集光される。第２の複数光源手段１０４は、本実施形態では、ハエの目レンズであるが、オプティカルロッド、オプティカルファイバー、２対のシリンドリカルレンズアレイからなるオプティカルインテグレーター、その他のインテグレーター等の２次光源形成手段を含む。
【００２７】
第２の複数光源形成手段１０４で形成された２次光源は、照射光学系１０５により、マスキングブレード１０６に照射される。マスキングブレード１０６からの照射光は、結像光学系１０７により、後述するレチクルの回路パターン面を照射する。被照明面は、レチクルと同一又は共役の面に配置される。
【００２８】
ここで、本発明の特徴的なσ可変光学系２００について説明する。図２は、図１に示すσ可変光学系２００の単純化された光路図である。図２を参照するに、本実施形態のσ可変光学系２００は、第１の複数光源形成手段１０３と第２の複数光源形成手段１０４との間に、σ値を連続的に可変させることができる第１の光学系２１０を配置させる例であり、第１の複数光源形成手段１０３の射出面と第２の複数光源形成手段１０４の入射面とが、略結像関係にある。従って、第１の複数光源形成手段１０３の入射側に存在する２次光源位置ＴＬＰを光源とする照明光が第１の光学系２１０に入射した後に再度集光する再集光位置ＡＣＰに配慮を必要とする。
【００２９】
本実施形態におけるσ値の可変のための第１の光学系２１０は、第１の複数光源形成手段１０３の射出側から順に、開口絞り２１１と、照射領域の照度分布の状態を変えるために光路中に出し入れ（挿脱）可能な平行平板２１２と、正のパワーを有する第１の固定群２１３と、負のパワーを有する第１の移動群２１４と、正のパワーを有する第２の移動群２１５と、正のパワーを有する第２の固定群２１６とを有する。第１の固定群２１３は、凸レンズ２１３ａ及び２１３ｂを有し、第１の移動群２１４は、凹レンズ２１４ａを有し、第２の移動群２１５は、凸レンズ２１５ａ及び２１５ｂを有し、第２の固定群２１６は、凹レンズ２１６ａと、凸レンズ２１６ｂとを有する。
【００３０】
小σ側から大σ側へ照射領域を広げる際には、第１の移動群２１４を第２の複数光源形成手段１０４の存在する方向（被照射面側）へ、光軸ＯＰに沿って移動させて変倍作用をもたせると共に、第２の移動群２１５を第１の複数光源形成手段１０３の存在する方向（光源側）へ、光軸ＯＰに沿って移動させることにより、第１の複数光源形成手段１０３の射出端を光源とする射出光が第１の光学系２１０により第２の複数光源形成手段１０４側に集光する際に、σ可変光学系のバックフォーカス位置を実質的に一定に維持させている。
【００３１】
また、第２の固定群２１６のように、入射光側より凹レンズ２１６ａと凸レンズ２１６ｂとで構成されるアフォーカル光学系を配置させることにより、第２の複数光源手段１０４への入射主光線の光軸ＯＰに対する平行度、即ち、テレセントリック性を実質的に維持させることができる。
【００３２】
なお、第２の複数光源形成手段１０４への照射光の均一性を維持させるために、歪曲収差の抑制、特に、大σ側の変倍範囲における歪曲収差の変動量の抑制のためには、第２の固定群２１６を構成する入射側に負のパワーを有するレンズ群において、射出側の面の湾曲よりも入射側の面の湾曲が強く、且つ、入射側に凹面を向けた凹レンズ２１６ａが存在することが好ましい。
【００３３】
第１の光学系２１０における照射範囲Ｌが最も大きい最大σ状態を図２（ａ）に示している。かかる最大σ状態では、負のパワーを有する第１の移動群２１４と、正のパワーを有する第２の移動群２１５との間に、２次光源位置ＴＬＰからの照射光が再度集光し、光エネルギー密度の最も高い再集光位置ＡＣＰを形成している。
【００３４】
そこで、図２（ｂ）に示すように、凸レンズ２２２と、凹レンズ２２４とを有し、全体として正のパワーを有する第２の光学系２２０を、第１の光学系２１０の入射側に存在する平行平板２１２と入れ替える。なお、平行平板２１２と第２の光学系２２０との入れ替え（照明光学系の光路上に配置する平行平板２１２と第２の光学系２２０との切り換え）は、後述する配置手段４００によって行われる。
【００３５】
第２の光学系２２０を光路中に挿入することにより、図２（ｂ）に示すように、再集光位置ＡＣＰは、第１の移動群２１４を飛び越えて、第１の固定群２１３と第１の移動群２１４との間の空間ＢＳ１に移動させることができる。これにより、第２の複数光源形成手段１０４の入射面（所定面）における照射領域Ｌを第１の光学系２１０のみの場合（第２の光学系２２０を光路中に挿入しなかった場合）よりも拡大させる、即ち、変倍率を拡大させることが可能になるという効果がある。
【００３６】
更に、第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系（即ち、図２（ｂ）に示すσ可変光学系２００）において、２つの移動群（第１の移動群２１４及び第２の移動群２１５）を更に大σ側に移動させることが可能になり、σ可変範囲を、より大きく広げることができる。
【００３７】
なお、再集光位置ＡＣＰを第１の複数光源形成手段１０３の存在する方向に移動させるためには、第１の複数光源形成手段１０３の存在する側に凸レンズ２２２を配置させて、マージナル光線を低くした後に凹レンズ２２４を配置させて、主光線の射出方向を戻す構成にすることが好ましい。これにより、第２の光学系２２０を配置する空間が狭くても、第２の光学系２２０から再集光位置ＡＣＰまでの距離を容易に短くすることができる。
【００３８】
表１に、本実施形態の第１の光学系２１０の主要諸元を示す。同表において、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、図３に示すように、照射範囲Ｌが最も小さい最小σ状態のσ可変光学系２００、照射範囲Ｌが最小σ状態と最大σ状態との間の中間σ状態のσ可変光学系２００及び照射範囲Ｌが最も大きい最大σ状態のσ可変光学系２００を示し、Ｆ１は第１の光学系２１０の各状態Ｐ１乃至Ｐ３における焦点距離、ｆ１は第１の光学系２１０の第１の固定群２１３の焦点距離、ｆ２は第１の光学系２１０の第１の移動群２１４の焦点距離、ｆ３は第１の光学系２１０の第２の移動群２１５の焦点距離をそれぞれ示す。ここで、図３は、図２に示すσ可変光学系２００の最小σ状態、中間σ状態及び最大σ状態を示す光路図である。
【００３９】
【表１】
2005115222.tif 000003
【００４０】
また、表１に示す主要諸元表において、ｄ７は第１の固定群２１３と第１の移動群２１４との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ９は第１の移動群２１４と第２の移動群２１５との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ１３は第２の移動群２１５と第２の固定群２１６との光軸ＯＰ上の可変間隔を示している。
【００４１】
更に、Ｓ１は、直径φ１０ｍｍの開口絞り２１１に入射した平行光束が第１の光学系２１０を経た後、第１の光学系２１０の最終面から６７ｍｍの位置に設けた評価面における光束径を示す。
【００４２】
Ｈ１、Ｈ２及びＨ３は、各状態Ｐ１乃至Ｐ３において、２次光源位置ＴＬＰからの射出光が集光する再集光位置ＡＣＰを示し、第１の複数光源形成手段１０３の長さを４５０ｍｍ、２次光源位置ＴＬＰから第１の複数光源形成手段１０３の入射端までの距離を１５ｍｍとした際の、凹レンズ２１４ａの射出側の面である第９面からの距離を示している。
【００４３】
ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．２４８μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示している。ｋは、図２に示す第１の光学系２１０のレンズ番号に一致する。
【００４４】
図４は、図３に示す第１の光学系２１０の最小σ状態Ｐ１における収差図を示す。より詳細には、図４（ａ）は第１の光学系２１０の最小σ状態Ｐ１におけるメリジオナル方向の横収差図、図４（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図４（ｃ）は歪曲収差図である。図５は、図３に示す第１の光学系２１０の最大σ状態Ｐ３における収差図を示す。より詳細には、図５（ａ）は第１の光学系２１０の最大σ状態Ｐ３におけるメリジオナル方向の横収差図、図５（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図５（ｃ）は歪曲収差図である。図４及び図５を参照するに、実質的に許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【００４５】
次に、図３に示す第１の光学系２１０において、平行平板２１２の代わりに第２の光学系２２０を配置した場合（第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系）の光路図を図６に示す。また、表２に第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系の主要諸元を示す。
【００４６】
【表２】
2005115222.tif 000004
【００４７】
表２において、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、図６に示すように、照射範囲Ｌが最も小さい最小σ状態のσ可変光学系２００（第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系）、照射範囲Ｌが最小σ状態と最大σ状態との間の中間σ状態のσ可変光学系２００及び照射範囲Ｌが最も大きい最大σ状態のσ可変光学系２００を示し、Ｆ２は第２の光学系２２０の焦点距離、Ｆ１２は第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系の各状態Ｐ１乃至Ｐ３における焦点距離、ｆ１は第１の光学系２１０の第１の固定群２１３の焦点距離、ｆ２は第１の光学系２１０の第１の移動群２１４の焦点距離、ｆ３は第１の光学系２１０の第２の移動群２１５の焦点距離をそれぞれ示す。
【００４８】
また、表２に示す主要諸元表において、ｄ９は第１の固定群２１３と第１の移動群２１４との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ１１は第１の移動群２１４と第２の移動群２１５との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ１５は第２の移動群２１５と第２の固定群２１６との光軸ＯＰ上の可変間隔を示している。
【００４９】
更に、Ｓ２は、直径φ１０ｍｍの開口絞り２１１に入射した平行光束が、第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系を経た後、合成光学系の最終面から６７ｍｍの位置に設けた評価面における光束径を示す。Ｓ２／Ｓ１として照射範囲の拡大率を示しているように、照射範囲の拡大率の平均は、１．１７倍となる。
【００５０】
Ｈ１、Ｈ２及びＨ３は、各状態Ｐ１乃至Ｐ３において、２次光源位置ＴＬＰからの射出光が集光する再集光位置ＡＣＰを示し、第１の複数光源形成手段１０３の長さを４５０ｍｍ、２次光源位置ＴＬＰから第１の複数光源形成手段１０３の入射端までの距離を１５ｍｍとした際の、凸レンズ２１３ｂの射出側の面である第１１面からの距離を示している。第２の光学系２２０を入射側に配置することにより、再集光位置ＡＣＰを第１の移動群２１４を飛び越えて、第１の固定群２１３と第１の移動群２１４との間の空間に位置させている。従って、２つの移動群（第１の移動群２１４及び第２の移動群２１５）は更に近づけることができ、移動群の移動量を増やして変倍率を上げることができる。
【００５１】
ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．２４８μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示している。ｋは、図６に示す第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系のレンズ番号に一致する。
【００５２】
図７は、図６に示す第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系の最小σ状態Ｐ１における収差図を示す。より詳細には、図７（ａ）は合成光学系の最小σ状態Ｐ１におけるメリジオナル方向の横収差図、図７（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図７（ｃ）は歪曲収差図である。図８は、図６に示す第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系の最大σ状態Ｐ３における収差図を示す。より詳細には、図８（ａ）は第１の光学系２１０と第２の光学系２２０との合成光学系の最大σ状態Ｐ３におけるメリジオナル方向の横収差図、図８（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図８（ｃ）は歪曲収差図である。図７及び図８を参照するに、実質的に許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【００５３】
本実施形態のσ可変光学系２００では、最も簡易な変倍光学系である移動群が２つの第１の光学系２１０を用いながら、入射側に第２の光学系２２０を配置することにより、射出光の照射領域の可変範囲を拡大させることができる。更に、再集光位置を光学部材内に存在させることなく、且つ、σ可変光学系２００からの射出光のテレセントリック性を実質的に問題のない範囲に維持しながら、横収差を実質的に許容範囲内に抑え、歪曲収差を良好に補正することができる。
【００５４】
次に、図９を参照して、σ可変光学系２００の変形例であるσ可変光学系３００について説明する。図９は、図２に示すσ可変光学系２００の変形例であるσ可変光学系３００の単純化された光路図である。
【００５５】
図９を参照するに、本実施形態のσ可変光学系３００は、第１の複数光源形成手段３０１と第２の複数光源形成手段１０４との間に、σ値を連続的に可変させることができる第１の光学系３１０を配置させる例であり、第１の複数光源形成手段３０１と第２の複数光源形成手段１０４は、略フーリエ変換の関係にある。第１の複数光源手段３０１は、本実施形態では、ハエの目レンズであるが、その他の公知の２次光源形成手段を含む。従って、第１の複数光源形成手段３０１の直後に存在する集光光を光源とする照明光が、第１の光学系３１０に入射した後に再度集光する再集光位置ＡＣＰに配慮を必要とする場合の例である。
【００５６】
σ可変光学系３００のσ値の可変のための第１の光学系３１０は、第１の複数光源形成手段３０１の射出側から順に、開口絞り３１１と、正のパワーを有する第１の固定群３１３と、正のパワーを有する第２の固定群３１４と、負のパワーを有する第１の移動群３１５と、正のパワーを有する第２の移動群３１６と、正のパワーを有する第３の固定群３１７とを有する。
【００５７】
第１の固定群３１３は、凸レンズ３１３ａ及び３１３ｂを有し、第２の固定群３１４は、凸レンズ３１４ａ及び３１４ｂを有し、第１の移動群３１５は、凹レンズ３１５ａを有し、第２の移動群３１６は、凸レンズ３１６ａ及び３１６ｂを有し、第３の固定群３１７は、凹レンズ３１７ａ及び凸レンズ３１７ｂを有する。
【００５８】
小σ側から大σ側へ照射領域を広げる際には、第１の移動群３１３を第２の複数光源手段１０４の存在する方向へ、光軸ＯＰに沿って移動させて変倍作用をもたせると共に、第２の移動群３１６を第１の複数光源形成手段３０１の存在する方向へ、光軸ＯＰに沿って移動させることにより、第１の複数光源形成手段３０１の射出端に存在する開口絞り３１１に入射する平行光束が、第１の光学系３１０により第２の複数光源形成手段１０４側に集光する際に、バックフォーカス位置を実質的に問題のない範囲に維持させている。
【００５９】
また、第３の固定群３１７のように、入射光側より凹レンズ３１７ａと凸レンズ３１７ｂとで構成させるアフォーカル光学系を配置させることにより、第２の複数光源形成手段１０４への入射主光線のテレセントリック性を実質的に問題のない範囲に維持させることができる。
【００６０】
なお、第２の複数光源形成手段１０４への照明光の均一性を維持させるために、歪曲収差の抑制、特に、大σ側の変倍領域における歪曲収差の変動量の抑制のためには、第３の固定群３１７を構成する入射側に負のパワーを有するレンズ群において、射出側の面の湾曲よりも入射側の面の湾曲が強く、且つ、入射側に凹面を向けた凹レンズ３１７ａが存在することが好ましい。
【００６１】
第１の光学系３１０における照射範囲Ｌが最も大きい最大σ状態を図９（ｂ）に示している。かかる最大σ状態では、負のパワーを有する第１の移動群３１５と正のパワーを有する第２の移動群３１６との間に、第１の複数光源形成手段３０１の直後に存在する集光光を光源とする照射光が再度集光し、光エネルギー密度の最も高い再集光位置ＡＣＰを形成する。
【００６２】
そこで、図９（ｂ）に示すように、凹レンズ３２２と、凸レンズ３２４とを有し、全体として正のパワーを有する第２の光学系３２０を、第１の光学系２１０における第１の固定群３１３と第２の固定群３１４との間に配置する。なお、第２の光学系３２０の光路中への配置は、後述する配置手段４００によって行われる。
【００６３】
第２の光学系３２０により、図９（ｂ）に示すように、再集光位置ＡＣＰは、第１の移動群３１５を飛び越えて、第２の固定群３１４と第１の移動群３１５との間の空間ＢＳ２に移動させることができる。これにより、第２の複数光源形成手段１０４への照射領域Ｌを第１の光学系３１０のみの場合よりも拡大させる、即ち、変倍率を拡大させる効果がある。
【００６４】
更に、第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系（即ち、図９（ｂ）に示すσ可変光学系３００）において、２つの移動群（第１の移動群３１５及び第２の移動群３１６）を更に大σ側に移動させることが可能になり、σ可変範囲を、より大きく広げることができる。
【００６５】
なお、再集光位置ＡＣＰを第１の複数光源手段３０１の存在する方向に移動させるためには、第１の複数光源手段３０１の存在する側に凹レンズ３２２を配置させて、マージナル光線を高くした後に凸レンズ３２４を配置させる構成が好ましい。これにより、凸レンズ３２４による屈折効果が強まり、第２の光学系３２０を配置する空間が狭くても、凸レンズ３２４に比較的緩いパワーをもたせながら、第２の光学系３２０から再集光位置ＡＣＰまでの距離を容易に短くすることができる。
【００６６】
表３に、本実施形態の第１の光学系３１０の主要諸元を示す。同表において、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、図１０に示すように、照射範囲Ｌが最も小さい最小σ状態のσ可変光学系３００、照射範囲Ｌが最小σ状態と最大σ状態との間の中間σ状態のσ可変光学系３００及び照射範囲Ｌが最も大きい最大σ状態のσ可変光学系３００を示し、Ｆ１は第１の光学系３１０の各状態Ｐ１乃至Ｐ３における焦点距離、ｆ１は第１の光学系３１０の第１の固定群３１３の焦点距離、ｆ２は第１の光学系３１０の第２の固定群３１４の焦点距離、ｆ３は第１の光学系３１０の第１の移動群３１５の焦点距離、ｆ４は第１の光学系３１０の第２の移動群３１６の焦点距離をそれぞれ示す。ここで、図１０は、図９に示すσ可変光学系３００の最小σ状態、中間σ状態及び最大σ状態を示す光路図である。
【００６７】
【表３】
2005115222.tif 000005
【００６８】
また、表３に示す主要諸元表において、ｄ９は第２の固定群３１４と第１の移動群３１５との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ１１は第１の移動群３１５と第２の移動群３１６との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ１５は第２の移動群３１６と第３の固定群３１７との光軸ＯＰ上の可変間隔を示している。
【００６９】
更に、Ｓ１は、開口数（ＮＡ）０．１の発散光束が開口絞り３１１より射出して、第１の光学系３１０を経た後、第１の光学系３１０の最終面から６９．５ｍｍの位置に設けた評価面における光束径を示す。
【００７０】
Ｈ１、Ｈ２及びＨ３は、各状態Ｐ１乃至Ｐ３において、第１の複数光源形成手段３０１の直後の集光光を光源とする照明光が、第１の光学系３１０に入射してから再度集光する再集光位置ＡＣＰを示し、凹レンズ３１５ａの射出側の面である第１１面からの距離を示している。
【００７１】
ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．２４８μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示している。ｋは、図９に示す第１の光学系３１０のレンズ番号に一致する。
【００７２】
図１１は、図１０に示す第１の光学系３１０の最小σ状態Ｐ１における収差図を示す。より詳細には、図１１（ａ）は第１の光学系３１０の最小σ状態Ｐ１におけるメリジオナル方向の横収差図、図１１（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図１１（ｃ）は歪曲収差図である。図１２は、図１０に示す第１の光学系３１０の最大σ状態Ｐ３における収差図を示す。より詳細には、図１２（ａ）は第１の光学系３１０の最大σ状態Ｐ３におけるメリジオナル方向の横収差図、図１２（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図１２（ｃ）は歪曲収差図である。図１１及び図１２を参照するに、実質的に許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【００７３】
次に、図１０に示す第１の光学系３１０において、第１の固定群３１３と第２の固定群３１４との間の光路中に第２の光学系３２０を配置した場合（第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系）の光路図を図１３に示す。また、表４に第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系の主要諸元を示す。
【００７４】
【表４】
2005115222.tif 000006
【００７５】
表４において、Ｐ１、Ｐ２及びＰ３は、図１３に示すように、照射範囲Ｌが最も小さい最小σ状態のσ可変光学系３００（第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系）、照射範囲Ｌが最小σ状態と最大σ状態との間の中間σ状態のσ可変光学系３００及び照射範囲Ｌが最も大きい最大σ状態のσ可変光学系３００を示し、Ｆ２は第２の光学系３２０の焦点距離、Ｆ１２は第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系の各状態Ｐ１乃至Ｐ３における焦点距離、ｆ１は第１の光学系３１０の第１の固定群３１３の焦点距離、ｆ２は第１の光学系３１０の第２の固定群３１４の焦点距離、ｆ３は第１の光学系３１０の第１の移動群３１５の焦点距離、ｆ４は第１の光学系３１０の第２の移動群３１６の焦点距離をそれぞれ示す。
【００７６】
また、表４に示す主要諸元表において、ｄ１３は第２の固定群３１４と第１の移動群３１５との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ１５は第１の移動群３１５と第２の移動群３１６との光軸ＯＰ上の可変間隔、ｄ１９は第２の移動群３１６と第３の固定群３１７との光軸ＯＰ上の可変間隔を示している。
【００７７】
更に、Ｓ２は、開口数（ＮＡ）０．１の発散光束が開口絞り３１１より射出して、第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系を経た後、合成光学系の最終面から６９．５ｍｍの位置に設けた評価面における光束径を示す。Ｓ２／Ｓ１として照射範囲の拡大率を示しているように、照射範囲の拡大率の平均は、１．８２倍となる。
【００７８】
Ｈ１、Ｈ２及びＨ３は、各状態Ｐ１乃至Ｐ３において、第１の複数光源形成手段３０１の直後の集光光を光源とする照明光が、第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系に入射してから再度集光する再集光位置ＡＣＰを示し、凸レンズ３１４ｂの射出側の面である第１３面からの距離を示している。第２の光学系３２０を配置することにより、再集光位置ＡＣＰを第１の移動群３１５を飛び越えて、各状態Ｐ１乃至Ｐ３において、第２の固定群３１４と第１の移動群３１５との間の空間に位置させている。従って、２つの移動群（第１の移動群３１５及び第２の移動群３１６）は更に近づけることができ、移動群の移動量を増やして変倍率を上げることができる。
【００７９】
ｒは各面の曲率半径（単位：ｍｍ）、ｄは各面間隔（単位：ｍｍ）、ｎは入射光（波長０．２４８μｍ）に対する媒質の屈折率をそれぞれ示している。ｋは、図１３に示す第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系のレンズ番号に一致する。
【００８０】
図１４は、図１３に示す第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系の最小σ状態Ｐ１における収差図を示す。より詳細には、図１４（ａ）は合成光学系の最小σ状態Ｐ１におけるメリジオナル方向の横収差図、図１４（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図１４（ｃ）は歪曲収差図である。図１５は、図１３に示す第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系の最大σ状態Ｐ３における収差図を示す。より詳細には、図１５（ａ）は第１の光学系３１０と第２の光学系３２０との合成光学系の最大σ状態Ｐ３におけるメリジオナル方向の横収差図、図１５（ｂ）はサジタル方向の横収差図、図１５（ｃ）は歪曲収差図である。図１４及び図１５を参照するに、実質的に許容範囲内の横収差に抑えながら、歪曲収差を良好に補正している。
【００８１】
本実施形態のσ可変光学系３００では、最も簡易な変倍光学系である移動群が２つの第１の光学系３１０を用いながら、第２の光学系３２０を配置することにより、射出光の照射領域を拡大させることができる。更に、再集光位置を光学部材内に存在させることなく、且つ、σ可変光学系３００からの射出光のテレセントリック性を実質的に問題のない範囲に維持しながら、横収差を実質的に許容範囲内に抑え、歪曲収差を良好に補正することができる。
【００８２】
以上では、第１の光学系２１０及び３１０を拡大系の変倍光学系として説明してきたため、第２の光学系２２０及び３２０を配置することで、再集光位置は入射側に移動したが、第１の光学系２１０及び３１０を縮小系の変倍光学系として構成した場合には、再集光位置は射出側に移動する。また、第１の光学系を３つの移動群で構成した場合にも本発明を適用することができる。例えば、第１の光学系を第１群乃至第４群の４群構成とし、第２群と第３群との間に再集光位置がある場合において、第２の光学系を配置した結果を図１６に示す。ここで、図１６は、４群で構成された第１の光学系において、第２の光学系を配置することで移動する再集光位置を模式的に示す図である。
【００８３】
図１６を参照するに、第１群及び第４群を固定群、第２群及び第３群を移動群とした場合、第２群が凹、第３群が凸であれば、第２の光学系を配置することにより、再集光位置は第１群と第２群との間に移動し、第２群が凸、第３群が凹であれば、第２の光学系を配置することにより、再集光位置は第２群と第３群との間に移動する。また、第２群及び第４群を固定群、第１群及び第３群を移動群とした場合、第２群が凹、第３群が凸であれば、第２の光学系を配置することにより、再集光位置は第１群と第２群との間に移動し、第２群が凸、第３群が凹であれば、第２の光学系を配置することにより、再集光位置は第２群と第３群との間に移動する。なお、第４群を固定群、第１群、第２群及び第３群を移動群とした場合、第２群が凹、第３群が凸であれば、第２の光学系を配置することにより、再集光位置は第１群と第２群との間に移動し、第２群が凸、第３群が凹であれば、第２の光学系を配置することにより、再集光位置は第２群と第３群との間に移動する。
【００８４】
配置手段４００は、第２の光学系２２０又は３２０を第１の光学系２１０又は３１０の光路中に配置する。配置手段４００は、例えば、ターレット上に平行平板２１２及び第２の光学系２２０を配置し、かかるターレットを回転させることにより第２の光学系２２０の配置を行う。また、配置手段４００は、ターレット上に照射光を通過させる通過孔と第２の光学系３２０を配置し、かかるターレットを回転させることにより行う。配置手段４００は、照射範囲に応じて、第２の光学系２２０又は３２０の配置及び非配置を制御する機能も有する。
【００８５】
これまで説明してきたように、本発明の照明光学系によれば、再集光位置（即ち、光エネルギー密度が高くなる位置）を避けた空間に光学部材を配置させることができ、レンズの材料として使用する光学部材の内部透過率の劣化や、レンズ表面に施した反射防止膜の劣化を未然に防止することができる。その結果、照明光学系の照度劣化によるスループットの低下を防止することができる。
【００８６】
また、照明光学系におけるσ可変光学系の高倍率化の際に、再集光位置による制約を取り除くことが可能となり、簡易な変倍光学系でありながら、より変倍率の広いσ可変光学系を構成することができる。これにより、より照射範囲（幅の広い照明状態）を実現することができ、半導体素子の製造工程において、より多様な回路パターンを形成することができる照明装置及び露光装置を提供することができる。例えば、投影光学系の開口数が０．８以上であっても、本発明の照明光学系が有するσ可変光学系によって、投影光学系の開口数と照明光学系の開口数との比であるコヒーレンスファクターσ値を０．２以上１．０以下の間に設定可能な露光装置を実現することができる。
【００８７】
以下、図１７を参照して、本発明が適用可能な例示的な露光装置について説明する。ここで、図１７は、本発明の一側面としての露光装置９００の単純化された光路図である。露光装置９００は、回路パターンが形成されたレチクル又はマスク９２０を照明する照明装置９１０と、照明された回路パターンをプレート９４０に投影する投影光学系９３０とを有する。
【００８８】
露光装置９００は、例えば、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式でレチクル９２０に形成された回路パターンをプレート９４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明する。
【００８９】
照明装置９１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル９２０を照明し、光源部と、照明光学系とを有し、ここに、図１に示す照明光学系２００、その他の部材を適用することができる。
【００９０】
光源部は、例えば、光源９１２としてレーザーを使用する。光源９１２は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５３ｎｍのＦ２レーザーなどを使用することができるが、レーザーの種類は限定されない。
【００９１】
照明光学系は、レチクル９２０を照明する光学系であり、本実施形態では、上述した照明光学系１００の構成の通り、ビーム整形光学系１０１と、リレー光学系１０２と、第１の複数光源形成手段１０３と、σ可変光学系２００又は３００と、第２の複数光源形成手段１０４と、照射光学系１０５と、マスキングブレード１０６と、結像光学系１０７とを有する。
【００９２】
レチクル９２０には、転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル９２０から発せられた回折光は、投影光学系９３０を通り、プレート９４０上に縮小投影される。プレート９４０は、ウェハや液晶基板などの被処理体であり、レジストが塗布されている。レチクル９２０とプレート９４０とは、共役の関係にある。露光装置９００は、スキャナーであるため、レチクル９２０とプレート９４０とを走査することによりレチクル９２０のパターンをプレート９４０上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる）の場合には、レチクル９２０とプレート９４０を静止させた状態で露光が行われる。
【００９３】
投影光学系９３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００９４】
露光において、光源９１２から発せられた光束は、照明光学系によりレチクル９２０を、例えば、ケーラー照明する。レチクル９２０を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系９３０によりプレート９４０に結像される。その際、本発明の照明光学系１００が適用された照明光学系により、レチクルパターンによって最適なσ値を得ることできる。これにより、所望の解像度を達成し、高品位な露光をプレート９４０に施すことができる。また、照明光学系内において、集光点に起因するレンズの内部透過率の劣化やレンズ表面に施した反射防止膜の劣化を防止しているので照度劣化を防止することができ、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００９５】
次に、図１８及び図１９を参照して、上述の露光装置９００を利用したデバイス製造方法を説明する。図１８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００９６】
図１９は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置９００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、照明光学系１００によって所望のσ値を得ることができ、高品位な（即ち、所望の線幅の）デバイスを製造することができる。このように、露光装置９００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【００９７】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一側面としての照明光学系の単純化された光路図である。
【図２】図１に示すσ可変光学系の単純化された光路図である。
【図３】図２に示すσ可変光学系の最小σ状態、中間σ状態及び最大σ状態を示す光路図である。
【図４】図３に示す第１の光学系の最小σ状態における収差図である。
【図５】図３に示す第１の光学系の最大σ状態における収差図である。
【図６】図３に示す第１の光学系において、平行平板の代わりに第２の光学系を配置した場合の光路図である。
【図７】図６に示す第１の光学系と第２の光学系との合成光学系の最小σ状態における収差図である。
【図８】図６に示す第１の光学系と第２の光学系との合成光学系の最大σ状態における収差図である。
【図９】図２に示すσ可変光学系の変形例であるσ可変光学系の単純化された光路図である。
【図１０】図９に示すσ可変光学系の最小σ状態、中間σ状態及び最大σ状態を示す光路図である。
【図１１】図１０に示す第１の光学系の最小σ状態における収差図である。
【図１２】図１０に示す第１の光学系の最大σ状態における収差図である。
【図１３】図１０に示す第１の光学系において、第１の固定群と第２の固定群との間の光路中に第２の光学系を配置した場合の光路図である。
【図１４】図１３に示す第１の光学系と第２の光学系との合成光学系の最小σ状態における収差図である。
【図１５】図１３に示す第１の光学系と第２の光学系との合成光学系の最大σ状態における収差図である。
【図１６】４群で構成された第１の光学系において、第２の光学系を配置することで移動する再集光位置を模式的に示す図である。
【図１７】本発明の一側面としての露光装置の単純化された光路図である。
【図１８】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１９】図１８に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図２０】σ可変光学系の単純化された光路図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００                  照明光学系
１０３                  第１の複数光源形成手段
１０４                  第２の複数光源形成手段
２００                  σ可変光学系
２１０                  第１の光学系
２１１                  開口絞り
２１２                  平行平板
２１３                  第１の固定群
２１３ａ及び２１３ｂ    凸レンズ
２１４                  第１の移動群
２１４ａ                凹レンズ
２１５                  第２の移動群
２１５ａ及び２１５ｂ    凸レンズ
２１６                  第２の固定群
２１６ａ                凹レンズ
２１６ｂ                凸レンズ
２２０                  第２の光学系
２２２                  凸レンズ
２２４                  凹レンズ
３００                  σ可変光学系
３０１                  第１の複数光源形成手段
３１０                  第１の光学系
３１１                  開口絞り
３１３                  第１の固定群
３１３ａ及び３１３ｂ    凸レンズ
３１４                  第２の固定群
３１４ａ及び３１４ｂ    凸レンズ
３１５                  第１の移動群
３１５ａ                凹レンズ
３１６                  第２の移動群
３１６ａ及び３１６ｂ    凸レンズ
３１７                  第３の固定群
３１７ａ                凹レンズ
３１７ｂ                凸レンズ
３２０                  第２の光学系
３２２                  凹レンズ
３２４                  凸レンズ
４００                  配置手段
９００                  露光装置
ＴＬＰ                  ２次光源位置
ＡＣＰ                  再集光位置
ＯＰ                    光軸
【図１】
2005115222.tif 000007
【図２】
2005115222.tif 000008
【図３】
2005115222.tif 000009
【図４】
2005115222.tif 000010
【図５】
2005115222.tif 000011
【図６】
2005115222.tif 000012
【図７】
2005115222.tif 000013
【図８】
2005115222.tif 000014
【図９】
2005115222.tif 000015
【図１０】
2005115222.tif 000016
【図１１】
2005115222.tif 000017
【図１２】
2005115222.tif 000018
【図１３】
2005115222.tif 000019
【図１４】
2005115222.tif 000020
【図１５】
2005115222.tif 000021
【図１６】
2005115222.tif 000022
【図１７】
2005115222.tif 000023
【図１８】
2005115222.tif 000024
【図１９】
2005115222.tif 000025
【図２０】
2005115222.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月27日(2004.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記第１の光学系は、前記光源側より順に、正のパワーを有する第１の固定群と、正のパワーを有する第１の移動群と、負のパワーを有する第２の移動群と、第２の固定群とを有し、
前記第２の光学系は、前記光源と前記第１の固定群との間の光路に挿脱可能であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の照明光学系。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３】
2005115222.tif 000027