(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光束を発生する光源部からの前記光束に基づいて被照射面を照明するための照明装置において、
複数の第１単位光学系と複数の第２単位光学系とを含み、前記複数の第１及び第２単位光学系を用いて前記光源部からの光束を波面分割し、前記複数の第１単位光学系から複数の第１光束を生成すると共に前記複数の第２単位光学系から複数の第２光束を生成し、かつ前記複数の第１光束から複数の第１の光源像を形成すると共に前記複数の第２光束から複数の第２の光源像を形成するオプティカルインテグレータと、
該オプティカルインテグレータの前記複数の第１単位光学系を介した前記複数の第１光束を集光して重畳的に所定面上の第１領域へ導くと共に、前記複数の第２単位光学系を介した前記複数の第２光束を集光して重畳的に前記所定面上の第２領域へ導くコンデンサ光学系と、
前記第１単位光学系を介した前記複数の前記第１光束を偏向させる第１の補助光学部材と、
前記第２単位光学系を介した前記複数の前記第２光束を偏向させる第２の補助光学部材と、
を含み、
前記第１単位光学系の１つには少なくとも１つの前記第１の補助光学部材が対応して配置され、前記第２単位光学系の１つには、少なくとも１つの前記第２の補助光学部材が対応して配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１の補助光学部材は、全ての前記第１単位光学系のそれぞれと１対１対応の関係で配置され、前記第２の補助光学部材は、全ての前記第２単位光学系のそれぞれと１対１対応の関係で配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１及び第２の補助光学部材は、前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間に配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１記載の照明装置において、
前記第１の補助光学部材は、前記第１単位光学系を介した光束を少なくとも２つの方向へ偏向させ、前記第２の補助光学部材は、前記第２単位光学系を介した光束を少なくとも２つの方向へ偏向させることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１に記載の照明装置において、
前記オプティカルインテグレータと前記コンデンサ光学系との間には、前記オプティカルインテグレータによる前記複数の光源像からの光に基づいて実質的な面光源を形成する補助オプティカルインテグレータが配置され、
前記コンデンサ光学系は、前記補助オプティカルインテグレータによる前記実質的な面光源からの光を前記被照射面へ導くことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１の補助光学部材と前記第１単位光学系とは一体的に形成され、前記第２の補助光学部材と前記第２単位光学系とは一体的に形成されることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１に記載の照明装置において、
前記オプティカルインテグレータと前記被照射面との間には、前記オプティカルインテグレータが形成する前記複数の光源に基づいて、実質的な面光源を形成する補助オプティカルインテグレータが配置され、
該補助オプティカルインテグレータよりも前記光源部側には、光拡散部材が配置されることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項７に記載の照明装置において、
前記補助オプティカルインテグレータは内面反射型のオプティカルインテグレータであり、
前記第１及び第２の補助光学部材により偏向された光束のそれぞれは、前記内面反射型のオプティカルインテグレータに対して異なる方向から入射することを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項１に記載の照明装置において、
少なくとも前記オプティカルインテグレータと交換可能に設けられて、前記光源部からの光束に基づいて実質的な面光源を形成する別のオプティカルインテグレータを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置において、
前記別のオプティカルインテグレータは、前記オプティカルインテグレータおよび前記第１及び第２の補助光学部材と交換可能に設けられることを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の照明装置において、
前記別のオプティカルインテグレータは、前記オプティカルインテグレータのみと交換可能に設けられることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の照明装置において、
前記オプティカルインテグレータと前記第１及び第２の補助光学部材とは互いに異なる光学部材であることを特徴とする照明装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１領域と前記第２領域との面積は異なることを特徴とする照明装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の照明装置において、
前記第１単位光学系は、第１の焦点距離を有し、前記第２単位光学系は、該第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を有することを特徴とする照明装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１の補助光学部材により偏向された複数の光束は、前記照明装置の光軸と平行な軸に対して第１の傾きを有する第１光束を含み、
前記第２の補助光学部材により偏向された複数の光束は、前記第１の傾きとは異なる第２の傾きを有する第２光束とを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５の何れか一項に記載の照明装置において、
前記第１及び第２の補助光学部材にて偏向された前記光束のうちの少なくとも一部の光束は、前記所定面上における光軸を含まない領域へ導かれることを特徴とする照明装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の照明装置において、
前記第１及び第２の補助光学部材は、複数の補助光学部材群を有し、
ｎを自然数とするとき、該補助光学部材群は４ｎ個の補助光学部材を有し、
前記４ｎ個の補助光学部材のそれぞれの射出側面は、前記照明装置の光軸に垂直な基準面に対して傾斜しており、
前記補助光学部材の前記射出側面の法線を前記基準面に投影した直線を方位直線とするとき、前記補助光学部材群内の前記各補助光学部材の各々の前記方位直線同士のなす角度が３６０／４ｎ度であることを特徴とする照明装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の照明装置において、
前記補助光学部材群の各々は、４個の補助光学部材からなり、
前記補助光学部材群内の前記４個の補助光学部材の各々の前記方位直線同士のなす角度が９０度であることを特徴とする照明装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の照明装置において、
前記複数の補助光学部材群は、第１の補助光学部材群と第２の補助光学部材群とを有し、
前記第１の補助光学部材群中の前記４個の補助光学部材の各々の方位直線の組と、前記第２の補助光学部材群中の前記４個の補助光学部材の各々の方位直線の組とのなす角度は４５度であることを特徴とする照明装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の照明装置において、
前記第１の補助光学部材群を介した光束は前記第１領域へ導かれ、前記第２の補助光学部材群を介した光束は前記第２領域へ導かれ、
前記第１領域および前記第２領域の面積は異なることを特徴とする照明装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の照明装置において、
前記第１領域および前記第２領域は、前記所定面上で少なくとも１部分が重複していることを特徴とする照明装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の照明装置において、
前記第１の補助光学部材群に対応している前記単位光学系の焦点距離と、前記第２の補助光学部材群に対応している前記単位光学系の焦点距離とは互いに異なることを特徴とする照明装置。
【請求項２３】
請求項１９に記載の照明装置において、
前記方位直線と前記光軸に平行な直線とを含む平面内における前記補助光学部材の前記射出側面と、前記基準面とのなす角度を前記補助光学部材の頂角とするとき、
前記第１の補助光学部材は、第１の頂角を有し、前記第２の補助光学部材は、前記第１の頂角とは異なる第２の頂角を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２４】
請求項１記載の照明装置において、
前記第１及び第２の補助光学部材は屈折性を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２５】
露光光を供給する照明装置によりマスクを照明し、かつ投影光学系により前記マスク上のパターンをワーク上に投影する投影露光装置において、
請求項１〜２４の何れか一項に記載の照明装置を備え、
前記所定面は、前記投影光学系の瞳面または該瞳面の近傍と共役であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の投影露光装置において、
前記所定面上における光強度分布は、前記光軸を含む領域よりも前記光軸を含まない領域の方が強い光強度分布であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の投影露光装置において、
前記所定面上における光強度分布は、輪帯形状、２重極形状、４重極形状のいずれか一つを含むものであることを特徴とする投影露光装置。
【請求項２８】
紫外域の露光光によりマスクを照明し、該マスク上のパターンを投影光学系を介してワーク上に投影する露光方法において、
請求項２５〜２７の何れか一項に記載の投影露光装置を用いることを特徴とする露光方法。
【請求項２９】
紫外域の露光光によりマスクを照明し、該マスク上のデバイスパターンを投影光学系を介してワーク上に投影する工程を含むデバイス製造方法において、
請求項２５〜２７の何れか一項に記載の投影露光装置を用いて前記ワーク上に投影する工程を実行することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、半導体デバイスや液晶表示デバイスなどの製造ライン中のリソグラフィ工程に用いられる投影露光装置に関する。また、本発明は、このような投影露光装置に用いられる照明装置に関する。また、本発明は、リソグラフィ工程において、このような投影露光装置を用いた投影露光方法に関する。また、本発明は、このような投影露光装置を用いてマスク上のデバイスパターンを感光基板上に転写して、例えば半導体素子、ＣＣＤ等の撮像素子、液晶表示素子、または薄膜磁気ヘッド等を製造するデバイス製造方法に関する。
背景技術
例えば半導体素子を製造する際に、マスクとしてのレチクルのパターンをフォトレジストが塗布されたウエハの各ショット領域に転写するための投影露光装置として、ステップ・アンド・リピート形式（一括露光方式）の縮小投影型露光装置（ステッパー）や、レチクル上のパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に縮小投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系に対して同期走査することにより、レチクル上のパターンの縮小像を逐次ウエハ上の各ショット領域に転写する所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が用いられている。
これら投影露光装置に用いられる照明装置においては、レチクル上に照射される照明光の強度分布を均一にするために、フライアイレンズやロッド型インテグレータなどのオプティカルインテグレータが使用されている。
さて、近年、これらの投影露光装置に要求される解像力等の性能は、理論的に算出される限界に極めて近付いている。レチクルのパターンの種類により最適な光学系の定数（投影レンズの開口数、照明系の開口数等）の設定値が異なるため、投影露光装置には、レチクルのパターンの種類に合わせて最適な光学系の定数を選択できることが要求される。
このような投影露光装置は、例えば特開昭５９−１５５８４３号公報や特開平６−６１１２１号公報等に開示されている。
また、近年においては、投影光学系の瞳面と共役な面に形成される面光源の強度分布を、中心部より周辺部が大きくなるような強度分布として、解像限界近傍における像のコントラストを向上させること、所謂変形照明（斜方照明）が行われている。ここで、面光源の強度分布を変更するためには、例えば照明装置中の開口絞り（σ絞り）の中央部を遮光或いは減光することが考えられるが、この場合には、遮光或いは減光によりレチクル上での照度低下を招き、その結果、スループットの低下を招く問題がある。
特開平５−２０７００７号公報には、このようなスループットの低下を低減させるための技術が提案されているが、当該公報の技術では投影露光装置が大型化し、その製造費用もかさみ、さらには設置スペースの確保が困難になるという問題がある。
発明の開示
本発明は、現在用いられている投影露光装置の構成を大幅に変更することなく、変形照明時の照度低下を低減することを目的とする。
上述の目的を達成するために、本発明では、被照射面を照明するための照明装置において、
所定波長の光束を発生する光源部と、
複数の単位光学系を含み、該光源部からの前記光束を波面分割し、かつ該波面分割された複数の光束から複数の光源像を形成する波面分割型オプティカルインテグレータと、
該波面分割型オプティカルインテグレータからの光束を被照射面へ導くコンデンサ光学系と、
前記単位光学系を介した光束を偏向させる複数の補助光学部材とを含み、
前記単位光学系の１つには、少なくとも１つの前記補助光学部材が対応して配置されることを特徴とする照明装置を提供する。
また、本発明の好ましい態様によれば、上記照明装置において、前記複数の補助光学部材は、全ての前記単位光学系のそれぞれと１対１対応の関係で配置されることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記複数の補助光学部材は、前記波面分割型オプティカルインテグレータと前記被照射面との間に配置されていることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記補助光学部材は、前記単位光学系を介した光束を少なくとも２つの方向へ偏向させることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータと前記コンデンサ光学系との間には、前記波面分割型オプティカルインテグレータによる前記複数の光源像からの光に基づいて実質的な面光源を形成する補助オプティカルインテグレータが配置され、前記コンデンサ光学系は、前記補助オプティカルインテグレータによる前記実質的な面光源からの光を前記被照射面へ導くことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記補助光学部材にて偏向された前記光束のうちの少なくとも一部の光束は、所定面上における光軸を含まない領域へ導かれることが好ましい。
また、露光光を供給する照明装置によりマスクを照明し、かつ投影光学系により前記マスク上のパターンをワーク上に投影する投影露光装置において、上記照明装置を備え、前記所定面は、前記投影光学系の瞳面または該瞳面の近傍と共役であることが好ましい。
また、本発明では、被照射面を照明するための照明装置において、
所定波長の光束を発生する光源部と、
該光源部からの前記光束を波面分割し、かつ該波面分割された複数の光束から複数の光源像を形成する波面分割型オプティカルインテグレータと、
該波面分割型オプティカルインテグレータからの光束を被照射面へ導くコンデンサ光学系と、
前記波面分割された複数の光束を少なくとも２つ以上の異なる方向へ偏向させる光偏向部材とを含むことを特徴とする照明装置を提供する。
また、本発明の好ましい態様によれば、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータと前記光偏向部材とは一体的に形成されることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータと前記被照射面との間には、前記波面分割型オプティカルインテグレータが形成する前記複数の光源に基づいて、実質的な面光源を形成する補助オプティカルインテグレータが配置され、該補助オプティカルインテグレータよりも前記光源部側には、光拡散部材が配置されることが好ましい。
また、上記照明装置において、少なくとも前記波面分割型オプティカルインテグレータと交換可能に設けられて、前記光源部からの光束に基づいて実質的な面光源を形成する別のオプティカルインテグレータを含むことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記別のオプティカルインテグレータは、前記波面分割型オプティカルインテグレータおよび前記光偏向部材と交換可能に設けられることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記別のオプティカルインテグレータは、前記波面分割型オプティカルインテグレータのみと交換可能に設けられるが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータと前記光偏向部材とは互いに異なる光学部材であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材は、前記波面分割された前記複数の光束のうちの１つの光束のみを偏向させる少なくとも１つの補助光学部材を含むことが好ましい。また、上記照明装置において、前記光偏向部材は複数の前記補助光学部材を有し、前記補助光学部材は前記波面分割型オプティカルインテグレータと一体的に形成されることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材は、前記波面分割された前記複数の光束のうちの少なくとも１つの光束を少なくとも２つの方向へ偏向させる第１補助光学部材と、前記複数の光束のうちの前記少なくとも１つの光束とは別の光束を少なくとも２つの方向へ偏向させる第２補助光学部材とを含むことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記第１補助光学部材による前記２つの方向と、前記第２補助光学部材による前記２つの方向とは互いに同じ方向であることが好ましい。また、上記照明装置において、前記第１補助光学部材および前記第２補助光学部材は、前記波面分割型オプティカルインテグレータと離れていることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材は、前記波面分割された前記複数の光束のうちの１つの光束のみを偏向させる第１補助光学部材と、前記波面分割された前記複数の光束のうちの前記１つの光束とは別の１つの光束のみを偏向させる第２補助光学部材とを含むことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材は、所定面上の第１領域へ前記波面分割された光束のうちの少なくとも１つの光束を導く第１補助光学部材と、前記波面分割された光束のうちの前記少なくとも１つの光束とは異なる少なくとも１つの光束を前記所定面上の第２領域へ導く第２補助光学部材とを含み、前記第１領域と前記第２領域との面積は異なることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型インテグレータは、第１の焦点距離を有する第１単位光学系と、該第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を有する第２単位光学系とを含むことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材により偏向された複数の光束は、前記照明装置の光軸と平行な軸に対して第１の傾きを有する第１光束と、該第１の傾きとは異なる第２の傾きを有する第２光束とを含むことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータと前記コンデンサ光学系との間には、前記波面分割型オプティカルインテグレータによる前記複数の光源像からの光に基づいて実質的な面光源を形成する補助オプティカルインテグレータが配置され、前記コンデンサ光学系は、前記補助オプティカルインテグレータによる前記実質的な面光源からの光を前記被照射面へ導くことが好ましい。
また、上記照明装置において、
前記光偏向部材は、複数の補助光学部材群を有し、
ｎを自然数とするとき、該補助光学部材群は４ｎ個の補助光学部材を有し、
前記補助光学部材のそれぞれの射出側面は、前記照明装置の光軸に垂直な基準面に対して傾斜しており、
前記補助光学部材の前記射出側面の法線を前記基準面に投影した直線を方位直線とするとき、前記補助光学部材群内の前記各補助光学部材の各々の前記方位直線同士のなす角度が３６０／４ｎ度であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記補助光学部材群の各々は、４個の補助光学部材からなり、前記補助光学部材群内の前記４個の補助光学部材の各々の前記方位直線同士のなす角度が９０度であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記複数の補助光学部材群は、第１の補助光学部材群と第２の補助光学部材群とを有し、前記第１の補助光学部材群中の前記４個の補助光学部材の各々の方位直線の組と、前記第２の補助光学部材群中の前記４個の補助光学部材の各々の方位直線の組とのなす角度は４５度であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記第１の補助光学部材群を介した光束は所定面上の第１領域へ導かれ、前記第２の補助光学部材群を介した光束は前記所定面上の第２領域へ導かれ、前記第１領域および前記第２領域の面積は異なることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記第１領域および前記第２領域は、前記所定面上で少なくとも１部分が重複していることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータは、前記補助光学部材のそれぞれに対応して設けられた複数の単位光学系を有し、前記第１の補助光学部材群に対応している前記単位光学系の焦点距離と、前記第２の補助光学部材群に対応している前記単位光学系の焦点距離とは互いに異なることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記方位直線と前記光軸に平行な直線とを含む平面内における前記補助光学部材の前記射出側面と、前記基準面とのなす角度を前記補助光学部材の頂角とするとき、前記複数の前記補助光学部材は、第１の頂角を有する第１補助光学部材と、該第１の頂角とは異なる第２の頂角を有する第２補助光学部材とを含むことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材にて偏向された前記複数の光束のうちの少なくとも１つの光束は、所定面上における光軸を含まない領域へ導かれることが好ましい。
また、本発明では、露光光を供給する照明装置によりマスクを照明し、かつ投影光学系により前記マスク上のパターンをワーク上に投影する投影露光装置において、
上記照明装置を備え、
前記所定面は、前記投影光学系の瞳面または該瞳面の近傍と共役であることを特徴とする投影露光装置を提供する。
また、上記投影露光装置において、前記所定面上における光強度分布は、前記光軸を含む領域よりも前記光軸を含まない領域の方が強い光強度分布であることが好ましい。また、上記投影露光装置において、前記所定面上における光強度分布は、輪帯形状、２重極形状、４重極形状のいずれか一つを含むものであることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータと前記コンデンサ光学系との間には、前記波面分割型オプティカルインテグレータによる前記複数の光源像からの光に基づいて実質的な面光源を形成する補助オプティカルインテグレータが配置され、前記コンデンサ光学系は、前記補助オプティカルインテグレータによる前記実質的な面光源からの光を前記被照射面へ導くことが好ましい。
また、上記照明装置において、前記波面分割型オプティカルインテグレータからの光束を前記補助オプティカルインテグレータへ導くリレー光学系と、少なくとも２つ以上の開口を有する開口絞りとを含み、前記光偏向部材により前記少なくとも２つ以上の異なる方向へ偏向された光束のそれぞれは、前記開口絞りの前記少なくとも２つ以上の開口を通過することが好ましい。
また、上記照明装置において、前記補助オプティカルインテグレータと前記被照射面との間に配置されて、少なくとも２つ以上の開口を有する開口絞りを含み、前記補助オプティカルインテグレータは、複数の単位光学系を有する波面分割型のオプティカルインテグレータであり、前記光偏向部材により前記少なくとも２つ以上の異なる方向へ偏向された光束は、前記補助オプティカルインテグレータの入射面上の少なくとも２つの領域上に重畳され、前記補助オプティカルインテグレータ中の複数の単位光学系のうち、前記少なくとも２つ以上の開口部のそれぞれに対応している少なくとも２つの単位光学系群の各入射面は、前記少なくとも２つの領域のそれぞれに包含されることが好ましい。
また、照明装置において、前記補助オプティカルインテグレータは内面反射型のオプティカルインテグレータであり、前記光偏向部材により前記少なくとも２つ以上の異なる方向へ偏向された光束のそれぞれは、前記内面反射型のオプティカルインテグレータに対して少なくとも２つ以上の異なる方向から入射することが好ましい。
また、照明装置において、前記光偏向部材は、錐体形状部分を少なくとも一部に含む形状であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記錐体状部分は円錐形状の少なくとも一部分であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記円錐形状の斜面は直線を所定軸の周りに回転させて得られる面であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記円錐形状の斜面は曲線を所定軸の周りに回転させて得られる面であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材は、円錐形状部分を少なくとも一部に含む形状を有する第１の補助光学部材と、円錐形状部分を少なくとも一部に含む形状を有する第２の補助光学部材とを含み、前記第１の補助光学部材の前記円錐形状の頂角に相当する角度と、前記第２の補助光学部材の前記円錐形状の頂角に相当する角度とは互いに異なることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記錐体状部分は多角錐形状の少なくとも一部分であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記多角錐形状の斜面は平面であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記多角錐形状の斜面は曲面であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記光偏向部材は、多角錐形状部分を少なくとも一部に含む形状を有する第１の補助光学部材と、多角錐形状部分を少なくとも一部に含む形状を有する第２の補助光学部材とを含み、前記第１の補助光学部材の前記多角錐形状の底面の法線と斜面とのなす角度と、前記第２の補助光学部材の前記多角錐形状の底面の法線と斜面とのなす角度とは互いに異なることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記多角錐形状は、前記多角錐形状の底面の法線とのなす角度が第１の角度である第１の斜面と、前記多角錐形状の前記底面の法線とのなす角度が前記第１の角度とは異なる第２の角度である第２の斜面とを有することが好ましい。
また、露光光を供給する照明装置によりマスクを照明し、かつ投影光学系により前記マスク上のパターンをワーク上へ投影する投影露光装置において、上記照明装置を備え、
前記光源は、前記露光光を供給することが好ましい。
また、上記投影露光装置において、少なくとも前記波面分割型オプティカルインテグレータと交換可能に設けられて、前記光源部からの光束に基づいて実質的な面光源を形成する別のオプティカルインテグレータを含むことが好ましい。
また、上記投影露光装置において、前記マスクの種類に関する情報を入力するための入力部と、該入力部からの情報に基づいて、前記波面分割型オプティカルインテグレータおよび前記別のオプティカルインテグレータを交換することが好ましい。
また、上記投影露光装置において、前記入力部はコンソールであることが好ましい。
また、上記投影露光装置において、前記入力部は前記マスク上に設けられているマークを読み取ることが好ましい。
また、紫外域の露光光によりマスクを照明し、該マスク上のパターンを投影光学系を介してワーク上に投影する露光方法において、上記投影露光装置を用いることが好ましい。
また、上記露光方法において、前記マスクの種類に関する情報を入力する工程と、該入力された情報に基づいて、前記波面分割型オプティカルインテグレータおよび前記別のオプティカルインテグレータを交換する工程とを含むことが好ましい。
また、紫外域の露光光によりマスクを照明し、該マスク上のデバイスパターンを投影光学系を介してワーク上に投影する工程を含むデバイス製造方法において、上記投影露光装置を用いて前記ワーク上に投影する工程を実行することが好ましい。
また、紫外域の露光光によりマスクを照明し、該マスク上のパターンを投影光学系を介してワーク上に投影する露光方法において、上記投影露光装置を用いることが好ましい。
また、紫外域の露光光によりマスクを照明し、該マスク上のデバイスパターンを投影光学系を介してワーク上に投影する工程を含むデバイス製造方法において、上記投影露光装置を用いて前記ワーク上に投影する工程を実行することが好ましい。
また、本発明は、被照射面を照明するための照明装置において、所定波長の光束を発生する光源部と、該光源部からの前記光束をすくなくとも６つの光束に波面分割し、かつ該波面分割された少なくとも６つの光束を異なる方向へ偏向させる光偏向部材と、
該光偏向部材を介した光束に基づいて、所定形状の面光源を形成するオプティカルインテグレータと、
該波面分割型オプティカルインテグレータからの光束を被照射面へ導くコンデンサ光学系とを含み、
前記光偏向部材にて偏向された前記少なくとも６つの光束のうちの少なくとも一部の光束は、所定面上における光軸を含まない領域へ導かれることを特徴とする照明装置を提供する。
また、露光光を供給する照明装置によりマスクを照明し、かつ投影光学系により前記マスク上のパターンをワーク上に投影する投影露光装置において、上記照明装置を備え、前記所定面は、前記投影光学系の瞳面または該瞳面の近傍と共役であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記被照射面とフーリエ変換の関係にある面（照明装置の瞳面）またはこの面と近傍な面での光強度分布は、実質的に不均一であることが好ましい。なお、実質的に不均一であるとは、この面またはこの面と近傍な面における光強度分布が、照明装置の光軸を含む領域での光強度と光軸を含まない領域での光強度とで実質的に異なる状態を指す。
また、露光光を供給する照明装置によりマスクを照明し、かつ投影光学系によりマスク上のパターンをワーク上に投影する投影露光装置において、上記照明装置を備え、前記フーリエ変換の関係にある面は前記投影光学系の瞳面と実質的に共役であることが好ましい。
また、上記照明装置において、前記複数の補助光学部材は、前記単位光学系と前記被照射面との間に配置されることが好ましい。
さらに、本発明の好ましい態様においては、光源部は、光束の広がる立体角と光束の面積との和がほぼ零である光束を射出するものである。
発明の実施の形態
以下、添付図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる投影露光装置を第１図乃至第７Ｇ図を用いて説明する。第１図は、本発明の第１実施形態にかかる投影露光装置の光学系を示す図である。第２Ａ、２Ｂ図は、波面分割型のオプティカルインテグレータ及び開口絞りの配置を示す図である。第３Ａ〜第３Ｄ図は、波面分割型オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズの構成を示す図であり、第３Ｅ図は第３Ａ〜３Ｄ図のフライアイレンズによる第２フライアイレンズ上での照射領域を示す図である。第４Ａ，４Ｂ図及び第５図は、フライアイレンズの要素レンズの方位角及び偏角を説明するための図である。第６Ａ〜第６Ｊ図は、本発明の第１実施形態にかかる波面分割型オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズの構成を示す図であり、第６Ｋ図は第６Ａ図〜第６Ｊ図のフライアイレンズによる第２フライアイレンズ上での照明領域を示す図である。第７Ａ図〜第７Ｆ図は、本発明の第１実施形態にかかる波面分割型オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズの構成を示す図であり、第７Ｇ図は第７Ａ図〜第７Ｆ図のフライアイレンズによる第２フライアイレンズ上での照明領域を示す図である。
第１図において、例えばエキシマレーザなどからなる光源１からの光束は、ビームエキスパンダやアナモルフィック光学系などを含むビーム整形光学系２を通過して、光束の断面形状及びサイズが任意の形状・サイズに変換される。ビーム整形光学系２からの光束は、ミラー３にて反射された後、光束の偏光を緩和する為の水晶プリズム４を通過する。なお、このような水晶プリズム４としては例えば特開平３−１６１１４号公報や特開平３−２５４１１４号公報に詳しい。水晶プリズム４からの光束は、波面分割型オプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズ（２次光源形成手段）に達する。第１実施形態では、互いに異なる種類の複数の第１フライアイレンズが、所定の軸を中心として回転可能に設けられているレボルバ１０５に設けられている。
第２Ａ図に示す通り、複数種類の第１フライアイレンズ５１〜５５が設けられており、レボルバ１０５を回転させることで、それらのうちの１つが選択的に照明光路の内部に位置決めされる。ここで、第１フライアイレンズ５１〜５３は、従来のフライアイレンズと同じ構成である。
第１フライアイレンズ５１の構成につき第３Ａ〜３Ｋ図を参照して説明する。第１フライアイレンズ５１は、第３Ａ図のＹＺ側面図及び第３Ｂ図のＸＹ平面図に示す如き平凸形状の要素レンズ（単位光学系）５１０を、第３Ｃ図のＹＺ側面図及び第３Ｄ図のＸＹ平面図に示すように２次元マトリックス状に集積して構成されている，このとき、複数の要素レンズ５１０はそれぞれ入射した光束を集光して要素レンズ５１０の外側に光源像を形成し、第１フライアイレンズ全体としては要素レンズ５１０の数に応じた数の光源像が形成される。なお、第２Ａ図のレボルバ１０５上に設けられている第１フライアイレンズ５２は、上述の第１フライアイレンズ５１とほぼ同じ構成であるが、第１フライアイレンズ５１よりも長い焦点距離を有する。また、第１フライアイレンズ５３も上述の第１フライアイレンズ５１とほぼ同じ構成であるが、第１フライアイレンズ５２よりも長い焦点距離を有する。
第１実施形態では、光源１としてレーザを用いているため、第１フライアイレンズ５１〜５３を構成する要素レンズの射出端面は平面であるが、この射出端面は平面に限定されるものではない。なお、このような光源像形成位置を要素レンズ外側にしたフライアイレンズは例えば特開昭６３−６６５５３号公報や特開平１−８１２２２号公報、特開平２−４８６２７号公報等に開示されている。
さて、第１フライアイレンズに入射した光束は、上述の通り、複数の光源像（２次光源）をその射出側に形成する。これら複数の光源像から発散する光束は、リレーレンズ６により集光され、第２オプティカルインテグレータとしての第２フライアイレンズ７の入射面を重畳的に均一照明する。この場合、第２フライアイレンズ７の入射面上での照明範囲は、第３Ｅ図に斜線で示す通り、第２フライアイレンズ７の入射面全体が照明される。その結果、第２フライアイレンズ７の射出面には、第１フライアイレンズのレンズ要素数と第２フライアイレンズのレンズ要素数の積に相当する数の多数の３次光源像からなる面光源が形成される。この第２フライアイレンズ７による面光源形成位置の近傍には、通過する光束の形状を制限することにより面光源の形状を所望形状にするための開口絞りが配置される。
第２Ｂ図に示すとおり、第１実施形態では、所定の軸を中心として回転可能なレボルバ１０８に互いに異なる開口形状を有する複数種類の開口絞り８１〜８５が設けられており、レボルバ１０８を回転させることで、それらのうちの１つが選択的に照明光路の内部に位置決めされる。
第１図に戻って、開口絞りを通過した光束は、コンデンサレンズ群９，１１を介して、被照射面に位置決めされて所定の回路パターン（デバイスパターン）が描かれたレチクル（マスク）１３に導かれる。ここで、コンデンサレンズ群９，１１中には、レチクル１３上での照明領域（照明範囲）を決定するための視野絞り１０が配置されており、コンデンサレンズ群９，１１は、開口絞りを介した光束を集光して視野絞り１０を重畳的に均一照明するレンズ系９と、照明された視野絞り１０の像をレチクル１３上へ結像することにより、レチクル１３上の照明領域内を均一照明するための視野絞り投影光学系１１とに分けて考えることができる。
そして、均一照明された照明光に基づいて、投影レンズ１４がレチクル１３上に形成されたパターンを被露光物体としてのウエハ１５（ワーク）上に投影露光する。なお、レチクル１３は図中ＸＺ平面内で移動可能でＹ軸周りに回転可能に設けられたレチクルステージＭＳＴにより保持されており、ウエハ１５は図中ＸＹＺ方向で移動可能でかつＹ軸に対する傾きを調整可能に設けられたウエハステージＷＳＴにより保持されている。
第１フライアイレンズ５５の構成を説明する前に、第４Ａ，４Ｂ図及び第５図を参照して、各要素レンズの射出側面の傾斜方向と傾斜量について説明する。第４Ａ，４Ｂ図は射出側面の傾斜方向を説明する図である。簡単のため、照明光学系の光軸ＡＸと要素レンズＡｎの光軸とを一致させている。要素レンズＡｎの射出側面Ｐは、照明光学系の光軸ＡＸに垂直な所定平面Ｈに対して傾斜している。そして、該射出側面Ｐの法線Ｎを所定平面Ｈに投影した直線（以下、「方位直線」という）Ｌを考え、第４Ｂ図に示すように方位直線ＬのＸ軸となす角度を方位角αとする。方位角αは入射光線が要素レンズにより曲げられる方向に対応している。
また、第５図は射出側面の傾斜量を説明する図である。ここでも簡単のため、照明光学系の光軸ＡＸと要素レンズＡｎの光軸とを一致させている。方位直線Ｌと光軸ＡＸに平行な直線ＬＡ又はＬＢとを含む平面内における、要素レンズＡｎの射出側面Ｐと所定平面Ｈとのなす角度を要素レンズＡｎの頂角θとする。この頂角θ及び要素レンズＡｎの屈折率ｎが定まると、入射光線が要素レンズにより曲げられる量である偏角δを求めることができる。
このとき、要素レンズＡｎの頂角θと偏角δとは、
（１）    ｎ・ｓｉｎθ＝ｓｉｎ（θ＋δ）
の関係である。実際には、第２フライアイレンズの入射面上での照明領域の分布が所与の値であり、この分布を得るために偏角δが先に求まる。そこで、上記（１）式を変形すると、
（２）    ｔａｎθ＝（ｓｉｎδ）／（ｎ−ｃｏｓδ）
となり、所与の偏角δから要素レンズＡｎの頂角θを求めることができる。
次に、第６Ａ〜６Ｋ図を参照して、第１実施形態にかかる第１フライアイレンズ５５について説明する。この第１フライアイレンズ５５は、平凸レンズの射出端面（平面）を所定の方向へ所定量だけ傾けた形状の複数の要素レンズを２次元マトリックス状に集積して構成されている。
第１実施形態の第１フライアイレンズ５５は、第６Ａ図に示す要素レンズａと、第６Ｂ図に示す要素レンズｂと、第６Ｃ図に示す要素レンズｃと、第６Ｄ図に示す要素レンズｄとの４種類の要素レンズ（単位光学系）を有する。ここで、第６Ｅ〜６Ｈ図に示すように、所定平面Ｈ上の各要素レンズの方位直線Ｌａ〜Ｌｄは互いに９０度回転した方向である。そして、これら４種類の要素レンズａ〜ｄを第６Ｉ，６Ｊ図に示すように市松模様状に組上げる。なお、第６Ｉ図は第１フライアイレンズ５５のＹＺ平面図であり、第６Ｊ図はＸＹ平面図である。第６Ｊ図より分かるように、第１フライアイレンズ５５は、互いに方位直線同士のなす角度が９０度である４個の要素レンズからなる複数の要素レンズ群を有している。
なお、第６Ａ〜６Ｄ図に示す第１フライアイレンズ５５の各要素レンズａ〜ｄは、それぞれ第３Ａ図等の第１フライアイレンズ５１の要素レンズ５１０の焦点距離の２倍強の焦点距離を有している。また、第１フライアイレンズ５５の各要素レンズａ〜ｄの偏角δは、同じ量に設定されている。
このように、第１実施形態の第１フライアイレンズ５５を構成する各要素レンズａ〜ｄは、該要素レンズの入射側有効径の中心と、射出側有効径の中心とを結んだ中心軸（要素レンズの光軸）に沿って入射する光線が、該中心軸に対して傾いて射出するように偏心して構成されている。このため、第６Ｋ図に示すように、該要素レンズを透過した光束は第２フライアイレンズ７の入射面の中央を照明せずに、横にずれた位置を照明することとなる。
このとき、複数の要素レンズａにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ａ上を重畳的に照明し、複数の要素レンズｂにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ｂ上を重畳的に照明し、複数の要素レンズｃにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ｃ上を重畳的に照明し、複数の要素レンズｄにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ｄ上を重畳的に照明する。すなわち、領域Ａは複数の要素レンズａを通った光束が互いに重なったもの、領域Ｂは複数の要素レンズｂを通った光束が互いに重なったもの、領域Ｃは複数の要素レンズｃを通った光束が互いに重なったもの、領域Ｄは複数の要素レンズｄを通った光束が互いに重なったものである。したがって、ダブルフライアイレンズシステムの特徴である光束を波面分割して第２フライアイレンズ入射面で重ねるという特徴、すなわち（１）製造コストをかけずに波面分割数を増やして照明光の照度を均一にできる効果；（２）光源からの光束が振動することによる悪影響を防止できる効果；及び（３）開口絞りの形状を変更した際の照度均一性の崩れ量が少ない（理想的ケーラー照明状態からの変化量が少ない）という特徴を維持することができる。
ここで、第２フライアイレンズ７の射出面に、第２Ｂ図に示した４つの開口を有する開口絞り８５を配置する場合、従来の第１フライアイレンズ５１を用いる場合と比べて、第１フライアイレンズ５５を用いた方が光量の損失が少ないことは明らかである。
なお、第２フライアイレンズ７の入射面上において、横にずれる方向及びズレ量は、各要素レンズの偏心の方向、量（偏角δ）により決まる。第１実施形態では、各要素レンズの偏心の方向を４方向とし、偏角δを全て同一にしているが、偏心の方向は４方向には限られず、偏角δも同一には限られない。
また、第１実施形態では、各要素レンズを市松模様状に並べたが、これはどのように並べてもかまわない。ただし、第２フライアイレンズ７を構成する要素レンズの収差が大きい場合において、その影響を低減するためには、第２フライアイレンズ７の要素レンズの各々の射出面での第１フライアイレンズによる複数の光源像の像の全体形状を、極力回転対称にすることが望ましい。
第１実施形態においては、例えば第６Ｋ図の領域Ａ内に位置する第２フライアイレンズの要素レンズへは、第１フライアイレンズ５５の要素レンズａを通過した光束のみが導かれる。したがって、領域Ａ内に位置する１つの要素レンズの射出面に形成される複数の光源像の像の形状は、第１フライアイレンズ５５における要素レンズａの位置に応じたものとなる。これより、領域Ａ内に位置する第２フライアイレンズ７の要素レンズの各々の射出面において回転対称な形状の像を形成するためには、第１フライアイレンズ５５における複数の要素レンズａを回転対称となるような配置にすれば良いことがわかる。
他の領域Ｂ，Ｃ，Ｄ内に位置する第２フライアイレンズの要素レンズに関しても同様な議論が成立するため、第１実施形態では第６Ｊ図に示すように、各要素レンズａ〜ｄをそれぞれが回転対称な配置に近づくように配置している。
次に、第７Ａ〜７Ｇ図を参照して、第１実施形態にかかる第１フライアイレンズ５４について説明する。この第１フライアイレンズ５４も、平凸レンズの射出端面（平面）を所定の方向へ所定量だけ傾けた形状の要素レンズを２次元マトリックス状に集積して構成されている。
第１実施形態の第１フライアイレンズ５４は、第７Ａ図に示す要素レンズａと、第７Ｂ図に示す要素レンズｂの２種類の要素レンズ（単位光学系）を有する。ここで、第７Ｃ図，７Ｄ図に示すように、所定平面Ｈ上の各要素レンズの方位直線Ｌａ，Ｌｂは互いに１８０度回転した方向である。そして、これら２種類の要素レンズａ、ｂを第７Ｅ，７Ｆ図に示すように市松模様状に組上げる。なお、第７Ｅ図は第１フライアイレンズ５４のＹＺ平面図であり、第７Ｆ図はＸＹ平面図である。第７Ｆ図より分かるように、第１フライアイレンズ５４は、互いに方位直線同士のなす角度が１８０度である２個の要素レンズからなる複数の要素レンズ群を有している。なお、第１フライアイレンズ５４の各要素レンズａ、ｂの偏角δは、同じ量に設定されている。
この第１実施形態の第１フライアイレンズ５４を構成する各要素レンズａ，ｂも、該要素レンズの入射側有効径の中心と、射出側有効径の中心とを結んだ中心軸（要素レンズの光軸）に沿って入射する光線が、該中心軸に対して傾いて射出するように偏心して構成されている。このため、第７Ｇ図に示すように、該要素レンズを透過した光束は第２フライアイレンズ７の入射面の中央を照明せずに、横にずれた位置を照明することとなる。
このとき、複数の要素レンズａにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ａ上を重畳的に照明し、複数の要素レンズｂにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ｂ上を重畳的に照明する。
ここで、第２Ｂ図に示した２つの開口を有する開口絞り８４を第２フライアイレンズ７の射出面に配置する場合であっても、従来の第１フライアイレンズ５１を用いる場合と比べて、第１フライアイレンズ５４を用いた方が光束のけられが少なく、光量の損失が少ないことは明らかである。
なお、第２フライアイレンズ７の入射面上において、横にずれる方向及びズレ量は、各要素レンズの偏心の方向、量（偏角δ）により決まる。第１フライアイレンズ５４では、各要素レンズの偏心の方向を２方向とし、偏角δを全て同一にしているが、偏心の方向は２方向には限られず、偏角δも同一には限られない。
次に、第１図及び第２Ａ、２Ｂ図を参照して、第１フライアイレンズ５１〜５５の切換え動作及び開口絞り８１〜８５の切換え動作について説明する。
第１図において、モータまたはエアシリンダ等を有する駆動部ＭＴ１は、複数種の第１フライアイレンズ５１〜５５が設けられているレボルバ１０５を回転駆動することにより、第１フライアイレンズ５１〜５５のうちの１つを選択的に光路内の位置に位置決めする。そして、モータまたはエアシリンダ等を有する駆動部ＭＴ２は、複数種の開口絞り８１〜８５が設けられているレボルバ１０８を回転駆動することにより、開口絞り８１〜８５のうちの１つを選択的に光路内の位置に位置決めする。また、投影レンズ１４の瞳位置近傍には、開口径を可変にすることが可能な可変開口絞り１１４が配置されており、駆動部ＭＴ３は可変開口絞り１１４の開口径を所定の径にするように駆動する。なお、可変開口絞り１１４は開口絞り８１〜８５とほぼ共役な位置関係にある。これらの駆動部ＭＴ１〜ＭＴ３は、主制御部１００からの制御信号を受け取れるように主制御部１００に接続されている。
また、本実施例の露光装置には、複数種類のレチクルを保管するためのレチクルストッカＲＳが設けられており、このレチクルストッカＲＳからレチクルステージＭＳＴへのレチクル搬送路中には、レチクル１３上に設けられたバーコードパターンＢＣを読み取るためのバーコードリーダＢＲが設けられている。このバーコードリーダＢＲは、読み取ったバーコードパターンＢＣの情報を主制御部１００へ伝達できるように、主制御部１００と接続されている。
また、主制御部１００には、キーボード等を有する入力部１０１が接続されており、入力部１０１からの入力信号が主制御部１００へ伝達される。なお、入力部１０１としては、デバイス製造工場に設けられて複数台の露光装置等のデバイス製造装置をコントロールする上位コンピュータに例えばＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）等で接続されて、この上位コンピュータからの制御信号を受け取るためのインターフェイスであっても良い。
さて、入力部１０１からレチクル交換の指示に関する信号が主制御部１００へ伝達されると、主制御部１００は図示無きロボットアーム等を用いて、レチクルストッカＲＳＴの中から所定のレチクル１３を取り出し、前述の搬送路に沿ってレチクルを搬送してレチクルステージＭＳＴ上に載置する。このとき、バーコードリーダＢＲは、レチクル１３に設けられたバーコードパターンの情報を主制御部１００へ伝達する。ここで、レチクル１３上のバーコードパターンには、開口絞り８１〜８５の種類に関する情報や可変開口絞り１１４の開口径に関する情報を含む照明条件に関する情報が記憶されており、主制御部１００は、この照明条件に関する情報に基づいて駆動部ＭＴ１〜ＭＴ３を駆動制御する。
なお、レチクル１３のバーコードパターンに設けられる情報として、照明条件に関する情報は無くとも良い。この場合には、主制御部１００に、バーコードパターンに記憶されているレチクル名とそのレチクル名に対応する照明条件とを記憶或いは予め入力しておき、バーコードリーダＢＲが読み取ったレチクル名に関する情報を上記記憶された照明条件に関する情報とを照合し、照合された照明条件に関する情報に基づいて駆動部ＭＴ１〜ＭＴ３を駆動制御する。また、この場合、バーコードリーダＢＲを使用せずに、使用するレチクル名に関する情報とそのときの照明条件に関する情報とを入力部１０１から直接入力しても良い。
第２Ａ，２Ｂ図において、本実施形態における開口絞り８１〜８５と、第１フライアイレンズ５１〜５５の対応関係の一例は以下の通りとなっている。
開口絞りとして径の大きい開口絞り８１（大σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離の短い従来と同様の第１フライアイレンズ５１（構成は第３Ａ〜３Ｄ図参照）を選択する。また、開口絞りとして中程度の径を有する開口絞り８２（中σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離も中程度の第１フライアイレンズ５２を選択し、さらに、開口絞りとして径の小さい開口絞り８３（小σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離の長い第１フライアイレンズ５３を選択する。また、開口絞りとして２つの開口を有する絞り８４が選択される場合は、上述のフライアイレンズ５４（構成は第７Ａ〜７Ｆ図参照）を選択する。さらに、開口絞りに４極（４つ目）照明の８５が選択される場合は、上述のフライアイレンズ５５（構成は第６Ａ〜６Ｊ図参照）を選択する。本実施形態においては、主制御部１００は、上述の対応関係となるように駆動部ＭＴ１、ＭＴ２の制御を行う。
これにより、レチクルの種類に応じた最適な照明を照明光量のロスを最低限にした状態で達成でき、高解像とスループット向上とを両立させることができる。
次に、第８図を参照して、第１実施形態の応用例（変形例）について説明する。第８図は、照明光学系中の開口絞りの構成を示すＸＹ平面図である。第８図に示す開口絞り８６は、正方マトリックス状に配列された複数（９つ）の開口ａ〜ｉを有している。ここで、複数の開口のうち、開口ｉはこの開口絞り８６が照明光学系の光路内に位置決めされた際に照明径の光軸を含む位置にある。そして、開口ａ，ｅは光軸を挟んでほぼ等距離の偏心した位置に、開口ｃ，ｇは光軸を挟んでほぼ等距離の偏心した位置にそれぞれ設けられており、開口ａ，ｅの組を結ぶ直線と開口ｃ，ｇを結ぶ直線とは互いにほぼ直交している。また、開口ｂ，ｆは光軸を挟んでほぼ等距離の偏心した位置に、開口ｄ，ｈは光軸を挟んでほぼ等距離の偏心した位置にそれぞれ設けられており、開口ｂ，ｆを結ぶ直線と開口ｄ，ｈを結ぶ直線とは互いにほぼ直交している。さらに開口ａ，ｅの組を結ぶ直線及び開口ｃ，ｇ結ぶ直線と、開口ｂ，ｆを結ぶ直線及び開口ｄ，ｈを結ぶ直線とは、ＸＹ平面においてほぼ４５度交差している。
このような複数の開口ａ〜ｉを有する開口絞り８６を用いる場合、第１フライアイレンズが第２フライアイレンズを照明する際に、第１フライアイレンズにおいて分割した光束のうち、何個をそれぞれの開口ａからｉに振り分けるかを設定することにより、それぞれの開口ａからｉを照明する照明光の強度比を任意に決めることができる。
例えば、開口絞り８６の９つの開口のうち、開口ａ，ｃ，ｅ，ｇのみに光の強度を振り分けると一般的な４開口の照明を行うことができ、開口ｈ，ｄのみに振り分ければ一般的な２開口の照明を行うことができ、開口ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈに振り分ければ（開口ｉを除いて振り分ければ）疑似的に輪帯状の照明を行うことができ、全開口ａ〜ｉに均等に強度を振り分ければ疑似的に通常の円形開口による照明を実現することができる。このような開口絞り８６を照明装置中に設ける場合には、この開口絞り８６を別の開口絞りと交換することなく、単に第１フライアイレンズの種類をレボルバ１０５により選択的に切換えることにより容易に達成できる。
なお、この場合、第１フライアイレンズによる照明光の強度の各開口ａ〜ｉへの振り分け方は上述の振り分け方には限られない。例えば開口ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈに照明光を振り分ける際に、開口ｉにも上記開口よりも強度を落とした照明光を振り分けることや、開口ａ，ｃ，ｅ，ｇの組と開口ｂ，ｄ，ｆ，ｇの組との間で所定の強度差をつけるように照明光を振り分けても良い。
また、第２Ｂ図に示す最も開口径の大きい開口絞り８１（大σ用開口絞り）を照明光路中に設定したままの状態で、第１フライアイレンズ５１〜５５を交換しても良い。この場合には、開口絞り８１の開口内における照度分布の変更を第１フライアイレンズの変更のみにより実現でき、開口絞りの種類を変更した際の効果とほぼ同等の効果を達成できる。この場合において、第１フライアイレンズ５１〜５５からの光束を第２フライアイレンズへ導くリレー光学系６をズームレンズで構成すれば、補助オプティカルインテグレータとしての第２フライアイレンズが形成する面光源のサイズを変更することが可能となり、また２極照明或いは４極照明時の偏心した面光源の光軸からの距離を連続的に変化させることができる。
なお、上述の実施形態ではターレーット方式で開口絞り及び第１フライアイレンズの交換を行ったが、その代わりに、例えば特開平６−２０４１１４号公報などに開示されているスライダ方式で交換を行っても良い。ただし、スライダ方式では交換動作に伴い装置の重心位置がずれることによる悪影響を招きやすいのでレボルバ（ターレット）方式の方が好ましい。また、照明装置中の開口絞りとして開口径を連続的に変化させることができる可変開口絞りを設け、この可変開口絞りの近傍位置に挿脱可能に設けられた遮蔽部材（中心遮蔽、帯状遮蔽、または十字状遮蔽）を設ける構成であっても良い。
さて、上述のダブルフライアイレンズを有する光学系を組む際に、第２フライアイレンズの入射面において、照明装置の開口絞りの開口から見えている第２フライアイレンズの部分については、外部分に外接するように照明することが好ましい。換言すると、第１フライアイレンズにより分割した光束を、第２フライアイレンズ入射面上の複数の箇所において重畳させる場合に、有効な第２フライアイレンズの要素レンズ（第２フライアイレンズ中の複数の要素レンズのうち開口絞りの開口の領域と重複している要素レンズ）がこの重畳された領域よりもはみ出さないように包含されていることが好ましい。上述したように、ダブルフライアイレンズというシステムが成り立つためには、第１フライアイレンズで波面分割して重ね合せた光束を、第２フライアイレンズで再び波面分割して重ね合せる状態をつくらなければならない。ところが、第２フライアイレンズの有効な要素レンズのうち、その有効径の半分にのみ光束が入射する様なレンズがあると、その光束が半分しか入らない状態を被照射面上で重ね合せてしまうため、上述したダブルフライアイレンズシステムの利点を得られなくなってしまうので好ましくない。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の投影露光装置について説明する。上述のように第１実施形態の露光装置の光学系では、第２フライアイレンズに光束が入射する際、第２フライアイレンズの有効な要素レンズのうち、その有効径の半分にのみ光束が入射する様なレンズ、特に、入射面上で階段状に照明領域の変化する個所があると、被露光面１５上での照度の均一性が劣化するおそれがある。このため、第１フライアイレンズの光源側に光拡散部材を挿入することで、波面分割した光束をずらしたことによる階段状の照度分布をなだらかな分布に変化させることがさらに好ましい。ここで、光拡散部材としては、曇りガラスの凹凸の突起を滑らかにしたレモンスキンフィルタとすることが好ましい。
第２実施形態では、上述の理由により、第１フライアイレンズの光源側に光拡散部材としてのレモンスキンフィルタＬＳを配置している。レモンスキンフィルタＬＳ以外の基本的な構成は、第１実施形態の投影露光装置と同様である。なお、第２実施形態では、光拡散部材であるレモンスキンフィルタＬＳを使用しているので、ダブルフライアイレンズ光学系の特徴である「波面分割して重ね合わせた光束を、再び波面分割して重ね合わせる」という状態は維持されていない。したがって、シングルフライアイレンズ光学系と同等の効果を有する系である。
第９図は、本発明の第２実施形態にかかる投影露光装置のフライアイレンズ部分の光学系を示す図である。第９図に示す光学系以外の部分は第１図に示した第１実施形態の露光装置と同様であるので省略してあり、また、第１図の装置と同一部分には同一の符号を用いている。
第１図の装置と同様に、エキシマレーザなどの光源１からの光束は、ビーム整形光学系２を通して光束の断面形状を任意の形状に変換された後、ミラー３及び光束の偏光を緩和するための水晶プリズム４を介してレモンスキンフィルタＬＳに入射する。
そして、レモンスキンフィルタＬＳで拡散された光束は複数の光学要素からなる第１フライアイレンズ１５１〜１５６のうちの何れか一つに入射し、その射出側面に多数の光源像からなる２次光源を形成する。該多数の２次光源から発散する光束はリレーレンズ６により集光され、第２フライアイレンズ７の入射面を重畳的に均一照明する。
その結果、第２フライアイレンズ７の射出面に、第１フライアイレンズのレンズ要素数と第２フライアイレンズのレンズ要素数の積に相当する数の多数の光源像（３次光源）を形成することができる。次に、３次光源としての面光源を発した光束は、開口絞り１８１〜１８５のうちの何れか一つによりその径を制限された後、コンデンサレンズ群９，１１へ導かれ、投影露光されるパターンが描画されたレチクル又はマスクパターン１３を重畳的に均一照明する。ここで、コンデンサーレンズ群９、１１中には照明範囲を決定するための視野絞り１０が配置されている。均一照明された照明光にもとづき、投影レンズ１４を介してレチクル又はマスク１３上に形成されたパターンが被露光物体１５上に投影露光される。
ここで、第１０Ａ図に示す通り、本実施形態においては第１実施形態と同様に、複数の第１フライアイレンズ１５１〜１５６は回転可能なレボルバ１０５に取り付けられており、複数の開口絞り１８１〜１８５は回転可能なレボルバ１０８に取り付けられている。なお、これらを駆動するための駆動部やこの駆動部を制御するための主制御部、主制御部へ照明条件などを入力するためのバーコードリーダ等の入力部は前述の第１実施形態と同様であるのでここでは説明を省略する。
ここで、レボルバ１０５上に設けられている第１フライアイレンズ１５１〜１５６のうち、第１フライアイレンズ１５１は第１実施形態の第１フライアイレンズ５１と等価なものであり、第１フライアイレンズ１５２は第１実施形態の第１フライアイレンズ５２と等価、そして第１フライアイレンズ１５３は第１実施形態の第１フライアイレンズ５３と等価なものである。また、レボルバ１０８上に設けられている開口絞り１８１〜１８５のうち、開口絞り１８１は第１実施形態の開口絞り８１と等価なものであり、開口絞り１８２は第１実施形態の開口絞り８２と等価、開口絞り１８３は第１実施形態の開口絞り８３と等価なものである。
次に第１１Ａ〜１１Ｄ図を参照して、本実施形態にかかる第１フライアイレンズ１５４の構成について説明する。第１フライアイレンズ１５４は複数の要素レンズから構成されるが、各要素レンズＡｎは、第１１Ａ図に示すように、凸レンズ面と要素レンズの光軸に対して傾いている平面とを有する形状である。なお、要素レンズの光軸とは、この要素レンズの入射側の有効径の中心と、射出側有効径の中心とを結んだ中心軸を指す。
本実施形態において、複数（本例では３６個）の要素レンズＡ１〜Ａ３６は、それぞれ同じ頂角θを有するが、それらの方位直線は１０°ずつ異なる。第１フライアイレンズ１５１のＹＺ平面図である第１１Ｂ図と、第１フライアイレンズのＸＹ平面図である第１１Ｃ図とに示すように、互いに１０°毎異なる方位直線を有する要素レンズＡ１〜Ａ３６を２次元マトリックス状に集積して第１フライアイレンズ１５４が形成される。なお、本実施形態において、各要素レンズＡ１〜Ａ３６の焦点距離は、第１フライアイレンズ１５１を構成する各要素レンズの焦点距離よりも長く、２倍強の焦点距離となっている。
第１１Ｄ図のＸＹ平面図に、第１フライアイレンズ１５４を介した光束による第２フライアイレンズ７の入射面における照明範囲を示す。なお、第１１Ｄ図には、光拡散部材としてのレモンスキンフィルタＬＳを用いていない場合を示している。
第１フライアイレンズ１５４を構成する各要素レンズＡ１〜Ａ３６のそれぞれは、要素レンズの光軸に沿って入射する光線がこの先軸に対して傾いて射出するように偏心して構成されているため、これら要素レンズＡ１〜Ａ３６を通過した光束は、第２フライアイレンズ７の入射面の中央部を照明せずに横にずれた位置を照明する。従って、第１１Ｄ図において斜線部で示すように輪帯状に照明することができる。
そして、第１０Ｂ図に示した開口絞り１８５を第２フライアイレンズ７の射出面側に配置した場合を考えると、従来と同じ構成を持つ第１フライアイレンズ１５１を用いる場合（第３Ａ図等参照）と比べて、光量損失が少なくなることが良く理解できる。
なお、光束が横にずれる方向及びそのずれ量は、要素レンズ偏心の方向、量により決まる。第１１Ａ，１１Ｂ図に示したフライアイレンズ１５４では、同一頂角（偏心量）で、かつ様々な方向（方位直線）に偏心した要素レンズを用いているため、輪帯状の照明を行なう事ができる。なお、第１１Ｃ図に示した配置では、方位直線の方向が近い要素レンズ同士を極力離すように配置したが、これはどのように並べてもかまわない。ただし、第１実施形態と同様に、第２フライアイレンズを構成する要素レンズに収差が大きい場合、その影響を低減するためには、第２フライアイレンズを構成する要素レンズの各々の射出面に形成される第１フライアイレンズによる複数の光源像の像の全体形状を、回転対称に近づけることが望ましい。
第１１Ｄ図に示した通り、第２フライアイレンズ７の入射面上での照度分布は階段状となる。このままでは、被露光面１５での照度不均一性を招くため、本実施形態では、第１２Ａ，１２Ｂ図に示すように、第１フライアイレンズ１５４の入射側（光源１側）に光拡散部材としてのレモンスキンフィルタＬＳを設けて、第１フライアイレンズへ入射する光を拡散させている。なお、第１２Ａ図は第１フライアイレンズ１５４及びレモンスキンフィルタＬＳを示すＹＺ平面図であり、第１２Ｂ図はＸＹ平面図である。なお、第１２Ｂ図に示すとおり、レモンスキンフィルタＬＳは第１フライアイレンズ１５４全体を覆うことができる大きさである。
第１２Ｃ図の第２フライアイレンズ７の入射面を示すＸＹ平面図からも明らかなとおり、このレモンスキンフィルタＬＳを設けることにより、第２フライアイレンズ７の入射面での照度分布は図中斜線で示す如くなだらかになる。
次に、このレモンスキンフィルタＬＳについて、第１３Ａ〜１３Ｄ図を参照して説明する。レモンスキンフィルタＬＳの形状は、第１３Ａ，１３Ｂ図に示す如く、円形（または矩形）状に形成され、両面がレモンスキン加工をされたマット面になっている。第１３Ｃ，１３Ｄ図はレモンスキンフィルタＬＳの製造手順を示す図である。平面板Ｐの面を粗ずり加工した後、＃７００番程度の砥粒を用いて砂かけを行って形成すると、第１３Ｃ図に示す如く、砂かけを行った粗ずり面はほぼ５μｍの粗さの表面になる。その後、粗ずり面に沸酸を用いて化学処理を施すことにより、第１３Ｄ図に示す如く、粗ずり面の微小な凹凸の突起をなめらかにした多数の微小球面（微小曲面）を持つレモンスキンフィルタＬＳを得ることができる。なお、第１３Ｃ，１３Ｄ図では平面板Ｐの片面に加工を施してレモンスキンを形成した例を示したが、両面に加工を施してレモンスキンを形成しても良い。かかるレモンスキンフィルタＬＳの表面はあたかも無数の微小なマイクロレンズを配置したかのような働きを持つ。したがって、レモンスキンフィルタＬＳによる拡散作用によって光学的な結像関係が完全に崩されて拡散光がランダム（任意）の方向に進むことによる重畳効果（平均化効果）とが相乗的に作用する。
ここではレモンスキンフィルタＬＳの粗さの程度をほぼ５μｍとしたが、粗さが照明光の波長に比べて十分に大きければ良く、５μｍに限定するものではない。すなわち砂掛け工程における砥粒＃７００番もこれに限定するものではない。また、無数のマイクロレンズを有する構造が重要なのであり、拡散板でも同じ効果のあるもの、他の化学処理を施し、レモンスキンフィルタとみなせるものは、同様の光拡散効果を有するので、光拡散部材としてレモンスキンフィルタに限定するものではない。
次に、本実施形態にかかる第１フライアイレンズ１５５，１５６について説明する。第１フライアイレンズ１５５は、第１フライアイレンズ１５４とほぼ同じ構成であるが、第１フライアイレンズ１５５を構成する各要素レンズの焦点距離が第１フライアイレンズ１５４のそれらよりも少し長く構成されている点が異なる。
第２実施形態の第１フライアイレンズ１５６は、第１４Ａ図に示す要素レンズａと、第１４Ｂに示す要素レンズｂと、第１４Ｃ図に示す要素レンズｃと、第１４Ｄ図に示す要素レンズｄとの４種類の要素レンズ（単位光学系）を有する。ここで、第１４Ｅ〜１４Ｈ図に示すように、所定平面Ｈ上の各要素レンズの方位直線Ｌａ〜Ｌｄは互いに９０度回転した方向である。そして、これら２種類の要素レンズａ、ｂを第７Ｉ，７Ｊ図に示すようにに組上げる。なお、第１４Ｉ図は第１フライアイレンズ１５６のＹＺ平面図であり、第１４Ｊ図はＸＹ平面図である。なお、第１フライアイレンズ１５６の各要素レンズａ〜ｄの偏角δは、同じ量に設定されている。
この第２実施形態の第１フライアイレンズ１５６を構成する各要素レンズａ〜ｄも、該要素レンズの入射側有効径の中心と、射出側有効径の中心とを結んだ中心軸（要素レンズの光軸）に沿って入射する光線が、該中心軸に対して傾いて射出するように偏心して構成されている。このため、第１４Ｋ図に示すように、該要素レンズを透過した光束は第２フライアイレンズ７の入射面の中央を照明せずに、横にずれた位置を照明することとなる。
このとき、複数の要素レンズａにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ａ上を重畳的に照明し、複数の要素レンズｂにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ｂ上を重畳的に照明し、複数の要素レンズｃにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ｃ上を重畳的に照明し、複数の要素レンズｄにより偏向された光束がリレー光学系６により領域Ｄ上を重畳的に照明する。従って、領域Ａと領域Ｃとが重なった個所、領域Ａと領域Ｄとが重なった個所、領域Ｂと領域Ｃとが重なった個所、及び領域Ｂと領域Ｄとが重なった個所では、領域Ａ〜Ｄにおける光強度よりも高い光強度となる。この場合、第２フライアイレンズ７の射出側に形成される面光源の光強度分布は、輪帯と４極（４つ目）との中間的なものとなる。なお、このような光強度分布の面光源を形成する技術は例えば特開平７−１２２４７８号に開示されている。
なお、この第１フライアイレンズ１５６においても、各要素レンズの焦点距離及び偏角δを全て同一としているが、これらは同一には限られない。また、各要素レンズの方位直線の方向も４方向としているが、これも４方向には限られない。
次に、第１フライアイレンズ１５１〜１５６と開口絞り１８１〜１８４との対応関係の一例について説明する。
開口絞りとして径の大きい開口絞り１８１（大σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離の短い従来と同様の第１フライアイレンズ１５１を選択する。また、開口絞りとして中程度の径を有する開口絞り１８２（中σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離も中程度の第１フライアイレンズ１５２を選択し、さらに、開口絞りとして径の小さい開口絞り１８３（小σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離の長い第１フライアイレンズ１５３を選択する。また、開口絞りとして輪帯形状の光通過部（図中斜線部が遮光部）を有する開口絞り１８４が選択される場合には、第１フライアイレンズ１５４を選択する。開口絞りとして開口絞り１８４とは輪帯比（輪帯の内径と外径との比）が異なる開口絞り１８５が選択される場合には、第１フライアイレンズ１５５を選択する。そして、前述の第１フライアイレンズ１５６は、大σ照明用開口絞り１５１と組合わせて使用される。なお、光拡散部材としてのレモンスキンフィルタＬＳは、各第１フライアイレンズ１５４，１５５，１５６のそれぞれの入射面側に位置するように、レボルバ１０５に組み込まれており、第１フライアイレンズ１５４，１５５，１５６と一体で切り替わる構成となっている。また、第１フライアイレンズ１５４，１５５に関して、大σ照明用開口絞り１５１と組合わせて使用しても良い。
本実施形態においても、図示無き主制御部は、上述の対応関係となるように駆動部の制御を行う。これにより、レチクルの種類に応じた最適な照明を照明光量のロスを最低限にした状態で達成でき、高解像とスループット向上とを両立させることができる。
（第３実施形態）
次に、第１５Ａ図〜第１７Ｌ図を参照して第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態による投影露光装置の構成は、前述の第１図に示した第１実施形態の投影露光装置の第１フライアイレンズと開口絞りとの構成が異なるだけであるので、投影露光装置全体の構成についての説明は省略する。また、第１図の装置と同一部分には同一の符号を用いている。
第３実施形態では、波面分割型オプティカルインテグレータと光偏向部材とを一体にしたものとしての第１フライアイレンズを、それぞれ４×ｎ個の要素レンズ（単位光学系＋補助光学部材）からなる複数の補助光学部材群で構成したものである。
第１５Ａ図は複数の第１フライアイレンズ２５１〜２５６を備えたレボルバ１０５を示す図であり、第１５Ｂ図は複数の開口絞り２８１〜２８６を備えたレボルバ１０８を示す図である。
第１５Ａ図に示すように、第３実施形態では、複数の第１フライアイレンズ２５１〜２５６は、レボルバ１０５上に取り付けられており、これらの複数の第１フライアイレンズ２５１〜２５６のうちの１つが照明装置の光路中に選択的に位置できるように設けられている。なお、これら複数の第１フライアイレンズ２５１〜２５６は、それぞれ第２フライアイレンズ７の入射面上での照明領域が互いに異なるように構成されている。
また、第１５Ｂ図に示すように、レボルバ１０８上に設けられた複数の開口絞り２８１〜２８６は、それらの開口形状が互いに異なるように構成されており、これら複数の開口絞り２８１〜２８６のうちの１つが光学系の光路中に選択的に位置できるように、レボルバ１０８上に設けられている。本実施の形態では、これらのレボルバ１０５，１０８は、第１実施形態と同様に、投影露光装置中の主制御部により制御される駆動部により回転駆動される。これにより、必要とされる照明条件に応じて、複数の開口絞り２８１〜２８６のうちの１つと複数の第１フライアイレンズ２５１〜２５６のうちの１つが照明装置の光路中に位置することになる。
次に、各第１フライアイレンズ２５１〜２５６について説明する。ここで、第１フライアイレンズ２５４〜２５６は従来のフライアイレンズと等価なものであり、第１フライアイレンズ２５４は第１実施形態の第１フライアイレンズ５１と、第１フライアイレンズ２５５は第１実施形態の第１フライアイレンズ５３と、そして第１フライアイレンズ２５６は第１実施形態の第１フライアイレンズ５２とそれぞれ等価なものである。
そして、第１フライアイレンズ２５１は、光軸を含む断面（図中ＹＺ平面）が平凸形状である従来のフライアイ要素レンズの構成を基本とし、例えば第１６Ａ〜１６Ｄ図に示すように、その平凸形状の要素レンズの射出側面の平面を光軸に対して傾斜させた形状の要素レンズＡ１〜Ａ４を組み合わせたフライアイレンズである。
次に、第１フライアイレンズ２５１の要素レンズの射出側面の傾斜方向と傾斜量とについて説明する。なお、以下の説明においては、前述の第４Ａ，４Ｂ図及び第５図において説明した要素レンズの方位直線Ｌの方向、頂角θ、及び偏角δを用いる。
第１６Ａ〜１６Ｄ図に示すとおり、第３実施形態の第１フライアイレンズ２５１中の４個の要素レンズＡ１〜Ａ４は互いにその頂角θが等しく形成されている。そして、第１６Ｅ図に示すように、これらの要素レンズＡ１〜Ａ４は、各々の方位直線同士のなす角度が９０度となるように、光軸に垂直な面（図中ＸＹ平面）に沿って集積されている。本実施形態では、このように集積された４個の要素レンズＡ１〜Ａ４の組を要素レンズ群ＧＡ（単位光学系＋補助光学部材群）と呼ぶ。第１６Ｆ図に示すように、第１フライアイレンズ２５１は、光軸に垂直な面（図中ＸＹ平面）に沿って複数の要素レンズ群ＧＡを配列してなる。
この第３実施形態の第１フライアイレンズ２５１から射出する光束は、各要素レンズＡ１〜Ａ４の光軸に関して傾いた射出面によりその先路が偏向された後、リレー光学系６を介して、第１６Ｇ図に示すように第２フライアイレンズ７の入射面上の４つの領域Ａ〜Ｄを照明する。
第３実施形態においては、第１フライアイレンズ２５１を構成する各要素レンズＡ１〜Ａ４の頂角θはそれぞれ同じであり、かつそれらの方位直線Ｌ同士のなす角度が９０度（方位角αは±４５度、±１３５度）である。従って、これらの要素レンズの入射側有効径の中心と、射出側有効径の中心とを結んだ中心軸（要素レンズの光軸ＡＸ）に沿って入射する光線は、方位角αに対応した方向へ頂角θに対応している偏角δだけ要素レンズの光軸ＡＸに対して傾いて射出する。このため、各要素レンズを透過した光束は第２フライアイレンズ入射面の中央を照明せずに、偏角δ及び方位角α（±４５度、±１３５度）に対応した量だけシフトした位置の４ヶ所のエリアＡ〜Ｄを照明することとなる。
複数の要素レンズＡ１を介した光束は領域Ａを重畳的に照明し、複数の要素レンズＡ２を介した光束は領域Ｂを重畳的に照明し、複数の要素レンズＡ３を介した光束は領域Ａ３を重畳的に照明し、複数の要素レンズＡ４を介した光束は領域Ａ４を重畳的に照明する。このように本実施形態においては、ダブルフライアイレンズシステムの特徴である光束を波面分割して第２フライアイレンズ入射面で重ねるという特徴を維持することができる。
ここで、第２フライアイレンズ射出面に第１５Ｂ図に示すような４つの矩形開口部を有する絞り２８１を配置する場合、従来のものと等価な第１フライアイレンズ２５４を用いるのと比べて、第１フライアイレンズ２５１を用いた方が光量の損失が少ない事は明らかである。
なお、第１６Ａ〜１６Ｇの例では方形状に同一の要素レンズ群ＧＡを繰り返し並べたが、各要素レンズ群ＧＡ内の４個の要素レンズはどのように並べてもかまわない。但し、第２フライアイレンズ７を構成する要素レンズの収差が大きい場合、その影響を低減する為には第２フライアイレンズ７の要素レンズの射出面に形成される第１フライアイレンズの像を、極力回転対称にすることが望ましい。このためには、要素レンズが第１フライアイレンズ２５１において占める位置の空間的分布を、全ての要素レンズの種類Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４について回転対称にすることが好ましい。
次に、第１５Ａ図に示すレボルバ１０８上に設けられている第１フライアイレンズ２５２について説明する。この第１フライアイレンズ２５２は、波面分割型オプティカルインテグレータと光偏向部材とを一体にしたものとしての第１フライアイレンズを、それぞれ４×ｎ個の要素レンズ（単位光学系＋補助光学部材）からなる複数の補助光学部材群で構成し、複数の補助光学部材群が第１及び第２の補助光学部材群を含み、第１及び第２の補助光学部材の間で互いに方位直線のなす角度を異ならせたものである。
すなわち、第１フライアイレンズ２５２は、第１７Ａ〜１７Ｅ図に示すような第１の要素レンズ群ＧＡと、第１７Ｆ〜１７Ｉ図に示すような４個の要素レンズＢ１〜Ｂ４からなる第２の要素レンズ群ＧＢとを有する。ここで、第１の要素レンズ群ＧＡは、第１６Ａ〜１６Ｅで説明した要素レンズ群ＧＡと同じ構成を有する。そして、第２の要素レンズ群は、それぞれ頂角θが等しく、かつ方位直線Ｌ同士のなす角度が９０度である４個の要素レンズＢ１〜Ｂ４からなる。このとき、第１７Ｊ図に示す通り、各要素レンズＢ１〜Ｂ４の方位直線は方位角αが、方位角α＝０度、±９０度、１８０度となっている。
そして、第１７Ｋ図に示すように、要素レンズＡ１〜Ａ４からなる第１の要素レンズ群ＧＡと、要素レンズＢ１〜Ｂ４からなる第２の要素レンズ群ＣＢとは、光軸垂直面内（図中ＸＹ平面）において市松格子状に交互に配置される。即ち、第１フライアイレンズ２５２は、第１の要素レンズ群ＧＡ中の４個の要素レンズＡ１〜Ａ４の各々の方位直線の組と、第２の要素レンズ群ＧＢ中の４個の要素レンズＢ１〜Ｂ４の各々の方位直線の組とのなす角度が４５度となるように構成されている。
第１７Ｋ図に示した８種類の方位角（α＝０度、±４５度、±９０度、±１３５度、１８０度）を有する第１フライアイレンズ２５２を透過した光束は、第１７Ｌ図に斜線で示す通り、第２フライアイレンズ７の入射面上において８つの領域Ａ〜Ｉを照明する。
ここで、第１７Ｌ図に示す照明範囲のうち、領域Ａには第１の要素レンズ群ＧＡ中の要素レンズＡ１のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達し、領域Ｂには第１の要素レンズ群ＧＡ中の要素レンズＡ２のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達し、領域Ｃには第１の要素レンズ群ＧＡ中の要素レンズＡ３のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達し、領域Ｄには第１の要素レンズ群ＧＡ中の要素レンズＡ４のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達する。また、領域Ｆには第２の要素レンズ群ＧＢ中の要素レンズＢ１のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達し、領域Ｇには第２の要素レンズ群ＧＢ中の要素レンズＢ２のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達し、領域Ｈには第２の要素レンズ群ＧＢ中の要素レンズＢ３のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達し、領域Ｉには第２の要素レンズ群ＣＢ中の要素レンズＢ４のそれぞれから射出される光束がリレーレンズ６により重畳されて到達する。第１７Ｌ図からも明らかな通り、これら領域Ａ〜Ｉの全体で形成される照明領域は、ほぼ輪帯形状となる。
ここで、第２フライアイレンズ射出面に第１５Ｂ図に示すような輪帯状の開口部を有する開口絞り２８２を配置する場合、従来のものと等価な第１フライアイレンズ２５４を用いるのと比べて、第１フライアイレンズ２５２を用いた方が極めて効率良く（ほぼ光量ロスなく）照明することが可能である。なお、本実施形態では第１と第２の要素レンズ群を交互に市松模様状に配列したが、上記第１実施形態において述べたのと同様にどのように配列してもかまわない。
なお、第３実施形態では、１つの要素レンズ群ＧＡ（ＣＢ）が４個の要素レンズＡ１〜Ａ４（Ｂ１〜Ｂ４）等からなる場合の説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、要素レンズの数は８個、又は１２個等の４ｎ個（ｎは正の整数）でもよい。かかる場合は、４ｎ個の要素レンズの各々の方位直線Ｌ同士のなす角度は３６０／４ｎ度となる。
また、上記第１フライアイレンズ２５１，２５２では、各要素レンズ群ＧＡ（ＧＢ）を構成する４個の要素レンズＡ１〜Ａ４（Ｂ１〜Ｂ４）の頂角θを同一としたが、これに限られるものではない。各要素レンズ群ＧＡ（ＧＢ）の要素レンズＡ１〜Ａ４の頂角θを異ならせると、要素レンズＡ１〜Ａ４（Ｂ１〜Ｂ４）から射出される光束の偏角δが異なるようになり、第２フライアイレンズ７の入射面において、第１フライアイレンズの像が要素レンズごとにずれるようになる。このため、第２フライアイレンズ７の射出側にある開口絞りのエッジ部で生ずるコントラストの悪化、即ち２次光源の形状の揺らぎによる影響を小さくできる。
また、上記第２フライアイレンズ２５２においては、第１の要素レンズ群ＧＡによる照明領域Ａ〜Ｄ（方位角α＝±４５度、±１３５度）の面積と、第２の要素レンズ群ＧＢによる照明領域Ｆ〜Ｉ（方位角α＝０度、±４５度、９０度）の面積とを異ならせることで、照明効率をさらに高くすることができる。
また、上記第２フライアイレンズ２５２においては、第１の要素レンズ群ＧＡの要素レンズＡ１〜Ａ４の焦点距離と、第２の要素レンズ群ＧＢの要素レンズＢ１〜Ｂ４の焦点距離とは同じ焦点距離には限られない。ここで、所望の照明領域を正確に照明し、照明効率を高くするために、要素レンズＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４の焦点距離は任意に設定することができる。
また、上記第２フライアイレンズ２５２においては、第１の要素レンズ群ＧＡ中の要素レンズＡ１〜Ａ４の頂角θと、第２の要素レンズ群ＣＢ中の要素レンズＢ１〜Ｂ４の頂角θとは同じ頂角には限られない。ここで、開口絞りのエッジ部で生ずる照度むらによるコントラストの低下を防止するために、要素レンズＡ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４の頂角は任意に設定することができる。
また、上記第１及び第２フライアイレンズ２５１，２５２では、互いに方位直線の方位角が同じ複数の要素レンズを有しているが、これら方位角が同じ複数の要素レンズの焦点距離は同一である（方位角が同じ複数の要素レンズによる照明領域の面積が互いに等しい）必要はない。例えば、第１フライアイレンズ２５１において、方位角が同じ複数の要素レンズＡ１の焦点距離を互いに異ならせておけば、第２フライアイレンズ７上へは、各々面積が異なる領域Ａが重畳することになり、結果として領域Ａの光強度分布を所望の分布に設定することが可能となる。
さて、第１フライアイレンズ２５３は、上述の第１フライアイレンズ２５１とほぼ同様の構成を有するが、開口絞り２８１とは開口部の形状が多少異なる開口絞り２８３の開口部に対して光量ロスなく照明光束を導くことができるように、その要素レンズの頂角θや要素レンズ自身の焦点距離等が最適化されている。
次に、第１フライアイレンズ２５１〜２５６と開口絞り２８１〜２８６との対応関係の一例について説明する。
開口絞りとして４極（４つ目）形状の光透過部（図中斜線部が遮光部）を有する開口絞り２８１が選択される場合には、第１フライアイレンズ２５１を選択する。開口絞りとして輪帯形状の光透過部を有する開口絞り２８２が選択される場合には、第１フライアイレンズ２５２が選択される。そして、開口絞りとして開口絞り２８２とは形状が異なる４極（４つ目）形状の開口絞り２８３が選択される場合には、第１フライアイレンズ８５３が選択される。
また、開口絞りとして径の小さい開口絞り２８４（小σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離の長い第１フライアイレンズ２５４を選択し、開口絞りとして中程度の径を有する開口絞り２８５（中σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離も中程度の第１フライアイレンズ２５５を選択し、開口絞りとして径の大きい開口絞り２８６（大σ照明用開口絞り）が選択される場合は、焦点距離の短い従来と同様の第１フライアイレンズ２５６を選択する。第３実施形態においても、図示無き主制御部は、第１実施形態と同様に上記対応関係となるように駆動部の制御を行う。これにより、レチクルの種類に応じた最適な照明を照明光量のロスを最低限にした状態で達成でき、高解像とスループット向上とを両立させることができる。
（第４実施形態）
また、上述の第１乃至第３実施形態では、第１フライアイレンズとして各要素レンズが偏芯しているものを用いた、すなわち波面分割型オプティカルインテグレータと光偏向部材とを一体に形成したものを用いたが、波面分割型オプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズと光偏向部材とを別の部材で構成しても良い。
以下、第１８Ａ，１８Ｂ図を参照して、波面分割型オプティカルインテグレータと光偏向部材とを別の部材で構成した第４実施形態について説明する。なお、第１８Ａ図に示す第４実施形態による投影露光装置の構成は、前述の第１図に示した第１実施形態の投影露光装置の第１フライアイレンズの構成が異なるだけであるので、投影露光装置全体の構成についての説明は省略する。また、第１図の装置と同一部分には同一の符号を用いている。
第１８Ａ図において、従来のフライアイレンズと等価な第１フライアイレンズ３５１は、保持部材ＨＭにより偏向プリズムＲＰと一体に保持されている。この第１８Ａ図の例では、偏向プリズムＲＰのピッチ（偏向プリズムＨＭを構成する１つ１つのプリズムの径方向のサイズ）と、第１フライアイレンズ３５１のピッチ（第１フライアイレンズ５１を構成する各々の要素レンズの径方向のサイズ）とは異なっている。この構成においても、偏向プリズムＲＰによる偏向作用により、第２フライアイレンズ７の入射面上において局在した光強度分布のもとでの照明を達成できる。なお、第１８Ｂ図に示すように、偏向プリズムＲＰのピッチと第１フライアイレンズ３５１のピッチとを同じにしても良い。
また、必ずしも第１フライアイレンズ３５１と偏向プリズムＲＰとを一体にする必要はない。例えば、第１フライアイレンズ３５１を照明光学系の光軸に関して固定し、偏向プリズムＲＰを第１フライアイレンズ３５１とリレー光学系との間の光路中に挿脱可能に配置する構成も可能である。また、偏向プリズムの種類は１種類に限られず、開口絞りの複数種の開口形状に応じて最適にするために、複数種類の偏向プリズムを上記光路中に挿脱可能に配置しても良い。さらに、この構成において、第１フライアイレンズ３５１を光路中に固定せずに、互いに焦点距離が異なる複数の第１フライアイレンズを交換可能に設け、複数種類の偏向プリズムを交換可能に設けても良い。
（第５実施形態）
次に、第１９図乃至第２６Ｃ図を参照して、波面分割型オプティカルインテグレータと光偏向部材とを別の部材で構成した第５実施形態について説明する。なお、第１９図に示す第４実施形態による投影露光装置の構成は、前述の第１図に示した第１実施形態の投影露光装置の構成とほぼ同じであるので、投影露光装置全体の構成についての説明は省略する。また、第１９図において第１図の装置と同一部分には同一の符号を用いている。
第１９図に示す第５実施形態の投影露光装置は、第１図の投影露光装置とは第１フライアイレンズの構成及び開口絞りの構成の点で異なる。
第２０Ａ図は第５実施形態の投影露光装置における複数の第１フライアイレンズ４５１〜４５６が設けられたレボルバ１０５の構成を示す図であり、第２０Ｂ図は開口絞り４８１〜４８６が設けられたレボルバ１０８の構成を示す図である。
第５実施形態においては、第２０Ａ図に示すように、複数の第１フライアイレンズ４５１〜４５６はレボルバ１０５上に取り付けられており、これらの複数の第１フライアイレンズ４５１〜４５６のうちの１つが照明装置の光路中に選択的に位置できるように設けられている。なお、これら複数の第１フライアイレンズ４５１〜４５６は、それぞれ第２フライアイレンズ７の入射面上での照明領域が互いに異なるように構成されている。
また、第２０Ｂ図に示すように、レボルバ１０８上に設けられた複数の開口絞り４８１〜４８６は、それらの開口形状が互いに異なるように構成されており、これら複数の開口絞り４８１〜４８６のうちの１つが光学系の光路中に選択的に位置できるように、レボルバ１０８上に設けられている。本実施の形態では、これらのレボルバ１０５，１０８は、第１実施形態と同様に、投影露光装置中の主制御部により制御される駆動部により回転駆動される。これにより、必要とされる照明条件に応じて、複数の開口絞り４８１〜４８６のうちの１つと複数の第１フライアイレンズ４５１〜４５６のうちの１つが照明装置の光路中に位置することになる。
次に、各第１フライアイレンズ４５１〜４５６について説明する。なお、第１フライアイレンズ４５４〜４５６は従来のフライアイレンズと等価なものであり、第１フライアイレンズ４５４は第１実施形態の第１フライアイレンズ５１と、第１フライアイレンズ４５５は第１実施形態の第１フライアイレンズ５３と、そして第１フライアイレンズ４５６は第１実施形態の第１フライアイレンズ５２とそれぞれ等価なものである。
第２１Ａ〜２１Ｃ図は、第１フライアイレンズ４５１及び光偏向部材としての光学部材ＯＭＡの構成を示す図である。第２１Ａ図に示すように、第１フライアイレンズ４５１は、複数の要素レンズＥＬをＸＹ平面において２次元マトリックス状に集積してなり、これら複数の要素レンズＥＬのそれぞれに対応して、円錐形状部分を少なくとも１部に含む形状を持つ複数の光学部材が要素レンズＥＬの射出側（マスク側）に配置されている。第２１Ｂ，２１Ｃは複数の要素レンズのうちの１つに着目した場合の要素レンズＥＬと光学部材ＯＭＡとの配置関係を示す図である。
第２１Ｂ，２１Ｃにおいて、要素レンズＥＬの光軸ＡＸＥ方向をＺ軸、円錐形状の光学部材ＯＭＡの底面である円の中心をＯ、頂点をＰ、頂点Ｐと円の中心Ｏとを結んだ直線を中心軸ＣＬとそれぞれする。ここで、中心軸ＣＬは光軸ＡＸＥと一致している。
円錐形状の光学部材ＯＭＡを中心軸ＣＬに対して垂直に切った面（ＹＺ面）は光学プリズムと同じ形状をしているため、光学プリズムと同様の屈折作用を生ずる。そのため、平行光を入射させると第２２Ａ図に示すように屈折し、照射面ＩＰの中心部分Ｃは照明されない。全ての光学部材ＯＭＡにおいても同じ屈折作用が起きるため、中心軸ＣＬ（光軸ＡＸＥ）を中心として照射面ＩＰを回転させると、円錐形状の光学部材ＯＭＡから射出された光束は、照射面で第２２Ｂ図に斜線で示すような輪帯形状の照明となる。
第５実施形態では、第１フライアイレンズ４５１を構成する一つの要素レンズＥＬの射出側に円錐形状の光学部材ＯＭＡを配置しているので、１つの要素レンズＥＬを射出した光束は第２２Ｃ図に示す光路を進み、第２フライアイレンズ７の入射面において輪帯形状の領域を照明することになる。そして、本実施形態では、第１フライアイレンズ４５１の各要素レンズＥＬのそれぞれに対応させて、その射出側に円錐形状の光学部材ＯＭＡを配置しているので、第２フライアイレンズ７の入射面上では各光学部材ＯＭ１からの光束が重畳し、第２２Ｄ図に斜線で示すような輪帯形状の領域を照明することになる。このため、輪帯形状の通過部を有する輪帯形状絞り４８１に対して、従来のフライアイレンズに比較して光量損失が極めて少なく照明することができる。
上述の第１フライアイレンズ４５１では、同一の頂角θを有する光学部材ＯＭＡを複数配置した場合について説明したが、円錐の頂角θを各光学部材ＯＭＡで異ならせることにより、第２フライアイレンズ７の入射面において周辺光量の低下を防ぐことができる。例えば、頂角がθ１である光学部材ＯＭＡ１と、頂角θ１とは異なる頂角がθ２である光学部材ＯＭＡ２との２種類の光学部材を適宜配置した場合を考える。第２３Ａ図の斜線部は、第２フライアイレンズ７の入射面における照明領域を示している。そして、該照明領域のＡ−Ａ線断面部分の照明光の強度分布を示したのが第２３Ｂ〜２３Ｅ図である。第２３Ｂ〜２３Ｅ図において、横軸Ｘは位置、縦軸Ｉは照明光の強度を示している。頂角がθ１の光学部材ＯＭＡ１を透過・屈折した照明光は第２３Ｂ図に示す強度分布を有する。これに対して、頂角がθ２の光学部材ＯＭＡ２を透過・屈折した照明光は第２３Ｃ図に示すように強度分布のピークが第２３Ｂ図と比較してシフトしている。そして、両者の強度分布を重ねた様子を第２３Ｄ図に示す。そして、最終的に両者の強度分布を合成すると、第２３Ｅ図に示すように、輪帯形状の照明領域の周辺においても急激に照度が低下することのない均一な強度分布を得ることができる。また、同一の頂角θを有する光学部材ＯＭＡを複数用いた場合でも、該光学部材ＯＭＡを各要素レンズの光軸に対してシフト又はチルトさせることで、均一な強度分布を得ることができる。さらに、同一の頂角θを有する光学部材ＯＭＡを用いた場合でも、第１フライアイレンズ４５１の各要素レンズＥＬごとの焦点距離を異ならせることにより、頂角θが異なる光学部材ＯＭＡ１，ＯＭＡ２を用いた場合と同じ効果を得ることができ、周辺光量の低下を防止することができる。
第２４Ａ図〜２４Ｃ図は、第１フライアイレンズ４５２及び光偏向部材としての光学部材ＯＭＢの構成を示す図である。第２４Ａ図に示すように、第１フライアイレンズ４５２は、複数の要素レンズＥＬをＸＹ平面において２次元マトリックス状に集積してなり、これら複数の要素レンズＥＬのそれぞれに対応して、四角錐形状部分を少なくとも１部に含む形状を持つ複数の光学部材が要素レンズＥＬの射出側（マスク側）に配置されている。第２４Ｂ，２４Ｃ図は複数の要素レンズのうちの１つに着目した場合の要素レンズＥＬと光学部材ＯＭＢとの配置関係を示す図である。
第２４Ｄ図は第２フライアイレンズ７の入射面上での照明領域を示す図であり、四角錐形状の光学部材ＯＭＢを透過した光は、上記第１実施形態と同様に光学プリズムとしての屈折作用により、第２フライアイレンズ７の入射面上で図中斜線で示す形状の領域を照明する。従って、第２０Ｂ図の変形輪帯形状の開口絞り６２を選択した場合に効率よく照明を行うことができる。
上述の第１フライアイレンズ４５２では、四角錐形状の光学部材ＯＭＢの頂点Ｐと底面の中心Ｏとを結ぶ直線を中心軸ＣＬ、該中心軸ＣＬとパワー（屈折力）を有する面とのなす角度（角錐の頂角）をξとするとき、同一の頂角ξを有する光学部材ＯＭＢを複数配置した場合について説明したが、角錐の頂角ξを各光学部材ＯＭＢごとで異ならせることにより、頂角θが異なる円錐形状の光学部材の場合と同様に、第２フライアイレンズ７の入射面において周辺光量の低下を防止でき均一な強度分布の照明光を得ることができる。
また、第１フライアイレンズ４５２の要素レンズＥＬごとの焦点距離を異ならせることにより、角度δを変えたものと同じ効果を得ることもできる。また、四角錐の各面に対して角度δを異ならせることにより、変形輪帯絞りに対しても照度効率を上げることができる。また、光学部材ＯＭＢとしては、四角錐形状にかぎられものではなく、ｎ角形の多角錐形状（ｎは５以上の整数）でも良いことは言うまでもない。多角錐形状の光学部材は、円錐形状の光学部材と同様の屈折作用を生じ、ｎが多くなるに従って、きれいな輪帯形状の照明を行うことができる。また、要素レンズＥＬの射出面側の四角形部分と、四角錐形状の光学部材ＯＭＢの底面の四角形部分とを一致させて配置しているが、これに限られず、例えば光軸ＡＸＥを中心にして光学部材ＯＭＢを約４５度回転させた状態で配置しても良い。
さて、第５実施形態では、円錐形状の光学部材ＯＭＡ（ＯＭＡ１，ＯＭＡ２）のＹＺ断面における斜面は第２１Ｃ図に示した通り直線であったが、第２５Ａ図に示すように、円錐形状の光学部材ＯＭＡ（ＯＭＡ１，ＯＭＡ２）のパワー（屈折作用）を有する面を曲面にしても良い。この場合、変形輪帯絞りに対しても光量の損失を極めて少なく照明することができる利点がある。
また、第５実施形態では、角錐形状の斜面は第２４Ａ図等に示した通り平面であったが、第２５Ｂ図に示すように、角錐形状の光学部材のパワーを持つ面を曲面にすることにより、変形輪帯開口絞りに対しても光量の損失を極めて少なく照明することもできる。
また、第５実施形態では、全体が錐形状（円錐形状、多角錐形状）を有する光学部材を用いたが、例えば第２５Ｃ，２５Ｄ図に示すように、一部分が錐形状（円錐形状、多角錐形状）を有する形状の光学部材を用いても良い。この場合、第２フライアイレンズ７の入射面上において光軸を含む領域への照明が可能となり、その結果、瞳面及び瞳面と共役な面上において光軸を含む領域にも光強度がある輪帯照明や４重極（４つ目）照明、８重極（８つ目）照明などを行うこともできる。なお、第２５Ｃ図に示す光学部材ＯＭＣは、円錐の頂部を切り落とした形状であって、その切断面は平面であるが、この面は平面には限られず曲面であっても良い。また、第２５Ｄ図に示す光学部材ＯＭＤは、角錐の頂部を切り落とした形状であり、その切断面が平面となっているが、この面は平面には限られず、曲面であっても良い。
また、第５実施形態では、錐形状（円錐形状、多角錐形状）を少なくとも一部に有する光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）が、第１フライアイレンズ４５１又は４５２よりも射出側（マスク１３側）に配置されている場合について説明した。しかし、光学部材の位置はこの配置に限られない。光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）は第１フライアイレンズ４５１（４５２）よりも光源１側に配置されていても良い。また、第２１Ａ図及び第２４Ａ図に示した例では光学部材ＯＭ等の底面と第１フライアイレンズ４５１（４５２）の射出面とが対向する構成であるが、本発明はこれに限られず、光学部材ＯＭ等の底面と第１フライアイレンズ５１等の頂点Ｏとが対向する構成でも良い。
また、第５実施形態では、第１フライアイレンズ４５１（４５２）と光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）等とは空間的に離れて配置されているが、これら両部材は一体的に形成されることが望ましい。なお、一体的に形成されるとは、要素レンズＥＬと光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）とが密着していることを指し、例えば、要素レンズと光学部材とを接着剤を介して貼り合わせること、接着剤を介さないで密着させること、要素レンズと光学部材とを１つの部材で形成すること等を含む概念である。このように、一体的に形成することで、製造上に生ずる誤差を低減できる。そして、両者が一体となっているので常に所定の照明領域を正確に照明できる利点もある。
また、第５実施形態では、第１フライアイレンズ４５１（４５２）と光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）とがレボルバ１０５により一体に保持されているため、複数の第１フライアイレンズ及び光学部材のなかから第１フライアイレンズ４５１（４５２）と光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）とを選択する際に、第１フライアイレンズと光学部材との位置合わせも不要となる。そして、上述の場合と同様に、両者が一体となっているので常に所定の照明領域を正確に照明できる利点もある。
また、第５実施形態において、第２６Ａ〜２６Ｃ図に示すように、波面分割型オプティカルインテグレータとしての第１フライアイレンズと、光偏向部材としての光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）とを別々のレボルバに設けても良い。この場合、第２６Ａ図に示すように、レボルバ１０５Ａに互いに焦点距離の異なる複数のフライアイレンズ４５４〜４５６を設ける。そして、第２６Ｂ図に示すように、レボルバ１０５Ｂ上に、開口部ＡＰと、光学部材ＯＭＡと、光学部材ＯＭＢとを設ける。これらのレボルバ１０５Ａ，１０５Ｂは、第２６Ｃ図に示すように隣接して配置される。そして、複数の第１フライアイレンズ４５４〜４５６のうちの１つ、開口部ＡＰ及び光学部材ＯＭＡ，ＯＭＢのうちの１つが選択的に照明装置の光路内に位置する。従って、通常照明の際には、複数の第１フライアイレンズ４５４〜４５６のうちの１つと開口部ＡＰとが光路内に位置し、変形照明（輪帯照明、多重極照明など）の場合には、複数の第１フライアイレンズ４５４〜４５６のうちの１つと光学部材ＯＭＡ，ＯＭＢのうちの１つが光路内に位置することになる。この場合、第１フライアイレンズ４５４〜４５６を交換することによる焦点距離の変更により、第２フライアイレンズ７上に形成される輪帯形状或いは多重極形状の照明領域の大きさを可変にすることができる。
また、第１フライアイレンズを光路中に固定して配置し、光学部材が切換えられる構成であっても良い。この場合には、照明装置の光路中に固定的に配置された第１フライアイレンズに隣接して、第２６Ｂ図に示すレボルバ１０５Ｂを配置すれば良い。このとき、第１フライアイレンズと第２フライアイレンズとの間に配置されるリレー光学系をズームレンズとすれば、第２フライアイレンズ７上に形成される輪帯形状或いは多重極形状の照明領域の大きさを可変にすることができる。
また、錐形状（円錐形状、多角錐形状）の光学部材の入射面及び射出面にコーティングを施すことで、錐形状の光学部材で起こる反射を防止することができる。
また、上述の第５実施形態では、１つの要素レンズＥＬに１つの光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）を対応させて配置（１対１対応で配置）したが、１つの要素レンズに対応させて複数の光学部材を設けても（１対複数対応で配置しても）良い。
上述の第５実施形態では、断面が凸となる錐形状（円錐形状、多角錐形状）の光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）を用いたが、断面が凹となる錐形状（円柱または多角柱の光学部材から円錐または多角錐形状をくりぬいた残りの凹円錐または凹角錐形状）の光学部材ＯＭＡ（ＯＭＢ）を用いても同様の照明効果を得ることができる。
また、断面が凸の錐形状の複数の光学部材と断面が凹の錐形状の複数の光学部材とを第１フライアイレンズの要素レンズに対応させて配置し、少なくともどちらか一方を動かすと第２フライアイレンズ入射面上で輪帯形状の照明領域を変化させることができる。
また、リレーレンズ系をズーム光学系で構成することにより、任意の大きさの輪帯形状の領域または多重極形状の領域を照明することができる。
（第６実施形態）
以上説明した第１乃至第５実施形態では、第１及び第２オプティカルインテグレータとして、複数の光学素子を集積してなるフライアイレンズを適用したが、本発明ではフライアイレンズには限定されない。
以下、第６実施形態として、第１フライアイレンズとして上述の実施形態と同一のものを用い、第２フライアイレンズとして光軸方向に沿った内面反射面を有するロッド型インテグレータを配置した例を説明する。ここで、第２７図は、第６実施形態にかかる投影露光装置の要部を示す図である。なお、第２７図に示す第６実施形態による投影露光装置の構成は、前述の第１図に示した第１実施形態の投影露光装置における第１フライアイレンズから被照射面としてのレチクルまでの構成が異なるだけであるので、投影露光装置全体の構成についての説明は省略する。また、第１図の装置と同一部分には同一の符号を用いている。
第２７図において、第１フライアイレンズ５５は前述の第１実施形態の通りであり、その射出側の面Ｐ１に複数の光源像からなる面光源（２次光源）を形成する。第１フライアイレンズ５５の射出側にはリレー光学系１０６とロッド型インテグレータ１０７とが配置されており、リレー光学系１０６は、第１フライアイレンズ５５が形成する面光源（２次光源）の像をロッド型インテグレータ１０７の入射面またはその近傍の位置である面Ｐ２上に形成する。そして、ロッド型インテグレータ１０７に入射した光は、ロッド型インテグレータ１０７の内面で反射を繰り返した後でその射出面から射出する。このとき、ロッド型インテグレータ１０７の射出面は、あたかも面Ｐ２の位置に複数の光源の虚像が広がった形状の面光源からの光が重畳された状態で照明されることになる。すなわち、第２オプティカルインテグレータとしてのロッド型インテグレータは、面Ｐ２に実質的な面光源を形成する。
そして、ロッド型インテグレータ１０７の射出面またはその近傍の位置Ｏ３には、被照射面としてのレチクル１３の面（面Ｏ４）での照明範囲を決定するための視野絞りとしてのレチクルブラインド１１０が配置される。このレチクルブラインド１１０の像は、レンズ群１１１Ａ，１１１Ｂからなるレチクルブラインド結像光学系１１１によりレチクル１３上に投影される。ここで、レチクルブラインド結像光学系１１１の内部の面Ｐ３には、所定形状の開口部を有する照明開口絞り８５が配置される。第２７図において、フライアイレンズ５５（５１）の入射面が位置する面Ｏ１、リレー光学系６中の面Ｏ２、面Ｏ３、そして面Ｏ４（レチクル１３）が互いに光学的に共役となっている。そして、面Ｐ１，面Ｐ２、面Ｐ３が互いに共役になっており、これらの面Ｐ１〜Ｐ３は、投影光学系１４の瞳と共役な位置関係にある。
第２７図に示すように、第１実施形態と同じ構成の第１フライアイレンズ５５が光路中に配置される場合には、ロッド型インテグレータ１０７の入射面（またはその近傍）の面Ｐ２へは、第１フライアイレンズ５５の射出面にて偏向された光束により斜め方向から照明される。すなわち面Ｐ２には中抜け光束が到達する。このとき、ロッド型インテグレータ１０７の射出面からは、面Ｐ２に４重極（４つ目）形状に偏在した形状の光源の虚像が形成されているように観察される。そして、面Ｐ２及び面Ｐ３が互いに共役であるので、面Ｐ３には、４重極（４つ目）形状に偏在した形状の光源の実像からなる面光源が形成されることになる。従って、４重極（４つ目）形状の開口部を持つ照明開口絞り８５を用いてレチクル１３を傾斜照明する際であっても、光量ロスをほとんど生じることなく効率の良い照明を達成できる。なお、第２７図における第１フライアイレンズ５５の代わりに、上述の第２〜第４実施形態と同じ構成の第１フライアイレンズや、第５実施形態の第１フライアイレンズと光学部材とを組合わせたものを用いても良い。また、リレー光学系１０６として、ズーム光学系を適用しても良い。また、ロッド型インテグレータ１０７としては、石英や螢石などの材料からなるガラス棒の内面での全反射を利用するものや、柱形状（円柱形状または多角柱（好適には４角柱）形状）中空パイプの内面に反射膜を設けたものなどを適用できる。
なお、上述の第１乃至第６実施形態の波面分割型オプティカルインテグレータ及び光偏向部材は、各実施形態の組合わせには限られない。例えば、第１実施形態のレボルバ１０５に第２実施形態の第１フライアイレンズと光拡散部材とを組合わせたものや、第３実施形態の第１フライアイレンズ、第４実施形態の第１フライアイレンズと偏向プリズムとを組合わせたもの、第５実施形態の第１フライアイレンズと光学部材とを組合わせたもののうちの少なくとも１つを組み込んでも良い。
なお、上述の第１乃至第６実施形態に示される各要素を電気的、機械的または光学的に連結することで、本発明にかかる照明装置、または露光装置が組上げられる。
次に、上記の実施の形態の投影露光装置を用いてウエハ上に所定の回路パターンを形成する際の動作の一例につき第２８図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第２８図のステップ１０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ１０２において、その１ロットのウエ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１０３において、第１乃至第６実施形態の何れかの投影露光装置を用いて、レチクルＲ上のパターンの像をその１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写する。その後、ステップ１０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ１０５において、その１ロットのウエ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、レチクルＲ上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。
さて、上述の各実施形態において、波面分割型オプティカルインテグレータとして、複数の要素レンズを集積したフライアイレンズを用いたが、このフライアイレンズとして、上述の各実施形態のフライアイレンズと同じ全体形状を有するようにプレス加工された一体物を用いても良い。
また、上述の各実施形態において、波面分割型オプティカルインテグレータと補助オプティカルインテグレータとの間の光路中に、レチクル１３面上でのスペックル（干渉縞）の発生を防止するための１次元（または２次元）振動ミラーを配置しても良い。
また、上述の実施形態で波面分割型オプティカルインテグレータと光偏向部材とを一体に形成した例では、平凸形状の要素レンズの射出面を光軸に対して傾けた構成としたが、この要素レンズの射出面は平面には限られず、凸面または凹面などの曲率を持つ面であっても良い。この場合、曲率を持つ面の軸（面の曲率中心と面の有効領域の中心とを結ぶ軸）を光軸に対して傾ければ良い。
また、波面分割型オプティカルインテグレータの要素レンズとしては正屈折力を持つものには限られず、負屈折力を有するものであっても良い。
また、以上の例では、波面分割型オプティカルインテグレータと対応させて光偏向部材を設けたが、光偏向部材のみを設けた構成であっても良い。この場合、光偏向部材はこの光偏向部材に入射する光束を少なくとも６つの光束に波面分割し、これら少なくとも６つの光束を異なる方向へ偏向させることが好ましい。
さて、上記実施形態では露光用照明光として波長が１００ｎｍ以上の紫外光、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、及びＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）などの遠紫外（ＤＵＶ）光や、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）やＦ２レーザ（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外（ＶＵＶ）光を用いることができる。Ｆ２レーザを光源とする露光装置では、投影光学系として反射型光学系または反射屈折型光学系を採用することが好ましく、照明光学系や投影光学系に使われる光学素子（レンズエレメント）は全て蛍石とすることが好ましい。そして、かつＦ２レーザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気はヘリウムガスで置換されるとともに、照明光学系と投影光学系との間、及び投影光学系とウエハとの間などもヘリウムガスで満たされる。また、Ｆ２レーザを用いる露光装置では、蛍石、フッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、及び水晶などのいずれか１つで作られたレチクルが使用される。
なお、エキシマレーザの代わりに、例えば波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。特に発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８μｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。
また、上述の各実施形態は、ウエハＷ上の１つのショット領域へのレチクルＲのパターン像の露光が終わった後、ウエハステージＷＳをステッピング駆動することによって、ウエハＷ上の次のショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域に移動して一括露光を繰り返して行うステップ・アンド・リピート方式（一括露光方式）や、ウエハＷの各ショット領域への露光時にレチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＬに対して投影倍率βを速度比として同期走査する、ステップ・アンド・スキャン方式の双方の投影露光装置に適用できる。
ところで、投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又は拡大系（例えば液晶ブィスプレイ製造用露光装置など）を用いても良い。また、プロキシミティ方式の露光装置などにも本発明を適用できる。
さらに、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、薄膜磁気ヘ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、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。また、レチクル、又はマスクを製造するために、ガラス基板、又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
以上の通り、本発明は上述の実施形態には限定されず種々の構成をとり得る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施形態にかかる投影露光装置の光学系を示す図である。
第２Ａ図は第１実施形態における第１フライアイレンズの配置、２Ｂ図は開口絞りの配置を示す図である。
第３Ａ〜３Ｄは、従来のフライアイレンズの構成、３Ｅ図はその照明領域を示す図である。
第４Ａ，４Ｂ図は方位角を説明する図である。
第５図は要素レンズの偏角を説明する図である。
第６Ａ〜６Ｊ図は要素レンズ、６Ｋ図はその照明領域を説明する図である。
第７Ａ〜７Ｆ図は他の要素レンズ、７Ｇ図はその照明領域を説明する図である。
第８図は第１実施形態の変形例を示す図である。
第９図は第２実施形態にかかる投影露光装置のフライアイレンズ部分の光学系を示す図である。
第１０Ａ図は第２実施形態における第１フライアイレンズの配置、１０Ｂ図は開口絞りの配置を示す図である。
第１１Ａ〜１１Ｃは、要素レンズの構成、１１Ｄ図はその照明領域を示す図である。
第１２Ａ、１２Ｂ図は、第２実施形態の第１フライアイレンズの要素レンズとレモンスキンフィルタとの配列、１２Ｃ図はレモンスキンフィルタを使用した場合の照明領域を示す図である。
第１３Ａ〜１３Ｄ図は、レモンスキンフィルタの製造工程を示す図である。
第１４Ａ〜１４Ｊ図は他の要素レンズ、１４Ｋ図はその照明領域を示す図である。
第１５Ａ図は第３実施形態の第１フライアイレンズの配置、１５Ｂ図は開口絞りの配置を示す図である。
第１６Ａ〜１６Ｄ図は要素レンズ、第１６Ｅ，１６Ｆ図は方位角、１６Ｇ図はその照明領域を示す図である。
第１７Ａ〜１７Ｄ，１７Ｆ〜１７Ｉ図は要素レンズ、１７Ｅ、１７Ｊ図は方位角、１７Ｋ図は配列、１７Ｌ図はその照明領域を示す図である。
第１８Ａ図は第４実施形態にかかる投影露光装置のフライアイレンズ部分の光学系、１８Ｂは第１フライアイレンズと偏向プリズムとの関係を示す図である。
第１９図は、第５実施形態にかかる照明装置と該照明装置を備えた投影露光装置の構成を示す図である。
第２０Ａ図は第１フライアイレンズが設けられたレボルバの構成、２０Ｂ図は開口絞りが設けられたレボルバの構成を示す図である。
第２１Ａ図〜２１Ｃ図は、第１フライアイレンズと円錐形状光学部材との関係を示す図である。
第２２Ａは光学部材のプリズム作用、２２Ｂ図はその照明領域、２２Ｃ図はフライアイレンズと円錐形状光学部材とを透過する光線の光路図、２２Ｄ図はその照明領域を示す図である。
第２３Ａ〜２３Ｅ図は所定面における強度分布を示す図である。
第２４Ａ〜２４Ｃ図は第１フライアイレンズと四角錐形状光学部材との関係、２４Ｄ図は所定面での照明領域を示す図である。
第２５Ａ〜２５Ｄ図は、錐形状を有する光学部材の変形例を示す図である。
第２６Ａ〜２６Ｃ図は、第１フライアイレンズと光学部材とを別々のレボルバ（ターレット）に設けた例である。
第２７図は、第６実施形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
第２８図は、所定の回路パターンを露光する工程の流れを説明する図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図６Ｋ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１４Ｆ】
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【図１４Ｇ】
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【図１４Ｈ】
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【図１４Ｉ】
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【図１４Ｊ】
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【図１４Ｋ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１６Ｇ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１７Ｅ】
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【図１７Ｆ】
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【図１７Ｇ】
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【図１７Ｈ】
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【図１７Ｉ】
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【図１７Ｊ】
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【図１７Ｋ】
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【図１７Ｌ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【図２３Ｅ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２５Ｄ】
0004329266.tif 000102
【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
0004329266.tif 000104
【図２６Ｃ】
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【図２７】
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【図２８】
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