(57)【要約】【課題】それまで使用されていた光学素子と異なる光学素子を使用する場合に、光量分布に関して必要に応じて互換性を維持する。【解決手段】回折光学素子５Ａは、照明光の所定面における光量分布を、第１領域の平均的な光量（ＬＡ）がそれ以外の領域の平均的な光量（ＬＢ）よりも大きい第１分布（ＩＴ１）に設定する第１回折パターン領域５Ａ１と、この領域５Ａ１に隣接して配置され、照明光の所定面における光量分布を、その第１領域に連なる第２領域における平均的な光量（ＬＣ３）がその第１分布のその第２領域における平均的な光量（ＬＢ）よりも大きい第２分布（ＩＴ２）に設定する第２回折パターン領域５Ａ２と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を横切る方向に相対移動可能に配置される光学素子であって、
入射する光の所定面における光量分布を第１領域の平均的な光量がそれ以外の領域の平均的な光量よりも大きい第１分布に設定する第１素子領域と、
前記第１素子領域に隣接して配置され、入射する光の前記所定面における光量分布を、前記第１領域に連なる第２領域における平均的な光量が前記第１分布の前記第２領域の平均的な光量よりも大きい第２分布に設定する第２素子領域と、を備え、
入射する光の前記第１及び第２素子領域に対する照射面積比によって、前記所定面の前記第２領域における平均的な光量が可変であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１分布及び前記第２分布は、前記第１領域の平均的な光量が互いにほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１領域は、光軸の回りにほぼ等角度間隔で配置される互いに形状がほぼ等しい複数の領域であり、
前記第２分布は、前記第２領域内の少なくとも一部の領域で光量がほぼ一定であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第２分布は、前記第２領域内の少なくとも一部の領域で光量が前記第１領域に向かって次第に増加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１素子領域は回折格子パターンが形成された領域であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２素子領域は回折格子パターン又は拡散面が形成された領域であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
前記光学素子の射出面側に集光光学系を配置した場合に、前記所定面は、前記集光光学系の射出瞳と共役な面であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】
光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子と、
前記光学素子を前記光に対して前記光を横切る方向に移動可能に支持する支持機構と、
前記光学素子と前記被照射面との間に配置されるオプティカルインテグレータと、
を備えることを特徴とする照明光学系。
【請求項９】
光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子と、
前記光を前記光学素子に対して前記光を横切る方向に移動させる光移動機構と、
前記光学素子と前記被照射面との間に配置されるオプティカルインテグレータと、
を備えることを特徴とする照明光学系。
【請求項１０】
前記オプティカルインテグレータはフライアイインテグレータであり、
前記光学素子を介した光を前記フライアイインテグレータに導く集光光学系を備え、
前記光学素子に関して光量分布を規定する前記所定面は、前記フライアイインテグレータの入射面又は後側焦点面であることを特徴とする請求項８又は９に記載の照明光学系。
【請求項１１】
前記照明光学系は、所定のパターンを介した光を、前記所定のパターンの像を基板に投影する投影光学系に導き、
前記光学素子に関して光量分布を規定する前記所定面は、前記投影光学系の瞳と光学的に共役な位置にあることを特徴とする請求項８又は９に記載の照明光学系。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか一項に記載の照明光学系を備え、
前記照明光学系からの光で所定のパターンを介して基板を露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。
【請求項１４】
光源からの光で被照射面を照明する照明光学系内の、前記光の光路上に回折光学素子を配置し、所定面における光量分布を計測する工程と、
前記照明光学系内に前記回折光学素子の代わりに請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学素子を配置する工程と、
前記所定面における光量分布が前記回折光学素子に関して計測された光量分布に近づくように、前記光学素子と前記光との前記光を横切る方向の相対移動量を調整する工程と、
を含むことを特徴とする照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子等の光学素子、この光学素子を介して被照射面を照明する照明光学系、光学素子を介して被照射面を照明する照明方法、その照明光学系を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程で、レチクル（マスク）のパターンをフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）に転写するために使用される露光装置は、照明瞳面（射出瞳と共役な面）に形成される二次光源からの照明光でレチクルのパターン面（被照射面）を均一な照度分布で照明する照明光学系を備えている。
【０００３】
照明光学系は、従来より、所定の周期性を有するパターンに対する投影光学系の解像度及び焦点深度を実質的に向上させるために、例えば回転可能なターレット板の周縁部に取り付けられた複数の回折光学素子（diffractive optical element）から選択された所定の回折光学素子を照明光の光路に設置して、照明瞳面における二次光源の形状（光量分布）を例えば２極若しくは４極等の複数極状又は輪帯状等の形状にしている（例えば、特許文献１参照）。さらに、回折光学素子を用いて、照明瞳面における二次光源を転写対象の複雑な構造のパターンに対して最適化したいわゆるフリーフォームと呼ばれる複雑な形状とする照明光学系も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１７４５１２号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】James Carriere et al. "Advances in DOE modeling and optical performance for SMO applications" Proc. of SPIE, 米国, Vol. 7640, 764025-1 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の通常の回折光学素子を使用した場合には、照明瞳面に設計上の光量分布の外に、高次回折光等のフレア光に起因する例えばほぼ一定のオフセット成分等が付加されるため、そのようなフレア光が存在する状態で露光装置の照明条件が設定されていた。これに対して、製造技術の進歩によって、最近の例えば新世代の回折光学素子は、フレア光を大幅に抑制することが可能となっている。
【０００７】
そのため、例えば従来のフレア光が比較的大きい回折光学素子を有する照明光学系を備えた露光装置を用いて、照明条件が最適化されたデバイス製造工程で、フレア光が抑制された回折光学素子を有する照明光学系を備えた露光装置を使用する場合が生じ得る。このような場合、照明条件の互換性を維持するためには、後者の露光装置においても、照明瞳面にあえてフレア光に起因する成分と同等の光量分布を付加することが求められることもある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、それまで使用されていた光学素子と異なる光学素子を使用する場合に、必要に応じて光量分布の互換性を維持できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様によれば、入射する光を横切る方向に相対移動可能に配置される光学素子が提供される。この光学素子は、入射する光の所定面における光量分布を第１領域の平均的な光量がそれ以外の領域の平均的な光量よりも大きい第１分布に設定する第１素子領域と、その第１素子領域に隣接して配置され、入射する光のその所定面における光量分布を、その第１領域に連なる第２領域における平均的な光量がその第１分布のその第２領域の平均的な光量よりも大きい第２分布に設定する第２素子領域とを備え、入射する光のその第１及び第２素子領域に対する照射面積比によって、その所定面のその第２領域における平均的な光量が可変であるものである。
【００１０】
また、本発明の第２の態様によれば、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系が提供される。この照明光学系は、本発明の第１の態様の光学素子と、その光学素子をその光に対してその光を横切る方向に移動可能に支持する支持機構又はその光をその光学素子に対してその光を横切る方向に移動させる光移動機構と、その光学素子とその被照射面との間に配置されるオプティカルインテグレータとを備えるものである。
【００１１】
また、本発明の第３の態様によれば、本発明の照明光学系を備え、その照明光学系からの光で所定のパターンを介して基板を露光する露光装置が提供される。
また、本発明の第４の態様によれば、本発明の露光装置を用いて、基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【００１２】
また、本発明の第５の態様によれば、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系内の、その光の光路上に回折光学素子を配置し、所定面における光量分布を計測する工程と、その照明光学系内にその回折光学素子の代わりに本発明の第１の態様の光学素子を配置する工程と、その所定面における光量分布がその回折光学素子に関して計測された光量分布に近づくように、その光学素子とその光とのその光を横切る方向の相対移動量を調整する工程と、を含む照明方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の態様によれば、入射する光の第１及び第２素子領域に対する照射面積比によって、その所定面の第２領域における平均的な光量が可変である。従って、必要に応じてその第２領域における平均的な光量をそれまでに使用されていた光学素子によって設定される光量に近付けることによって、光量分布の互換性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の一例の露光装置を示す一部が切り欠かれた図である。
【図２】（Ａ）は図１中の照明条件切り替え装置１０の機構部を示す図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。
【図３】（Ａ）は従来の４極照明の光量分布の一例を示す図、（Ｂ）は図３（Ａ）のＢＢ線に沿う光量分布を示す図、（Ｃ）は図３（Ａ）のＢＢ線に沿う別の光量分布を示す図、（Ｄ）はフレアが抑制された４極照明の光量分布の一例を示す図、（Ｅ）は図３（Ｄ）のＥＥ線に沿う光量分布を示す図である。
【図４】（Ａ）は図２（Ａ）の回折光学素子５Ａを示す図、（Ｂ）は回折光学素子５ＡをＹ方向に平行移動した状態を示す図、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）はそれぞれ回折光学素子５Ａの第２回折パターン領域、第１回折パターン領域、及び図４（Ｂ）の照射領域３０からの光による照明瞳面上の光量分布を示す図である。
【図５】（Ａ）は図２（Ａ）の回折光学素子５Ｂを示す図、（Ｂ）は回折光学素子５ＢをＹ方向に平行移動した状態を示す図、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）はそれぞれ回折光学素子５Ｂの第２回折パターン領域、第１回折パターン領域、及び図５（Ｂ）の照射領域３０からの光による照明瞳面上の光量分布を示す図である。
【図６】照明方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】（Ａ）は第１変形例の回折光学素子５Ｇを示す図、（Ｂ）は回折光学素子５ＧをＹ方向に平行移動した状態を示す図、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）はそれぞれ回折光学素子５Ｇの第２回折パターン領域、第１回折パターン領域、及び図７（Ｂ）の照射領域３０からの光による照明瞳面上の光量分布を示す図である。
【図８】（Ａ）は第２変形例の回折光学素子５Ｈを示す図、（Ｂ）は第３変形例の回折光学素子５Ｉを示す図、（Ｃ）は図８（Ｂ）の照射領域３０からの光による照明瞳面上の光量分布を示す図である。
【図９】（Ａ）は第４変形例の回折光学素子５Ｊを示す図、（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）はそれぞれ回折光学素子５Ｊの第１回折パターン領域、第２回折パターン領域、及び第３回折パターン領域からの光による照明瞳面上の光量分布を示す図である。
【図１０】（Ａ）はＹ方向の２極照明の光量分布の一例を示す図、（Ｂ）はＺ方向の２極照明の光量分布の一例を示す図、（Ｃ）は輪帯照明の光量分布の一例を示す図である。
【図１１】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）ＥＸの構成を示す。図１において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬを発生する光源１と、光源１からの照明光ＩＬでレチクルＲ（マスク）のパターン面（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲの位置及び速度を制御するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（基板）の表面に投影する投影光学系ＰＬとを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、ウエハＷの位置及び速度を制御するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系２０とを備えている。
【００１６】
以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面）内で図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。
本実施形態において、光源１としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）などの他のレーザ光源、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（例えば半導体レーザ等）等の高調波発生装置、又は水銀ランプなども使用することができる。光源１から射出された所定の偏光状態の紫外パルス光よりなる照明光ＩＬは、ビームエキスパンダ２により光束の断面形状が所望の形状（本実施形態では矩形）に変換された後、光路折り曲げ用のミラー３及び偏光状態を制御するための偏光光学系（不図示）を介して光軸ＡＸＩに沿って照明条件切り替え装置１０の一部に入射する。
【００１７】
図２（Ａ）は照明条件切り替え装置１０を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。図２（Ａ）において、照明条件切り替え装置１０は、互いに異なる照明条件を設定するための複数の回折光学素子（Diffractive Optical Element: ＤＯＥ)５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆと、回折光学素子５Ａ〜５Ｆが固定された矩形の回転枠３３Ａ〜３３Ｆと、光軸ＡＸＩに平行な回転軸３１ｃの回り（以下、θ方向という）に回転可能に支持された円板状のターレット板３１と、ターレット板３１をθ方向に指定された角度だけ回転するロータリーエンコーダを内蔵した駆動部２２Ａと、を備えている。さらに、照明条件切り替え装置１０は、ターレット板３１の周縁部に等角度間隔で配置された複数の開口３１ａ内に、回転軸受け３４Ａ〜３４Ｆを介して回転可能に支持された連結枠３５Ａ〜３５Ｆと、ターレット板３１の外周部に所定間隔を隔てて配置されたエアーシリンダー３８と、エアーシリンダー３８からターレット板３１側に付勢可能なガイド部材３９と、駆動部２２Ａ及びエアーシリンダー３８の動作を制御する照明制御系２１（図１参照）と、を備えている。回転枠３３Ａ〜３３Ｆの構成は互いに同じであり、回転枠３３Ａ〜３３Ｆは、それぞれ複数のボルト３６（図２（Ｂ）参照）によって連結枠３５Ａ〜３５Ｆに固定されている。回転枠３３Ａ〜３３Ｆ及び連結枠３５Ａ〜３５Ｆには、それぞれ回折光学素子５Ａ〜５Ｆから射出される回折光を通過させる開口３３Ａｂ等及び開口３５Ａａ等が形成されている（図２（Ｂ）参照）。なお、本実施形態では、回折光学素子５Ａ〜５Ｆの個数は６個であるが、実際にはこれより多くの回折光学素子が備えられている。
【００１８】
図１において、駆動部２２Ａは、照明光学系ＩＬＳを支持するフレームの一部であるフレーム部ＦＲ１に固定され、エアーシリンダー３８もそのフレームの一部（不図示）に固定されている。
また、図２（Ａ）に示すように、回折光学素子５Ａが照明光ＩＬの照射領域３０にある状態では、回転枠３３Ａの＋Ｚ方向の端面３３Ａａは回折光学素子５Ａが並進移動（平行移動）する方向ＴＤ（本実施形態ではＹ方向）に平行である。ガイド部材３９の長手方向もＹ方向に平行である。なお、回折光学素子５Ａ〜５Ｆを構成するガラス基板は矩形の平板状であるため、ガイド部材３９を回折光学素子５Ａの端面に直接付勢することも可能である。
【００１９】
本実施形態では、図２（Ａ）のように回折光学素子５Ａが照射領域３０にかかっている状態で、エアーシリンダー３８によってガイド部材３９を回転軸３１ｃの方向ＲＤに軽く付勢して、ガイド部材３９を回転枠３３Ａの端面３３Ａａ（位置Ａ１０）に押し付ける。この状態で、ターレット板３１をθ方向に回転すると、回転枠３３Ａ（回折光学素子５Ａ）はガイド部材３９に沿って逆方向に回転するため、回折光学素子５Ａは照射領域３０に対してほぼ方向ＴＤ（Ｙ方向）に並進移動する。なお、実際には回折光学素子５ＡはＺ方向にも僅かに並進移動するが、回折光学素子５ＡがＺ方向に移動しても回折光のパターン、ひいては照明条件は実質的に変化しない。同様に、エアーシリンダー３８及びガイド部材３９を含む並進機構によって、他の回折光学素子５Ｂ〜５Ｆもそれぞれ照射領域３０の近傍ではほぼ方向ＴＤに並進移動する。なお、エアーシリンダー３８の代わりに電磁式のアクチュエータ等も使用可能である。また、並進機構の構成は任意である。
【００２０】
また、回折光学素子５Ｃ〜５Ｆ等の中には、照射領域３０とのＹ方向の位置関係を調整する必要のない素子もある。このようにＹ方向の位置関係を調整する必要がない回折光学素子に関しては、連結枠３５Ｃ等及び回転軸受け３４Ｃ等を省略して、回転枠３３Ｃ等をターレット板３１に直接固定してもよい。
また、一例として、第１及び第２の回折光学素子５Ａ及び５Ｂは、それぞれ入射した照明光ＩＬを回折して、ファーフィールドに光軸ＡＸＩに関してほぼ対称にＺ方向（レチクルＲのパターン面のＸ方向に対応する方向）及びＹ方向に偏心した４箇所の領域で光量が大きくなる回折光のパターンを形成する４極照明用の素子である。ただし、回折光学素子５Ａ，５Ｂは生成可能なフレア光の状態が異なっている（詳細後述）。また、回折光学素子５Ｃ及び５Ｄは、それぞれファーフィールドにＺ方向及びＹ方向に偏心した２箇所の領域で光量が大きくなる回折光のパターンを形成する２極照明用の素子である。そして、他の回折光学素子５Ｅ及び５Ｆは、それぞれ例えば通常照明用及び輪帯照明用の回折光のパターンを形成する。なお、光量とは、本実施形態では、被計測面の単位面積当たりに単位時間当たりに入射する光のエネルギーであり、光量とは照度又は光強度にも対応している。
【００２１】
回折光学素子５Ａ〜５Ｆは、それぞれ照明光ＩＬを透過する矩形のガラス基板の一面に、ファーフィールドに形成する回折光のパターンに応じた種々の凹凸の回折パターン（種々のピッチの回折格子）をエッチング等で形成することによって製造できる。回折光学素子５Ａ〜５Ｆの回折パターンは、計算機ホログラム(Computer Generated Hologram: CGH) から形成することも可能である。また、回折光学素子５Ａ〜５Ｆの回折パターンとして、位相分布型のホログラム、キノフォーム(Kinoform)、又は振幅分布型のホログラムも使用可能である。また、回折光学素子５Ａ〜５Ｆは、透過型回折光学素子には限定されず、反射型回折光学素子であっても良い。
【００２２】
主制御系２０からの照明条件を設定する指令に応じて、照明制御系２１が駆動部２２Ａを介してターレット板３１を回転し、エアーシリンダー３８を介してガイド部材３９を回転枠３３Ａ〜３３Ｆに付勢することによって、その照明条件に応じた回折光学素子が照明光ＩＬの光路上に配置される。また、後述のように、選択された回折光学素子と照明光ＩＬとのＹ方向の相対位置の調整も行われる。
【００２３】
図１において、照明条件切り替え装置１０内の任意の回折光学素子（図１では回折光学素子５Ａ）を介して回折された光束は、前群レンズ系７ａ、凹の円錐面を持つ第１プリズム８ａと凸の円錐面を持つ第２プリズム８ｂとからなるアキシコン系８、及び後群レンズ系７ｂ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レンズアレイ９を照明する。前群レンズ系７ａ及び後群レンズ系７ｂから、所定範囲で焦点距離が連続的に可変のズームレンズ（変倍光学系）７が構成されている。ズームレンズ７は、回折光学素子５Ａの射出面とマイクロレンズアレイ９の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。また、マイクロレンズアレイ９の入射面９Ｉは、ズームレンズ７（集光光学系）の後側焦点面、即ちズームレンズ７の射出瞳と共役な面でもある。
【００２４】
回折光学素子５Ａ（又は回折光学素子５Ｃ等）から射出される照明光ＩＬは、ズームレンズ７の後側焦点面、即ち、マイクロレンズアレイ９の入射面９Ｉにおいて、４極状（又は２極状等）の照明領域に集光される。このように回折光学素子５Ａ等とズームレンズ７とは、照明領域形成手段の一部を構成している。その照明領域の全体的な大きさは、ズームレンズ７の焦点距離に依存して変化する。照明制御系２１が例えばスライド機構を含む駆動部２２Ｂを介して前群レンズ系７ａを光軸ＡＸＩに沿って駆動することで、ズームレンズ７の焦点距離が所望の値に制御される。
【００２５】
また、アキシコン系８において、第１プリズム８ａと第２プリズム８ｂとの円錐面は対向して配置されている。照明制御系２１が例えばスライド機構を含む駆動部２２Ｃを介して第２プリズム８ｂを光軸ＡＸＩに沿って駆動することで、プリズム８ａ及び８ｂの光軸ＡＸＩに沿った間隔を制御できる。この間隔の制御によって、回折光学素子５Ａ等から射出された光束の入射面９Ｉにおける光軸ＡＸＩに対して半径方向の位置を制御できる。一方、上記のズームレンズ７の焦点距離を制御することによって、入射面２２Ｉの個々の照明領域の大きさを制御できる。
【００２６】
マイクロレンズアレイ９は、縦横に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。マイクロレンズアレイ９を構成する各微小レンズは、レチクルＲのパターン面（レチクル面）に形成すべき照明領域の形状と相似な矩形状の断面を有する。マイクロレンズアレイ９の後側焦点面が照明光学系ＩＬＳの瞳面（照明光学系の射出瞳と共役な面）である照明瞳面ＩＰＰであり、照明瞳面ＩＰＰは、レチクル面と光学的にフーリエ変換の関係にある。また、照明瞳面ＩＰＰは、投影光学系の入射瞳と共役な関係、或いは投影光学系中の開口絞りの位置と共役な関係にあるとも言える。照明瞳面ＩＰＰには、マイクロレンズアレイ９への入射光束によって形成される照明領域とほぼ同じ光量分布（光強度分布）を有する二次光源、ここでは回折光学素子５Ａ等によって形成される４極照明用等の二次光源が形成される。このように、マイクロレンズアレイ９の入射面９Ｉ及び照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布は互いにほぼ等しいとみなすことができる。ただし、入射面９Ｉに入射する照明光の開き角に比べて、照明瞳面ＩＰＰの二次光源から射出される照明光の開き角は大きくなっている。
【００２７】
また、照明瞳面ＩＰＰの近傍に照度センサ２５が配置され、照度センサ２５の検出信号は主制御系２０に供給されている。照度センサ２５は、Ｚ方向及びＹ方向に移動可能なリニアエンコーダが組み込まれたアーム（不図示）の先端部に固定されている。照度センサ２５の検出信号によって照明瞳面ＩＰＰ上の二次光源の形状又は光量分布（照度分布）をモニタできる。
【００２８】
マイクロレンズアレイ９の後側焦点面（照明瞳面ＩＰＰ）を通過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ１３、レチクルブラインド１４（視野絞り）、第２リレーレンズ１５、光路折り曲げ用のミラー１６、及びコンデンサ光学系１７を介して、レチクルＲのパターン面（レチクル面）の矩形の照明領域を重畳的に照明する。ビームエキスパンダ２、ミラー３、照明条件切り替え装置１０（回折光学素子５Ａ〜５Ｆ）、ズームレンズ７、アキシコン系８、及びマイクロレンズアレイ９からコンデンサ光学系１７までの光学部材を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。レチクルブラインド１４の配置面は、レチクル面の共役面である。なお、マイクロレンズアレイ９の代わりにフライアイレンズ等を使用してもよい。
【００２９】
レチクルＲのパターン面（レチクル面）は、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬの物体面に配置されている。照明光ＩＬのもとで、レチクル面の照明領域内の回路パターンの像が、投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、投影光学系ＰＬの像面に配置されたウエハＷの表面の一つのショット領域の露光領域（照明領域と共役な領域）のフォトレジスト層に転写される。投影光学系ＰＬとしては、屈折系の他に、反射屈折系等も使用可能である。ウエハＷ（基板）は、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００ｍｍ〜４５０ｍｍ程度の円板状の基材上にフォトレジスト（感光材料）を塗布したものを含む。
【００３０】
レチクルＲに形成されている回路パターンは、一例として４極照明に適したパターン、例えばＸ方向に投影光学系ＰＬの解像限界に近い周期で形成されたＸ方向のライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）、及びＹ方向にその解像限界に近い周期で形成されたＹ方向のＬ＆Ｓを含むパターンである。
また、レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面と平行な上面に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）の上面にＹ方向に等速移動可能に、かつ少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸に平行な軸の回り（θｚ方向）に微動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの位置情報（回転角も含む）は、レチクルステージ駆動系２３内のレーザ干渉計によって計測されている。レチクルステージ駆動系２３は、その計測情報及び主制御系２０からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００３１】
一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージＷＳＴの上部に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハベース（不図示）の上面にＸ方向、Ｙ方向に移動可能に載置されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（回転角も含む）は、ウエハステージ駆動系２４内のレーザ干渉計によって計測されている。ウエハステージ駆動系２４は、その計測情報及び主制御系２０からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。また、ウエハステージＷＳＴには、不図示のオートフォーカスセンサの計測情報に基づいて、走査露光中に露光領域内でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むための合焦機構（Ｚレベリングステージ）が組み込まれている。
【００３２】
また、レチクルＲのアライメントを行うためのレチクルアライメント系（不図示）及びウエハＷのアライメントを行うためのウエハアライメント系（不図示）が備えられている。
露光時には、主制御系２０からの制御情報に基づいて、照明条件切り替え装置１０によって照明光ＩＬの光路にレチクルＲのパターンに応じた回折光学素子（ここでは回折光学素子５Ａ又は５Ｂ）を配置することで、照明条件が設定される。その後、アライメントの結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動することで、ウエハＷが走査開始位置に移動する。そして、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内の回路パターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷの一つのショット領域を露光しつつ、レチクルステージＲＳＴを介して照明領域に対してＹ方向にレチクルＲを移動する動作と、ウエハステージＷＳＴを介して露光領域に対してウエハＷを対応する方向に移動する動作とを同期して行う。この走査露光動作によって、ウエハＷの当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が転写露光される。そのステップ移動と走査露光とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が転写露光される。
【００３３】
次に、本実施形態の照明光学系ＩＬＳ中の回折光学素子５Ａ，５Ｂの構成及び使用方法につき詳細に説明する。なお、照明光学系ＩＬＳ中のアキシコン系８の第１プリズム８ａと第２プリズム８ｂとの間隔及びズームレンズ７の焦点距離は、それぞれ可変範囲内の中央値に固定されているものとする。本実施形態では、照明瞳面ＩＰＰの二次光源の光量分布に、従来の回折光学素子から発生する高次回折光等のフレア光に起因する成分と等価な可変の光量分布を付加することが可能である。
【００３４】
図３（Ａ）は、従来の比較的大きいフレア光が発生する４極照明用の回折光学素子４Ａ（不図示）を図１の照明光ＩＬの光路に設置した場合に、照明瞳面ＩＰＰに形成される二次光源２８Ｏの形状を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の光軸ＡＸＩを通りＹ軸に平行なＢＢ線に沿う光量分布ＩＴ５を示す。なお、二次光源２８Ｏは９０°回転しても同じであるため、図３（Ａ）の光軸ＡＸＩを通りＺ軸に平行な直線上の光量分布もほぼ光量分布ＩＴ５と同じである。また、光量分布ＩＴ５等は、対応する回折光学素子の回折パターン形成領域の単位面積から発生する回折光による光量分布を示している。
【００３５】
図３（Ａ）において、二次光源２８Ｏは、光軸ＡＸＩをＹ方向に挟む１対の扇形の領域２６Ａ，２６Ｃ、及び光軸ＡＸＩをＺ方向（レチクル面のＸ方向に対応する方向）に挟む１対の扇形の領域２６Ｂ，２６Ｄの平均的な光量がＬＡで、領域２６Ａ〜２６Ｄに内接してフレア光の影響がある円形のフレア領域２７の平均的な光量がＬＣである。中央のフレア領域２７の光量分布はほぼ一定のオフセット成分であり、その光量ＬＣは、照明光ＩＬを照射しない場合の暗レベルＬＢよりも大きく、暗レベルＬＢを基準としたときの光量ＬＣは、領域２６Ａ〜２６Ｄの光量ＬＡに対しては例えば０．５〜数％程度である。従来の４極照明用の回折光学素子には、フレア領域２７の平均的な光量がＬＣと異なるＬＣ１，ＬＣ２等になるものもある。
【００３６】
また、従来の４極照明用の回折光学素子には、図３（Ａ）の二次光源２８Ｏにおいて、円形のフレア領域２７の周縁部で、かつ４極の領域２６Ａ〜２６Ｄに内接する扇形の部分フレア領域２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄの光量分布が、領域２６Ａ〜２６Ｄに近づくにつれて次第に増加するスロープ状分布となっているタイプもある。このように部分フレア領域２７ａ〜２７ｄの光量分布がスロープ状となっている場合に、図３（Ａ）のＢＢ線に沿う光量分布ＩＴ６を図３（Ｃ）に示す。なお、図３（Ａ）の光軸ＡＸＩを通りＺ軸に平行な直線上の光量分布もほぼＩＴ６となる（以下同様）。図３（Ｃ）において、図３（Ａ）の部分フレア領域２７ａ，２７ｃの光量分布に対応するスロープ部ＬＥ，ＬＤは、光量が中央の暗レベルＬＢから外側に向かって次第に増加している。この場合にも、回折光学素子によっては、スロープ状分布の状態はスロープ部ＬＥ１，ＬＤ１のように異なっている場合がある。
【００３７】
これらに対して、図３（Ｄ）は、図１の照明瞳面ＩＰＰにおける４極照明用のフレア光が抑制された二次光源２８Ｎの形状を示し、図３（Ｅ）は、図３（Ｄ）の光軸ＡＸＩを通りＹ軸に平行なＥＥ線に沿う光量分布ＩＴＮを示す。光量分布ＩＴＮは、二次光源２８Ｎの２対の領域２６Ａ〜２６Ｄでほぼ一定の光量ＬＡであり、それ以外の領域ではほぼ暗レベルＬＢである。
【００３８】
本実施形態では、図２（Ａ）の回折光学素子５Ａ又は５Ｂを照明光ＩＬの光路に設置することで、図３（Ａ）及び図３（Ｄ）等の種々の４極照明用の二次光源を生成する。
図４（Ａ）は、第１の回折光学素子５Ａのパターン形成領域を図２（Ａ）の照明光ＩＬの照射領域３０に設置した状態を示す。照射領域３０は、Ｚ方向の長さがＹ方向の幅のほぼ２倍のＺ方向に細長いほぼ矩形領域である。また、照明条件切り替え装置１０の動作によって、回折光学素子５Ａのパターン形成領域内に照射領域３０が入っている状態では、回折光学素子５Ａは照射領域３０に対してほぼＹ方向に並進移動（平行移動）する。図４（Ａ）において、回折光学素子５Ａのパターン形成領域には、それぞれＹ軸及びＺ軸に平行な辺で囲まれてＺ方向に細長い互いに同じ大きさの第１及び第２の回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２がＹ方向に隣接して形成されている。回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２はそれぞれ照射領域３０より大きく、照明条件切り替え装置１０によってターレット板３１を回転して回折光学素子５ＡをＹ方向に並進移動することで、照射領域３０による回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２に対する照射面積比を任意に制御可能である。
【００３９】
また、回折光学素子５Ａの第１回折パターン領域５Ａ１には、照明瞳面ＩＰＰにおいて、図３（Ｄ）の二次光源２８Ｎと同様の二次光源を生成可能な回折パターンが形成されている。即ち、照射領域３０で第１回折パターン領域５Ａ１のみを照明した場合、照明瞳面ＩＰＰにおいては、図３（Ｄ）の２対の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量がほぼＬＡで、それ以外の領域（図３（Ａ）のフレア領域２７を含む）の光量がほぼ暗レベルＬＢの二次光源が形成される。図４（Ｄ）は、照射領域３０で第１回折パターン領域５Ａ１のみを照明した場合の、図３（Ｄ）のＥＥ線に沿う光量分布ＩＴ１を示す。光量分布ＩＴ１は図３（Ｅ）の光量分布ＩＴＮと同じである。
【００４０】
また、回折光学素子５Ａの第２回折パターン領域５Ａ２には、照明瞳面ＩＰＰにおいて、図３（Ａ）の二次光源２８Ｏよりもフレア光の多い二次光源を生成可能な回折パターンが形成されている。即ち、照射領域３０で第２回折パターン領域５Ａ２のみを照明した場合、照明瞳面ＩＰＰにおいては、図３（Ａ）の２対の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量がほぼＬＡで、領域２６Ａ〜２６Ｄに内接するフレア領域２７の平均的な光量ＬＣ３が図３（Ｂ）の光量ＬＣの例えば数倍で、それ以外の領域の光量がほぼ暗レベルＬＢの二次光源が形成される。図４（Ｃ）は、照射領域３０で第２回折パターン領域５Ａ２のみを照明した場合の、図３（Ａ）のＢＢ線に沿う光量分布ＩＴ２を示す。図４（Ｃ）において、光量分布ＩＴ２は、領域２６Ａ，２６Ｃにおける光量ＬＡが第１回折パターン領域５Ａ１を用いたときの光量分布ＩＴ１の光量と同じであり、フレア領域２７における光量ＬＣ３（ほぼ一定のオフセット成分）は、光量分布ＩＴ１の光量（暗レベルＬＢ）よりも大きい。
【００４１】
なお、本実施形態では、図１の照明瞳面ＩＰＰにおける二次光源の光量分布は、マイクロレンズアレイ９の入射面９Ｉ（ズームレンズ７の射出瞳と共役な面）における光量分布と等価である。また、回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２の境界線はＺ軸に平行であるため、回折光学素子５Ａが照射領域３０に対してＺ方向に相対移動しても、照明瞳面ＩＰＰにおける二次光源の光量分布は変化しない。これは後述の回折光学素子５Ｂについても同様である。本実施形態では、照明光ＩＬの照射領域３０の回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２に対する照射面積比を任意に制御可能である。その照射面積比がａ：ｂである場合、照明瞳面ＩＰＰにおける二次光源の光量分布は、図３（Ａ）の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量がＬＡで、フレア領域２７のほぼ一定の光量ＬＣｘは、フレア領域２７の光量分布ＩＴ１の光量（暗レベルＬＢ）及び光量分布ＩＴ２の光量ＬＣ３を用いて次のようになる。
【００４２】
ＬＣｘ＝ＬＢ＋（ＬＣ３−ＬＢ）・ｂ／（ａ＋ｂ）  …（１）
従って、その照射面積比を制御することによって、照明瞳面ＩＰＰのフレア領域２７の光量を暗レベルＬＢから第２回折パターン領域５Ａ２のみを用いたときの光量ＬＣ３までの範囲内で制御できる。なお、図４（Ｅ）は、フレア領域２７の光量ＬＣｘを図３（Ｂ）の光量ＬＣと同じにした場合の、図３（Ａ）のＢＢ線に沿う光量分布ＩＴ５を表し、図４（Ｂ）は、この場合の照射領域３０と回折光学素子５Ａとの位置関係の一例を示す。
【００４３】
また、図５（Ａ）は、図２（Ａ）の第２の回折光学素子５Ｂのパターン形成領域を照明光ＩＬの照射領域３０に設置した状態を示す。図５（Ａ）において、回折光学素子５Ｂのパターン形成領域には、それぞれＹ軸及びＺ軸に平行な辺で囲まれてＺ方向に細長い互いに同じ大きさの第１及び第２の回折パターン領域５Ｂ１，５Ｂ２がＹ方向に隣接して形成されている。回折パターン領域５Ｂ１，５Ｂ２はそれぞれ照射領域３０より大きく、照明条件切り替え装置１０によって回折光学素子５ＢをＹ方向に並進移動することで、照射領域３０による回折パターン領域５Ｂ１，５Ｂ２に対する照射面積比を任意に制御可能である。
【００４４】
また、回折光学素子５Ｂの第１回折パターン領域５Ｂ１には、回折光学素子５Ａの第１回折パターン領域５Ａ１と同じ回折パターンが形成されている。即ち、照射領域３０で第１回折パターン領域５Ｂ１のみを照明した場合、照明瞳面ＩＰＰにおいては、図３（Ｄ）の２対の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量がほぼＬＡで、それ以外の領域（図３（Ａ）のフレア領域２７を含む）の光量がほぼ暗レベルＬＢの二次光源が形成される。図５（Ｄ）は、照射領域３０で第１回折パターン領域５Ｂ１のみを照明した場合の、図３（Ｄ）のＥＥ線に沿う光量分布ＩＴ１を示す。
【００４５】
また、回折光学素子５Ｂの第２回折パターン領域５Ｂ２には、照明瞳面ＩＰＰにおいて、図３（Ａ）の二次光源２８Ｏとフレア光の状態が異なる二次光源を生成可能な回折パターンが形成されている。照射領域３０で第２回折パターン領域５Ｂ２のみを照明した場合、照明瞳面ＩＰＰにおいては、図３（Ａ）の２対の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量がほぼＬＡで、領域２６Ａ〜２６Ｄに内接するフレア領域２７内の部分フレア領域２７ａ〜２７ｄの光量が領域２６Ａ〜２６Ｄに向かって次第に増加する二次光源が形成される。図５（Ｃ）は、照射領域３０で第２回折パターン領域５Ｂ２のみを照明した場合の、図３（Ａ）のＢＢ線に沿う光量分布ＩＴ３を示す。図５（Ｃ）において、光量分布ＩＴ３は、領域２６Ａ，２６Ｃにおける光量ＬＡが第１回折パターン領域５Ｂ１を用いたときの光量分布ＩＴ１の光量と同じであり、部分フレア領域２７ａ，２７ｃにおける光量分布はスロープ部ＬＥ２，ＬＤ２で示すように、暗レベルＬＢから図４（Ｃ）の光量ＬＣ３程度まで次第に増加している。
【００４６】
また、照明条件切り替え装置１０によって、照明光ＩＬの照射領域３０の回折パターン領域５Ｂ１，５Ｂ２に対する照射面積比を任意に制御可能である。その照射面積比がａ：ｂである場合、照明瞳面ＩＰＰにおける二次光源の光量分布は、図３（Ａ）の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量がＬＡで、部分フレア領域２７ａの位置Ｙ毎の光量ＬＥｘは、部分フレア領域２７ａの光量分布ＩＴ１の光量（暗レベルＬＢ）及び光量分布ＩＴ３の位置Ｙ毎の光量ＬＥ２ｘを用いて次のようになる。他の部分フレア領域２７ｂ〜２７ｄの光量も同様である。
【００４７】
ＬＥｘ＝ＬＢ＋（ＬＥ２ｘ−ＬＢ）・ｂ／（ａ＋ｂ）  …（２）
従って、その照射面積比を制御することによって、照明瞳面ＩＰＰの部分フレア領域２７ａ〜２７ｄ（スロープ部）の光量を暗レベルＬＢから第２回折パターン領域５Ｂ２のみを用いたときのスロープ部ＬＥ２，ＬＤ２等までの範囲内で制御できる。なお、図５（Ｅ）は、部分フレア領域２７ａの光量ＬＥｘの分布を図３（Ｃ）のスロープ部ＬＥと同じにした場合の、図３（Ａ）のＢＢ線に沿う光量分布ＩＴ６を表し、図５（Ｂ）は、この場合の照射領域３０と回折光学素子５Ｂとの位置関係の一例を示す。
【００４８】
次に、本実施形態の露光装置ＥＸの照明光学系ＩＬＳを用いた照明方法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この照明方法の動作は主制御系２０によって制御される。まず、図６のステップ１０２において、図１の照明条件切り替え装置１０の回転枠３３Ａに従来の４極照明用のフレア光の多い回折光学素子４Ａを固定し、回折光学素子４Ａを照明光ＩＬの照射領域３０（光路上）に配置する。次のステップ１０４において、光源１からの照明光ＩＬの照射を開始して、照度センサ２５によって照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布を計測する。この計測結果のうち、図３（Ａ）のＢＢ線に対応する線分に沿う光量分布は、図３（Ｂ）の光量分布ＩＴ５であり、この計測結果は主制御系２０内の記憶装置に記憶される。
【００４９】
次のステップ１０６において、光源１の発光を停止して、照明条件切り替え装置１０の回転枠３３Ａに第１の回折光学素子５Ａを固定し、回折光学素子５Ａを照明光ＩＬの照射領域３０（光路上）に配置する。次のステップ１０８において、主制御系２０内の演算部は、ステップ１０４の計測結果（光量分布ＩＴ５）に合わせて、図４（Ａ）の照射領域３０の回折光学素子５Ａの回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２に対する照射面積比（ａ：ｂ）を計算する。このためには、式（１）において、例えばａの代わりに１をおき、光量ＬＣｘの代わりにＬＣ（計測値）をおいて、ｂの値を計算すればよい。この照射面積比（ａ：ｂ）の情報は照明制御系２１に供給され、照明制御系２１は、その照射面積比が得られるように照明条件切り替え装置１０のターレット板３１の回転角θ５Ａ、ひいては回折光学素子５ＡのＹ方向の位置Ｙ５Ａを調整する。
【００５０】
次のステップ１１０において、光源１からの照明光ＩＬの照射を開始して、照度センサ２５によって照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布を計測する。そして、その計測結果のうちの例えば図３（Ａ）のＢＢ線に対応する線分に沿う光量分布と、記憶してある光量分布ＩＴ５とを比較する。そして、フレア領域２７の光量の差分が許容範囲を超えている場合には、その差分を小さくするように回折光学素子５ＡのＹ方向の位置Ｙ５Ａを補正する。次のステップ１１０において、回折光学素子５Ａを用いた場合の照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布と、従来の回折光学素子４Ａを用いた場合の照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布（ＩＴ５）とのフレア領域２７における差分が許容範囲内になったときの回折光学素子５ＡのＹ方向の位置Ｙ５Ａ（及びターレット板３１の回転角θ５Ａ）を主制御系２０内の記憶装置に記憶する。
【００５１】
同様に、照明瞳面ＩＰＰの二次光源の光量分布が図５（Ｅ）のスロープ部ＬＥ，ＬＤを持つ従来の回折光学素子４Ｂ（不図示）、及び図５（Ａ）の第２の回折光学素子５Ｂに関しても、ステップ１０２〜１１２と同様の動作を繰り返す。これによって、従来の回折光学素子４Ｂ及び回折光学素子５Ｂを用いた場合の照明瞳面ＩＰＰの二次光源の光量分布がほぼ等しくなるように、照射領域３０の回折光学素子５Ｂの回折パターン領域５Ｂ１，５Ｂ２の照射面積比を定めたときの回折光学素子５ＢのＹ方向の位置Ｙ５Ｂ（及びターレット板３１の回転角θ５Ｂ）が定められる。この位置Ｙ５Ｂ及び回転角θ５Ｂも主制御系２０内の記憶装置に記憶される。
【００５２】
次のステップ１１４において、レチクルＲのパターンの像をウエハＷに露光するために照明光学系ＩＬＳの照明条件を設定する。この照明条件が、例えば４極照明で、かつ従来の図３（Ｂ）のようなフレア光が発生する回折光学素子４Ａを用いる場合と互換性のある照明条件である場合には、照明条件切り替え装置１０のターレット板３１の回転角を上記のθ５Ａに設定する。これによって、回折光学素子５Ａと照射領域３０との相対位置は図４（Ｂ）のように設定され、回折光学素子４Ａを用いた場合の照明条件が再現される。また、その照明条件が、４極照明で、かつ図３（Ｃ）のようなフレア光が発生する回折光学素子４Ｂを用いる場合と互換性のある照明条件である場合には、照明条件切り替え装置１０のターレット板３１の回転角を上記のθ５Ｂに設定する。これによって、回折光学素子５Ｂと照射領域３０との相対位置は図５（Ｂ）のように設定され、回折光学素子４Ｂを用いた場合の照明条件が再現される。なお、４極照明等で実質的にフレア光のない照明条件も設定可能である。
【００５３】
次のステップ１１６において、設定された照明条件のもとで、露光装置ＥＸによって所定のロット数のウエハに順次レチクルＲのパターンの像が露光される。この際に、従来の照明条件と互換性のある照明条件を使用した場合には、従来の既知の露光精度と同等の精度で露光を行うことができる。
本実施形態の効果等は以下の通りである。
【００５４】
（１）本実施形態の露光装置ＥＸは、照明光ＩＬでレチクルＲのパターン面（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬＳを備え、照明光学系ＩＬＳは回折光学素子５Ａ，５Ｂを有する。
また、回折光学素子５Ａ，５Ｂは、それぞれ入射する照明光ＩＬを横切る方向（Ｙ方向）に移動可能に配置される。そして、回折光学素子５Ａは、照明光ＩＬのズームレンズ７の射出瞳と共役な面又は照明瞳面ＩＰＰ（所定面）における光量分布を領域２６Ａ〜２６Ｄ（第１領域）の平均的な光量（ＬＡ）がそれ以外の領域の平均的な光量（ＬＢ）よりも大きい第１光量分布（ＩＴ１）に設定する第１回折パターン領域５Ａ１（第１素子領域）と、第１回折パターン領域５Ａ１に隣接して配置され、照明光ＩＬのその所定面における光量分布を、領域２６Ａ〜２６Ｄに連なるフレア領域２７（第２領域）における平均的な光量（ＬＣ３）がその第１光量分布のフレア領域２７の平均的な光量（ＬＢ）よりも大きい第２光量分布（ＩＴ２）に設定する第２回折パターン領域５Ａ２（第２素子領域）と、を有する。そして、照明光ＩＬの回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２に対する照射面積比によって、その所定面のフレア領域２７における平均的な光量（ＬＣ）が可変である。同様に、照明光ＩＬの光路に回折光学素子５Ｂを設置した場合には、照明光ＩＬの回折パターン領域５Ｂ１，５Ｂ２（第１及び第２素子領域）に対する照射面積比によって、その所定面の部分フレア領域２７ａ〜２７ｄ（第２領域）における平均的な光量が可変である。
【００５５】
また、本実施形態の照明方法は、光源１からの照明光ＩＬでレチクルＲのパターン面（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬＳ内の、照明光ＩＬの光路上に回折光学素子４Ａ（４Ｂ）を配置し、照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布を計測するステップ１０２，１０４と、照明光学系ＩＬＳ内に回折光学素子４Ａ（４Ｂ）の代わりに回折光学素子５Ａ（５Ｂ）を配置するステップ１０６と、照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布が回折光学素子４Ａ（４Ｂ）に関して計測された光量分布に近づくように、回折光学素子５Ａ（５Ｂ）と照明光ＩＬとのＹ方向の相対移動量を調整するステップ１０８，１１０と、を含んでいる。
【００５６】
本実施形態によれば、入射する照明光ＩＬの回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２に対する照射面積比によって、その所定面のフレア領域２７における平均的な光量が可変である。従って、必要に応じてフレア領域２７における平均的な光量をそれまでに使用されていた従来の回折光学素子４Ａによって設定される光量に近付けることによって、設定しようとする光量分布（照明条件）に関して互換性を維持できる。回折光学素子５Ｂを使用する場合にも、同様に従来の回折光学素子４Ｂを使用した場合と互換性のある光量分布を設定できる。
【００５７】
（２）また、本実施形態の照明光学系ＩＬＳは、回折光学素子５Ａ，５Ｂと、回折光学素子５Ａ，５Ｂを照明光ＩＬに対して照明光ＩＬを横切る方向（Ｙ方向）に移動可能に支持する照明条件切り替え装置１０（支持機構）と、回折光学素子５Ａ，５ＢとレチクルＲのパターン面との間に配置されるオプティカルインテグレータ（マイクロレンズアレイ９）と、を備えている。
【００５８】
照明光学系ＩＬＳによれば、照明条件切り替え装置１０によって回折光学素子５Ａ，５Ｂと照明光ＩＬとのＹ方向の相対位置を調整することで、従来のフレア光が混入している照明条件と互換性のある照明条件を容易に再現できる。
（３）また、本実施形態の露光装置ＥＸは、照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明するために照明光学系ＩＬＳを備え、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでレチクルＲのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光している。従って、例えば４極照明等を用いる場合に、必要に応じて従来の露光工程で使用されていた照明条件と互換性のある照明条件を再現できるため、従来の製造工程（露光工程）の情報を有効に活用できる。
【００５９】
なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。
（１）上記の実施形態では、図３（Ａ）のフレア領域２７のオフセット成分の光量と、部分フレア領域２７ａ〜２７ｄのスロープ部の光量分布とを独立に制御しているが、図７（Ａ）の第１変形例の回折光学素子５Ｇを用いてオフセット成分の光量とスロープ部の光量分布とを同時に制御してもよい。
【００６０】
図７（Ａ）は、回折光学素子５Ｇを図２（Ａ）の照明条件切り替え装置１０を用いて照明光ＩＬの照射領域３０に設置した状態を示す。図７（Ａ）において、回折光学素子５Ｇの第１回折パターン領域５Ｇ１には、回折光学素子５Ａの第１回折パターン領域５Ａ１と同じ回折パターンが形成されている。従って、照射領域３０で第１回折パターン領域５Ｇ１のみを照明した場合、図３（Ａ）の照明瞳面ＩＰＰのＢＢ線に対応する部分では図７（Ｄ）の光量分布ＩＴ１（図３（Ｅ）の光量分布ＩＴＮと同じ分布）が得られる。
【００６１】
また、回折光学素子５Ｇの第１回折パターン領域５Ｇ１に隣接する第２回折パターン領域５Ｇ２には、照明瞳面ＩＰＰにおいて、回折光学素子５Ａの第２回折パターン領域５Ａ２による二次光源と回折光学素子５Ｂの第２回折パターン領域５Ｂ２による二次光源とを合わせた二次光源が生成される。即ち、照射領域３０で第２回折パターン領域５Ｇ２のみを照明した場合、照明瞳面ＩＰＰにおいては、図３（Ａ）の２対の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量がほぼＬＡで、領域２６Ａ〜２６Ｄに内接するフレア領域２７内の中央部の光量がＬＣ３で、フレア領域２７内の部分フレア領域２７ａ〜２７ｄの光量が領域２６Ａ〜２６Ｄに向かって次第に増加する二次光源が形成される。図７（Ｃ）は、その場合の図３（Ａ）のＢＢ線に対応する部分の光量分布ＩＴ４を示す。図７（Ｃ）において、光量分布ＩＴ４は、部分フレア領域２７ａ，２７ｃにおける光量分布がスロープ部ＬＥ２，ＬＤ２で示すように、光量ＬＣ３から次第に増加している。
【００６２】
回折光学素子５Ｇを照明光ＩＬの光路上に配置し、図７（Ｂ）に示すように、照射領域３０の回折パターン領域５Ｇ１，５Ｇ２に対する照射面積比を制御することによって、照明瞳面ＩＰＰの４極の二次光源において、フレア領域２７のオフセット成分（ＬＣ）と部分フレア領域２７ａ〜２７ｄのスロープ部ＬＥ，ＬＤ等の光量分布とを同時に同じ割合で調整できる。調整後の図３（Ａ）のＢＢ線に対応する部分の光量分布ＩＴ７を図７（Ｅ）に示す。
【００６３】
（２）また、上記の実施形態では、回折光学素子５Ａ等には２つの回折パターン領域５Ａ１，５Ａ２（第１及び第２の素子領域）等が形成されている。これに対して、図８（Ａ）の第２変形例の回折光学素子５Ｈで示すように、同じガラス基板に３つの回折パターン領域５Ｈ１，５Ｈ２，５Ｈ３（第１、第２、及び第３の素子領域）を隣接して形成しても良い。図８（Ａ）は、回折光学素子５Ｈを図２（Ａ）の照明光ＩＬの照射領域３０に配置した状態を示している。この場合、第１回折パターン領域５Ｈ１には回折光学素子５Ａの第１回折パターン領域５Ａ１と同じ回折パターンが形成され、第１回折パターン領域５Ｈ１をＹ方向に挟むように配列された第２及び第３の回折パターン領域５Ｈ２及び５Ｈ３には、それぞれ回折光学素子５Ａの第２回折パターン領域５Ａ２及び回折光学素子５Ｂの第２回折パターン領域５Ｂ２と同じ回折パターンが形成されている。ただし、第１回折パターン領域５Ｈ１のＹ方向の幅は照射領域３０よりも狭く設定されている。
【００６４】
回折光学素子５Ｈを図２（Ａ）の照明条件切り替え装置１０で支持した場合には、回折光学素子５ＨをＹ方向に移動することで、照射領域３０の回折パターン領域５Ｈ１，５Ｈ２，５Ｈ３に対する照射面積比を制御できる。なお、回折パターン領域５Ｈ１，５Ｈ２，５Ｈ３の全部を照明している場合、第１回折パターン領域５Ｈ１の照射面積は一定である。そして、照明瞳面ＩＰＰの二次光源の光量分布は、図８（Ｃ）（図３（Ａ）のＢＢ線に対応する部分の光量分布ＩＴ８）に示すように、領域２６Ａ〜２６Ｄの光量ＬＡは一定で、フレア領域２７の中央部の光量ＬＣ及び部分フレア領域２７ａ，２７ｃ（２７ａ〜２７ｃ）のスロープ部ＬＥ，ＬＤの光量分布が可変である。なお、回折パターン領域５Ｈ２，５Ｈ３の照射面積は逆比例するため、例えばフレア領域２７の中央部の光量がＬＣ４に低下すると、スロープ部ＬＥ３，ＬＤ３の光量は増加する。
【００６５】
なお、１つの回折光学素子に４個以上の回折パターン領域（素子領域）を隣接して形成してもよい。
（３）また、上記の第２変形例では、回折光学素子５Ｈには３つの回折パターン領域がＹ方向に形成されている。これに対して、図８（Ｂ）の第３変形例の回折光学素子５Ｉで示すように、同じガラス基板に３つの回折パターン領域５Ｉ１，５Ｉ２，５Ｉ３（第１、第２、及び第３の素子領域）を二次元的に隣接して形成しても良い。図８（Ｂ）は、回折光学素子５Ｉを図２（Ａ）の照明光ＩＬの照射領域３０に配置した状態を示している。この場合、第１回折パターン領域５Ｉ１には回折光学素子５Ａの第１回折パターン領域５Ａ１と同じ回折パターンが形成され、第１回折パターン領域５Ｉ１にＹ方向に隣接する第３回折パターン領域５Ｉ３には回折光学素子５Ｂの第２回折パターン領域５Ｂ２と同じ回折パターンが形成され、回折パターン領域５Ｉ１，５Ｉ３にＺ方向に隣接する第２回折パターン領域５Ｉ２には回折光学素子５Ａの第２回折パターン領域５Ａ２と同じ回折パターンが形成されている。
【００６６】
また、この第３変形例では、例えば図１に点線で示す平行平板ガラス（ハービング）６０Ｂ（光移動機構）をＹ軸に平行な軸の回りに傾斜させて照明光ＩＬの光路をＺ方向（第２方向ＤＺ）に移動し、照明条件切り替え装置１０で回折光学素子５ＩをＹ方向（第１方向ＤＹ）に移動することによって、回折光学素子５Ｉと照射領域３０とをＹ方向及びＺ方向に二次元的に相対的に並進移動する。これによって、照射領域３０の回折パターン領域５Ｉ１，５Ｉ２，５Ｉ３に対する照射面積比を制御できる。この場合、照明瞳面ＩＰＰの二次光源の光量分布は、図８（Ｃ）に示すように、図３（Ａ）の領域２６Ａ〜２６Ｄの光量ＬＡは一定で、フレア領域２７の中央部の光量ＬＣ及び部分フレア領域２７ａ，２７ｃ（２７ａ〜２７ｃ）のスロープ部ＬＥ，ＬＤの光量分布が独立に可変である。
【００６７】
なお、図１に点線で示す平行平板ガラス（ハービング）６０Ａ（光移動機構）をθｚ方向に傾斜させて照明光ＩＬの光路をＹ方向に移動してもよい。このように平行平板ガラス６０Ａを用いる場合には、照明条件切り替え装置１０は単に回折光学素子５Ａ等を回転可能に支持するのみでよい。
また、平行平板ガラス６０Ａ，６０Ｂの代わりに、回折光学素子５Ａ等の入射側に配置された傾斜角が可変のミラー等（光移動機構）を用いて、照明光ＩＬの光路を回折光学素子５Ａ等に対してＹ方向及び／又はＺ方向に相対移動してもよい。
【００６８】
（４）また、図９（Ａ）の第４変形例の回折光学素子５Ｊを図２（Ａ）の照明光ＩＬの照射領域３０に配置してもよい。図９（Ａ）において、第１回折パターン領域５Ｊ１は、図９（Ｂ）に示すように、照明瞳面ＩＰＰにおいてＹ方向の１対の領域２６Ａ，２６Ｃの平均的な光量がＺ方向の１対の領域２６Ｂ，２６Ｄの平均的な光量よりも大きくなる二次光源５１Ａを生成する。また、第１回折パターン領域５Ｊ１にＹ方向に隣接する第２回折パターン領域５Ｊ２は、図９（Ｃ）に示すように、照明瞳面ＩＰＰにおいてＺ方向の１対の領域２６Ｂ，２６Ｄの平均的な光量がＸ方向の１対の領域２６Ａ，２６Ｃの平均的な光量よりも大きくなる二次光源５１Ｂを生成する。また、回折パターン領域５Ｊ１，５Ｊ２にＺ方向に隣接する第３回折パターン領域５Ｊ３は、図９（Ｄ）に示すように、照明瞳面ＩＰＰにおいて、領域２６Ａ〜２６Ｄにおける光量が図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）の領域２６Ａ〜２６Ｄにおける平均的な光量に等しく、領域２６Ａ〜２６Ｄに内接するフレア領域２７における光量が図４（Ｃ）の光量ＬＣ３に等しい二次光源５１Ｃを生成する。
【００６９】
この第４変形例でも、例えば図１に点線で示す平行平板ガラス６０Ｂを傾斜させて照明光ＩＬの光路をＺ方向（第２方向ＤＺ）に移動し、照明条件切り替え装置１０で回折光学素子５ＪをＹ方向（第１方向ＤＹ）に移動することによって、回折光学素子５Ｊと照射領域３０とをＹ方向及びＺ方向に二次元的に相対的に並進移動する。これによって、照射領域３０の回折パターン領域５Ｊ１，５Ｊ２，５Ｊ３に対する照射面積比を制御できる。この場合、照明瞳面ＩＰＰの二次光源の光量分布は、図９（Ｄ）のＸ方向の領域２６Ａ，２６Ｃの光量とＺ方向の領域２６Ｂ，２６Ｄの光量との比（ポールバランス）、及びフレア領域２７におけるオフセット成分の光量を互いに独立に調整可能である。
【００７０】
（５）また、図１０（Ａ）に示すように、照明瞳面ＩＰＰにおいてＹ方向の２つの領域２６Ａ，２６Ｂの光量が大きくなる２極照明の二次光源５２Ａを生成する場合には、１つの回折光学素子の第１回折パターン領域に領域２６Ａ，２６Ｂのみで光量が大きくなる回折パターンを形成し、第２回折パターン領域には領域２６Ａ，２６Ｂに内接する領域５３Ａでも所定の光量が生じる回折パターンを形成しておいてもよい。同様に、図１０（Ｂ）に示すように、照明瞳面ＩＰＰにおいてＺ方向の２つの領域２６Ｂ，２６Ｄの光量が大きくなる２極照明の二次光源５２Ｂを生成する場合には、１つの回折光学素子の第１回折パターン領域に領域２６Ｂ，２６Ｄのみで光量が大きくなる回折パターンを形成し、第２回折パターン領域には領域２６Ｂ，２６Ｄに内接する領域５３Ｂでも所定の光量が生じる回折パターンを形成しておいてもよい。
【００７１】
また、図１０（Ｂ）に示すように、照明瞳面ＩＰＰにおいて輪帯状の領域５４の光量が大きくなる輪帯照明の二次光源５２Ｃを生成する場合には、１つの回折光学素子の第１回折パターン領域に領域５４のみで光量が大きくなる回折パターンを形成し、第２回折パターン領域には領域５４に内接する円形の領域５５でも所定の光量が生じる回折パターンを形成しておいてもよい。図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）の二次光源を生成する回折光学素子と照明光ＩＬとの相対位置を制御することによって、２極照明又は輪帯照明時にもフレア光による可変の光量分布を付加できる。
【００７２】
（６）また、上記の実施形態では、例えば回折光学素子５Ａ，５Ｂ等には２つ又は３つの回折パターン領域が形成されている。これに対して、例えばフレア領域２７の光量を制御する場合には、図４（Ａ）の回折光学素子５Ａの第２回折パターン領域５Ａ２の代わりに単に拡散面（例えばスリガラス面）を形成しておいてもよい。拡散面からの光は照明瞳面ＩＰＰ（又はマイクロレンズアレイ９の入射面）において一様に広がるため、第１回折パターン領域５Ａ１からの回折光と拡散面からの光との割合（照射面積比）を調整することによって、フレア領域２７のオフセット成分の光量を調整可能である。
【００７３】
（７）また、上記の実施形態の照明光学系ＩＬＳはズームレンズ７及びアキシコン系８を備えているため、回折光学素子５Ａ〜５Ｆ等によって形成される照明瞳面ＩＰＰの二次光源の形状の伸縮等を行うことができる。しかしながら、回折光学素子５Ａ〜５Ｆ等に例えば形状が同じで大きさが異なる二次光源を形成できる種々のパターンを形成しておくことによって、ズームレンズ７及びアキシコン系８の少なくとも一方を省略してもよい。さらに、ズームレンズ７及びアキシコン系８の代わりに焦点距離が固定のリレーレンズのみを配置してもよい。
【００７４】
（８）照明光学系ＩＬＳは、オプティカルインテグレータとしてマイクロレンズアレイ９（フライアイインテグレータ）の代わりにロッドレンズ（内面反射型インテグレータ）を用いて構成してもよい。この場合にも、回折光学素子５Ａ，５Ｂ等を用いることでフレア光の割合を調整可能である。
（９）照明瞳面ＩＰＰ上の二次光源の形状又は光量分布をモニタする照度センサ２５の代わりに、或いはこの照度センサ２５に加えて、レチクル面に到達する光束の光強度の角度成分をモニタするセンサを用いてもよい。このようなセンサは、例えば米国特許第６，６３６，３６７号明細書等に開示されている。
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１１に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００７５】
従って、このデバイス製造方法の基板処理ステップ２２４は、上記の実施形態の露光装置を用いて所定のパターンを介して基板を露光（形成）する露光工程と、そのパターンが露光（形成）された基板を処理することとを含んでいる。その露光装置によれば、従来の回折光学素子を用いた場合の照明条件との互換性を維持できるため、電子デバイスを効率的に製造できる。
【００７６】
なお、本発明は、上述の走査露光型の露光装置で露光する場合の他に、ステッパー等の一括露光型の露光装置で露光する場合にも適用できる。さらに、本発明は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている液浸型露光装置で露光する場合にも適用できる。また、本発明は、投影光学系を使用しないプロキシミティ方式の露光装置にも適用可能である。
【００７７】
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。
【００７８】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７９】
ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＩＬＳ…照明光学系、５Ａ〜５Ｆ…回折光学素子、９…マイクロレンズアレイ、１０…照明条件切り替え装置、２０…主制御系、２１…照明制御系、３１…ターレット板、３３Ａ〜３３Ｆ…回転枠、３８…エアーシリンダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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