(57)【要約】簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置。光源（１）からの光束に基づいて被照射面（Ｍ）を照明する照明光学装置。被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段（８，９）を備えている。縦横比変化手段は、照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する２つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群（８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ）を備えている。
2004112107.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照明光学装置において、
前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を備え、
前記縦横比変化手段は、前記照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する２つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群を備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
前記光学素子群は、直交する２つの方向でパワーが互いに異なる第１光学素子群と、直交する２つの方向でパワーが互いに異なる第２光学素子群とを有し、前記第１光学素子群および前記第２光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成され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】
前記第１光学素子群および前記第２光学素子群の双方が前記光軸を中心として回転可能に構成されてい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】
前記光学素子群はレンズ群である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】
前記照明瞳に形成される光強度分布の大きさを連続的に変更する変更手段を更に備え、
前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記変更手段は、前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第１変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第２変更手段とを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】
前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第１変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第２変更手段とを有する変更手段をさらに備え、
前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
光源からの光束に基づいて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所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光束変換素子に入射する光束の発散の程度を直交する２つの方向で独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項９】
前記縦横比変化手段は、直交する２つの方向で発散の程度が互いに異なる第１光学素子と、直交する２つの方向で発散の程度が互いに異なる第２光学素子とを有し、前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能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１０】
前記第１光学素子および前記第２光学素子の双方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の照明光学装置。
【請求項１１】
前記第１光学素子および前記第２光学素子は、一方向にのみ発散機能を有する回折光学素子をそれぞれ有することを特徴とする請求項９または１０に記載の照明光学装置。
【請求項１２】
前記第１光学素子および前記第２光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するフレネルレンズをそれぞれ有することを特徴とする請求項９または１０に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記第１光学素子および前記第２光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するマイクロレンズアレイをそれぞれ有することを特徴とする請求項９または１０に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１５】
光源からの光束に基づいて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所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光源と前記光束変換素子との間の光路中に配置されて、直交する２つの方向でパワーを独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１６】
前記縦横比変化手段は、光軸を中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズを有することを特徴とする請求項１５に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記縦横比変化手段は、前記直交する２つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第１シリンドリカルズームレンズと、前記直交する２つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第２シリンドリカルズームレンズとを備えていることを特徴とする請求項１５に記載の照明光学装置。
【請求項１８】
前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項１９】
マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学装置と、
前記被照射面に設定された前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影する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２０】
マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定された前記マスクを照明する工程と、
前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【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。
【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マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）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、必要に応じてマイクロ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】  近年においては、マイクロフライアイレンズを介して照明瞳に形成される二次光源の大きさを変化させることにより、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、マイクロフライアイレンズを介して照明瞳に輪帯状や４極状の二次光源を形成することにより、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】  従来技術では、たとえば輪帯状の二次光源に基づく輪帯照明を行う場合、二次光源が僅かに縦長または横長の輪帯状に形成されることにより、ウェハ上に転写されるパターンの線幅が縦方向と横方向とで異なる現象、すなわち直交する二方向でパターンの線幅差が発生することがある。また、二次光源が所望の輪帯状に形成されていても、レジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生することがある。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、照明瞳に形成される輪帯状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定する方が望ましいこともある。【０００６】  本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時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、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度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】
【０００７】  前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を備え、
前記縦横比変化手段は、前記照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する２つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群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。【０００８】  第１形態の好ましい態様によれば、前記光学素子群は、直交する２つの方向でパワーが互いに異なる第１光学素子群と、直交する２つの方向でパワーが互いに異なる第２光学素子群とを有し、前記第１光学素子群および前記第２光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されている。また、前記第１光学素子群および前記第２光学素子群の双方が前記光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。また、前記光学素子群はレンズ群であることが好ましい。【０００９】  第１形態においては、前記第１光学素子群および前記第２光学素子群は、それぞれ一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子を備えていることが好ましく、それぞれ一対のシリンドリカルレンズを備えていることがさらに好ましい。なお、上記回転非対称なパワーは、回転非対称なパワーを持つ光学素子の光軸に関して回転非対称なパワーを意味している。【００１０】  また、第１形態においては、前記照明瞳に形成される光強度分布の大きさを連続的に変更する変更手段を更に備えていることが好ましく、このとき前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることが好ましい。ここで、前記変更手段は、前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第１変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第２変更手段とを備えていることが好ましい。【００１１】  本発明の第２形態では、光源からの光束に基づいて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所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光束変換素子に入射する光束の発散の程度を直交する２つの方向で独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化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。【００１２】  第２形態の好ましい態様によれば、前記縦横比変化手段は、直交する２つの方向で発散の程度が互いに異なる第１光学素子と、直交する２つの方向で発散の程度が互いに異なる第２光学素子とを有し、前記第１光学素子および前記第２光学素子のうちの少なくとも一方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されている。また、前記第１光学素子および前記第２光学素子の双方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。なお、前記光束の進行方向と平行な軸は光軸であることが好ましい。【００１３】  第２形態の好ましい態様によれば、前記第１光学素子および前記第２光学素子は、一方向にのみ発散機能を有する回折光学素子をそれぞれ有する。あるいは、前記第１光学素子および前記第２光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するフレネルレンズをそれぞれ有することが好ましい。あるいは、前記第１光学素子および前記第２光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するマイクロレンズアレイをそれぞれ有することが好ましい。また、前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することが好ましい。【００１４】  本発明の第３形態では、光源からの光束に基づいて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所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、
前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、
前記光源と前記光束変換素子との間の光路中に配置されて、直交する２つの方向でパワーを独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化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。【００１５】  第３形態の好ましい態様によれば、前記縦横比変化手段は、光軸を中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズを有する。あるいは、前記縦横比変化手段は、前記直交する２つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第１シリンドリカルズームレンズと、前記直交する２つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第２シリンドリカルズームレンズとを備えていることが好ましい。また、前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することが好ましい。【００１６】  本発明の第４形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、第１形態〜第３形態の照明光学装置と、前記被照射面に設定された前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影する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。【００１７】  本発明の第５形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、第１形態〜第３形態の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定された前記マスクを照明する工程と、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】  本発明の典型的な態様にしたがう照明光学装置では、第１シリンドリカルレンズ対と第２シリンドリカルレンズ対とからなる縦横比変化手段の作用により、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な露光を行うことができ、ひいては高精度な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】［図１］本発明の第１実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
［図２］第１実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。
［図３］第１実施形態の輪帯照明において形成される二次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］第１実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。
［図５］第１実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第１シリンドリカルレンズ対および第２シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。
［図６］第１実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第１シリンドリカルレンズ対および第２シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。
［図７］第１実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第１シリンドリカルレンズ対および第２シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。
［図８］第１実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第１シリンドリカルレンズ対および第２シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。
［図９］本発明の第２実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
［図１０］第２実施形態における縦横比変化手段の構成を概略的に示す図である。
［図１１］第２実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する一対のフレネルレンズの作用を説明する図である。
［図１２］本発明の第３実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
［図１３］第３実施形態における縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。
［図１４］第３実施形態において形成される二次光源に対するシリンドリカルズームレンズの作用を説明する図である。
［図１５］シリンドリカルズームレンズの真円状態および楕円状態において照明瞳で得られる光強度分布を示す図である。
［図１６］第３実施形態の変形例にかかる縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。
［図１７］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１８］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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  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、本発明の第１実施形態にかかる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。【００２１】  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、たとえば波長が２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源または波長が１９３ｎｍ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。【００２２】  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、輪帯照明用の回折光学素子（ＤＯＥ）４ａ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。回折光学素子４ａは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）において、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。【００２３】  輪帯照明用の回折光学素子４ａは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、たとえば円形照明用の回折光学素子４ｂと切り換え可能に構成されている。円形照明用の回折光学素子４ｂ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４ａと円形照明用の回折光学素子４ｂ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２２により行われる。制御系２１には、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を介して入力される。【００２４】  光束変換素子としての回折光学素子４ａを介した光束は、アフォーカルレンズ（リレー光学系）５に入射する。アフォーカルレンズ５は、その前側焦点位置と回折光学素子４ａ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６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。したがって、回折光学素子４ａに入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ５の瞳面に輪帯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５から射出される。【００２５】  なお、アフォーカルレンズ５の前側レンズ群５ａと後側レンズ群５ｂとの間の光路中において瞳またはその近傍には、光源側から順に、第２変更手段としての円錐アキシコン系７、第１シリンドリカルレンズ対８、および第２シリンドリカルレンズ対９が配��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。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系７、第１シリンドリカルレンズ対８、および第２シリンドリカルレンズ対９の作用を無視して、第１実施形態の基本的な構成および作用を説明する。【００２６】  アフォーカルレンズ５を介した光束は、第１変更手段としてのσ値可変用のズームレンズ（変倍光学系）１０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１１に入射する。なお、σ値は、照明光学系の瞳（照明瞳）に形成される二次光源の大きさ（直径）をＲ１とし、投影光学系ＰＬの瞳に形成される照明光束または光源像の大きさ（直径）をＲ２とし、投影光学系ＰＬのマスクＭ側の開口数をＮＡｏとし、マスクＭを照明する照明光学系の開口数をＮＡｉとするとき、σ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝Ｒ２／Ｒ１として定義される。【００２７】  なお、所定面６の位置はズームレンズ１０の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ１１の入射面はズームレンズ１０の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ１０は、所定面６とマイクロフライアイレンズ１１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５の瞳面とマイクロフライアイレンズ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１１の入射面上には、アフォーカルレンズ５の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ１０の焦点距離に依存して相似的に変化する。ズームレンズ１０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２３により行われる。【００２８】  マイクロフライアイレンズ１１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１１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（ひいては照明瞳）にはマイクロフライアイレンズ１１への入射光束によって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を中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。【００２９】  マイクロフライアイレンズ１１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、必要に応じて輪帯状の光透過部を有する開口絞りを介して制限され、コンデンサー光学系１２の集光作用を受けた後、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１３を重畳的に照明する。マスクブラインド１３の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１４の集光作用を受けた後、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、ウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬの入射瞳面には投影光学系ＰＬの開口数を規定するための可変開口絞りが設けられ、この可変開口絞りの駆動は制御系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。【００３０】  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���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。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であり、マイクロフライアイレンズ１１の各レンズエレメントの断面形状も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の矩形状であり、マイクロフライアイレンズ１１の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。【００３１】  図２は、第１実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。円錐アキシコン系７は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材７ａ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７ｂとから構成されている。【００３２】  そして、第１プリズム部材７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７ｂ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７ａおよび第２プリズム部材７ｂ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７ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコン系７の間隔の変化は、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。【００３３】  ここで、第１プリズム部材７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７ｂ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７は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系７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７の間隔の変化に伴って、所定面６への入射光束の角度は変化する。【００３４】  図３は、第１実施形態の輪帯照明において形成される二次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。第１実施形態の輪帯照明では、円錐アキシコン系７の間隔が零で且つズームレンズ１０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輪帯状の二次光源３０ａが、円錐アキシコン系７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（外径と内径との差の１／２：図中矢印で示す）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輪帯状の二次光源３０ｂに変化する。換言すると、円錐アキシコン系７の作用により、輪帯状の二次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。【００３５】  図４は、第１実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。第１実施形態の輪帯照明では、標準状態で形成された輪帯状の二次光源３０ａが、ズームレンズ１０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輪帯状の二次光源３０ｃに変化する。換言すると、ズームレンズ１０の作用により、輪帯状の二次光源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。【００３６】  図５は、第１実施形態においてアフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第１シリンドリカルレンズ対および第２シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。図５において、光源側から順に、第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９が配置されている。第１シリンドリカルレンズ対８は、光源側から順に、たとえばＹＺ平面内に負屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル負レンズ８ａと、同じくＹＺ平面内に正屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力の第１シリンドリカル正レンズ８ｂとにより構成されている。【００３７】  一方、第２シリンドリカルレンズ対９は、光源側から順に、たとえばＸＹ平面内に負屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル負レンズ９ａと、同じくＸＹ平面内に正屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力の第２シリンドリカル正レンズ９ｂとにより構成されている。第１シリンドリカル負レンズ８ａと第１シリンドリカル正レンズ８ｂとは、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２６により、光軸ＡＸを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第２シリンドリカル負レンズ９ａと第２シリンドリカル正レンズ９ｂとは、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２７により、光軸ＡＸを中心として一体的に回転するように構成されている。【００３８】  こうして、図５に示す状態において、第１シリンドリカルレンズ対８はＺ方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能し、第２シリンドリカルレンズ対９はＸ方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能する。第１実施形態では、第１シリンドリカルレンズ対８のパワーと第２シリンドリカルレンズ対９のパワーとが互いに同じに設定されている。【００３９】  図６〜図８は、第１実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第１シリンドリカルレンズ対および第２シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。図６では、第１シリンドリカルレンズ対８のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに＋４５度の角度をなし、第２シリンドリカルレンズ対９のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに−４５度の角度をなすように設定されている。【００４０】  したがって、第１シリンドリカルレンズ対８のパワー方向と第２シリンドリカルレンズ対９のパワー方向とが互いに直交し、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系においてＺ方向のパワーとＸ方向のパワーとが互いに同じになる。その結果、図６に示す真円状態では、第１シリンドリ��ルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系を通過する光束は、Ｚ方向およびＸ方向に同じパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成されることになる。【００４１】  これに対し、図７では、第１シリンドリカルレンズ対８のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば＋８０度の角度をなし、第２シリンドリカルレンズ対９のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば−８０度の角度をなすように設定されている。したがって、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系において、Ｚ方向のパワーよりもＸ方向のパワーの方が大きくなる。その結果、図７に示す横楕円状態では、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系を通過する光束は、Ｚ方向よりもＸ方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳にはＸ方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。【００４２】  一方、図８では、第１シリンドリカルレンズ対８のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば＋１０度の角度をなし、第２シリンドリカルレンズ対９のパワー方向がＺ軸に対して光軸ＡＸ廻りに例えば−１０度の角度をなすように設定されている。したがって、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系において、Ｘ方向のパワーよりもＺ方向のパワーの方が大きくなる。その結果、図８に示す縦楕円状態では、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系を通過する光束は、Ｘ方向よりもＺ方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳にはＺ方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。【００４３】  さらに、第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９を図６に示す真円状態と図７に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の輪帯状の二次光源を形成することができる。また、第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９を図６に示す真円状態と図８に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の輪帯状の二次光源を形成することができる。【００４４】  次いで、輪帯照明用の回折光学素子４ａに代えて円形照明用の回折光学素子４ｂ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。円形照明用の回折光学素子４ｂは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）において、たとえば光軸ＡＸを中心とした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４ｂを介した光束は、アフォーカルレンズ５の瞳面に円形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５から射出される。【００４５】  アフォーカルレンズ５を介した光束は、ズームレンズ１０を介して、マイクロフライアイレンズ１１の入射面上に、アフォーカルレンズ５の瞳面と同様に、光軸ＡＸを中心とした円形状の照野が形成される。その結果、マイクロフライアイレンズ１１の後側焦点面にも、光軸ＡＸを中心とした円形状の二���光源が形成される。円形照明では、円錐アキシコン系７が平行平面板として機能するように、第１プリズム部材７ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材７ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接した状態に維持される。【００４６】  そして、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系を図６に示す真円状態に設定すると、照明瞳には真円形状の二次光源が形成される。また、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系を図７に示す横楕円状態に設定すると、照明瞳には横長の円形状の二次光源が形成される。また、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９との合成系を図８に示す縦楕円状態に設定すると、照明瞳には縦長の円形状の二次光源が形成される。【００４７】  さらに、第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９を図６に示す真円状態と図７に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の円形状の二次光源を形成することができる。また、第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９を図６に示す真円状態と図８に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の円形状の二次光源を形成することができる。【００４８】  上述のように、第１実施形態において、第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９は、それぞれ直交する２つの方向でパワーが互いに異なる光学素子群（レンズ群）であり、双方の光学素子群が光軸ＡＸを中心として回転可能に構成されている。こうして、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９とは、照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する２つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群であって、照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。【００４９】  その結果、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９とからなる縦横比変化手段の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段（８，９）の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。【００５０】  以上のように、第１実施形態の照明光学装置（１〜１４）では、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９とからなる縦横比変化手段の作用により、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することができる。したがって、第１実施形態の露光装置では、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な露光を行うことができる。【００５１】  なお、上述の第１実施形態では、第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９とにより縦横比変化手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的には一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子からなる第１光学素子群と一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子からなる第２光学素子群とにより縦横比変化手段を構成することもできる。この場合、第１光学素子群および第２光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが必要であり、その双方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。【００５２】  また、上述の第１実施形態では、縦横比変化手段（８，９）がアフォーカルレンズ５の瞳またはその近傍に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえばマイクロフライアイレンズ１１の入射面近傍のように、一般的には照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に縦横比変化手段（８，９）を配置することもできる。【００５３】  また、上述の第１実施形態では、縦横比変化手段（８，９）の光源側に変更手段としての円錐アキシコン系７を配置しているが、縦横比変化手段（８，９）の被照射面側に円錐アキシコン系７を配置すれば、縦横比変化手段（８，９）の小口径化を図ることができる。【００５４】  上述の第１実施形態の照明光学装置（１〜１４）の縦横比変化手段（第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９）は、たとえば照明光学装置（１〜１４）や投影光学系ＰＬが収差を有している場合に、二次光源が僅かに縦長または横長の形状（非対称な形状）になってしまうのを補正するだけではなく、たとえば照明光学装置（１〜１４）や投影光学系ＰＬが有する透過率分布の特性に起因して、二次光源の面内輝度分布が非対称（たとえば二次光源面内において直交する二方向で輝度分布形状が異なる、典型的には鞍型の輝度分布形状）になった場合に、回転対称な二次光源の面内輝度分布と等価となるように、二次光源形状を僅かに縦長または横長の形状に変形させるようにしてもよい。【００５５】  また、投影光学系ＰＬが有する瞳収差に起因して投影光学系ＰＬの像側開口数の縦横差が発生し、マスクパターンの転写結果で線幅の縦横差（Ｖ／Ｈ差）が生じた際に、縦横比変化手段（第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９）を適宜制御して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差を解消することもできる。あるいは投影光学系ＰＬの像側開口数の縦横差の像面内不均一性が生じた場合に、縦横比変化手段（第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９）を適宜制御（振り分け調整）して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差の面内不均一性を低減させることもできる。【００５６】  また、たとえば照明光学装置（１〜１４）や投影光学系ＰＬが有する収差や透過率分布の特性に起因して、二次光源の面内輝度分布が非対称となり、且つ被照射面内の複数の位置で二次光源の面内輝度分布が不均一となった場合に、被照射面の複数の位置での二次光源の面内輝度分布が対称且つ均一になるように（対称且つ均一に近づくように）振り分け調整を行ってもよい。【００５７】  なお、上述の二次光源の形状の計測および二次光源の面内輝度分布の計測には、たとえば特開２０００−１９０１２号公報に開示される照明系輝度分布計測装置を用いればよい。ここで、照明光学装置（１〜１４）の各照明条件（二次光源の形状（円形、輪帯、多極）やσ値、偏光度など）ごとに二次光源の形状の計測や二次光源の面内輝度分布の計測をあらかじめ行っておき、各照明条件ごとに縦横比変化手段（第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９）による補正量を求めておくことが好ましい。この求められた補正量に基づいて、照明光学装置（１〜１４）の照明条件が変更された際に、縦横比変化手段（第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９）を制御すれば、各々の照明条件に対して個別に二次光源の形状の最適化を行うことができる。【００５８】  また、上述の第１実施形態において、マスクパターンの転写結果で線幅の縦横差（Ｖ／Ｈ差）が発生した際に、縦横比変化手段（第１シリンドリカルレンズ対８および第２シリンドリカルレンズ対９）を適宜制御して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差を解消することができる。これは、二次光源の形状や二次光源の面内輝度分布に非対称性があったときに、二次光源の非対称性を補正する場合と、それとは異なる要因（たとえば感光性材料塗布時の膜厚分布などのプロセス条件や露光量の面内不均一性など）で発生している線幅の縦横差を、二次光源の形状を積極的に変形させて補正する場合との双方を含むものである。なお、この場合、線幅の縦横差の像面内不均一性を考慮して補正することも含まれる。【００５９】  また、上述した二次光源の形状の調整は、典型的には照明光学装置（１〜１４）の製造時、ひいては投影露光装置の製造時に実施される。しかしながら、投影露光装置のユーザが投影露光装置を使用してマスクパターンをウェハに投影露光する際の条件を設定する際に、その条件を最適化するために二次光源の形状の調整を行ってもよい。また、照明光学装置（１〜１４）、ひいては投影露光装置の経時変化に起因して二次光源の形状や二次光源の面内輝度分布の状態が変化した場合に、二次光源の形状の調整を行ってもよい。また、照明光学装置（１〜１４）、ひいては投影露光装置の性能向上を目的として、照明光学装置（１〜１４）、ひいては投影露光装置の一部の部品を再調整・交換することが行われた際に、二次光源の形状の再調整を行ってもよい。また、照明光学装置（１〜１４）において新たな照明条件を設定する際に、二次光源の形状を調整して、その新たな照明条件に対して二次光源の形状を最適化してもよい。【００６０】  図９は、本発明の第２実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図１０は、第２実施形態における縦横比変化手段の構成を概略的に示す図である。第２実施形態は、第１実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、第１実施形態では第１シリンドリカルレンズ対８と第２シリンドリカルレンズ対９とからなる縦横比変化手段がアフォーカルレンズ５の光路中に配置されているのに対し、第２実��形態では一対のフレネルレンズからなる縦横比変化手段（１５ａ，１５ｂ）が折り曲げミラー３と回折光学素子（４ａ，４ｂ）との間の光路中に配置されている点が相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態を説明する。【００６１】  図９および図１０を参照すると、第２実施形態では、折り曲げミラー３と回折光学素子（４ａ，４ｂ）との間の光路中に、一対のフレネルレンズ１５ａおよび１５ｂからなる縦横比変化手段１５が配置されている。フレネルレンズ１５ａおよび１５ｂは、それぞれ一方向にのみ屈折機能を有する光学素子である。また、フレネルレンズ１５ａおよび１５ｂは、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２８により、光軸ＡＸを中心としてそれぞれ回転するように構成されている。【００６２】  図１１は、第２実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する一対のフレネルレンズの作用を説明する図である。図１１（ａ）では、第１フレネルレンズ１５ａの屈折方向および第２フレネルレンズ１５ｂの屈折方向がともにＺ軸方向に一致するように設定されている。したがって、図１１（ａ）に示す縦楕円状態では、一対のフレネルレンズ１５ａおよび１５ｂからなる縦横比変化手段１５を通過する光束は、Ｘ軸方向には発散作用を受けないがＺ軸方向に発散作用を受けることになり、照明瞳にはＺ方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成される。【００６３】  一方、図１１（ｂ）では、第１フレネルレンズ１５ａの屈折方向および第２フレネルレンズ１５ｂの屈折方向がともにＸ軸方向に一致するように設定されている。したがって、図１１（ａ）に示す縦楕円状態では、一対のフレネルレンズ１５ａおよび１５ｂからなる縦横比変化手段１５を通過する光束は、Ｚ軸方向には発散作用を受けないがＸ軸方向に発散作用を受けることになり、照明瞳にはＸ方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成される。【００６４】  なお、図示を省略したが、第１フレネルレンズ１５ａの屈折方向がＸ軸方向（またはＺ軸方向）に一致するように設定し、第２フレネルレンズ１５ｂの屈折方向がＺ軸方向（またはＸ軸方向）に一致するように設定することもできる。この真円状態では、一対のフレネルレンズ１５ａおよび１５ｂからなる縦横比変化手段１５を通過する光束は、Ｚ軸方向およびＸ軸方向に同じように発散作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成される。【００６５】  同様に、円形照明においても、縦横比変化手段１５を真円状態に設定すると照明瞳には真円形状の二次光源が形成され、縦横比変化手段１５を図１１（ａ）に示す縦楕円状態に設定すると照明瞳には縦長の円形状の二次光源が形成され、縦横比変化手段１５を図１１（ｂ）に示す横楕円状態に設定すると照明瞳には横長の円形状の二次光源が形成される。さらに、真円状態と図１１（ａ）に示す縦楕円状態との間の任意の状態や真円状態と図１１（ｂ）に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。【００６６】  上述のように、第２実施形態において、第１フレネルレンズ１５ａおよび第２フレネルレンズ１５ｂは、それぞれ直交する２つの方向で発��の程度が互いに異なる光学素子であり、双方の光学素子が光軸ＡＸを中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。こうして、第１フレネルレンズ１５ａと第２フレネルレンズ１５ｂとは、光束変換素子としての回折光学素子（４ａ，４ｂ）に入射する光束の発散の程度を直交する２つの方向で独立的に変化させることにより照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。【００６７】  その結果、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、第１フレネルレンズ１５ａと第２フレネルレンズ１５ｂとからなる縦横比変化手段１５の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段１５の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。【００６８】  なお、上述の第２実施形態では、第１フレネルレンズ１５ａと第２フレネルレンズ１５ｂとにより縦横比変化手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、一般的には直交する２つの方向で発散の程度が互いに異なる第１光学素子と直交する２つの方向で発散の程度が互いに異なる第２光学素子とにより縦横比変化手段を構成することもできる。この場合、第１光学素子および第２光学素子のうちの少なくとも一方が光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることが必要であり、その双方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。具体的には、一方向にのみ発散機能を有する一対の回折光学素子により縦横比変化手段を構成したり、一方向にのみ屈折機能を有する一対のマイクロレンズアレイにより縦横比変化手段を構成したりすることもできる。【００６９】  図１２は、本発明の第３実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図１３は、第３実施形態における縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。第３実施形態は、第２実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、第２実施形態では縦横比変化手段が一対のフレネルレンズ１５ａと１５ｂとにより構成されているのに対し、第３実施形態では縦横比変化手段が１つのシリンドリカルズームレンズにより構成されている点が相違している。以下、第２実施形態との相違点に着目して、第３実施形態を説明する。【００７０】  第３実施形態では、図１２に示すように、折り曲げミラー３と回折光学素子（４ａ，４ｂ）との間の光路中に、１つのシリンドリカルズームレンズ１６からなる縦横比変化手段が配置されている。図１３に示す状態において、シリンドリカルズームレンズ１６は、ＸＹ平面内に負屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ１６ａと、ＸＹ平面内に正屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ１６ｂとにより構成されている。【００７１】  シリンドリカルズームレンズ１６では、シリンドリカル負レンズ１６ａとシリンドリカル正レンズ１６ｂとの光軸ＡＸの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。また、シリンドリカルズームレンズ１６では、シリンドリカル負レンズ１６ａとシリンドリカル正レンズ１６ｂとが光軸ＡＸを中心として一体的に回転可能に構成されている。なお、シリンドリカル負レンズ１６ａとシリンドリカル正レンズ１６ｂとの間隔の変化およびシリンドリカル負レンズ１６ａとシリンドリカル正レンズ１６ｂとの光軸ＡＸ廻りの一体的な回転は、制御系２１からの指令に基づいて動作する駆動系２９によって行われる。【００７２】  図１４は、第３実施形態において形成される二次光源に対するシリンドリカルズームレンズの作用を説明する図である。図１４（ａ）および（ｂ）には図１３に示す回転位置状態にあるシリンドリカルズームレンズ１６のＸＹ平面内の光路を示し、図１４（ｃ）および（ｄ）には図１３に示す回転位置状態にあるシリンドリカルズームレンズ１６のＹＺ平面内の光路を示している。図１４（ａ）に示すように、真円状態（すなわち楕円照明を行わない初期状態）では、シリンドリカル負レンズ１６ａによる像点Ｉａ（虚像）と、シリンドリカル正レンズ１６ｂの前側焦点ｆｂとを一致させている。この場合、シリンドリカルズームレンズ１６に入射した平行光束は、ＸＹ平面内においてその径のみが変更（拡大）されて、平行光束のまま回折光学素子（４ａ，４ｂ）に入射する。【００７３】  そして、図１４（ａ）に示す真円状態からシリンドリカル負レンズ１６ａだけを光軸方向に沿って光源側へ移動させて間隔を拡げると、図１４（ｂ）に示すように、シリンドリカル正レンズ１６ｂの前側焦点ｆｂからシリンドリカル負レンズ１６ａによる像点Ｉａが光源側へ離れるため、回折光学素子（４ａ，４ｂ）に入射する光束がＸＹ平面内において収斂光束に変換される。なお、図１４（ｃ）および（ｄ）に示すように、ＸＹ平面に直交するＹＺ平面内においては、図１４（ａ）に対応する真円状態であっても図１４（ｂ）に対応する楕円状態であっても、シリンドリカルズームレンズ１６に入射した平行光束は、平行光束のまま回折光学素子（４ａ，４ｂ）に入射する。【００７４】  図１５は、シリンドリカルズームレンズの真円状態および楕円状態において照明瞳で得られる輪帯状の光強度分布を示す図である。図１５において、（ａ）は図１４（ａ）および（ｃ）に示すシリンドリカルズームレンズ１６の真円状態（初期状態）において照明瞳に形成される二次光源の形状（輪帯照明用の回折光学素子４ａを使用）を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の真円輪帯状の二次光源のＸ方向に沿った光強度分布（縦軸は光強度Ｉ）を示す図であり、（ｃ）は（ａ）の真円輪帯状の二次光源のＺ方向に沿った光強度分布（縦軸は光強度Ｉ）を示す図である。【００７５】  また、（ｄ）は図１４（ｂ）および（ｄ）に示すシリンドリカルズームレンズ１６の楕円状態において照明瞳に形成される二次光源の形状（輪帯照明用の回折光学素子４ａを使用）を示す図であり、（ｅ）は（ｄ）の楕円輪帯状の二次光源のＸ方向に沿った光強度分布（縦軸は光強度Ｉ）を示す図であり、（ｆ）は（ｄ）��楕円輪帯状の二次光源のＺ方向に沿った光強度分布（縦軸は光強度Ｉ）を示す図である。図１５（ｃ）に示すように、楕円状態において得られる楕円輪帯状の二次光源のＸ方向に沿った光強度分布は、輪帯照明用の回折光学素子４ａのみの作用により照明瞳に形成される光強度分布と、シリンドリカルズームレンズ１６のみの作用により照明瞳に形成される光強度分布とのコンボリューション（畳み込み）となり、Ｘ方向断面においては２つの台形状の光強度分布になる。【００７６】  図１５（ｄ）において、図中ハッチングを施した領域（斜線部）は光強度が最大となる領域Ｉｍであり、その周囲には光強度が漸次減少する光強度傾斜領域Ｉｓが位置している。図１５（ｄ）中実線で示す楕円輪帯状の光領域は図１５（ａ）に示す真円輪帯状の光領域よりもＸ方向に広がっているが、図１５（ｅ）および（ｆ）を参照してモーメントで考えるとＺ方向よりもＸ方向の方が輪帯の径が小さくなっている。【００７７】  このように、第３実施形態では、シリンドリカルズームレンズ１６の回転位置に依存することなく、シリンドリカル負レンズ１６ａおよびシリンドリカル正レンズ１６ｂを図１４（ａ）および（ｃ）に示す間隔状態に設定すると、照明瞳には真円輪帯状や真円形状の二次光源が形成される。また、シリンドリカルズームレンズ１６を図１３に示す第１回転位置状態に設定するとともに、シリンドリカル負レンズ１６ａおよびシリンドリカル正レンズ１６ｂを図１４（ｂ）および（ｄ）に示す間隔状態に設定すると、照明瞳にはＸ方向に広がった楕円輪帯状や楕円形状の二次光源が形成される。【００７８】  また、シリンドリカルズームレンズ１６を図１３に示す回転位置から光軸ＡＸ廻りに９０度回転させた第２回転位置状態に設定するとともに、シリンドリカル負レンズ１６ａおよびシリンドリカル正レンズ１６ｂを図１４（ｂ）および（ｄ）に示す間隔状態に設定すると、照明瞳にはＺ方向に広がった楕円輪帯状や楕円形状の二次光源が形成される。さらに、真円状態と第１回転位置状態における楕円状態との間の任意の状態や真円状態と第２回転位置状態における楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。【００７９】  上述のように、第３実施形態において、光軸ＡＸを中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズ１６は、折り曲げミラー３と光束変換素子としての回折光学素子（４ａ，４ｂ）との間（ひいては光源１と回折光学素子（４ａ，４ｂ）との間）の光路中に配置されて、直交する２つの方向でパワーを独立的に変化させることにより照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。【００８０】  その結果、第３実施形態においても第２実施形態と同様に、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、光軸ＡＸを中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズ１６からなる縦横比変化手段の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生���実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段１６の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。【００８１】  なお、上述の第３実施形態では、光軸ＡＸを中心として回転可能な１つのシリンドリカルズームレンズ１６により縦横比変化手段を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば図１６に示すように、直交する２つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第１シリンドリカルズームレンズと、直交する２つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第２シリンドリカルズームレンズとにより縦横比変化手段を構成する変形例も可能である。【００８２】  図１６の変形例を参照すると、縦横比変化手段は、光源側から順に、Ｚ方向にパワーを変化させる機能を有する第１シリンドリカルズームレンズ１７と、Ｘ方向にパワーを変化させる機能を有する第２シリンドリカルズームレンズ１８とにより構成されている。第１シリンドリカルズームレンズ１７は、ＹＺ平面内に負屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ１７ａと、ＹＺ平面内に正屈折力を有し且つＸＹ平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ１７ｂとにより構成されている。【００８３】  また、第２シリンドリカルズームレンズ１８は、ＸＹ平面内に負屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ１８ａと、ＸＹ平面内に正屈折力を有し且つＹＺ平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ１８ｂとにより構成されている。なお、第１シリンドリカルズームレンズ１７では、シリンドリカル負レンズ１７ａとシリンドリカル正レンズ１７ｂとの光軸ＡＸの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。【００８４】  同様に、第２シリンドリカルズームレンズ１８では、シリンドリカル負レンズ１８ａとシリンドリカル正レンズ１８ｂとの光軸ＡＸの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。図１６の変形例では、第１シリンドリカルズームレンズ１７の間隔と第２シリンドリカルズームレンズ１８の間隔とをそれぞれ適宜変化させることにより、第３実施形態と同様の原理に基づいて様々な縦横比にしたがう輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。【００８５】  なお、上述の第２実施形態および第３実施形態においても、前述の第１実施形態の縦横比変化手段と同様の制御を行ってもよい。【００８６】  上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）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、本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１７のフローチャートを参照して説明する。【００８７】  先ず、図１７のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が��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、本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。【００８８】  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。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。【００８９】  また、本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１８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１８において、パターン形成工程４０１では、本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。【００９０】  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されたり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。【００９１】  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。【００９２】  なお、上述の各実施形態では、輪帯照明および円形照明を例にとって本発明を説明しているが、これに限定されることなく、たとえば４極照明や他の変形照明に対しても本発明を適用することができる。【００９３】  また、上述の各実施形態では、図１に示すような特定の構成を有する照明光学装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、たとえば特開２００３−６８６０７号公報およびこれに対応する米国特許出願公開ＵＳ２００３／００３８９３１号公報の図１０の実施例や、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ０３／１５４４７号明細書および図面の図１の実施例に対しても本発明を適用することが可能である。ここで、特開２００３−６８６０７号公報およびこれに対応する米国特許出願公開ＵＳ２００３／００３８９３１号公報の図１０の実施例においては、２組のシリンドリカルレンズ対をズームレンズ４とフライアイレンズ５との間の光路中に配置することができる。また、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ０３／１５４４７号明細書および図面の図１の実施例では、２組のシリンドリカルレンズ対をアフォーカルレンズ５の光路中やズームレンズ７とフライアイレンズ５との間の光路中に配置することができる。【００９４】  また、上述の各実施形態では、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。
【符号の説明】
【００９５】１  光源
４  回折光学素子
５  アフォーカルレンズ
７  円錐アキシコン系
８，９  シリンドリカルレンズ対
１０  ズームレンズ
１１  マイクロフライアイレンズ
１２  コンデンサー光学系
１３  マスクブラインド
１４  結像光学系
１５ａ，１５ｂ  フレネルレンズ
１６，１７，１８  シリンドリカルズームレンズ
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
２０  入力手段
２１  制御系
２２〜２９  駆動系
【図１】
2004112107.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004112107.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004112107.tif 000007
【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】
2004112107.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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