(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバと；
前記複数の光ファイバを介した同一波長の複数の光束の偏光状態を揃える偏光調整装置と；
前記複数の光ファイバを介した全ての光束を同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束に変換する偏光方向変換装置と；
前記複数の光ファイバからの光出力を個別にオン・オフ制御することで、前記複数の光ファイバから出射する光量を制御する光量制御装置と；を備える光源装置であって、
前記複数の光ファイバそれぞれは、前記複数の光ファイバに入射する複数の光束それぞれを増幅対象光とする光ファイバ増幅器を構成する、前記増幅対象光が導波される光ファイバであることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記偏光調整装置は、前記各光ファイバを介した複数の光束それぞれの偏光状態をほぼ円偏光とし、
前記偏光方向変換装置は１／４波長板を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光ファイバはほぼ円筒対称の構造を有し、
前記偏光調整装置は、前記各光ファイバに入射する複数の光束それぞれの偏光状態をほぼ円偏光とすることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記偏光調整装置は前記各光ファイバを介した複数の光束それぞれの偏光状態をほぼ同一の楕円偏光とし、
前記偏光方向変換装置は、偏波面を回転する１／２波長板と、前記１／２波長板と光学的に直列接続された１／４波長板とを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記複数の光ファイバに入射する前記複数の光束それぞれは、パルス光列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源装置。
【請求項６】
前記複数の光ファイバに入射する前記複数の光束それぞれは、前記複数の光ファイバへ入射する前に、１段以上の光ファイバ増幅器によって増幅された光束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源装置。
【請求項７】
前記偏光調整装置は、前記複数の光ファイバよりも上流側に配置された光学部品の光特性を制御して偏光調整を行う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源装置。
【請求項８】
前記複数の光ファイバは、ほぼ並行に束ねられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記偏光方向変換装置から射出された光束を、少なくとも１つの非線形光学結晶を介させることにより、波長変換を行う波長変換装置を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記複数の光ファイバから射出される光は赤外域及び可視域のいずれかの波長を有し、前記波長変換装置から射出される光は紫外域の波長を有することを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記複数の光ファイバから射出される光は１５４７ｎｍ付近の波長を有し、前記波長変換装置から射出される光は１９３．４ｎｍ付近の波長を有することを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
【請求項１２】
露光用ビームを基板に照射することにより、所定のパターンを基板に転写する露光装置において、
前記露光用ビームの発生装置として請求項１０又は１１に記載の光源装置を備えることを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源装置及び露光装置に係り、より詳しくは複数の光束の偏光を制御しつつ所望の波長の光を射出する光源装置、及び該光源装置を備えた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体素子（集積回路）、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、種々の露光装置が用いられている。近年では、この種の露光装置としては、フォトマスク又はレチクル上に形成された微細回路パターンを、表面に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の基板上に投影光学系を介して縮小投影し、転写する、いわゆるステッパあるいはいわゆるスキャニング・ステッパ等の縮小投影露光装置が、高いスループットを有する点から主流となっている。
【０００３】
しかるに、投影露光装置等の露光装置では、高スループットとともに高い解像力（解像度）が要請される。投影露光装置の解像力Ｒ、焦点深度ＤＯＦは、露光用照明光の波長λ、投影光学系の開口数Ｎ．Ａ．を用いて、
Ｒ＝Ｋ・λ／Ｎ．Ａ．              ……（１）
ＤＯＦ＝λ／２（Ｎ．Ａ．）2        ……（２）
によってそれぞれ表される。
【０００４】
上記の式（１）から明らかなように、解像力Ｒ、すなわち解像できる最小パターン線幅をより小さくするために、（ａ）比例定数Ｋを小さくする、（ｂ）Ｎ．Ａ．を大きくする、（ｃ）露光用照明光の波長λを小さくする、の３つの方法が考えられる。ここで、比例定数Ｋは投影光学系やプロセスによって決まる定数であり、通常０．５〜０．８程度の値をとる。この定数Ｋを小さくする方法は、広い意味での超解像と呼ばれている。今までに、投影光学系の改良、変形照明、位相シフトレチクルなどが提案、研究されてきた。しかし、適用できるパターンに制限があるなどの難点があった。
【０００５】
一方、開口数Ｎ．Ａ．は式（１）からその値が大きいほど解像力Ｒを小さくできるが、このことは同時に式（２）から明らかなように焦点深度ＤＯＦが浅くなってしまうことを意味する。このため、Ｎ．Ａ．値は大きくするにも限界があり、通常は０．５程度が適当とされている。
【０００６】
従って、解像力Ｒを小さくする最も単純かつ有効な方法は、露光用照明光の波長λを小さくすることである。
【０００７】
かかる理由により、ステッパ等としては紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線等）を出力する超高圧水銀ランプを露光用光源とするｇ線ステッパ、ｉ線ステッパが従来主として用いられていたが、近年ではより短波長のＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を出力するＫｒＦエキシマレーザを光源とするＫｒＦエキシマレーザ・ステッパが主流となりつつある。現在ではさらに短波長の光源としてＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を使用する露光装置の開発が進められている。しかしながら、上述したエキシマレーザは大型であること、１パルスあたりのエネルギが大きいことにより光学部品の損傷が生じやすいこと、有毒なフッ素ガスを使用するためレーザのメンテナンスが煩雑でかつ費用が高額となるなどの、露光装置の光源として不利な点が存在する。
【０００８】
そこで、非線形光学結晶の非線形光学効果を利用して、長波長の光（赤外光、可視光）をより短波長の紫外光に変換し、こうして得られた紫外光を露光光として使用する方法が注目されている。こうした方法を採用した露光用光源としては、例えば特開平８−３３４８０３号公報に開示されているような、半導体レーザを備えたレーザ光発生部からの光を、波長変換部に設けた非線形光学結晶により波長変換し、紫外光を発生させる１つのレーザ要素を、複数本マトリックス状（例えば１０×１０）に束ねて一つの紫外光源とするアレイレーザの例が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような、アレイレーザでは、個々に独立なレーザ要素を複数本束ねることによって、個々のレーザ要素の光出力を低く押さえつつ、装置全体の光出力を高出力とすることができる。しかし、個々のレーザ要素が独立していることから、各レーザ要素の発振スペクトルを一致させるためには、微妙な調整を必要とし、かつ非常に複雑な構成を採用することが必要であった。
【００１０】
そこで、レーザ発振源を１つとし、このレーザ発振源から射出されたレーザ光を分岐するとともに、各分岐光を増幅した後、共通の非線形光学結晶で波長変換する方法が考えられる。この方法を採用する場合、レーザ光の引き回しには光ファイバを使用することが便宜であり、非線型光学結晶へは束ねられた複数の光ファイバから射出された複数の光束を入射させる構成が、構造の簡単さ、出力ビーム径小型化、メインテナンス性の観点から最適である。
【００１１】
また、非線形光学結晶を使用して、非線形光学効果により２倍高調波等を効率良く発生させるためには、非線型光学結晶の結晶方向に応じた特定の方向の直線偏光を非線型光学結晶に入射させることが必要である。しかし、複数の光ファイバから射出される直線偏光の方向を揃えることは、一般に困難である。これは、例え偏波面保持ファイバを使用し、直線偏光を導波した場合であっても光ファイバはほぼ円形の断面形状を有しているので、光ファイバの外形形状からは、直線偏光の方向を特定することができないからである。
【００１２】
本発明は、上記の事情のもとでなされたものであり、その第１の目的は、簡単な構成で偏光状態を制御しつつ所定の光を発生することができる光源装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、効率的に所定のパターンを基板に転写することができる露光装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の光源装置は、複数の光ファイバと；前記複数の光ファイバを介した同一波長の複数の光束の偏光状態を揃える偏光調整装置（１６Ｄ）と；前記複数の光ファイバを介した全ての光束を同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束に変換する偏光方向変換装置（１６２）と；前記複数の光ファイバからの光出力を個別にオン・オフ制御することで、前記複数の光ファイバから出射する光量を制御する光量制御装置と；を備える光源装置であって、前記複数の光ファイバそれぞれは、前記複数の光ファイバに入射する複数の光束それぞれを増幅対象光とする光ファイバ増幅器を構成する、前記増幅対象光が導波される光ファイバであることを特徴とする光源装置である。
【００１５】
これによれば、偏光調整装置が複数の光ファイバから射出される複数の光束の偏光状態を揃えた後、偏光方向変換装置が、複数の光ファイバを介した全ての光束を同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束に変換するので、簡易な構成で、同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束を得ることができる。また、各光ファイバに入射した光がそれぞれ増幅されて各光ファイバから射出されるので、偏光方向変換装置からの射出光として、それぞれが高強度であり、かつ同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束を得ることができる。この結果、光源装置としての射出光光量の増大を図ることができる。
【００１６】
本発明の光源装置では、前記偏光調整装置が、前記各光ファイバを介した複数の光束それぞれの偏光状態をほぼ円偏光とする場合には、前記偏光方向変換装置が１／４波長板（１６２）を有する構成とすることができる。かかる場合には、偏光調整装置によって各光ファイバを介した複数の光束それぞれがほぼ円偏光となっているので、複数の光束の全てを、偏光方向変換装置が有する１／４波長板を介させることにより、同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束に変換することができる。したがって、偏光方向変換装置を、１枚の１／４波長板という非常に簡単な構成としつつ、複数の光束を、同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束に変換することができる。なお、直線偏光の偏光方向は、１／４波長板を形成する結晶材料等の光学軸の方向によって決定される。このため、１／４波長板を形成する結晶材料等の光学軸の方向を調整することにより、任意の同一直線偏光方向を有する複数の光束を得ることができる。
【００１７】
ここで、前記光ファイバがほぼ円筒対称の構造を有する場合には、前記偏光調整装置が、前記各光ファイバに入射する複数の光束それぞれの偏光状態をほぼ円偏光とする構成とすることができる。これは、円筒対称の構造を有する光ファイバに円偏光を入射した場合には、その光ファイバからは円偏光が射出されるからである。なお、光ファイバを完全に円筒対称の構造とすることは不可能なので、光ファイバの長さは短い方が好ましい。
【００１８】
また、本発明の光源装置では、前記偏光調整装置が前記各光ファイバを介した複数の光束それぞれが全てほぼ同一の偏光状態で、任意の偏光状態とする場合には、前記偏光方向変換装置が、偏波面を回転する１／２波長板と、前記１／２波長板と光学的に直列接続された１／４波長板とを有する構成とすることができる。ここで、１／２波長板と１／４波長板との直列接続にあたっては、どちらを光路における上流側に配置してもよい。例えば、１／２波長板を上流側に配置した場合には、共通の１／２波長板を介することにより、各光ファイバを介した複数の光束の偏波面が同様に回転された後、更に共通の１／４波長板を介することにより、全ての光束が同一偏光方向を有する直線偏光となる。また、１／４波長板を上流側に配置した場合にも、１／２波長板を上流側に配置した場合と同様に、全ての光束を、同一偏光方向を有する直線偏光とすることができる。したがって、偏光方向変換装置を、１枚の１／２波長板と１枚の１／４波長板という簡易な構成とすることができる。この場合には、１／２波長板及び１／４波長板を形成する結晶材料等の光学軸の方向を調整することにより、任意の同一直線偏光方向を有する複数の光束を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の光源装置では、前記複数の光ファイバに入射する前記複数の光束それぞれをパルス光列とすることができる。かかる場合には、各パルス光列における光パルスの繰り返し周期やパルス高を調整することにより、光源装置としての射出光の光量を精度良く制御することができる。
【００２１】
また、本発明の光源装置では、前記複数の光ファイバに入射する前記複数の光束それぞれが、前記複数の光ファイバへ入射する前に、１段以上の光ファイバ増幅器（１６７）によって増幅された光束である構成とすることができる。かかる場合には、１段以上の光ファイバ増幅器による１段又は多段の光増幅作用により、光源装置としての射出光光量の増大を図ることができる。
【００２２】
また、本発明の光源装置では、偏光調整装置が、偏光方向変換装置の直前に配置された前記複数の光ファイバそれぞれに印加する機械的なストレス等を調整して、偏光方向変換装置に入射する複数の光束の偏光状態を調整することも可能であるが、前記偏光調整装置が、前記複数の光ファイバよりも上流側に配置された光学部品の光特性を制御して偏光調整を行う構成とすることができる。かかる場合には、偏光方向変換装置の直前に配置された複数の光ファイバが、光増幅部を有する、増幅対象光が導波される光ファイバであり、ストレスの印加等による偏光調整になじまない場合であっても、より上流側に配置された偏光調整がよりしやすい光学部品の光特性を制御することにより、偏光方向変換装置に入射する複数の光束の偏光状態を揃えることができる。
【００２３】
また、本発明の光源装置では、前記複数の光ファイバが、互いにほぼ並行して束ねられている構成とすることができる。かかる場合には、複数の光ファイバが占有する区間を小さくするとともに、偏光方向変換装置の受光面積を小さくできるので、光源装置の小型化を図ることができる。
【００２４】
また、本発明の光源装置では、前記偏光方向変換装置から射出された光束を、少なくとも１つの非線形光学結晶を介させることにより、波長変換を行う波長変換装置（１６３）を更に備える構成とすることができる。かかる場合には、偏光方向変換装置から射出される光束の偏光方向を非線型光学結晶による波長変換（倍高調波発生、和周波発生）が効率的に行われる入射光の偏光方向に設定することにより、効率的に波長変換された光を発生して射出することができる。
【００２５】
ここで、前記複数の光ファイバから射出される光は赤外域及び可視域のいずれかの波長を有し、前記波長変換装置から射出される光は紫外域の波長を有することとすることができる。かかる場合には、微細パターンの転写に適した紫外光を効率的に発生することができる。
【００２６】
この場合には、前記複数の光ファイバから射出される光は１５４７ｎｍ付近の波長を有し、前記波長変換装置から射出される光は１９３．４ｎｍ付近の波長を有することとすることができる。かかる場合には、ＡｒＦエキシマレーザ光源を使用した場合に得られる波長の光を効率的に得ることができる。
【００２７】
本発明の露光装置は、露光用ビームを基板（Ｗ）に照射することにより、所定のパターンを基板に転写する露光装置において、前記露光用ビームの発生装置として、波長変換装置が紫外光を発生する本発明の光源装置（１６）を備えることを特徴とする露光装置である。
【００２８】
これによれば、露光用ビームの発生装置として、微細パターンの転写に適した紫外光を効率的に発生する光源装置を使用するので、効率的に所定のパターンを基板に転写することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
【００３０】
図１には、本発明に係る光源装置を含んで構成された一実施形態に係る露光装置１０の概略構成が示されている。この露光装置１０は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。
【００３１】
この露光装置１０は、光源装置１６及び照明光学系１２から成る照明系、この照明系からの露光用照明光（以下、「露光光」という）ＩＬにより照明されるマスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された露光光ＩＬを基板としてのウエハＷ上に投射する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持する基板ステージとしてのＺチルトステージ５８が搭載されたＸＹステージ１４、及びこれらの制御系等を備えている。
【００３２】
前記光源装置１６は、例えば、波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ光とほぼ同一波長）の紫外パルス光、あるいは波長１５７ｎｍ（Ｆ2レーザ光とほぼ同一波長）の紫外パルス光を出力する高調波発生装置である。この光源装置１６は、前記照明光学系１２、レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、Ｚチルトステージ５８、ＸＹステージ１４及びこれら各部が搭載された不図示の本体コラム等から成る露光装置本体とともに、温度、圧力、湿度等が高精度に調整されたエンバイロンメンタル・チャンバ（以下、「チャンバ」という）１１内に収納されている。
【００３３】
図２には、光源装置１６の内部構成が装置全体を統括制御する主制御装置５０とともにブロック図にて示されている。この図２に示されるように、光源装置１６は、光源部１６Ａ、レーザ制御装置１６Ｂ、光量制御装置１６Ｃ、及び偏光調整装置１６Ｄ等を含んで構成されている。
【００３４】
前記光源部１６Ａは、光発生部としてのパルス光発生部１６０、光増幅部１６１、偏光方向変化装置としての１／４波長板１６２、波長変換部１６３、ビームモニタ機構１６４及び吸収セル１６５等を含んで構成されている。
【００３５】
前記パルス光発生部１６０は、レーザ光源１６０Ａ、光カップラＢＳ１、ＢＳ２、光アイソレータ１６０Ｂ及び光変調器としての電気光学変調器（以下、「ＥＯＭ」という）１６０Ｃ等を有する。なお、レーザ光源１６０Ａから波長変換部１６３までの間の各要素間は、光ファイバによって光学的に接続されている。
【００３６】
前記レーザ光源１６０Ａとしては、ここでは、単一波長発振レーザ、例えば、発振波長１．５４４μｍ、連続波出力（以下「ＣＷ出力」という）２０ｍＷのＩｎＧａＡｓＰ，ＤＦＢ半導体レーザが用いられている。以下においては、レーザ光源１６０Ａを適宜「ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａ」とも呼ぶものとする。
【００３７】
ここで、ＤＦＢ半導体レーザとは、縦モード選択性の低いファブリーペロー型共振器の代わりに、回折格子を半導体レーザ内に作り上げたもので、どのような状況下であっても単一縦モード発振をするように構成されており、分布帰還型(Distributed Feedback：ＤＦＢ)レーザと呼ばれるものである。この様なレーザでは基本的に単一縦モード発振をすることから、その発振スペクトル線幅は０．０１ｐｍ以下に抑えられる。
【００３８】
また、ＤＦＢ半導体レーザは、通常、ヒートシンクの上に設けられ、これらが筐体内に収納されている。本実施形態では、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａに付設されるヒートシンク上に温度調整器（例えばペルチェ素子など）が設けられており、後述するように、レーザ制御装置１６Ｂがその温度を制御することにより発振波長が制御（調整）可能な構成となっている。
【００３９】
すなわち、ＤＦＢ半導体レーザの発振波長は０．１ｎｍ／℃程度の温度依存性を持つ。従って、例えば、ＤＦＢ半導体レーザの温度を１℃変化させると、基本波（１５４４ｎｍ）ではその波長が０．１ｎｍ変化するので、８倍波（１９３ｎｍ）ではその波長が０．０１２５ｎｍ変化し、１０倍波（１５７ｎｍ）ではその波長が０．０１ｎｍ変化することになる。
【００４０】
なお、露光装置では露光用照明光（パルス光）の波長をその中心波長に対して±２０ｐｍ程度変化させることができれば十分である。従って、ＤＦＢ半導体レーザ１１の温度を８倍波では±１．６℃程度、１０倍波では±２℃程度変化させれば良い。
【００４１】
なお、レーザ光源１６０Ａとして、ＤＦＢ半導体レーザ等の半導体レーザに限らず、例えば発振波長が９９０ｎｍ付近のイットリビウム(Ｙｂ)・ドープ・ファイバーレーザなどを用いることもできる。
【００４２】
前記光カップラＢＳ１、ＢＳ２としては、透過率が９７％程度のものが用いられている。このため、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａからのレーザ光は、光カップラＢＳ１によって２つに分岐され、その９７％程度が次段の光カップラＢＳ２に向かって進み、残り３％程度がビームモニタ機構１６４に入射する。また、光カップラＢＳ２に入射したレーザ光は光カップラＢＳ２によって分岐され、その９７％程度が次段の光アイソレータ１６０Ｂに向かって進み、残り３％程度が吸収セル１６５に入射するようになっている。
【００４３】
なお、ビームモニタ機構１６４、吸収セル１６５等については、後に更に詳述する。
【００４４】
前記光アイソレータ１６０Ｂは、光カップラＢＳ２からＥＯＭ１６０Ｃに向かう方向の光のみを通過させ、反対向きの光の通過を阻止するためのデバイスである。この光アイソレータ１６０Ｂにより、反射光（戻り光）に起因するＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの発振モードの変化や雑音の発生等が防止される。
【００４５】
前記ＥＯＭ１６０Ｃは、光アイソレータ１６０Ｂを通過したレーザ光（ＣＷ光（連続光））をパルス光に変換するためのものである。ＥＯＭ１６０Ｃとしては、屈折率の時間変化に伴うチャープによる半導体レーザ出力の波長広がりが小さくなるように、チャープ補正を行った電極構造を持つ電気光学変調器（例えば二電極型変調器）が用いられている。ＥＯＭ１６０Ｃは、光量制御装置１６Ｃから印加される電圧パルスに同期して変調されたパルス光を出力する。一例として、ＥＯＭ１６０ＣによりＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振されたレーザ光がパルス幅１ｎｓ、繰り返し周波数１００ｋＨｚ（パルス周期約１０μｓ）のパルス光に変調されるものとすると、この光変調の結果、ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光のピーク出力は２０ｍＷ、平均出力は２μＷとなる。なお、ここでは、ＥＯＭ１６０Ｃの挿入による損失がないものとしたが、その挿入損失がある、例えば損失が−３ｄＢである場合、パルス光のピーク出力は１０ｍＷ、平均出力は１μＷとなる。
【００４６】
なお、繰り返し周波数を１００ｋＨｚ程度以上に設定した場合には、後述するファイバ増幅器においてＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission,自然放出光）ノイズの影響による増幅率低下を阻止することができるので、このようにすることが望ましい。
【００４７】
なお、ＥＯＭ１６０Ｃのみを用いてパルス光をオフの状態にしてもその消光比が充分でない場合には、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの電流制御を併用することが望ましい。すなわち、半導体レーザなどではその電流制御を行うことで、出力光をパルス発振させることができるので、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの電流制御とＥＯＭ１６０Ｃとを併用してパルス光を発生させることが望ましい。一例として、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの電流制御によって、例えば１０〜２０ｎｓ程度のパルス幅を有するパルス光を発振させるとともに、ＥＯＭ１６０Ｃによってそのパルス光からその一部のみを切り出し、パルス幅が１ｎｓのパルス光に変調する。このようにすれば、ＥＯＭ１６０Ｃのみを用いる場合に比べて、パルス幅が狭いパルス光を容易に発生させることが可能になるとともに、パルス光の発振間隔や発振の開始及びその停止などをより簡単に制御することが可能になる。
【００４８】
なお、ＥＯＭ１６０Ｃに代えて、音響光学光変調素子（ＡＯＭ）を用いることも可能である。
【００４９】
前記光増幅部１６１は、ＥＯＭ１６０Ｃからのパルス光を増幅するもので、ここでは、複数のファイバ増幅器を含んで構成されている。図３には、この光増幅部１６１の構成の一例が、ＥＯＭ１６０Ｃとともに示されている。
【００５０】
この図３に示されるように、光増幅部１６１は、チャネル０からチャネル１２７の総計１２８チャネルを有する遅延部１６７と、この遅延部１６７のチャネル０からチャネル１２７の総計１２８チャネルのそれぞれの出力段に接続されたファイバ増幅器１６８1〜１６８128と、これらのファイバ増幅器１６８1〜１６８128のそれぞれに狭帯域フィルタ１６９1〜１６９128及び光アイソレータ１７０1〜１７０128をそれぞれ介して接続された最終段のファイバ増幅器１７１1〜１７１128等を備えている。この場合、図３からも明らかなように、ファイバ増幅器１６８n、狭帯域化フィルタ１６９n、光アイソレータ１７０n、及びファイバ増幅器１７１n（ｎ＝１、２、……、１２８）によって、それぞれ光経路１７２n（ｎ＝１、２、……、１２８）が構成されている。
【００５１】
光増幅部１６１の上記構成各部について更に詳述すると、前記遅延部１６７は、総計１２８チャネルのチャネルを有し、各チャネルの出力に所定の遅延時間（ここでは、３ｎｓ）を与えるためのものである。この遅延部１６７は、本実施形態では、ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光を３５ｄＢ（３１６２倍）の光増幅を行うエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と、このＥＤＦＡの出力をチャネル０〜３の４出力に並列分割する光分岐手段であるスプリッタ（平板導波路１×４スプリッタ）と、このスプリッタのチャネル０〜３の各出力端に接続された各々長さの異なる４本の光ファイバと、これら４本の光ファイバの出力をそれぞれチャネル０〜３１に３２分割する４つのスプリッタ（平板導波路１×３２スプリッタ）と、各スプリッタのチャネル０を除くチャネル１〜３１にそれぞれ接続された長さの異なる各３１本（総計１２４本）の光ファイバとを含んで構成されている。以下、上記各スプリッタ（平板導波路１×３２スプリッタ）の０〜３１チャネルを総称してブロックと呼ぶ。
【００５２】
これを更に詳述すると、上記初段のＥＤＦＡから出力されるパルス光は、ピーク出力約６３Ｗ、平均出力約６．３ｍＷとなる。このパルス光がスプリッタ（平板導波路１×４スプリッタ）によりチャネル０〜３の４出力に並列分割され、各チャネルの出力光には、上記４本の光ファイバ長に対応した遅延が与えられる。例えば本実施形態では、光ファイバ中の光の伝搬速度を２×１０8ｍ／ｓであるとし、スプリッタ（平板導波路１×４スプリッタ）のチャネル０、１、２、３にそれぞれ０．１ｍ、１９．３ｍ、３８．５ｍ、５７．７ｍの長さの光ファイバ（以下、「第１の遅延ファイバ」と呼ぶ）が接続されている。この場合、各第１の遅延ファイバ出口での隣り合うチャネル間の光の遅延は９６ｎｓとなる。
【００５３】
また、上記４つのスプリッタ（平板導波路１×３２スプリッタ）のチャネル１〜３１には、それぞれ０．６×Ｎメートル（Ｎはチャネル番号）の長さの光ファイバ（以下、「第２の遅延ファイバ」と呼ぶ）が接続されている。この結果、各ブロック内の隣り合うチャネル間では３ｎｓの遅延が与えられ、各ブロックのチャネル０出力に対し、チャネル３１出力は、３×３１＝９３ｎｓの遅延が与えられる。
【００５４】
一方、第１から第４までの各ブロック間には、前記のように第１の遅延ファイバによって、各ブロックの入力時点で各々９６ｎｓの遅延が与えられている。従って、第２ブロックのチャネル０出力は第１ブロックのチャネル０出力に対し９６ｎｓの遅延となり、第１ブロックのチャネル３１との遅延は３ｎｓとなる。このことは、第２〜第３、第３〜第４のブロック間においても同様である。この結果、全体の出力として総計１２８チャネルの出力端で、隣り合うチャネル間に３ｎｓの遅延を持つパルス光が得られる。
【００５５】
以上の分岐及び遅延により、総計１２８チャネルの出力端では、隣り合うチャネル間で３ｎｓの遅延を持つパルス光が得られるが、このとき各々の出力端で観測される光パルスは、ＥＯＭ１６０Ｃによって変調されたパルスと同じ１００ｋＨｚ（パルス周期１０μｓ）である。従って、レーザ光発生部全体として見ると、１２８パルスが３ｎｓ間隔で発生した後、９．６２μｓの間隔を置いて次のパルス列が発生するという繰り返しが１００ｋＨｚで行われる。即ち全体の出力は１２８×１００×１０3＝１．２８×１０7パルス／秒となる。
【００５６】
なお、本実施形態では、分割数を１２８とし、また遅延用ファイバとして短いものを用いた例について説明した。このため各パルス列の間に９．６２μｓの発光しない間隔が生じたが、分割数を増加させる、または遅延用ファイバをより長くして適切な長さとする、あるいはこれらを組み合わせて用いることにより、パルス間隔を完全な等間隔とすることも可能である。
【００５７】
前記ファイバ増幅器１６８n（ｎ＝１、２、……、１２８）としては、ここでは、通常通信で用いられているものと同様に光ファイバのモードフィールド径（以下「モード径」という）が５〜６μｍのエルビウム（Ｅｒ）・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が用いられている。このファイバ増幅器１６８nによって、遅延部１６７の各チャネルからの出力光が、所定の増幅利得に応じて増幅される。なお、このファイバ増幅器１６８nの励起光源等については後述する。
【００５８】
前記狭帯域フィルタ１６９n（ｎ＝１、２、……、１２８）は、ファイバ増幅器１６８nで発生するＡＳＥ光をカットし、かつＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの出力波長（波長幅は１ｐｍ程度以下）を透過させることで、透過光の波長幅を実質的に狭帯化するものである。これにより、ＡＳＥ光が後段のファイバ増幅器１７１nに入射してレーザ光の増幅利得を低下させる、あるいはＡＳＥノイズの伝搬によってレーザ光が散乱するのを防止することができる。ここで、狭帯域フィルタ１６９nはその透過波長幅が１ｐｍ程度であることが好ましいが、ＡＳＥ光の波長幅は数十ｎｍ程度であるので、現時点で得られる透過波長幅が１００ｐｍ程度の狭帯域フィルタを用いても実用上問題がない程度にＡＳＥ光をカットすることができる。
【００５９】
また、本実施形態では、後述するようにＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの出力波長を積極的に変化させることがあるので、その出力波長の可変幅（本実施形態の露光装置では一例として±２０ｐｍ程度）に応じた透過波長幅（可変幅と同程度以上）を持つ狭帯域フィルタを用いておくことが好ましい。なお、露光装置に適用されるレーザ装置ではその波長幅が１ｐｍ程度以下に設定される。
【００６０】
前記光アイソレータ１７０n（ｎ＝１、２、……、１２８）は、先に説明した光アイソレータ１６０Ｂと同様に戻り光の影響を低減するためのものである。
【００６１】
前記ファイバ増幅器１７１n（ｎ＝１、２、……、１２８）としては、ここでは、光ファイバ中での非線形効果による増幅光のスペクトル幅の増加を避けるため光ファイバのモード径が通常通信で用いられているもの（５〜６μｍ）よりも広い、例えば２０〜３０μｍの大モード径のＥＤＦＡが用いられている。このファイバ増幅器１７１nは、前述したファイバ増幅器１６８nで増幅された遅延部１６７の各チャンネルからの光出力を更に増幅する。一例として、遅延部１６７での各チャネルの平均出力５０μＷ、全チャネルでの平均出力６．３ｍＷを２段のファイバ増幅器１６８n、１７１nによって合計４６ｄＢ（４０６００倍）の増幅を行うものとすると、各チャネルに対応する光経路１７２nの出力端（ファイバ増幅器１７１nを構成する光ファイバの出力端）では、ピーク出力２０ｋＷ、パルス幅１ｎｓ、パルス繰り返し１００ｋＨｚ、平均出力２Ｗ、全チャネル合計での平均出力２５６Ｗを得る。なお、このファイバ増幅器１７１nの励起光源等についても後述する。
【００６２】
本実施形態では、遅延部１６７での各チャネルに対応する光経路１７２nの出力端、すなわちファイバ増幅器１７１nを構成する各光ファイバの出力端は、バンドル状に束ねられ、図４に示されるような断面形状を有するファイバーバンドル１７３が形成されている。このとき、各光ファイバのクラッド直径は１２５μｍ程度であることから、１２８本を束ねた出力端でのバンドルの直径は約２ｍｍ以下とすることができる。本実施形態では、ファイバーバンドル１７３は最終段のファイバ増幅器１７１nの出力端をそのまま用いて形成しているが、最終段のファイバ増幅器１７１nに無ドープの光ファイバを結合させ、その出力端でバンドル−ファイバを形成することも可能である。
【００６３】
なお、標準的なモード径を持つ前段のファイバ増幅器１６８nと、上記モード径の広い最終段のファイバ増幅器１７１nとの接続は、テーパ状にモード径が増加する光ファイバを用いて行われている。
【００６４】
次に、図５に基づいて各ファイバ増幅器の励起用光源等について説明する。図５には、光増幅部１６１を構成するファイバ増幅器及びその周辺部が、波長変換部１６３の一部とともに概略的に示されている。
【００６５】
この図５において、第１段のファイバ増幅器１６８nにはその励起用の半導体レーザ１７８がファイバー結合されるとともに、この半導体レーザ１７８の出力が波長分割多重化装置（Wavelength Division Multiplexer:ＷＤＭ）１７９を通してファイバ増幅器用ドープ・ファイバに入力し、それによりこのドープ・ファイバが励起されるようになっている。
【００６６】
一方大モード径をもつファイバ増幅器１７１nでは、上記のモード径の大きいファイバ増幅器用ドープ・ファイバを励起するための励起用光源としての半導体レーザ１７４を、ファイバ増幅器用ドープ・ファイバの径に合わせた大モード径ファイバにファイバ結合し、この半導体レーザ１７４の出力を、ＷＤＭ１７６を用いて、光増幅器用ドープ・ファイバに入力し、ドープ・ファイバを励起する。
【００６７】
この大モード径ファイバ（ファイバ増幅器）１７１nで増幅されたレーザ光は波長変換部１６３に入射し、ここで紫外レーザ光に波長変換される。なお、この波長変換部１６３の構成等については後述する。
【００６８】
大モード径ファイバ（ファイバ増幅器）１７１nを伝播する増幅されるべきレーザ光（信号）は、主に基本モードであることが望ましく、これは、シングルモードあるいはモード次数の低いマルチモードファイバにおいて、主に基本モードを選択的に励起することにより実現できる。
【００６９】
本実施形態では、大モード径ファイバに結合された高出力半導体レーザを、前方向から４個及び後方向から４個ファイバ結合している。ここで、励起用半導体レーザ光を効率良く光増幅用ドープ・ファイバに結合するためには、光増幅用ドープ・ファイバとして、クラッドが２重構造となったダブルクラッド構造の光ファイバを用いることが望ましい。このとき、励起用半導体レーザ光は、ＷＤＭ１７６により、ダブルクラッドの内側クラッドに導入される。
【００７０】
前記半導体レーザ１７８、１７４は、光量制御装置１６Ｃによって制御されるようになっている。
【００７１】
また、本実施形態では、光経路１７２nを構成する光ファイバとしてファイバ増幅器１６８n、１７１nが設けられているため、各ファイバ増幅器のゲインの差が各チャネルの光出力のばらつきとなる。このため、本実施形態では、各チャネルのファイバ増幅器（１６８n、１７１n）で出力の一部が分岐され、それぞれの分岐端に設けられた光電変換素子１８０、１８１によってそれぞれ光電変換されるようになっている。これらの光電変換素子１８０、１８１の出力信号が光量制御装置１６Ｃに供給されるようになっている。
【００７２】
光量制御装置１６Ｃでは、各ファイバ増幅器からの光出力が各増幅段で一定になるように（即ちバランスするように）、各励起用半導体レーザ（１７８、１７４）のドライブ電流をフィードバック制御するようになっている。
【００７３】
さらに、本実施形態では、図５に示されるように、波長変換部１６３の途中でビームスプリッタにより分岐された光が光電変換素子１８２によって光電変換され、該光電変換素子１８２の出力信号が光量制御装置１６Ｃに供給されるようになっている。光量制御装置１６Ｃでは、この光電変換素子１８２の出力信号に基づいて波長変換部１６３における光強度をモニタし、波長変換部１６３からの光出力が所定の光出力となるように、励起用半導体レーザ１７８、１７４の少なくとも一方のドライブ電流をフィードバック制御する。
【００７４】
このような構成とすることにより、各増幅段毎に各チャネルのファイバ増幅器の増幅率が一定化されるため、各ファイバ増幅器間に偏った負荷がかかることがなく全体として均一な光強度が得られる。また、波長変換部１６３における光強度をモニタすることにより、予定される所定の光強度を各増幅段にフィードバックし、所望の紫外光出力を安定して得ることができる。
【００７５】
なお、光量制御装置１６Ｃについては、後に更に詳述する。
【００７６】
上述のようにして構成された光増幅部１６１（バンドル−ファイバ１７３を形成する各光ファイバ出力端）からは、後述する偏光調整装置１６Ｄによってパルス光がすべて円偏光に揃えられて出力される。これら円偏光であるパルス光は、１／４波長板１６２（図２参照）によって、すべて偏光方向が同一方向となる直線偏光に変換され、次段の波長変換部１６３に入射する。
【００７７】
前記波長変換部１６３は、複数の非線形光学結晶を含み、前記増幅されたパルス光（波長１．５４４μｍの光）をその８倍高調波又は１０倍高調波に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ出力波長（１９３ｎｍ）のパルス紫外光を発生する。
【００７８】
図６には、この波長変換部１６３の構成例が示されている。ここで、この図に基づいて波長変換部１６３の具体例について説明する。なお、図６には、ファイバーバンドル１７３の出力端から射出される波長１．５４４μｍの基本波を、非線形光学結晶を用いて８倍波（高調波）に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長である１９３ｎｍの紫外光を発生する構成例を示す。
【００７９】
図６の波長変換部１６３では、基本波（波長１．５４４μｍ）→２倍波（波長７７２ｎｍ）→３倍波（波長５１５ｎｍ）→４倍波（波長３８６ｎｍ）→７倍波（波長２２１ｎｍ）→８倍波（波長１９３ｎｍ）の順に波長変換が行われる。
【００８０】
これを更に詳述すると、ファイバーバンドル１７３の出力端から出力される波長１．５４４μｍ（周波数ω）の基本波は、１段目の非線形光学結晶５３３に入射する。基本波がこの非線形光学結晶５３３を通る際に、２次高調波発生により基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７２ｎｍ）の２倍波が発生する。なお、図６（Ａ）の場合には、上述の１／４波長板１６２による直線偏光化は、非線形光学結晶５３３において２倍波が最も効率良く発生する偏光方向となるように行われる。かかる直線偏光の偏光方向の設定は、１／４波長板１６２の光学軸の方向を調整することによって行われる。
【００８１】
この１段目の非線形光学結晶５３３として、ＬｉＢ3Ｏ5（ＬＢＯ）結晶が用いられ、基本波を２倍波に波長変換するための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、ＮＣＰＭ（Non-Critical Phase Matching）が使用される。ＮＣＰＭは、非線形光学結晶内での基本波と第二高調波との角度ずれ(Walk-off)が起こらないため高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生した２倍波はWalk-offによるビームの変形も受けないため有利である。
【００８２】
非線形光学結晶５３３で波長変換されずに透過した基本波と、波長変換で発生した２倍波とは、次段の波長板５３４でそれぞれ半波長、１波長の遅延が与えられて、基本波のみその偏光方向が９０度回転し、２段目の非線形光学結晶５３６に入射する。２段目の非線形光学結晶５３６としてＬＢＯ結晶が用いられるとともに、そのＬＢＯ結晶は１段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）５３３とは温度が異なるＮＣＰＭで使用される。この非線形光学結晶５３６では、１段目の非線形光学結晶５３３で発生した２倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶５３３を透過した基本波とから和周波発生により３倍波（波長５１５ｎｍ）を得る。
【００８３】
次に、非線形光学結晶５３６で得られた３倍波と、波長変換されずにその非線形光学結晶５３６を透過した基本波および２倍波とは、ダイクロイック・ミラー５３７により分離され、ここで反射された３倍波は集光レンズ５４０、及びダイクロイック・ミラー５４３を通って４段目の非線形光学結晶５４５に入射する。一方、ダイクロイック・ミラー５３７を透過した基本波および２倍波は、集光レンズ５３８を通って３段目の非線形光学結晶５３９に入射する。
【００８４】
３段目の非線形光学結晶５３９としてはＬＢＯ結晶が用いられ、基本波が波長変換されずにそのＬＢＯ結晶を透過するとともに、２倍波がＬＢＯ結晶で２次高調波発生により４倍波（波長３８６ｎｍ）に変換される。非線形光学結晶５３９で得られた４倍波とそれを透過した基本波とは、ダイクロイック・ミラー５４１により分離され、ここを透過した基本波は集光レンズ５４４を通るとともに、ダイクロイック・ミラー５４６で反射されて５段目の非線形光学結晶５４８に入射する。一方、ダイクロイック・ミラー５４１で反射された４倍波は、集光レンズ５４２を通ってダイクロイック・ミラー５４３に達し、ここでダイクロイック・ミラー５３７で反射された３倍波と同軸に合成されて４段目の非線形光学結晶５４５に入射する。
【００８５】
４段目の非線形光学結晶５４５としては、β−ＢａＢ2Ｏ4（ＢＢＯ）結晶が用いられ、３倍波と４倍波とから和周波発生により７倍波（波長２２１ｎｍ）を得る。非線形光学結晶５４５で得られた７倍波は集光レンズ５４７を通るとともに、ダイクロイック・ミラー５４６で、ダイクロイック・ミラー５４１を透過した基本波と同軸に合成されて、５段目の非線形光学結晶５４８に入射する。
【００８６】
５段目の非線形光学結晶５４８としてＬＢＯ結晶が用いられ、基本波と７倍波とから和周波発生により８倍波（波長１９３ｎｍ）を得る。上記構成において、７倍波発生用ＢＢＯ結晶５４５、及び８倍波発生用ＬＢＯ結晶５４８のかわりに、ＣｓＬｉＢ6Ｏ10（ＣＬＢＯ）結晶あるいはＬｉ2Ｂ4Ｏ７（ＬＢ４）結晶を用いることも可能である。
【００８７】
この図６の構成例では、４段目の非線形光学結晶５４５に３倍波と４倍波とが互いに異なる光路を通って入射するので、３倍波を集光するレンズ５４０と、４倍波を集光するレンズ５４２とを別々の光路に置くことができる。３段目の非線形光学結晶５３９で発生した４倍波はその断面形状がWalk-off現象により長円形になっている。このため、４段目の非線形光学結晶５４５で良好な変換効率を得るためには、その４倍波のビーム整形を行うことが望ましい。この場合、集光レンズ５４０、５４２を別々の光路に配置しているので、例えばレンズ５４２としてシリンドリカルレンズ対を用いることができ、４倍波のビーム整形を容易に行うことが可能となる。このため、４段目の非線形光学結晶（ＢＢＯ結晶）５４５での３倍波との重なりを良好にし、変換効率を高めることが可能である。
【００８８】
さらに、５段目の非線形光学結晶５４８に入射する基本波を集光するレンズ５４４と、７倍波を集光するレンズ５４７とを別々の光路に置くことができる。４段目の非線形光学結晶５４５で発生した７倍波はその断面形状がWalk-off現象により長円形になっている。このため、５段目の非線形光学結晶５４８で良好な変換効率を得るためには、その７倍波のビーム整形を行うことが好ましい。本実施例では、集光レンズ５４４、５４７を別々の光路に配置することができるので、例えばレンズ５４７としてシリンドリカルレンズ対を用いることができ、７倍波のビーム整形を容易に行うことが可能となる。このため、５段目の非線形光学結晶（ＬＢＯ結晶）５４８での基本波との重なりを良好にし、変換効率を高めることが可能である。
【００８９】
なお、２段目の非線形光学結晶５３６と４段目の非線形光学結晶５４５との間の構成は図６に限られるものではなく、非線形光学結晶５３６から発生してダイクロイック・ミラー５３７で反射される３倍波と、非線形光学結晶５３６から発生してダイクロイック・ミラー５３７を透過する２倍波を非線形光学結晶５３９で波長変換して得られる４倍波とが同時に非線形光学結晶５４５に入射するように、両非線形光学結晶５３６、５４５間の２つの光路長が等しくなっていれば、いかなる構成であっても構わない。このことは３段目の非線形光学結晶５３９と５段目の非線形光学結晶５４８との間でも同様である。
【００９０】
発明者の行った実験によれば、図６の場合、各チャネル当たりの８倍波（波長１９３ｎｍ）の平均出力は、４５．９ｍＷであった。従って、全１２８チャネルを合わせたバンドルからの平均出力は５．９Ｗとなり、露光装置用光源として十分な出力の、波長１９３ｎｍの紫外光を提供することができる。
【００９１】
この場合、８倍波（１９３ｎｍ）の発生に、現在、市販品として良質の結晶が容易に入手可能なＬＢＯ結晶が用いられている。このＬＢＯ結晶は、１９３ｎｍの紫外光の吸収係数が非常に小さく、結晶の光損傷が問題とならないため耐久性の面で有利である。
【００９２】
また、８倍波（例えば波長１９３ｎｍ）の発生部ではＬＢＯ結晶を角度位相整合させて用いるが、この位相整合角が大きいために実効非線形光学定数（ｄeff）が小さくなる。そこで、このＬＢＯ結晶に温度制御機構を設け、ＬＢＯ結晶を高温で用いることが好ましい。これにより、位相整合角を小さくすることができる、即ち上記定数（ｄeff）を増加させることができ、８倍波発生効率を向上させることができる。
【００９３】
なお、上記図６に示される波長変換部１６３は一例であって、本発明の波長変換部の構成がこれに限定されないことは勿論である。例えば、ファイバーバンドル１７３の出力端から射出される波長１．５７μｍの基本波を非線形光学結晶を用いて１０倍波の高調波発生を行い、Ｆ2レーザと同じ波長である１５７ｎｍの紫外光を発生することにしてもよい。
【００９４】
図２に戻り、前記ビームモニタ機構１６４は、ここではファブリペロー・エタロン（Fabry-Perot etalon：以下、「エタロン素子」ともいう）及びフォトダイオード等の光電変換素子から成るエネルギモニタ（いずれも図示省略）から構成されている。ビームモニタ機構１６４を構成するエタロン素子に入射した光は、エタロン素子の共鳴周波数と入射光の周波数との周波数差に対応した透過率で透過され、この時の透過光強度を検出したフォトダイオード等の出力信号がレーザ制御装置１６Ｂに供給される。レーザ制御装置１６Ｂではこの信号に所定の信号処理を施すことにより、ビームモニタ機構１６４、具体的にはエタロン素子に対する入射光の光学特性に関する情報（具体的は、入射光の中心波長及び波長幅（スペクトル半値幅）等を得る。そして、この光学特性に関する情報は、リアルタイムで主制御装置５０に通知される。
【００９５】
エタロン素子の生成する透過光強度の周波数特性は、雰囲気の温度や圧力の影響を受け、特にその共鳴周波数（共鳴波長）は温度依存性がある。このため、このエタロン素子の検出結果に基づいてレーザ光源１６０Ａから発振されるレーザ光の中心波長やスペクトル半値幅を精度良く制御するためには、この共鳴波長の温度依存性を調べておくことが重要である。本実施形態では、この共鳴波長の温度依存性を予め計測し、この計測結果が温度依存性マップとして主制御装置５０に併設された記憶装置としてのメモリ５１（図１参照）に記憶されている。そして、主制御装置５０では、ビームモニタ機構１６４の絶対波長キャリブレーションの際等に、エタロン素子の透過率が最大となる共鳴波長（検出基準波長）が設定波長に正確に一致するようにするため、レーザ制御装置１６Ｂに指示を与えて、ビームモニタ機構１６４内のエタロン素子の温度を積極的に制御するようになっている。
【００９６】
また、ビームモニタ機構１６４を構成するエネルギモニタの出力は、主制御装置５０に供給されており、主制御装置５０ではエネルギモニタの出力に基づいてレーザ光のエネルギパワーを検出し、レーザ制御装置１６Ｂを介してＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａで発振されるレーザ光の光量を必要に応じて制御したり、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａをオフしたりする。但し、本実施形態では、後述するように、通常の光量制御（露光量制御）は、主として光量制御装置１６Ｃにより、ＥＯＭ１６０Ｃの出力パルス光のピークパワーあるいは周波数の制御、又は光増幅部１６１を構成する各ファイバ増幅器の出力光のオン・オフ制御によって行われるので、レーザ光のエネルギパワーが何らかの原因で大きく変動した場合に主制御装置５０がレーザ制御装置１６Ｂを上記の如く制御することとなる。
【００９７】
前記吸収セル１６５は、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの発振波長の絶対波長キャリブレーション、すなわちビームモニタ機構１６４の絶対波長キャリブレーションのための絶対波長源である。本実施形態では、この吸収セル１６５として、レーザ光源として発振波長１．５４４μｍのＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａが用いられている関係から、この波長近傍の波長帯域に吸収線が密に存在するアセチレンの同位体が用いられている。
【００９８】
なお、後述するように、レーザ光の波長のモニタ用の光として、基本波とともにあるいはこれに代えて、上述した波長変換部１６３の中間波（２倍波、３倍波、４倍波等）あるいは波長変換後の光を選択する場合には、それらの中間波等の波長帯域に吸収線が密に存在する吸収セルを用いれば良い。例えば、波長のモニタ用の光として、３倍波を選択する場合には、波長５０３ｎｍ〜５３０ｎｍの近傍に吸収線が密に存在するヨウ素分子を吸収セルとして用い、そのヨウ素分子の適切な吸収線を選んでその波長を絶対波長とすれば良い。
【００９９】
また、絶対波長源としては、吸収セルに限らず、絶対波長光源を用いても良い。
【０１００】
前記レーザ制御装置１６Ｂは、ビームモニタ機構１６４の出力に基づいてレーザ光の中心波長及び波長幅（スペクトル半値幅）を検出し、中心波長が所望の値（設定波長）となるようにＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの温度制御（及び電流制御）をフィードバック制御にて行う。本実施形態では、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの温度を０．００１℃単位で制御することが可能となっている。
【０１０１】
また、このレーザ制御装置１６Ｂは、主制御装置５０からの指示に応じて、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａのパルス出力と連続出力との切替、及びそのパルス出力時における出力間隔やパルス幅などの制御を行うとともに、パルス光の出力変動を補償するように、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの発振制御を行う。
【０１０２】
このようにして、レーザ制御装置１６Ｂでは、発振波長を安定化して一定の波長に制御したり、あるいは出力波長を微調整する。逆に、このレーザ制御装置１６Ｂは、主制御装置５０からの指示に応じて、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの発振波長を積極的に変化させてその出力波長を調整することもある。
【０１０３】
例えば、前者によれば、波長変動による投影光学系ＰＬの収差（結像特性）の発生、又はその変動が防止され、パターン転写中にその像特性（像質などの光学的特性）が変化することがなくなる。
【０１０４】
また、後者によれば、露光装置が組立、調整される製造現場と露光装置の設置場所（納入先）との標高差や気圧差、更には環境（クリーンルーム内の雰囲気）の違いなどに応じて生じる投影光学系ＰＬの結像特性（収差など）の変動を相殺でき、納入先で露光装置の立ち上げに要する時間を短縮することが可能になる。更に、後者によれば、露光装置の稼働中に、露光用照明光の照射、及び大気圧変化などに起因して生じる投影光学系ＰＬの収差、投影倍率、及び焦点位置などの変動も相殺でき、常に最良の結像状態でパターン像を基板上に転写することが可能となる。
【０１０５】
前記光量制御装置１６Ｃは、前述したように、光増幅部１６１内のファイバ増幅器１６８n、１７１nの光出力を検出する光電変換素子１８０、１８１の出力に基づいて各励起用半導体レーザ（１７８、１７４）のドライブ電流をフィードバック制御して、各増幅段毎に各チャネルのファイバ増幅器の増幅率を一定化させる機能と、波長変換部１６３途中でビームスプリッタにより分岐された光を検出する光電変換素子１８２の出力信号に基づいて、励起用半導体レーザ１７８、１７４の少なくとも一方のドライブ電流をフィードバック制御して予定される所定の光強度を各増幅段にフィードバックし、所望の紫外光出力を安定させる機能とを有する。
【０１０６】
更に、本実施形態では、光量制御装置１６Ｃは、次のような機能をも有している。
【０１０７】
すなわち、光量制御装置１６Ｃは、
（１）  主制御装置５０からの指示に応じて、ファイバーバンドル１７３を構成する各チャネルのファイバの出力、すなわち各光経路１７２nの出力を個別にオン・オフ制御することにより、バンドル全体での平均光出力の制御を行う機能（以下、便宜上「第１の機能」と呼ぶ）と、
（２）  主制御装置５０からの指示に応じて、ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光の周波数を制御することにより、単位時間当たりの光増幅部１６１の各チャネルの平均光出力（出力エネルギ）、すなわち単位時間当たりの各光経路１７２nからの出力光の強度を制御する機能（以下、便宜上「第２の機能」と呼ぶ）と、
（３）  主制御装置５０からの指示に応じて、ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光のピークパワーを制御することにより、単位時間当たりの光増幅部１６１の各チャネルの平均光出力（出力エネルギ）、すなわち単位時間当たりの各光経路１７２nからの出力光の強度を制御する機能（以下、便宜上「第３の機能」と呼ぶ）と、を有する。
【０１０８】
この光量制御装置１６Ｃの第１の機能によると、バンドル全体での平均光出力（光量）は、最大出力光量の１／１２８刻みで（約１％以下毎）に制御可能である。すなわち、ダイナミックレンジが１〜１／１２８という広い範囲に設定可能である。各光経路１７２nは同じ構成部材を用いて構成されているので、設計上は、各光経路１７２nの光出力は等しくなる筈であり、上記１／１２８刻みの光量制御はリニアリティの良いものとなる。
【０１０９】
また、本実施形態では、光増幅部１６１の出力、すなわちファイバーバンドル１７３の出力を波長変換する波長変換部１６３が設けられているが、この波長変換部１６３出力は、各光経路１７２nの出力、すなわちファイバ増幅器１７１nの出力がオンであるファイバ数に比例するため、設定光量に対し、最大出力光量の１／１２８刻みのリニアな（約１％ごと）制御が原則的には可能となる筈である。
【０１１０】
しかしながら、実際には、製造上の誤差等に起因して各光経路１７２nの出力のばらつきや、各光経路１７２nの出力に対する波長変換効率のばらつき等が存在する可能性が高いので、予め各光ファイバ（光経路１７２n）の出力のばらつき、及び各光ファイバ出力に対する波長変換効率のばらつきに等に起因する出力のばらつきを測定し、その測定結果に基づいて各光ファイバからの光出力のオン・オフ状況に対応する波長変換部１６３からの光出力の強度のマップ（オンにするファイバグルーブに対応した出力強度の換算表）である第１の出力強度マップを作成し、その第１の出力強度マップを主制御装置５０に併設されたメモリ５１内に格納している。
【０１１１】
そして、光量制御装置では、本第１の機能により光量制御を行う際に、主制御装置５０から与えられる設定光量と上記の出力強度マップとに基づいて光量制御を行うようになっている。
【０１１２】
また、光量制御装置１６Ｃは、上記第２の機能におけるＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光の周波数制御を、ＥＯＭ１６０Ｃに印加する矩形波（電圧パルス）の周波数を変えることにより行う。ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光の周波数はＥＯＭ１６０Ｃに印加する電圧パルスの周波数に一致するため、印加電圧を制御することにより出力パルス光の周波数を制御することとしたものである。
【０１１３】
本実施形態の場合、前述の如く、ＥＯＭ１６０Ｃに印加する矩形波の周波数は１００ｋＨｚである。例えば、この周波数を１１０ｋＨｚとすれば、ＥＯＭ１６０Ｃから出力される単位時間あたりの光パルス数は１０％増加し、このパルスが、前述と同様に、遅延部１６７により各パルス毎に順次チャネル０からチャネル１２７の総計１２８チャネルに振り分けられる結果、各チャネルについて見ても単位時間当たりのパルス光は１０％増加し、光パルス１個あたりの光エネルギが同一、すなわちパルス光のピークパワーが一定であれば、単位時間当たりの各光経路１７２nの出力光強度（光量）も１０％増加する。
【０１１４】
また、本実施形態では、光増幅部１６１の各チャネルの出力光の波長変換を行う波長変換部１６３が設けられているが、この波長変換部１６３の単位時間当たりの出力光の光量は、ピークパワーが一定であれば、各チャネルの出力パルスの周波数に比例する。このように、本第２の機能による光量制御は、リ二アリティに優れた制御となる。
【０１１５】
しかし、一般に、ファイバ増幅器の増幅利得は、入力光強度依存性があるため、ＥＯＭ１６０Ｃの出力光の周波数を変えると、ファイバ増幅器１６８n、１７１nの入力光強度が変化し、その結果ファイバ増幅器１６８n、１７１nから出力さえるパルス光のピークパワーが変化する場合があるので、実際には、上述のようなリニアリティが得られるとは限らない。そこで、本実施形態では、予めファイバ増幅器出力の入力周波数強度依存性を測定し、それに基づいて光増幅部１６１に入力するパルス光の周波数に応じた光増幅部１６１（の各チャネル）の出力強度のマップである第２の出力強度マップ（ＥＯＭの出力光の周波数に対応した光増幅部１６１の出力強度の換算表）を作成し、その第２の出力強度マップをメモリ５１に記憶している。
【０１１６】
そして、光量制御装置１６Ｃでは、本第２の機能により光量制御を行う際に、主制御装置５０から与えられる設定光量と上記の第２の出力強度マップとに基づいて光量制御を行うようになっている。
【０１１７】
また、光量制御装置１６Ｃは、上記第３の機能におけるＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光のピークパワーの制御を、ＥＯＭ１６０Ｃへ印加する電圧パルスのピーク強度を制御することにより行う。ＥＯＭ１６０Ｃの出力光のピークパワーはＥＯＭ１６０Ｃに印加する電圧パルスのピーク強度に依存するためである。
【０１１８】
しかし、前述の如く、ファイバ増幅器の増幅利得は、入力光強度依存性があるため、ＥＯＭ１６０Ｃから出力されるパルス光のピーク強度を変えると、ファイバ増幅器１６８n、１７１nの入力光強度が変化し、その結果ファイバ増幅器１６８n、１７１nから出力されるパルス光のピークパワーが変化する場合がある。ファイバ増幅器１６８n、１７１nを適切に設計することによリ、このピークパワー変化を小さく抑えることも可能ではあるが、光ファイバ増幅器の光出力効率等の他の性能を低下させる場合がある。
【０１１９】
そこで、本実施形態では、予めファイバ増幅器出力の入力パルスピーク強度依存性を測定し、それに基づいて光増幅部１６１に入力するパルス光のピーク強度に対応した光増幅部１６１（の各チャネル）の出力強度のマップである第３の出力強度マップ（ＥＯＭの出力光のピーク強度に対応した光増幅部１６１の出力パルス光の強度の換算表）を作成し、その第３の出力強度マップをメモリ５１に記憶している。この第３の出力強度マップは、波長変換部出力である紫外光の強度マップであってもよい。
【０１２０】
そして、光量制御装置１６Ｃでは、本第３の機能により光量制御を行う際に、主制御装置５０から与えられる設定光量と上記の第３の出力強度マップとに基づいて光量制御を行うようになっている。
【０１２１】
なお、ＤＦＢ半導体レーザ１６０Ａの出力段に、ＥＯＭ１６０Ｃの他に透過率制御用のＥＯＭを設け、このＥＯＭに印加する電圧を変化させることによリそのＥＯＭの透過率を変化させて、単位時間あたりの光増幅部、波長変換部からの放出エネルギを変えることも可能である。
【０１２２】
これまでの説明から明らかなように、光量制御装置１６Ｃによる第２、第３の機能では、第１の機能に比べて、より細やかな光源装置１６の出力光の光量制御が可能である。一方、第１の機能は、第２、第３の機能に比べて、ダイナミックレンジを広く設定することが可能である。
【０１２３】
そこで、本実施形態では、後述する露光に際して、光量制御装置１６Ｃの上記第１の機能により露光量の粗調整を行い、第２、第３の機能を用いて露光量の微調整を行うようになっている。これについては、後述する。
【０１２４】
光量制御装置１６Ｃは、この他、主制御装置５０からの指示に基づいてパルス出力の開始と停止なども制御する。
【０１２５】
前記偏光調整装置１６Ｄは、光ファイバ増幅器１７１nよりも前段の光部品の偏光特性を制御することにより、光ファイバ増幅器１７１nから射出される光を円偏光化する。なお、光ファイバ増幅器１７１nのドープ・ファイバがほぼ円筒対称な構造を有しており、かつ、比較的短い場合には、光ファイバ増幅器１７１nに入射する光を円偏光化することによっても、光ファイバ増幅器１７１nから射出される光を円偏光化することができる。
【０１２６】
ここで、光ファイバ増幅器１７１nよりも前段の光部品には、上述した光増幅部１６１の各要素を光学的に結合するための不図示のリレー光ファイバ等がある。こうしたリレー光ファイバ等の偏光特性の制御方法としては、例えばリレー光ファイバに非等方的な力学的ストレスを加える方法があり、本実施形態でもこの方法を採用している。
【０１２７】
一般に、リレー光ファイバは円筒対称な屈折率分布を有しているが、非等方的な力学的ストレスが加わると非等方的な応力がリレー光ファイバに発生し、この応力により非等方的な屈折率分布が生じる。こうした非等方的な屈折率分布の発生量を制御することによって、リレー光ファイバの偏光特性を制御することができる。
【０１２８】
また、リレー光ファイバの応力による屈折率分布の変化量や他の光部品の偏光特性は一般に温度に依存している。このため、偏光調整装置１６Ｄは、リレー光ファイバ等の周囲温度を一定とする温度制御を行って、一度行った円偏光化が維持可能としている。
【０１２９】
なお、上記の温度制御を行わずに、リレー光ファイバよりも下流側のいずれかの位置で光の偏光状態のモニタを行い、このモニタ結果に基づいて、リレー光ファイバの偏光特性すなわち屈折率分布を制御してもよい。
【０１３０】
図１に戻り、前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系１８、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）としてのフライアイレンズ系２２、照明系開口絞り板２４、ビームスプリッタ２６、第１リレーレンズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８Ｂ、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ３２等を備えている。
【０１３１】
前記ビーム整形光学系１８は、光源装置１６の波長変換部１６３の波長変換により発生した紫外域の光、（以下、「レーザビーム」と呼ぶ）ＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフライアイレンズ系２２に効率良く入射するように整形するもので、例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ（いずれも図示省略）等で構成される。
【０１３２】
前記フライアイレンズ系２２は、ビーム整形光学系１８から出たレーザビームＬＢの光路上に配置され、レチクルＲを均一な照度分布で照明するために多数の光源像からなる面光源、即ち２次光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビームを本明細書においては、「露光光ＩＬ」とも呼んでいる。
【０１３３】
フライアイレンズ系２２の射出面の近傍に、円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置されている。この照明系開口絞り板２４には、等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタであるσ値を小さくするための開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開口絞りのみが図示されている）等が配置されている。この照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０により回転されるようになっており、これによりレチクルパターンに応じていずれかの開口絞りが露光光ＩＬの光路上に選択的に設定される。
【０１３４】
照明系開口絞り板２４から出た露光光ＩＬの光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビームスプリッタ２６が配置され、更にこの後方の光路上に、固定レチクルブラインド３０Ａ及び可動レチクルブラインド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系が配置されている。
【０１３５】
固定レチクルブラインド３０Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域４２Ｒを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド３０Ａの近傍に走査方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド３０Ｂが配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを介して照明領域４２Ｒを更に制限することによって、不要な部分の露光が防止されるようになっている。
【０１３６】
リレー光学系を構成する第２リレーレンズ２８Ｂ後方の露光光ＩＬの光路上には、当該第２リレーレンズ２８Ｂを通過した露光光ＩＬをレチクルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ後方の露光光ＩＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配置されている。
【０１３７】
更に、照明光学系１２内のビームスプリッタ２６で垂直に折り曲げられる一方の光路上、他方の光路上には、インテグレータセンサ４６、反射光モニタ４７がそれぞれ配置されている。これらインテグレータセンサ４６、反射光モニタ４７としては、遠紫外域及び真空紫外域で感度が良く、且つ光源装置１６のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有するＳｉ系ＰＩＮ型フォトダイオードが用いられている。なお、インテグレータセンサ４６、反射光モニタ４７としてＧａＮ系結晶を有する半導体受光素子を用いることも可能である。
【０１３８】
以上の構成において、フライアイレンズ系２２の入射面、可動レチクルブラインド３０Ｂの配置面、レチクルＲのパターン面は、光学的に互いに共役に設定され、フライアイレンズ系２２の射出面側に形成される光源面、投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（射出瞳面）は光学的に互いに共役に設定され、ケーラー照明系となっている。
【０１３９】
このようにして構成された照明系１２の作用を簡単に説明すると、光源装置１６からパルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射して、ここで後方のフライアイレンズ系２２に効率良く入射するようにその断面形状が整形された後、フライアイレンズ系２２に入射する。これにより、フライアイレンズ系２２の射出側焦点面（照明光学系１２の瞳面）に２次光源が形成される。この２次光源から射出された露光光ＩＬは、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さなビームスプリッタ２６に至る。このビームスプリッタ２６を透過した露光光ＩＬは、第１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブラインド３０Ａの矩形の開口部及び可動レチクルブラインド３０Ｂを通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域４２Ｒを均一な照度分布で照明する。
【０１４０】
一方、ビームスプリッタ２６で反射された露光光ＩＬは、集光レンズ４４を介してインテグレータセンサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の光電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して出力ＤＳ（digit/pulse)として主制御装置５０に供給される。このインテグレータセンサ４６の出力ＤＳと、ウエハＷの表面上での露光光ＩＬの照度（露光量）との相関係数は、主制御装置５０に併設された記憶装置としてのメモリ５１内に記憶されている。
【０１４１】
また、レチクルＲ上の照明領域４２Ｒを照明しそのレチクルのパターン面（図１における下面）で反射された反射光束は、コンデンサレンズ３２、リレー光学系を前と逆向きに通過し、ビームスプリッタ２６で反射され、集光レンズ４８を介して反射光モニタ４７で受光される。また、Ｚチルトステージ５８が投影光学系ＰＬの下方にある場合には、レチクルのパターン面を透過した露光光ＩＬは、投影光学系ＰＬ及びウエハＷの表面（あるいは後述する基準マーク板ＦＭ表面）で反射され、その反射光束は、投影光学系ＰＬ、レチクルＲ、コンデンサレンズ３２、リレー光学系を前と逆向きに順次通過し、ビームスプリッタ２６で反射され、集光レンズ４８を介して反射光モニタ４７で受光される。また、ビームスプリッタ２６とウエハＷとの間に配置される各光学素子はその表面に反射防止膜が形成されているものの、その表面で露光光ＩＬがわずかに反射され、これら反射光も反射光モニタ４７で受光される。この反射光モニタ４７の光電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して主制御装置５０に供給される。反射光モニタ４７は、本実施形態では、主としてウエハＷの反射率の測定等に用いられる。なお、この反射光モニタ４７を、レチクルＲの透過率の事前測定の際に用いても良い。
【０１４２】
なお、フライアイレンズ系２２として、例えば特開平１−２３５２８９号公報（対応米国特許第５，３０７，２０７号）、特開平７−１４２３５４号（対応米国特許第５，５３４，９７０号）などに開示されるダブルフライアイレンズ系を採用し、ケーラー照明系を構成しても良い。
【０１４３】
また、フライアイレンズ系２２とともに、回折光学素子（diffractive optical element）を用いても良い。かかる回折光学素子を用いる場合には、光源装置１６と照明光学系１２とを回折光学素子を介して接続するようにしても良い。すなわち、ファイバーバンドル１７３の各ファイバーに対応して回折素子が形成される回折光学素子をビーム整形光学系１８に設け、各ファイバーから出力されるレーザビームを回折させて、フライアイレンズ系２２の入射面上で重畳させるようにしてもよい。本例では、ファイバーバンドル１７３の出力端を照明光学系の瞳面に配置してもよいが、この場合には第１の機能（間引き）によってその瞳面上での強度分布（即ち２次光源の形状や大きさなど）が変化することになり、レチクルパターンに最適な形状、大きさとは異なってしまうことがある。そこで、前述の回折光学素子などを用いて照明光学系の瞳面、又はオプティカルインテグレータの入射面上で各ファイバーからのレーザビームを重畳させるようにすることが望ましい。
【０１４４】
いずれにしても、本実施形態では、前述した光量制御装置１６Ｃの第１の機能によりファイバーバンドル１７３の光を出力する部分の分布が変化した場合であっても、レチクルＲのパターン面（物体面）上及びウエハＷの面（像面）上のいずれにおいても照度分布の均一性を十分に確保することができる。
【０１４５】
前記レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチクルステージ駆動部４９によって走査方向（ここでは図１の紙面左右方向であるＹ方向とする）に所定ストローク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレチクルステージＲＳＴの位置及び回転量は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【０１４６】
なお、レチクルＲに用いる材質は、露光光ＩＬの波長によって使い分ける必要がある。すなわち、波長１９３ｎｍの露光光を用いる場合には合成石英を用いることができるが、波長１５７ｎｍの露光光を用いる場合は、ホタル石、フッ素がドープされた合成石英、あるいは水晶などで形成する必要がある。
【０１４７】
前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸を有する複数枚のレンズエレメント７０ａ、７０ｂ、……から構成されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影倍率βが例えば１／４、１／５、１／６などのものが使用されている。このため、前記の如くして、露光光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明されると、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像が表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露光領域４２Ｗに投影され転写される。
【０１４８】
本実施形態では、上記のレンズエレメントのうち、複数のレンズエレメントがそれぞれ独立に移動可能となっている。例えば、レチクルステージＲＳＴに最も近い一番上のレンズエレメント７０ａは、リング状の支持部材７２により保持され、この支持部材７２は、伸縮可能な駆動素子、例えばピエゾ素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃ（紙面奥側の駆動素子７４ｃは図示せず）によって、３点支持されるとともに鏡筒部７６と連結されている。上記の駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃによって、レンズエレメント７０ａの周辺３点を独立に、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に移動させることができるようになっている。すなわち、レンズエレメント７０ａを駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃの変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることができるとともに、光軸ＡＸと垂直な平面に対して任意に傾斜させることもできる。そして、これらの駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃに与えられる電圧が、主制御装置５０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ７８によって制御され、これによって駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃの変位量が制御されるようになっている。なお、図１中、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸとは鏡筒部７６に固定されているレンズエレメント７０ｂその他のレンズエレメント（図示省略）の光軸を指す。
【０１４９】
また、本実施形態では、予め実験によりレンズエレメント７０ａの上下量と倍率（又はディストーション）の変化量との関係を求めておき、これを主制御装置５０内部のメモリに記憶しておき、補正時に主制御装置５０が補正する倍率（又はディストーション）からレンズエレメント７０ａの上下量を計算し、結像特性補正コントローラ７８に指示を与えて駆動素子７４ａ，７４ｂ，７４ｃを駆動することにより倍率（又はディストーション）補正を行うようになっている。なお、前記レンズエレメント７０ａの上下量と倍率等の変化量との関係は光学的な計算値を用いてもよく、この場合は前記レンズエレメント７０ａの上下量と倍率変化量との関係を求める実験の工程が省けることになる。
【０１５０】
前記の如く、レチクルＲに最も近いレンズエレメント７０ａが移動可能となっているが、このエレメント７０ａは倍率、ディストーション特性に与える影響が他のレンズエレメントに比べて大きく制御しやすいものの１つを選択したものであって、同様の条件を満たすものであれば、このレンズエレメント７０ａに代えてどのレンズエレメントをレンズ間隔調整のために移動可能に構成しても良い。
【０１５１】
なお、レンズエレメント７０ａ以外の少なくとも１つのレンズエレメントを移動して他の光学特性、例えば像面湾曲、非点収差、コマ収差、又は球面収差などを調整できるようになっている。この他、投影光学系ＰＬの光軸方向中央部近傍の特定のレンズエレメント相互間に密封室を設け、この密封室内の気体の圧力を例えばべローズポンプ等の圧力調整機構により調整することにより、投影光学系ＰＬの倍率を調整する結像特性補正機構を設けても良く、あるいは、例えば、投影光学系ＰＬを構成する一部のレンズエレメントとして非球面状レンズを用い、これを回転させるようにしても良い。この場合には、いわゆるひし形ディストーションの補正が可能になる。あるいは、投影光学系ＰＬ内に平行平面板を設け、これをチルトさせたり、回転させたりするような機構により結像特性補正機構を構成しても良い。
【０１５２】
なお、露光光ＩＬとして波長１９３ｎｍのレーザ光を用いる場合には、投影光学系ＰＬを構成する各レンズエレメント（及び上記平行平面板）としては合成石英やホタル石等を用いることができるが、波長１５７ｎｍのレーザ光を用いる場合には、この投影光学系ＰＬに使用されるレンズ等の材質は、全てホタル石が用いられる。
【０１５３】
前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ駆動部５６によって走査方向であるＹ方向及びこれに直交するＸ方向（図１における紙面直交方向）に２次元駆動されるようになっている。このＸＹステージ１４上に搭載されたＺチルトステージ５８上に不図示のウエハホルダ６１を介してウエハＷが真空吸着等により保持されている。Ｚチルトステージ５８は、例えば３つのアクチュエータ（ピエゾ素子又はボイスコイルモータなど）によってウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）を調整すると共に、ＸＹ平面（投影光学系ＰＬの像面）に対するウエハＷの傾斜角を調整する機能を有する。また、ＸＹステージ１４の位置は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５２Ｗを介して外部のレーザ干渉計５４Ｗにより計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【０１５４】
ここで、移動鏡は、実際には、Ｘ軸に垂直な反射面を有するＸ移動鏡とＹ軸に垂直な反射面を有するＹ移動鏡とが存在し、これに対応してレーザ干渉計もＸ軸位置計測用、Ｙ軸位置計測用、及び回転（ヨーイング量、ピッチング量、ローリング量を含む）計測用のものがそれぞれ設けられているが、図１では、これらが代表的に、移動鏡５２Ｗ、レーザ干渉計５４Ｗとして示されている。
【０１５５】
また、Ｚチルトステージ５８上には、ウエハＷの近傍に、ウエハＷの露光面と同じ高さの受光面を有し、投影光学系ＰＬを通過した露光光ＩＬの光量を検出するための照射量モニタ５９が設けられている。照射量モニタ５９は、露光領域４２Ｗより一回り大きなＸ方向に延びる平面視長方形のハウジングを有し、このハウジングの中央部に露光領域４２Ｗとほぼ同じ形状のスリット状の開口が形成されている。この開口は、実際にはハウジングの天井面を形成する合成石英等から成る受光ガラスの上面に形成された遮光膜の一部が取り除かれて形成されている。前記開口の真下にレンズを介してＳｉ系ＰＩＮ型フォトダイオード等の受光素子を有する光センサが配置されている。
【０１５６】
照射量モニタ５９は、露光領域４２Ｗに照射される露光光ＩＬの強度測定に用いられる。照射量モニタ５９を構成する受光素子の受光量に応じた光量信号が主制御装置５０に供給されるようになっている。
【０１５７】
なお、光センサは、必ずしもＺチルトステージ５８の内部に設ける必要はなく、Ｚチルトステージ５８の外部に光センサを配置し、リレー光学系でリレーされた照明光束を、光ファイバ等を介してその光センサに導くようにしても良いことは勿論である。
【０１５８】
Ｚチルトステージ５８上には、後述するレチクルアライメント等を行う際に使用される基準マーク板ＦＭが設けられている。この基準マーク板ＦＭは、その表面がウエハＷの表面とほぼ同一の高さとされている。この基準マーク板ＦＭの表面には、レチクルアライメント用基準マーク、ベースライン計測用基準マーク等の基準マークが形成されている。
【０１５９】
また、図１では図面の錯綜を避ける観点から図示が省略されているが、この露光装置１０は、実際にはレチクルアライメントを行うためのレチクルアライメント系を備えている。
【０１６０】
レチクルＲのアライメントを行う場合には、まず主制御装置５０によりレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６を介してレチクルステージＲＳＴ及びＸＹステージ１４が駆動され、矩形の露光領域４２Ｗ内に基準マーク板ＦＭ上のレチクルアライメント用基準マークが設定され、その基準マークにレチクルＲ上のレチクルマーク像がほぼ重なるようにレチクルＲとＺチルトステージ５８との相対位置が設定される。この状態で、主制御装置５０によりレチクルアライメント系を用いて両マークが撮像され、主制御装置５０では、その撮像信号を処理して対応する基準マークに対するレチクルマークの投影像のＸ方向、Ｙ方向の位置ずれ量を算出する。
【０１６１】
また、上記のレチクルのアライメントの結果得られた基準マークの投影像の検出信号（画像信号）に含まれるコントラスト情報に基づいてフォーカスオフセットやレベリングオフセット（投影光学系ＰＬの焦点位置、像面傾斜など）を求めることも可能である。
【０１６２】
また、本実施形態では、上記のレチクルアライメント時に、主制御装置５０によって、投影光学系ＰＬの側面に設けられた不図示のウエハ側のオフアクシス・アライメントセンサのベースライン量の計測も行われる。すなわち、基準マーク板ＦＭ上には、レチクルアライメント用基準マークに対して所定の位置関係でベースライン計測用基準マークが形成されており、レチクルアライメント系を介してレチクルマークの位置ずれ量を計測する際に、そのウエハ側のアライメントセンサを介してベースライン計測用基準マークのそのアライメントセンサの検出中心に対する位置ずれ量を計測することで、アライメントセンサのベースライン量、すなわちレチクル投影位置とアライメントセンサとの相対位置関係が計測される。
【０１６３】
更に、本実施形態の露光装置１０では、図１に示されるように、主制御装置５０によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系ＰＬの結像面に向けて多数のピンホールまたはスリットの像を形成するための結像光束を、光軸ＡＸに対して斜め方向より照射する照射光学系６０ａと、それらの結像光束のウエハＷ表面での反射光束を受光する受光光学系６０ｂとからなる斜入射光式の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）が設けられている。主制御装置５０では、受光光学系６０ｂ内の図示しない平行平板の反射光束の光軸に対する傾きを制御することにより、投影光学系ＰＬのフォーカス変動に応じて焦点検出系（６０ａ、６０ｂ）にオフセットを与えてそのキャリブレーションを行う。これにより、前述の露光領域４２Ｗ内で投影光学系ＰＬの像面とウエハＷの表面とがその焦点深度の範囲（幅）内で合致することになる。なお、本実施形態と同様の多点焦点位置検出系（フォーカスセンサ）の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されている。
【０１６４】
走査露光時等に、主制御装置５０では、受光光学系６０ｂからの焦点ずれ信号（デフォーカス信号）、例えばＳカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるようにＺチルトステージ５８のＺ位置を不図示の駆動系を介して制御することにより、オートフォーカス（自動焦点合わせ）及びオートレベリングを実行する。
【０１６５】
なお、受光光学系６０ｂ内に平行平板を設けて焦点検出系（６０ａ，６０ｂ）にオフセットを与えるようにしたのは、例えば、倍率補正のためにレンズエレメント７０ａを上下することによりフォーカスも変化し、また、投影光学系ＰＬが露光光ＩＬを吸収することにより結像特性が変化して結像面の位置が変動するので、かかる場合に焦点検出系にオフセットを与え、焦点検出系の合焦位置を投影光学系ＰＬの結像面の位置に一致させる必要があるためである。このため、本実施形態では、レンズエレメント７０ａの上下量とフォーカス変化量の関係も予め実験により求め、主制御装置５０内部のメモリに記憶している。なお、レンズエレメント７０ａの上下量とフォーカス変化量の関係は計算値を用いても良い。また、オートレベリングでは走査方向については行わず、その走査方向と直交する非走査方向のみに関して行うようにしても良い。
【０１６６】
前記主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーション）を含んで構成され、これまでに説明した各種の制御を行う他、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を制御する。また、本実施形態では、主制御装置５０は、後述するように走査露光の際の露光量の制御を行ったり、投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を演算にて算出し、その算出結果に基づいて結像特性補正コントローラ７８を介して投影光学系ＰＬの結像特性を調整する等の他、装置全体を統括制御する。
【０１６７】
具体的には、主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶR＝Ｖで走査されるのに同期して、ＸＹステージ１４を介してウエハＷが露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶW＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部４９、ウエハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ＸＹステージ１４の位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０ではレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動部５６を介してＸＹステージ１４の位置を制御する。
【０１６８】
次に、本実施形態の露光装置１０において所定枚数（Ｎ枚）のウエハＷ上にレチクルパターンの露光を行う場合の露光シーケンスについて主制御装置５０の制御動作を中心として説明する。
【０１６９】
まず、主制御装置５０では、不図示のレチクルローダを用いて露光対象のレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロードする。
【０１７０】
次いで、前述した如く、レチクルアライメント系を用いてレチクルアライメントを行うとともに、ベースライン計測を行う。
【０１７１】
次に、主制御装置５０では、不図示のウエハ搬送系にウエハＷの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換（ステージ上にウエハが無い場合は、単なるウエハロード）が行われ、次いでいわゆるサーチアライメント及びファインアライメント（ＥＧＡ等）の一連のアライメント工程の処理を行う。これらのウエハ交換、ウエハアライメントは、公知の露光装置と同様に行われるので、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
【０１７２】
次に、上記のアライメント結果及びショットマップデータに基づいて、ウエハＷ上の各ショット領域の露光のための走査開始位置にウエハＷを移動させる動作と、前述した走査露光動作とを繰り返し行って、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルパターンを転写する。この走査露光中に、主制御装置５０では、露光条件及びレジスト感度に応じて決定された目標積算露光量をウエハＷに与えるため、インテグレータセンサ４６の出力をモニタしつつ光量制御装置１６Ｃに指令を与える。これにより、光量制御装置１６Ｃでは、前述した第１の機能により露光量の粗調整を行うとともに、前述した第２の機能、第３の機能により、光源装置１６からのレーザビーム（紫外パルス光）の周波数及びピークパワーを制御し、露光量の微調整を実行する。
【０１７３】
また、主制御装置５０では、照明系開口絞り板２４を駆動装置４０を介して制御し、更にステージ系の動作情報に同期して可動レチクルブラインド３０Ｂの開閉動作を制御する。
【０１７４】
１枚目のウエハＷに対する露光が終了すると、主制御装置５０では、不図示のウエハ搬送系にウエハＷの交換を指示する。これにより、ウエハ搬送系及びＸＹステージ１４上の不図示のウエハ受け渡し機構によってウエハ交換が行われ、以後上記と同様にしてその交換後のウエハに対してサーチアライメント、ファインアライメントを行う。また、この場合、主制御装置５０により１枚目のウエハＷに対する露光開始からの投影光学系ＰＬの結像特性（フォーカスの変動を含む）の照射変動が、インテグレータセンサ４６及び反射光モニタ４７の計測値に基づいて求められ、この照射変動を補正するような指令値を結像特性補正コントローラ７８に与えるとともに受光光学系６０ｂにオフセットを与える。また、主制御装置５０では、大気圧センサ７７の計測値に基づいて、投影光学系ＰＬの結像特性の大気圧変動分も求めて、この照射変動を補正するような指令値を結像特性補正コントローラ７８に与えるとともに受光光学系６０ｂにオフセットを与える。
【０１７５】
そして、上記と同様に、このウエハＷ上の複数のショット領域にステップ・アンド・スキャン方式でレチクルパターンを転写する。
【０１７６】
この場合、前述した露光量（光量）の粗調整を、実露光前にテス卜発光を行い、露光量設定値に対し、１％以下の精度で制御を確実に行うようにしても良い。
【０１７７】
本実施形態の露光量の粗調整のダイナミックレンジは、１〜１／１２８の範囲内で設定可能であるが、通常要求されるダイナミックレンジは、典型的には１〜１／７程度であるため、光出力をオンにすべきチャネル数（光ファイバ数）を１２８〜１８の間で制御することによって行えば良い。このように、本実施形態では、各チャネルの光出力の個別オン・オフによる露光量制御により、ウエハ毎のレジス卜感度等の違いにあわせた露光量の粗調整を正確に行うことができる。
【０１７８】
また、上述した光量制御装置１６Ｃによる、第２、第３の機能による光量制御は、制御速度が速く、制御精度が高いという特徴を持つため、以下の現状の露光装置に要求されている制御要請を確実に満たすことが可能である。
【０１７９】
従って、露光量制御のためには、光量制御装置１６Ｃでは、第２、第３の機能による光量制御の少なくとも一方を行えば足りる。
【０１８０】
また、本実施形態の露光装置１０においても、光量制御装置１６Ｃの第２、第３の機能による光量制御のいずれかと、スキャン速度とを組み合わせて、露光量を制御するようにしても、勿論良い。
【０１８１】
なお、ウエハＷ上に転写すべきレチクルパ夕ーンに応じてウエハＷの露光条件を変更する、例えば照明光学系の瞳面上での照明光の強度分布（即ち２次光源の形状や大きさ）を変化させたり、あるいは投影光学系ＰＬのほぼ瞳面上でその光軸を中心とする円形領域を遮光する光学フィルターを挿脱する。この露光条件の変更によってウエハＷ上での照度が変化するが、このことはレチクルパターンの変更によっても生じる。これは、パターンの遮光部（又は透過部）の占有面積の違いによるものである。そこで、露光条件及び／又はレチクルパターンの変更によって照度が変化するときは、ウエハ（レジスト）に適正な露光量が与えられるように、前述した周波数とピークパワーとの少なくとも一方を制御することが望ましい。このとき、周波数及びピークパワーの少なくとも一方に加えてレチクル及びウエハの走査速度を調整するようにしてもよい。
【０１８２】
以上説明したように、本実施形態に係る光源装置によれば、偏光調整装置１６Ｄが、光ファイバ増幅器１７１nそれぞれから射出される光束の偏光状態を円偏光に揃え、これらの光束の全てを１枚の１／４波長板１６２によって同一方向の直線偏光に変換して射出する。したがって、１／４波長板の光学軸方向を適当に設定することにより、後段の波長変換部１６３において効率良く波長変換された光を発生することができる。また、偏光方向変換装置が１枚の１／４波長板１６２という極めて簡単な構成となるので、光源装置１６全体としての小型化を図ることもできる。
【０１８３】
また、本実施形態に係る光源装置１６によれば、光ファイバ増幅器１７１nから射出された複数の光束を同一方向の直線偏光としているので、１／４波長板１６２から射出される光を、それぞれが高強度であり、かつ同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束を得ることができる。この結果、光源装置１６としての射出光光量の増大を図ることができる。
【０１８４】
また、本実施形態に係る光源装置１６によれば、光ファイバ増幅器１７１nに入射する複数の光束それぞれをパルス光列とするので、各パルス光列における光パルスの繰り返し周期やパルス高を調整することにより、光源装置１６としての射出光の光量を精度良く制御することができる。
【０１８５】
また、本実施形態に係る光源装置１６によれば、光ファイバ増幅器１７１nに入射する複数の光束それぞれが、光ファイバ増幅器１７１nに入射する前に、光ファイバ増幅器１６７nによって増幅された光束であるので、多段の光ファイバ増幅器１６７n、１７１nによる多段の光増幅作用により、光源装置１６としての射出光光量の増大を図ることができる。
【０１８６】
また、本実施形態に係る光源装置１６によれば、光ファイバ増幅器１７１nよりも上流側に配置された光学部品であるリレー光ファイバに非等方的なストレスを加えて偏光特性を制御して偏光調整を行うので、光ファイバ増幅器１７１nのドープ・ファイバがストレスの印加等による偏光調整になじまない場合であっても、光源装置１６としての性能や機能に悪影響を与えることなく、１／４波長板１６２に入射する複数の光束の偏光状態を円偏光に揃えることができる。
【０１８７】
また、本実施形態に係る光源装置１６によれば、光ファイバ増幅器１７１nのドープ・ファイバが、ほぼ並行して束ねられているので、占有する空間を小さくするとともに、１／４波長板の受光面積を小さくできるので、光源装置１６の小型化を図ることができる。
【０１８８】
また、本実施形態に係る光源装置１６によれば、光ファイバ増幅器１７１nの射出光を赤外域の光（波長＝１５４７ｎｍ付近）とし、波長変換部１６３から射出される光を紫外域の光（波長＝１９３．４ｎｍ付近）に変換しているので、微細パターンの転写に適した紫外光を効率的に発生することができる。
【０１８９】
本実施形態に係る露光装置１０は、微細パターンの転写に適した紫外光を効率的に発生する上記の光源装置１６を使用しているので、効率的にパターンをウエハＷに転写することができる。
【０１９０】
なお、上記実施形態では、偏光調整装置１６Ｄが光ファイバ増幅器１７１nの射出光を円偏光に調整しているが、偏光調整が互いに同様な楕円偏光化にとどまる場合には、１／４波長板１６２に替えて、偏波面を回転する１／２波長板と、該１／２波長板と光学的に直列接続された１／４波長板との組合わせを使用することにより、光ファイバ増幅器１７１nから射出された複数の光束を同一の偏光方向の直線偏光に変換することができる。ここで、１／２波長板と１／４波長板との直列接続において、どちらを上流側に配置してもよい。
【０１９１】
また、上記実施形態では、１／４波長板１６２に入射する光は、光ファイバ増幅器１７１nの射出光としたが、複数の光導波用の光ファイバから射出された複数の光束を１／４波長板１６２に入射させることにしてもよい。
【０１９２】
また、上記実施形態では、光増幅部１６１が１２８チャネルの光経路を有する場合について説明したが、光経路の本数は任意でよく、本発明に係る光源装置が適用される製品、例えば露光装置で要求される仕様（ウエハ上での照度）、及び光学性能、すなわち照明光学系や投影光学系の透過率、波長変換部の変換効率、及び各光経路の出力などに応じてその本数を決定すればよい。かかる場合であっても、前述した光変調装置から出力されるパルス光の周波数制御、ピークパワー制御による光量、露光量の制御は好適に適用できる。
【０１９３】
さらに上記実施形態では、紫外光の波長を、ＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一に設定するものとしたが、その設定波長は任意でよく、この設定すべき波長に応じて、レーザ光源１６０Ａの発振波長や波長変換部１６３の構成及び高調波の倍率などを決定すればよい。なお、設定波長は、一例として、ウエハ上に転写すべきパターンのデザインルール（線幅、ピッチなど）に応じて決定するようにしてもよく、さらにはその決定に際して前述の露光条件やレチクルの種類（位相シフト型か否か）などを考慮してもよい。
【０１９４】
なお、上記実施形態では、レーザ光源１６０Ａの発振波長の制御のため、レーザ光源１６０Ａの直後でそのレーザ光をビームモニタ機構１６４によりモニタするものとしたが、これに限らず、例えば図５中に点線で示されるように、波長変換部１６３内（あるいは波長変換部１６３の後方）で光束を分岐して、これをビームモニタ機構１６４と同様のビームモニタ機構１８３でモニタするようにしても良い。そして、このビームモニタ機構１８３によるモニタ結果に基づいて、波長変換が正確に行われているか否かを検出し、この検出結果に基づいて主制御装置５０がレーザ制御装置１６Ｂをフィードバック制御するようにしても良い。勿論、両方のビームモニタ機構のモニタ結果を用いてレーザ光源１６０Ａの発振波長制御を行っても良い。
【０１９５】
また、上記実施形態では、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）としてフライアイレンズ系２２を用いるものとしたが、その代わりにロッド・インテグレータを用いるようにしてもよい。ロッド・インテグレータを用いる照明光学系では、ロッド・インテグレータはその射出面がレチクルＲのパターン面とほぼ共役になるように配置されるので、例えばロッド・インテグレータの射出面に近接して前述の固定レチクルブラインド３０Ａや可動レチクルブラインド３０Ｂを配置してもよい。
【０１９６】
また、上記実施形態中では特に説明をしなかったが、本実施形態のように、１９３ｎｍ以下の露光波長により露光を行う装置の場合には、光束通過部分にはケミカルフィルタを通過したクリーンエアーや、ドライエアー、Ｎ2ガス、若しくはヘリウム、アルゴン、クリプトン等の不活性ガスを充填させあるいはフローさせたり、該光束通過部分を真空にする等の処置が必要となる。
【０１９７】
上記実施形態の露光装置は、本願の特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることは言うまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【０１９８】
また、上記実施形態では、本発明に係る光源装置がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用された場合について説明したが、露光装置以外の装置、例えば、ウエハ上に形成された回路パターンの一部（ヒューズなど）を切断するために用いられるレーザリペア装置などにも本発明に係る光源装置を適用することができる。また、本発明による光源装置は可視光または赤外光を用いる検査装置などにも適用することができる。そしてこの場合には前述の波長変換部を光源装置に組み込む必要がない。すなわち、本発明は紫外レーザ装置だけでなく、可視域または赤外域の基本波を発生する、波長変換部がないレーザ装置に対しても有効なものである。また、本発明は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に限らず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパなど）にも好適に適用できるものである。更にはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも適用できる。
【０１９９】
なお、上記実施形態で示した投影光学系や、照明光学系はほんの一例であって、本発明がこれに限定されないことは勿論である。例えば、投影光学系として屈折光学系に限らず、反射光学素子のみからなる反射系、又は反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射屈折系（カタッディオプトリック系）を採用しても良い。波長２００ｎｍ程度以下の真空紫外光（ＶＵＶ光）を用いる露光装置では、投影光学系として反射屈折系を用いることも考えられる。この反射屈折型の投影光学系としては、例えば特開平８―１７１０５４号公報及び特開平１０−２０１９５号公報などに開示される、反射光学素子としてビームスプリッタと凹面鏡とを有する反射屈折系、又は特開平８−３３４６９５号公報及び特開平１０−３０３９号公報などに開示される、反射光学素子としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有する反射屈折系を用いることができる。
【０２００】
この他、米国特許第５，４８８，２２９号、及び特開平１０−１０４５１３号公報に開示される、複数の屈折光学素子と２枚のミラー（凹面鏡である主鏡と、屈折素子又は平行平面板の入射面と反対側に反射面が形成される裏面鏡である副鏡）とを同一軸上に配置し、その複数の屈折光学素子によって形成されるレチクルパターンの中間像を、主鏡と副鏡とによってウエハ上に再結像させる反射屈折系を用いても良い。この反射屈折系では、複数の屈折光学素子に続けて主鏡と副鏡とが配置され、照明光が主鏡の一部を通って副鏡、主鏡の順に反射され、さらに副鏡の一部を通ってウエハ上に達することになる。
【０２０１】
勿論、半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気へッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、及び撮像素子（ＣＣＤなど）の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。
【０２０２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の光源装置によれば、偏光調整装置が複数の光ファイバから射出される複数の光束の偏光状態を揃えた後、偏光方向変換装置が、複数の光ファイバを介した全ての光束を同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束に変換するので、簡易な構成で、同一の偏光方向を有する複数の光束を得ることができる。
【０２０３】
また、本発明の露光装置によれば、露光用ビームの発生装置として、微細パターンの転写に適した紫外光を効率的に発生する本発明の光源装置を使用するので、効率的に所定のパターンを基板に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１の光源装置の内部構成を主制御装置とともに示すブロック図である。
【図３】図２の光増幅部の構成を概略的に示す図である。
【図４】光増幅部を構成する最終段のファイバ増幅器の出力端部が束ねられて形成されたバンドル−ファイバの断面を示す図である。
【図５】図２の光増幅部を構成するファイバ増幅器及びその周辺部を、波長変換部の一部とともに概略的に示す図である。
【図６】図２の波長変換部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…露光装置、１６…光源装置、１６Ｄ…偏光調整装置、１６２…１／４波長板（偏光方向変換装置）、１６３…波長変換部（波長変換装置）、Ｗ…ウエハ（基板）。
【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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