(57)【要約】  露光装置（ＥＸ）には、マスク基板Ｍを照明する為に複数の輝線波長（ｇ線、ｈ線、ｉ線等）を含む光を発生する光源（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）と、からの光を入射して、複数の輝線波長のうちの少なくとも１つの特定の輝線波長（ｉ線）を含んで所定の波長幅に制限された照明光束を抽出する波長選択部（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）と、照明光束の広がり角を調整する開口数可変部（８Ａ、８Ｂ、８Ｃ）とを有する第１照明光学系と、広がり角に対応した開口数を伴ってマスク基板上に一様な照度で照明光束を照射する為のオプティカル・インテグレータ（フライアイレンズ系ＦＥｎ）を含む第２照明光学系（ＩＬｎ）と、が設けられ、波長選択部には、特定の輝線波長（ｉ線）の隣に現れる長波長側の輝線と短波長側の輝線を除きつつ、特定の輝線波長のスペクトル成分と特定の輝線波長の裾野に分布する低輝度のスペクトル成分とを抽出する第１の波長選択素子（干渉フィルタＳＷｂ）が装着される。
2019146448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクのパターンを光感応性の基板に投影露光する露光装置であって、
マスクを照明する為に複数の輝線波長を含む光を発生する光源と、
前記光源からの光を入射して、前記複数の輝線波長のうちの少なくとも１つの特定の輝線波長を含んで所定の波長幅に制限された照明光束を抽出する波長選択部と、前記照明光束の広がり角を調整する開口数可変部とを有する第１照明光学系と、
前記広がり角が調整された前記照明光束を入射して、前記広がり角に対応した開口数を伴って前記マスク上に一様な照度で前記照明光束を照射する為のオプティカル・インテグレータを含む第２照明光学系と、を備え、
前記波長選択部には、前記特定の輝線波長の隣に現れる長波長側の輝線と短波長側の輝線を除きつつ、前記特定の輝線波長のスペクトル成分と前記特定の輝線波長の裾野に分布する低輝度のスペクトル成分とを抽出する第１の波長選択素子が装着される、露光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の露光装置であって、
前記低輝度のスペクトル成分が分布する前記裾野は、前記特定の輝線波長のスペクトル成分のピーク強度に対する前記低輝度のスペクトル成分の相対強度が平均して数％以上、望ましくは１０％以上となるような範囲に設定される、露光装置。
【請求項３】
請求項２に記載の露光装置であって、
前記波長選択部には、前記特定の輝線波長の裾野に分布する前記低輝度のスペクトル成分を除いた前記特定の輝線波長のピーク状のスペクトル成分を抽出する第２の波長選択素子を、前記第１の波長選択素子と交換可能に装着する機構が設けられる、露光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の露光装置であって、
前記波長選択部には、前記特定の輝線波長の隣に現れる少なくとも１つの輝線波長のピーク状のスペクトル成分と、前記特定の輝線波長のピーク状のスペクトル成分との両方を含むように抽出する第３の波長選択素子が交換可能に装着される、露光装置。
【請求項５】
マスクのパターンを光感応性の基板に投影露光する露光方法であって、
複数の輝線波長を含む光を発生する光源からの光のうち、少なくとも１つの特定の輝線波長のピーク状のスペクトル成分と共に、前記特定の輝線波長の隣に現れる長波長側の輝線と短波長側の輝線は含まずに前記特定の輝線波長の裾野に分布する低輝度のスペクトル成分も抽出するように波長選択することと、
前記波長選択されたスペクトル成分の照明光束を前記マスク上に一様な照度で照射し、前記低輝度のスペクトル成分を含む波長幅において色収差が生じないミラープロジェクション方式、又は前記低輝度のスペクトル成分の波長幅において色収差が補正された反射屈折方式の投影光学系を介して前記マスクのパターンを前記基板に投影露光することと、
を含む、露光方法。
【請求項６】
請求項５に記載の露光方法であって、
前記低輝度のスペクトル成分が分布する前記裾野は、前記特定の輝線波長のスペクトル成分のピーク強度に対する前記低輝度のスペクトル成分の相対強度が平均して数％以上、望ましくは１０％以上となるような範囲に設定される、露光方法。
【請求項７】
請求項６に記載の露光方法であって、
前記光源は超高圧水銀放電ランプであり、前記特定の輝線波長をｉ線、ｈ線、ｇ線のうちのいずれか１つとした、露光方法。
【請求項８】
光源装置から発生する輝線波長を含む光のうちで波長選択部によって選択される特定の輝線波長を含むスペクトル分布の光を、照明光学系によって電子デバイス用のパターンを担持するマスクに照射し、前記マスクから発生する露光用の光束を入射する投影光学系によって前記パターンの像を光感応性の基板に投影露光する露光方法であって、
前記波長選択部によって、前記光源装置から発生する光から波長帯域が異なる第１スペクトル分布の光と第２スペクトル分布の光とを抽出することと、
前記マスクを前記照明光学系によってケーラー照明する為に、前記照明光学系内の瞳面に、前記第１スペクトル分布の光によって２次元的な範囲で分布する第１の光源像と、前記第２スペクトル分布の光によって２次元的な範囲で分布する第２の光源像とを重畳して形成することと、
を含む、露光方法。
【請求項９】
請求項８に記載の露光方法であって、
前記瞳面に形成される前記第１の光源像の２次元的な範囲を前記瞳面の中心から第１の半径の円形領域内に設定すると共に、前記瞳面に形成される前記第２の光源像の２次元的な範囲を前記瞳面の中心から第２の半径の円形領域内に設定する、露光方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光方法であって、
前記第１の光源像が形成される前記円形領域の前記第１の半径と前記第２の光源像が形成される前記円形領域の前記第２の半径とを同じ値、又は異なる値に調整可能とした、露光方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の露光方法であって、
前記光源装置は、前記波長選択部で抽出される前記第１スペクトル分布の光を発生する第１の水銀放電ランプと、前記波長選択部で抽出される前記第２スペクトル分布の光を発生する第２の水銀放電ランプと、を含む、露光方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の露光方法であって、
前記第１の水銀放電ランプと前記第２の水銀放電ランプの各々は、放電管内の水銀蒸気圧を１０6Ｐａ（パスカル）以上にした超高圧水銀放電ランプとする、露光方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光方法であって、
前記波長選択部には、前記超高圧水銀放電ランプから発生する光に含まれる複数の輝線波長のうち、ｉ線のスペクトル成分と共に、ｉ線のスペクトル成分のピーク強度に対して相対的に数％以上、望ましくは１０％以上の強度を持つ裾野部のスペクトル分布を含むように抽出するｉ線−広帯干渉フィルタが設けられ、
前記第１スペクトル分布の光と前記第２スペクトル分布の光のいずれか一方は、前記ｉ線−広帯干渉フィルタによって抽出される、露光方法。
【請求項１４】
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の露光方法であって、
前記光源装置は、前記波長選択部で抽出される前記第１スペクトル分布の光を得る為の水銀放電ランプと、前記波長選択部で抽出される前記第２スペクトル分布の光を得る為の高調波レーザ光源と、を含む、露光方法。
【請求項１５】
マスクパターンを所定の波長分布の照明光で照明し、前記マスクパターンから発生する結像光束を入射して基板上に投射する投影光学系によって、前記マスクパターンの像を前記基板上に投影露光する露光方法であって、
前記照明光の波長分布のうちの特定の中心波長をλ、前記投影光学系の前記基板の側の開口数をＮＡｐ、プロセス定数をｋ（０＜ｋ≦１）として、ｋ・（λ／ＮＡｐ）で定義される解像力Ｒで決まる解像可能な最小線幅寸法に近い大きさの正方形、又は矩形のホールパターンの投影像を前記基板に投影したとき、楕円状に変形する前記ホールパターンの投影像の長軸長に対する短軸長の比が８０％以上、望ましくは９０％以上になるように、前記中心波長λを含む前記照明光の波長分布の幅を設定することと、
前記設定された幅の波長分布の照明光によって、電子デバイス用のパターンが形成されたマスクを照明し、前記基板上に前記電子デバイス用のパターンを投影露光することと、
を含む、露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクのパターンを基板に転写する露光装置、並びに露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示素子、半導体素子、薄膜磁気ヘッド等の電子デバイスを製造するためのフォトリソグラフィ工程で、光源からの照明光を透過型又は反射型のマスク基板に照射し、マスク基板に形成されたデバイスパターン（電子デバイス用のパターン）からの透過光又は反射光を、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布されたプレート等の被露光基板に投影露光する露光装置が用いられている。従来の露光装置として、例えば特開２０１２−０４９３３２号公報に開示されているように、２つの水銀ランプ等の光源部からの各照明光を、入口側が円形状に束ねられ、出口側が長方形（スリット状）に束ねられたバンドルファイバーで合成した後、フライアイレンズ光学系等によるインテグレータによってマスク基板上のスリット状の照明領域を均一な照度分布でケーラー照明する照明系（照明装置）を設けることが知られている。【０００３】
光源として水銀ランプ（超高圧水銀放電ランプ等）を用いる場合、水銀ランプの放電アーク光には複数の輝線が含まれており、その内の特定の輝線波長を選択して露光用の照明光（マスク基板の照明光）としている。フォトリソグラフィ工程では、フォトレジストの感光波長特性、投影光学系の光学性能（解像力、色収差特性）等を考慮して、水銀ランプの輝線波長のうち、紫外波長域のｇ線（中心波長４３５．８３５ｎｍ）、ｈ線（中心波長４０４．６５６ｎｍ）、ｉ線（中心波長３６５．０１５ｎｍ）が主に使われる。投影露光可能な最小線幅値で表される解像力Ｒは、投影光学系の像側（被露光基板側）の開口数をＮＡｐ、照明光の波長をλ（ｎｍ）、プロセス定数をｋ（０＜ｋ≦１）としたとき、Ｒ＝ｋ・（λ／ＮＡｐ）で定義される。このことから、３つの輝線波長のうちで最も波長が短いｉ線を用いることで、より微細なマスクパターンの投影露光（高解像露光）が可能となる。しかしながら、近年、ポジ型に比べて感度が低いネガ型のフォトレジスト層（光感応層）に対する露光工程が増えてきた為、露光時間を長く設定する必要が生じ、被露光基板の単位時間当たりの処理枚数の低下（生産性の低下）が懸念されている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、マスクのパターンを光感応性の基板に投影露光する露光装置であって、マスクを照明する為に複数の輝線波長を含む光を発生する光源と、前記光源からの光を入射して、前記複数の輝線波長のうちの少なくとも１つの特定の輝線波長を含んで所定の波長幅に制限された照明光束を抽出する波長選択部と、前記照明光束の広がり角を調整する開口数可変部とを有する第１照明光学系と、前記広がり角が調整された前記照明光束を入射して、前記広がり角に対応した開口数を伴って前記マスク上に一様な照度で前記照明光束を照射する為のオプティカル・インテグレータを含む第２照明光学系と、を備え、前記波長選択部には、前記特定の輝線波長の隣に現れる長波長側の輝線と短波長側の輝線を除きつつ、前記特定の輝線波長のスペクトル成分と前記特定の輝線波長の裾野に分布する低輝度のスペクトル成分とを抽出する第１の波長選択素子が装着される露光装置が提供される。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、マスクのパターンを光感応性の基板に投影露光する露光方法であって、複数の輝線波長を含む光を発生する光源からの光のうち、少なくとも１つの特定の輝線波長のピーク状のスペクトル成分と共に、前記特定の輝線波長の隣に現れる長波長側の輝線と短波長側の輝線は含まずに前記特定の輝線波長の裾野に分布する低輝度のスペクトル成分も抽出するように波長選択することと、前記波長選択されたスペクトル成分の照明光束を前記マスク上に一様な照度で照射し、前記低輝度のスペクトル成分の波長幅において色収差が生じないミラープロジェクション方式、又は前記低輝度のスペクトル成分の波長幅において色収差が補正された反射屈折方式の投影光学系を介して前記マスクのパターンを前記基板に投影露光することと、を含む露光方法が提供される。
【０００６】
本発明の第３の態様によれば、光源装置から発生する輝線波長を含む光のうちで波長選択部によって選択される特定の輝線波長を含むスペクトル分布の光を、照明光学系によって電子デバイス用のパターンを担持するマスクに照射し、前記マスクから発生する露光用の光束を入射する投影光学系によって前記パターンの像を光感応性の基板に投影露光する露光方法であって、前記波長選択部によって、前記光源装置から発生する光から波長帯域が異なる第１スペクトル分布の光と第２スペクトル分布の光とを抽出することと、前記マスクを前記照明光学系によってケーラー照明する為に、前記照明光学系内の瞳面に、前記第１スペクトル分布の光によって２次元的な範囲で分布する第１の光源像と、前記第２スペクトル分布の光によって２次元的な範囲で分布する第２の光源像とを重畳して形成することと、を含む露光方法が提供される。
【０００７】
本発明の第４の態様によれば、マスクパターンを所定の波長分布の照明光で照明し、前記マスクパターンから発生する結像光束を入射して基板上に投射する投影光学系によって、前記マスクパターンの像を前記基板上に投影露光する露光方法であって、前記照明光の波長分布のうちの特定の中心波長をλ、前記投影光学系の前記基板の側の開口数をＮＡｐ、プロセス定数をｋ（０＜ｋ≦１）として、ｋ・（λ／ＮＡｐ）で定義される解像力Ｒで決まる解像可能な最小線幅寸法に近い大きさの正方形、又は矩形のホールパターンの投影像を前記基板に投影したとき、楕円状に変形する前記ホールパターンの投影像の長軸長に対する短軸長の比が８０％以上、望ましくは９０％以上になるように、前記中心波長λを含む前記照明光の波長分布の幅を設定することと、前記設定された幅の波長分布の照明光によって、電子デバイス用のパターンが形成されたマスクを照明し、前記基板上に前記電子デバイス用のパターンを投影露光することと、を含む露光方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態による走査型の投影露光装置の概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した投影露光装置に組み込まれる投影光学系の光学部材の配置を示す図である。
【図３】図１に示した投影露光装置に装填されるマスク基板に露光用の照明光を照射する為の照明装置の概略的な全体構成を示す斜視図である。
【図４】図３に示した照明装置のうち、水銀ランプからライトガイドファイバー（ファイバーバンドル）までの第１照明光学系の構成を模式的に表した斜視図である。
【図５】超高圧水銀放電ランプのアーク放電で発生する光の波長特性（スペクトル分布）の一例を模式的に表したグラフである。
【図６】ｉ線−狭帯干渉フィルタによって、図５に示した波長特性（スペクトル分布）からｉ線を含む狭い波長幅の光を選択的に抽出する様子を模式的に表したグラフである。
【図７】ｉ線−広帯干渉フィルタによって、図５に示した波長特性（スペクトル分布）からｉ線とその裾野部を含む広い波長幅の光を選択的に抽出する様子を模式的に表したグラフである。
【図８】ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタによって、図５に示した波長特性（スペクトル分布）からｉ線とｈ線の両方を含む広い波長幅の光を選択的に抽出する様子を模式的に表したグラフである。
【図９】図３に示した照明装置に設けられるライトガイドファイバー（ファイバーバンドル）の全体構成と、入射端と射出端の各々の形状と模式的に表した斜視図である。
【図１０】図３に示した照明装置のうち、ファイバーバンドルの射出端からの照明光をマスク基板上の照明領域に照射する第２照明光学系の構成を模式的に表した斜視図である。
【図１１】図１０に示したファイバーバンドルの射出端からフライアイレンズ系までの光路における照明光の状態を模式的に表した図である。
【図１２】図１１に示したファイバーバンドルの射出端に、ファイバー素線ごとに形成される多数の点光源像の配列の一例を模式的に表した図である。
【図１３】図１１に示したフライアイレンズ系を構成する複数のレンズ素子の各々の射出端に形成される多数の点光源像の配列状態を表した図である。
【図１４】図１０に示したフライアイレンズ系からマスク基板上の照明領域までの光路における照明光の状態を模式的に表した図である。
【図１５】図４に示した倍率可変部（開口数可変部）によって、ファイバーバンドルの入射端に照射される照明光束の開口数（広がり角）を調整する作用を説明する図である。
【図１６】図９に示したファイバーバンドルの入射側の３つのファイバーバンドルに入射する光束と、射出側の６つのファイバーバンドルから射出する照明光束との状態を模式的に示した図である。
【図１７】ファイバーバンドルの射出端からフライアイレンズ系の入射面までの光路をＸ方向（走査移動方向）から見た模式的な図である。
【図１８】フライアイレンズ系の入射面上に分布する図１７中の円形の領域ＣＦａ、ＣＦｂ、ＣＦｃの様子をＸＹ面内で見た図である。
【図１９】図１９（Ａ）はフライアイレンズ系の射出面に形成されるスポット光（点光源像）の分布をＸ方向（走査移動方向）から見た図であり、図１９（Ｂ）はフライアイレンズ系の射出面に形成されるスポット光（点光源像）の分布をＹ方向（ステップ移動方向）から見た図である。
【図２０】マスク基板上の照明領域上の点ＯＰに照射される照明光束Ｉｒｎの配向特性（広がり角の特性）を模式的に示した図である。
【図２１】３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に装着される図６のｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａ、図７のｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂ、及び図８のｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃの組合せ例をまとめた表である。
【図２２】図２１の表中の組合せコードＢ２による干渉フィルタの組合せによって得られるマスク基板の照明光束の波長特性を模式的に表したグラフである。
【図２３】変形例３の説明の為に、ネガ型のフォトレジストの波長に依存した光吸収特性の一例を示すグラフである。
【図２４】変形例３の説明の為に、現像後に残膜したレジスト像のエッジ部（サイドウォール）に生じる傾斜を模式的に表した断面図である。
【図２５】図２５（Ａ）は変形例４による構成を示し、輪帯状の光透過部が形成された絞り板ＡＰａの形状を示す図であり、図２５（Ｂ）は変形例４による構成を示し、４極状の光透過部が形成された絞り板ＡＰｂの形状を示す図である。
【図２６】変形例５による構成を示し、第１照明光学系の波長選択部６Ａに輪帯状の絞り板を配置した様子を示す図である。
【図２７】第２の実施の形態による露光装置の概略的な全体構成を示す図である。
【図２８】先の図５に示した超高圧水銀放電ランプの波長特性を、波長分解能が高い分光器で計測した場合に得られる詳細な分光特性を示すグラフである。
【図２９】投影光学系の色収差特性と水銀ランプのｉ線の輝線波長との関係を示すグラフである。
【図３０】高圧水銀放電ランプと超高圧水銀放電ランプの各波長特性の違いを説明するグラフである。
【図３１】マスクに形成されるサイズの異なるホールパターンを基板に投影したときに得られる投影像の形状の歪みを説明する図である。
【図３２】ホールパターンの投影像が楕円形状に歪んだ場合の偏平率（楕円度）の求め方を説明する図である。
【図３３】図３２に示した楕円形状に歪んだホールパターンの投影像の傾きを説明する図である。
【図３４】波長によって変化する合成石英の屈折率の変化特性の一例を示すグラフである。
【図３５】像シフト光学部材として設けられる平行平板状の石英板による像シフトの様子を模式的に説明する図である。
【図３６】像シフト光学部材の石英板の傾斜角によって変化するｉ線による投影像とｈ線による投影像との相対的な位置ずれによる差分量の一例を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の態様に係る露光装置について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。なお、本発明の態様は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、多様な変更または改良を加えたものも含まれる。つまり、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれ、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
【００１０】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態による走査型の投影露光装置ＥＸの概略的な全体構成を示す斜視図であり、図２は図１の投影露光装置ＥＸに組み込まれる部分投影光学系ＰＬｎの光学部材の配置を示す図である。図１、図２において、直交座標系ＸＹＺのＺ軸が延びる方向は重力方向を表し、Ｘ軸が延びる方向は被露光基板（光感応性基板）としてのプレートＰとマスク基板Ｍとが走査露光の為に移動する走査移動方向を表し、Ｙ軸が延びる方向はプレートＰのステップ移動の方向を表す。本実施の形態の投影露光装置ＥＸは、反射屈折方式の６つの部分投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ６を有する投影光学系に対して、平坦なマスク基板Ｍと光感応層（フォトレジスト等）が塗布された平板状のプレートＰとをＸ方向に同期移動させつつ、マスク基板Ｍに形成された電子デバイス用のパターンの像をプレートＰに転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるものとして説明する。なお、図１、図２に示した投影露光装置ＥＸは、例えば、国際公開第２００９／１２８４８８号パンフレット、或いは特開２０１０−２４５２２４号公報に開示されている構成と同様なので、図１、図２に示す装置構成の説明は簡単に行うこととする。
【００１１】
〔投影光学系の構成〕
マスク基板Ｍ上に設定される６つの照明領域ＩＡ１〜ＩＡ６（図１参照）の各々は、走査方向であるＸ方向の寸法が、ステップ移動方向であるＹ方向の寸法に対して短い長方形状に設定される。照明領域ＩＡ１〜ＩＡ６の各々には、後述する照明装置から均一な照度分布（例えば、±５％以内の均一性）に調整された露光用の照明光が投射される。６つの照明領域ＩＡ１〜ＩＡ６の各々は、６つの部分投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ６の各々の物面側の位置に設定される。例えば、照明領域ＩＡ１内にマスク基板Ｍのパターン部分が現れると、そのパターン部分から発生した透過光がプリズムミラーＰＭａの上側の反射面で反射されて部分投影光学系ＰＬ１に入射する。部分投影光学系ＰＬ１は、パターン部分からの透過光（結像光束、露光用の光束）を、図２に示すように、光軸ＡＸａに沿って配置されるレンズ系Ｇａ１、Ｇａ２、Ｇａ３、凹面鏡Ｇａ４を含む第１結像系ＰＬ１ａを介してプリズムミラーＰＭａの下側の反射面で反射させることによって、中間像面ＩＭ１に照明領域ＩＡ１の中間像を等倍で結像する。
【００１２】
中間像面ＩＭ１には、図１に示すように、Ｙ方向の両端エッジ部を斜めにした台形状の開口部を有する視野絞り板ＦＡ１が配置される。視野絞り板ＦＡ１の開口部を透過した結像光束は、プリズムミラーＰＭｂの上側の反射面で反射されて、図２に示すように、光軸ＡＸｂに沿って配置されるレンズ系Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３、凹面鏡Ｇｂ４を含む第２結像系ＰＬ１ｂを介してプリズムミラーＰＭｂの下側の反射面でプレートＰの方向（−Ｚ方向）に向けて反射される。これによって、プレートＰ上に設定される台形状の投影領域ＥＡ１内には、視野絞り板ＦＡ１の開口部に形成された中間像が再結像して等倍で結像される。部分投影光学系ＰＬ１は、第１結像系ＰＬ１ａと第２結像系ＰＬ１ｂとによって、照明領域ＩＡ１内のパターン部分の像を投影領域ＥＡ１内に等倍の正立正像の関係でテレセントリックに結像する。
【００１３】
図２に示すように、第１結像系ＰＬ１ａは、瞳面Ｅｐａに凹面鏡Ｇａ４が配置される反射屈折方式のハーフ・フィールドタイプの結像系であり、第２結像系ＰＬ１ｂも、瞳面Ｅｐｂに凹面鏡Ｇｂ４が配置される反射屈折方式のハーフ・フィールドタイプの結像系である。瞳面Ｅｐａ、Ｅｐｂは光学的に互いに共役関係になっており、瞳面Ｅｐａ、Ｅｐｂの各々には、照明領域ＩＡ１を照明する照明装置内に形成される光源像（２次光源像）が形成される。また、部分投影光学系ＰＬ１の結像光路中で、マスク基板ＭとプリズムミラーＰＭａの間には、プレートＰ上の投影領域ＥＡ１に投影される像のピント状態（フォーカス状態）を微調整する為のフォーカス調整光学部材ＦＣ１が設けられる。さらに、視野絞り板ＦＡ１とプリズムミラーＰＭｂの間には、プレートＰ上に投影される投影領域ＥＡ１の位置をＸ方向とＹ方向の各々に独立に微調整する為の像シフト光学部材ＳＣ１が設けられ、プリズムミラーＰＭｂとプレートＰの間には、投影領域ＥＡ１に投影されるパターン部分の像の大きさを±数十ｐｐｍ程度の範囲内で微調整する為の倍率調整光学部材ＭＣ１が設けられている。フォーカス調整光学部材ＦＣ１、像シフト光学部材ＳＣ１、倍率調整光学部材ＭＣ１については、例えば、国際公開第２０１３／０９４２８６号パンフレットに開示されているので、構成や機能に関する詳細説明は省略する。
【００１４】
本実施の形態では、図２に示すように、部分投影光学系ＰＬ１は、第１結像系ＰＬ１ａ、第２結像系ＰＬ１ｂ、プリズムミラーＰＭａ、ＰＭｂ、視野絞り板ＦＡ１、フォーカス調整光学部材ＦＣ１、像シフト光学部材ＳＣ１、及び倍率調整光学部材ＭＣ１で構成されるが、他の部分投影光学系ＰＬ２〜ＰＬ６も同様に構成される。従って、他の部分投影光学系ＰＬ２〜ＰＬ６の各々も、プレートＰ上に設定される台形状の投影領域ＥＡ２〜ＥＡ６の各々に、マスク基板Ｍのパターン部分の像を等倍で結像する。これにより、マスク基板ＭとプレートＰとをＸ方向に同じ速度で１次元移動して走査露光すると、６つの投影領域ＥＡ１〜ＥＡ６の各々でプレートＰの光感応層に露光されたパターン部分がＹ方向に継ぎ合わされる。なお、以上で説明した部分投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ６、照明領域ＩＡ１〜ＩＡ６、投影領域ＥＡ１〜ＥＡ６の各々は、特段に区別する必要がない場合は、部分投影光学系ＰＬｎ、照明領域ＩＡｎ、投影領域ＥＡｎ（ｎ＝１〜６）とも呼ぶことにする。
【００１５】
〔照明装置の構成〕
図３は、マスク基板Ｍ上に設定される６つの照明領域ＩＡ１〜ＩＡ６の各々に露光用の照明光を投射する為の照明装置の概略的な全体構成を示す斜視図であり、直交座標系ＸＹＺは先の図１、図２と同じに設定される。本実施の形態による照明装置では、特開２０１０−２４５２２４号公報に開示されているように、光源として同一スペックの３つの水銀ランプ（ショートアーク型の超高圧水銀放電ランプ）２Ａ、２Ｂ、２Ｃ（光源装置）を備えるものとする。光源装置におけるランプ本数は、照明領域ＩＡｎの各々に投射される照明光が所望の照度値となるように、部分投影光学系ＰＬｎの数に応じて決定されるが、２本以上であれば良い。超高圧水銀放電ランプは、放電管に封入された水銀の蒸気圧を１０6Ｐａ（パスカル）以上にすることにより、紫外波長域の輝線であるｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）、ｈ線（波長４０４．６５６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５．０１５ｎｍ）を高輝度に発生する。水銀放電ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの各々の発光点（アーク放電部）は、それぞれ楕円鏡４Ａ、４Ｂ、４Ｃの第１焦点の位置に配置され、楕円鏡４Ａ、４Ｂ、４Ｃの各々の内側の反射面で反射された光束ＢＭは、楕円鏡４Ａ、４Ｂ、４Ｃの各々の第２焦点の位置に向けて集光（収斂）される。
【００１６】
楕円鏡４Ａ、４Ｂ、４Ｃの各々から−Ｚ方向に放射される光束ＢＭは、第２焦点の手前に配置されたダイクロイックミラーＤＭによって、露光用の紫外波長域のスペクトル成分（例えば、４６０ｎｍ以下の短波長域）は＋Ｘ方向に反射され、それよりも長い波長域のスペクトル成分は透過されるように分離される。ダイクロイックミラーＤＭの各々で反射された露光用の紫外波長域の光束は楕円鏡４Ａ、４Ｂ、４Ｃの各々の第２焦点の位置で光束径が最も細くなるので、その第２焦点の位置の各々にロータリーシャッター５Ａ、５Ｂ、５Ｃが配置される。ロータリーシャッター５Ａ、５Ｂ、５Ｃの各々を通過した露光用の紫外波長域の光束は、それぞれ発散しながら波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃに入射する。波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々は、複数のレンズ素子と波長選択用の干渉フィルタとを備え、入射した露光用の紫外波長域の光束のうちの所望の輝線波長部分のみを透過する。波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に設けられる干渉フィルタは、露光すべきマスク基板Ｍのパターンの微細度（解像度）や、プレートＰの光感応層に付与すべき露光量（Ｄｏｓｅ量）に応じて、いくつかの異なる波長選択特性を持ったものと交換可能（切換可能）に設置されている。その干渉フィルタの波長選択特性の違いについては、後で詳しく説明するが、マスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎに投射される露光用の照明光の波長特性（波長分布）を、より高解像でパターン露光するのに適した特性と、生産性を上げる為に照度を高めてパターン露光するのに適した特性とに切り替えることができる。その為に、干渉フィルタは、ｇ線（波長４３５．８３５ｎｍ）、ｈ線（波長４０４．６５６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５．０１５ｎｍ）のうちのいずれか１つの輝線波長成分を透過させる特性、ｇ線、ｈ線、ｉ線のうちの連続した２つの輝線波長成分（ｇ線＋ｈ線、或いはｉ線＋ｈ線）を透過させる特性、又はｇ線、ｈ線、ｉ線の全ての輝線波長成分を透過させる特性等を有するものが予め用意されている。
【００１７】
波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々から射出した光束は、後段の光分配部１０の入射側の３つのファイバーバンドル（ライトガイドファイバー、光伝送素子）１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々に入射する照明光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの開口数（主光線の最大傾斜角）、或いは径方向の寸法（直径）を調整する為の倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃに入射する。倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々は、ファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々に入射する照明光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの開口数（ＮＡ）を一定の範囲で連続的に調整できるように、光軸方向に移動可能な複数のレンズ素子を備えている。倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々によって、結果的に、図２に示した部分投影光学系ＰＬｎの各々の瞳面Ｅｐａ、Ｅｐｂに分布する光源像（２次光源像）の光軸ＡＸａ、ＡＸｂからの半径寸法を連続的に変えることができる。すなわち、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々は、部分投影光学系ＰＬｎの最大の開口数をＮＡｐとし、照明領域ＩＡｎを投射する照明光束の開口数をＮＡｉとしたとき、開口数の比であるＮＡｉ／ＮＡｐで決まる照明σ値（０＜σ≦１）を調整することができる。その為、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々は、照明σ値（照明光束の開口数ＮＰｉ）を連続的に調整可能な開口数可変部とも呼ぶ。なお、図３に示した楕円鏡４Ａから倍率可変部８Ａまでの構成、楕円鏡４Ｂから倍率可変部８Ｂまでの構成、及び楕円鏡４Ｃから倍率可変部８Ｃまでの構成の各々は、総称して第１照明光学系とも呼ぶが、その機能の詳細は後述する。
【００１８】
光分配部１０は、３つの入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々から入射した照明光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃを、６つの照明領域ＩＡｎの各々に対応して配置された第２照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ６の各々に分配するように、６つの出射側のファイバーバンドルＦＧ１〜ＦＧ６に振り分ける。第２照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ６の各々は、ファイバーバンドルＦＧ１〜ＦＧ６の射出端を光源像（多数の点光源が集合した２次光源像）として、各照明領域ＩＡｎをケーラー照明する。なお、以上で説明した第２照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ６、ファイバーバンドルＦＧ１〜ＦＧ６の各々は、特段に区別する必要がない場合は、第２照明光学系ＩＬｎ、ファイバーバンドルＦＧｎ（ｎ＝１〜６）とも呼ぶことにする。
【００１９】
〔第１照明光学系〕
図４は、図３に示した水銀ランプ２Ａから入射側のファイバーバンドル１２Ａまでの光路に配置される第１照明光学系の詳細構成を表す斜視図であり、直交座標系ＸＹＺは先の図１〜図３と同じに設定される。また、水銀ランプ２Ｂから入射側のファイバーバンドル１２Ｂまでの第１照明光学系と、水銀ランプ２Ｃから入射側のファイバーバンドル１２Ｃまでの第１照明光学系も、図４と同じ構成になっている。図４に示すように、楕円鏡４Ａの射出開口（−Ｚ方向の端部）から光軸ＡＸ１に沿って射出した直後の光束ＢＭは、楕円鏡４Ａの上側（＋Ｚ方向）の開口部と水銀ランプ２Ａの下側電極部とによって、光軸ＡＸ１を中心とした輪帯状の強度分布、すなわち中心部の照度が極めて低い中抜け状態の分布になっている。光束ＢＭは、ロータリーシャッター５Ａの回転羽根が配置される楕円鏡４Ａの第２焦点の位置ＰＳ１に向かって集光されるが、水銀ランプ２Ａの電極間に発生するアーク放電部が光軸ＡＸ１の方向に細長く分布する為、位置ＰＳ１で点状には集光せず、有限の大きさ（直径）を持つビームウェストとなる。
【００２０】
波長選択部６Ａには、第２焦点の位置ＰＳ１から発散して進む光束ＢＭを入射してほぼ平行な光束に変換するレンズ系（コリメータレンズ）６Ａ１と、互いに異なる波長選択特性を有する２枚の干渉フィルタ（波長選択部材、波長選択素子、バンドパスフィルタ）ＳＷａ、ＳＷｂを保持し、その干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂのいずれか一方を光路中に挿脱するように切替えるスライド機構ＦＸと、干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂのいずれかを透過した光束ＢＭａを焦点位置ＰＳ２（位置ＰＳ１と光学的に共役な位置）に集光（収斂）するレンズ系６Ａ２とが設けられている。スライド機構ＦＸは、干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂの各々の取外しや取付けが容易な構成を有する。干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂのいずれとも異なる波長選択特性を有する第３の干渉フィルタ（波長選択部材、波長選択素子、バンドパスフィルタ）を利用する際は、ロータリーシャッター５Ａによって水銀ランプ２Ａからの光束ＢＭを遮蔽した状態で、スライド機構ＦＸから干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂのいずれか一方を取外し、その代わりに第３の干渉フィルタを取り付ければよい。なお、スライド機構を設けない場合は、干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ等を簡単に着脱可能とするマウント機構が設けられる。
【００２１】
波長選択部６Ａから射出した光束ＢＭａは、焦点位置ＰＳ２でビームウェストとなった後、発散した状態で倍率可変部８Ａに入射する。焦点位置ＰＳ２には、水銀ランプ２Ａのアーク放電部（発光点）のボケた像による円形状の光源像が形成される。倍率可変部８Ａは、光軸ＡＸ１に沿った位置を調整可能な２つのレンズ系８Ａ１、８Ａ２を有する。レンズ系８Ａ１、８Ａ２によって、焦点位置ＰＳ２から発散して進む光束ＢＭａは、入射側のファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉ上に所定の光束径、或いは所定の開口数で投射されるように集光される。ファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉは、基本的には焦点位置ＰＳ２と光学的に共役関係となるように配置されるが、倍率可変部８Ａのレンズ系８Ａ１、８Ａ２の位置調整によって、その共役関係を意図的に外しても良い。２つのレンズ系８Ａ１、８Ａ２は変倍リレー系として機能し、照明光束ＢＭａの開口数の変化に伴って、結果的にファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉに集光される光束ＢＭａの直径が、入射端ＦＢｉの有効最大直径に対して小さくなったり大きくしたりする。
【００２２】
〔干渉フィルタによる波長選択〕
ここで、波長選択部６Ａのスライド機構ＦＸに装着可能な干渉フィルタによる波長選択の一例を、図５〜図８を参照して説明する。図５は、水銀ランプ（超高圧水銀放電ランプ）のアーク放電で発生する光束ＢＭの波長特性（スペクトル分布）の一例を模式的に表したグラフである。また、図６は、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａによって図５のスペクトル分布からｉ線を含む狭い波長幅の光を選択抽出する様子を模式的に表したグラフであり、図７は、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによって図５のスペクトル分布からｉ線とその裾野の低輝度部分も含む比較的に広い波長幅の光を選択抽出する様子を模式的に表したグラフであり、そして図８は、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃ（第３の干渉フィルタ）によって図５のスペクトル分布からｉ線とｈ線の両方を含む広い波長幅の光を選択抽出する様子を模式的に表したグラフである。図５〜図８のいずれのグラフも、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は相対的な強度（％）を表す。なお、図５（並びに図６〜図８）に示す超高圧水銀放電ランプからの光束ＢＭの波長特性（スペクトル分布）において、主な輝線であるｇ線、ｈ線、ｉ線、ｊ線の各々のピーク状のスペクトル部分は、波長分解能が余り高くない分光器で計測した場合の波長幅として図示しており、実際のピーク状のスペクトル部分の波長幅は半値全幅（ピーク強度の半分の強度となる幅）で規定した場合、数ｎｍ〜十数ｎｍ程度である。
【００２３】
本実施の形態では、図６〜図８に示すように、３種類の干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃを用意するものとする。ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａは、図６に示すように、波長が約３５４ｎｍ〜約３８０ｎｍの間で透過率が１０％以上となり、波長が約３５９ｎｍ〜約３７７ｎｍの間で透過率が９０％以上となる波長選択特性を有する。従って、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａによって選択される波長幅の半値全幅は、ｉ線の輝線波長（３６５．０１５ｎｍ）を含んで約２２ｎｍとなる。また、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂは、図７に示すように、波長が約３４４ｎｍ〜約３９８ｎｍの間で透過率が１０％以上となり、波長が約３５０ｎｍ〜約３９５ｎｍの間で透過率が９０％以上となる波長選択特性を有する。従って、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによって選択される波長幅の半値全幅は、ｉ線の輝線波長（３６５．０１５ｎｍ）を含んで約４９ｎｍとなる。ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａとｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂは、いずれもｉ線の輝線波長帯のみを露光用の照明光として選択するものであるが、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａの方が波長選択のバンド幅が狭い為、図６中の斜線部で示したｉ線（狭）の単色性は、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂで選択された図７中の斜線部で示したｉ線（広）よりも良くなり、部分投影光学系ＰＬｎの色収差特性による影響が低減されて、より高解像のパターン露光が可能となる。
【００２４】
しかしながら、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａによって得られるｉ線（狭）の光量（図６中の斜線部の面積）は、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによって得られるｉ線（広）の光量（図７中の斜線部の面積）に比べて小さい為、走査露光時のマスク基板ＭとプレートＰとの移動速度を少し低下させる必要が生じ、生産性の低下を招く。これに対して、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによって得られるｉ線（広）は、ｉ線の輝線波長（３６５．０１５ｎｍ）から長波長側の隣に位置するｈ線までの間の低輝度の裾野部分、及び短波長側の隣に位置する比較的に強いピーク波長までの間の低輝度の裾野部分のスペクトル成分を含んでいる為、高解像のパターン露光を可能としつつ、光量を数％以上に増大させることが可能となり、生産性を向上させることができる。ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによる波長選択のバンド幅（半値全幅で約４９ｎｍ）は、部分投影光学系ＰＬｎの色収差特性に基づいて求められる最小線幅のパターン投影像のコントラスト値によって決定される。部分投影光学系ＰＬｎの色収差には、倍率（横）色収差と軸上（縦）色収差とがあり、例えば、ｉ線の輝線波長のみに特化した投影光学系では、色収差量がｉ線の輝線波長で概ねゼロとなり、それよりも短波長側と長波長側では収差量が増大するような傾向（２次関数的な傾向）の色収差特性を持つように補正される。また、ｉ線とｈ線の２つの輝線波長を使うことを許容した投影光学系では、ｉ線とｈ線のほぼ中間の波長で色収差量を概ねゼロにし、ｉ線とｈ線の各輝線波長の間では色収差量の変化率を小さくするような傾向の色収差特性に補正される。
【００２５】
ｉ線とｈ線の２つの輝線波長を使う場合は、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃをスライド機構ＦＸに装着して、図８中の斜線部で示したスペクトル分布の光ｉ線＋ｈ線を用いる。ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃは、図８に示すように、波長が約３４４ｎｍ〜約４２０ｎｍの間で透過率が１０％以上となり、波長が約３５０ｎｍ〜約４１５ｎｍの間で透過率が９０％以上となる波長選択特性を有する。従って、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃによって選択される波長幅の半値全幅は、ｉ線の輝線波長（３６５．０１５ｎｍ）とｈ線の輝線波長（４０４．６５６ｎｍ）を含んで約７０ｎｍとなる。ｉ線とｈ線の２つの輝線波長を使うパターン露光では、ｉ線のみを用いたパターン露光に比べて、解像可能な最小線幅が大きくなってしまうが、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃによって得られるｉ線＋ｈ線の光量（図８中の斜線部の面積）は、図６のｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａや図７のｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂの場合と比べると圧倒的に増大しており、生産性が飛躍的に向上する。従って、プレートＰの光感応層に投影露光するマスク基板Ｍのパターンに、微細度が高いクリティカルな線幅のパターンが含まれていない場合は、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃを用いることで、生産性の高いパターン露光が可能となる。
【００２６】
〔光分配部１０〕
図９は、図３に示した照明装置中に設けられた光分配部１０としてのファイバーバンドルの全体構成と、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉの形状と、出射側のファイバーバンドルＦＧ１〜ＦＧ６の各々の射出端ＦＢｏの形状と模式的に表した斜視図であり、直交座標系ＸＹＺは図３と同じに設定される。入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉは、多数のファイバー素線を束ねて端面全体の直径が数十ｍｍ以上の円形となるように成型される。ファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の多数のファイバー素線は、光分配部１０内の素線振分け部１０ａにおいて、６つのファイバーバンドルＦＧ１〜ＦＧ６の各々がほぼ均等な素線数を含むように振り分けられる。ファイバーバンドルＦＧ１〜ＦＧ６の各々の射出端ＦＢｏの形状は、多数のファイバー素線を束ねて、マスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎの形状と相似の長方形になるように成型される。１つのファイバーバンドルＦＧｎは、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々からのファイバー素線がほぼ同数で含まれるように束ねられている。例えば、ファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々が１２万本のファイバー素線を束ねて構成される場合（トータルでは３６万本）、１つのファイバーバンドルＦＧｎは６万本のファイバー素線を束ねて構成される。ファイバーバンドルＦＧｎの６万本のファイバー素線のうち、約２万本ずつが入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々からのファイバー素線で構成される。なお、１本のファイバー素線は、外形（クラッド）の直径が０．２ｍｍ程度の石英ファイバーである。
【００２７】
ファイバー素線は、入射端に照射される光束の開口数（収斂角又は発散角）を維持した状態で射出端から光束を出射する。従って、ファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉに照射される照明光束ＢＭａがファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから照明光束ＢＳａとなって出射される際の開口数（収斂角又は発散角）は、照明光束ＢＭａの開口数と同じになり、ファイバーバンドル１２Ｂの入射端ＦＢｉに照射される照明光束ＢＭｂがファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから照明光束ＢＳｂとなって出射される際の開口数（収斂角又は発散角）は、照明光束ＢＭｂの開口数と同じになり、ファイバーバンドル１２Ｃの入射端ＦＢｉに照射される照明光束ＢＭｃがファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから照明光束ＢＳｃとなって出射される際の開口数（収斂角又は発散角）は、照明光束ＢＭｃの開口数と同じになる。その為、ファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉに照射される照明光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各開口数（収斂角）をＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃとして、ＮＡｉａ＝ＮＡｉｂ＝ＮＡｉｃとなるように、図３（図４）で示した倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々を調整した場合、各ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから出射する照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各開口数（発散角）は互いに同じになる。照明光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各開口数（収斂角）ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃが互いに異なるように倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々を調整した場合、各ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから出射する照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各開口数（発散角）は互いに異なる値になる。
【００２８】
〔第２照明光学系ＩＬｎ〕
図１０は、図３（図９）に示した６つのファイバーバンドルＦＧｎ（ＦＧ１〜ＦＧ６）の各々の射出端ＦＢｏからの照明光束（ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃ）をマスク基板Ｍ上の各照明領域ＩＡｎに照射する第２照明光学系ＩＬｎ（ＩＬ１〜ＩＬ６）の構成を模式的に表した斜視図であり、直交座標系ＸＹＺは図３や図９と同じに設定される。第２照明光学系ＩＬｎは、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏに形成される多数の点光源像をケーラー照明の光源像とするように、前側焦点の位置が射出端ＦＢｏと一致するように配置された第１のコンデンサーレンズ系ＣＦｎ（ＣＦ１〜ＣＦ６）と、コンデンサーレンズ系ＣＦｎの後側焦の位置に入射面ｐｏｉが設定されるフライアイレンズ系ＦＥｎ（ＦＥ１〜ＦＥ６）と、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される光源像（２次光源像）をケーラー照明の光源像とするように、前側焦点の位置がフライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに設定され、後側の焦点の位置に照明領域ＩＡｎ（ＩＡ１〜ＩＡ６）が設定される第２のコンデンサーレンズ系ＣＰｎ（ＣＰ１〜ＣＰ６）と、を備える。
【００２９】
コンデンサーレンズ系ＣＦｎとコンデンサーレンズ系ＣＰｎはＺ軸と平行な光軸ＡＸ２に沿って配置され、光軸ＡＸ２は、ファイバーバンドルＦＧｎの長方形の射出端ＦＢｏの幾何学的な中心点と、フライアイレンズ系ＦＥｎのＸＹ面内の幾何学的な中心点とを通るように設定される。フライアイレンズ系ＦＥｎは、ＸＹ面内で見たとき、長方形の照明領域ＩＡｎと相似形状となるように、Ｙ方向を長辺、Ｘ方向を短辺とする長方形の断面を有するレンズ素子Ｌｅの複数を、Ｘ方向とＹ方向とにレンガ積みのように接合して構成される。レンズ素子Ｌｅの入射面ｐｏｉ側と射出面ｅｐｉ側の各々には、所定の焦点距離を有する凸面（球面レンズ）が形成されている。また、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉは第２照明光学系ＩＬｎの照明瞳の位置になっており、フライアイレンズ系ＦＥｎのＸＹ面内における全体の外形範囲は、おおよそ照明瞳（円形）の直径を含むように設定されている。
【００３０】
さらに、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉは、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏと光学的に共役な関係（結像関係）に設定され、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉは、照明領域ＩＡｎ（マスク基板Ｍのパターン面）と光学的に共役な関係（結像関係）に設定されている。その為、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏに形成される多数の点光源像が、フライアイレンズ系ＦＥｎの複数のレンズ素子Ｌｅの各々の射出面ｅｐｉ側に再結像され、照明領域ＩＡｎはレンズ素子Ｌｅの断面の形状である長方形と相似の形状で照明（結像）される。
【００３１】
図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）は、図１０に示したファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏからフライアイレンズ系ＦＥｎまでの光路における照明光束の状態を模式的に表した図であり、直交座標系ＸＹＺは図１０と同じに設定される。図１１（Ａ）は、その光路をＹ軸方向（ステップ移動方向）から見た図であり、図１１（Ｂ）は、その光路をＸ軸方向（走査移動方向）から見た図である。ここで、図９に示したファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから射出する照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の源となっているファイバー素線の射出端の微細な円形状の発光点（０．２ｍｍ以下の直径）をスポット光（点光源像）ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃとする。さらに、スポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃの各々からの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの開口数は同一とする。従って、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏと第１のコンデンサーレンズ系ＣＦｎの間で光軸ＡＸ２と平行な照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各中心光線からの広がり角はＸ方向、Ｙ方向とも同じ角度θｂｏになる。
【００３２】
ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏに形成される多数のスポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃの各々からの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃは、第１のコンデンサーレンズ系ＣＦｎによって、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）のようにフライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上で全て重畳され、入射面ｐｏｉを均一な照度分布で照明する。従って、ファイバーバンドルＦＧｎと第１のコンデンサーレンズ系ＣＦｎは、フライアイレンズ系ＦＥｎに対する第１のオプティカル・インテグレータとして機能する。
【００３３】
図１２は、図１１に示したファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏに、ファイバー素線ごとに形成される多数のスポット光（点光源像）ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃの配列の一例を模式的に表した図であり、直交座標系ＸＹＺは図１１と同じに設定される。Ｙ方向に長い長方形の射出端ＦＢｏには、白丸で示したスポット光（点光源像）ＳＰａ、黒丸で示したスポット光（点光源像）ＳＰｂ、及び二重丸で示したスポット光（点光源像）ＳＰｃが、それぞれ同数ずつＸ方向とＹ方向とに一様な分布で配置される。図１２では、３つのスポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃをＸＹ方向に規則的（周期的）に分布するように示したが、実際にはランダムに密に分布する。先に例示したように、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々が１２万本のファイバー素線で構成される場合、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏには、スポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃの各々が約２万個ずつランダムに分布する。一例として、射出端ＦＢｏのＸＹ方向の寸法の比率、フライアイレンズ系ＦＥｎの１つのレンズ素子ＬｅのＸＹ方向の寸法の比率、及び照明領域ＩＡｎのＸＹ方向の寸法の比率が共に約１：３に設定されている場合、ファイバー素線の外形直径を０．２ｍｍとすると、射出端ＦＢｏのＸ方向には約１４３本、Ｙ方向には約４２０本のファイバー素線（総数は１４３×４２０≒６万本）が並べられる。この場合、射出端ＦＢｏのＸ方向の寸法は約２８．６ｍｍ（０．２ｍｍ×１４３）、Ｙ方向の寸法は約８４ｍｍ（０．２ｍｍ×４２０）となる。
【００３４】
図１３は、図１１に示したフライアイレンズ系ＦＥｎを構成する複数のレンズ素子Ｌｅの各々の射出面ｅｐｉに形成される多数の点光源像（スポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’）の配列状態を表した図であり、直交座標系ＸＹＺは図１１（又は図１２）と同一に設定される。図１３において、各レンズ素子Ｌｅの射出面ｅｐｉに形成される多数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’は、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏに形成される多数のスポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃが再結像したものであり、レンズ素子Ｌｅ毎に約６万個のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’が形成される。従って、フライアイレンズ系ＦＥｎの全体の射出面ｅｐｉには、レンズ素子Ｌｅの個数×約６万個分にも及ぶ無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’が分布する。
【００３５】
図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）は、図１０に示したフライアイレンズ系ＦＥｎからマスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎまでの光路における照明光の状態を模式的に表した図であり、直交座標系ＸＹＺは図１０（又は図１１）と同一に設定される。図１４（Ａ）は、フライアイレンズ系ＦＥｎから照明領域ＩＡｎまでの光路をＸ方向（走査移動方向）から見た図であり、図１４（Ｂ）は、フライアイレンズ系ＦＥｎから照明領域ＩＡｎまでの光路をＹ方向（ステップ移動方向）から見た図である。フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’のうち、図１４（Ａ）に示すように、光軸ＡＸ２からＹ方向に最も離れた距離ΔＨｙに位置するスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’から発散して進む照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’は、第２のコンデンサーレンズ系ＣＰｎによって平行光束にされると共に、その中心光線（主光線）が光軸ＡＸ２から角度θｈｙだけ傾いた状態で、照明領域ＩＡｎのＹ方向の全体に投射される。フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉにＹ方向に並ぶ他のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’の各々から発散して進む照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’も、第２のコンデンサーレンズ系ＣＰｎによって同様にＹ方向に関して平行光束とされて、照明領域ＩＡｎのＹ方向の全体に投射（重畳）される。
【００３６】
フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’のうち、図１４（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸ２からＸ方向に最も離れた距離ΔＨｘに位置するスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’から発散して進む照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’は、第２のコンデンサーレンズ系ＣＰｎによって平行光束にされると共に、その中心光線（主光線）が光軸ＡＸ２から角度θｈｘだけ傾いた状態で、照明領域ＩＡｎのＸ方向の全体に投射される。フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉでＸ方向に並ぶ他のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’の各々から発散して進む照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’も、第２のコンデンサーレンズ系ＣＰｎによって同様にＸ方向に関して平行光束とされて、照明領域ＩＡｎのＸ方向の全体に投射（重畳）される。従って、フライアイレンズ系ＦＥｎと第２のコンデンサーレンズ系ＣＰｎは、照明領域ＩＡｎを均一な照度分布の照明光で照射する第２のオプティカル・インテグレータとして機能する。
【００３７】
照明領域ＩＡｎに照射される照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’のＹ方向の最大の傾き角である角度θｈｙとＸ方向の最大の傾き角である角度θｈｘとは、ほぼ同じ値に設定され、照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’は軸ＡＸ２と平行で照明領域ＩＡｎと垂直な主光線の周りに等方的な広がり角θｉ（＝θｈｙ＝θｈｘ）を持つ。従って、照明領域ＩＡｎに照射される照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’の開口数ＮＡｉはｓｉｎ（θｉ）となる。なお、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）から明らかなように、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上に照射される照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの円形状の照射領域の光軸ＡＸ２からの半径を小さくすると、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’のうち、光軸ＡＸ２から最も離れた距離ΔＨｘ、ΔＨｙも短くなるので、広がり角θｉ（＝θｈｙ＝θｈｘ）も小さくなり、結果的に照明光束ＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’の開口数ＮＡｉが小さくなって、照明σ値も小さくなる。
【００３８】
〔倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの機能〕
図１５（Ａ）と図１５（Ｂ）は、図４に示した倍率可変部（開口数可変部）８Ａ（８Ｂ、８Ｃ）によって、入射側のファイバーバンドル１２Ａ（１２Ｂ、１２Ｃ）の入射端ＦＢｉに照射される照明光束ＢＭａ（ＢＭｂ、ＢＭｃ）の開口数（広がり角）を調整する様子を説明する図である。図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）において、焦点位置ＰＳ２は、図４に示したように波長選択部６Ａ（６Ｂ、６Ｃ）を通った水銀ランプ２Ａ（２Ｂ、２Ｃ）からの光束ＢＭａ（ＢＭｂ、ＢＭｃ）が最も小さな直径で収斂（集光）する面であり、焦点位置ＰＳ２には、水銀ランプ２Ａ（２Ｂ、２Ｃ）のアーク放電部のボケた像による円形状の光源像ＬＤａが形成される。レンズ系８Ａ１（８Ｂ１、８Ｃ１）とレンズ系８Ａ２（８Ｂ２、８Ｃ２）とによって、光源像ＬＤａは入射側のファイバーバンドル１２Ａ（１２Ｂ、１２Ｃ）の入射端ＦＢｉ上に光源像ＬＤｂとして再結像される。
【００３９】
レンズ系８Ａ１（８Ｂ１、８Ｃ１）を負のパワー（屈折力）とし、レンズ系８Ａ２（８Ｂ２、８Ｃ２）を正のパワー（屈折力）とし、図１５（Ａ）のようにレンズ系８Ａ１（８Ｂ１、８Ｃ１）とレンズ系８Ａ２（８Ｂ２、８Ｃ２）を離して配置した場合、光源像ＬＤｂを形成する光束ＢＭａ（ＢＭｂ、ＢＭｃ）の開口数（広がり角）ＮＡαは最大になると共に、光源像ＬＤａはファイバーバンドル１２Ａ（１２Ｂ、１２Ｃ）の入射端ＦＢｉ上で最も小さな直径となるように再結像される。また、図１５（Ｂ）のようにレンズ系８Ａ１（８Ｂ１、８Ｃ１）とレンズ系８Ａ２（８Ｂ２、８Ｃ２）を近づけて配置した場合、光源像ＬＤｂを形成する光束ＢＭａ（ＢＭｂ、ＢＭｃ）の開口数（広がり角）ＮＡβは最小になると共に、光源像ＬＤｂはファイバーバンドル１２Ａ（１２Ｂ、１２Ｃ）の入射端ＦＢｉ上で最も大きな直径となるように再結像される。２つのレンズ系８Ａ１（８Ｂ１、８Ｃ１）、レンズ系８Ａ２（８Ｂ２、８Ｃ２）の各々の光軸ＡＸ１方向の位置を適宜調整することで、光源像ＬＤｂを形成する光束ＢＭａ（ＢＭｂ、ＢＭｃ）の開口数（広がり角）を最大のＮＡαから最小のＮＡβの間で調整することができる。なお、図１５（Ａ）の場合、光源像ＬＤｂの直径がファイバーバンドル１２Ａ（１２Ｂ、１２Ｃ）の入射端ＦＢｉの有効直径よりも少しだけ小さくなるように設定しても良いし、図１５（Ｂ）の場合、光源像ＬＤｂの直径がファイバーバンドル１２Ａ（１２Ｂ、１２Ｃ）の入射端ＦＢｉの有効直径よりも少しだけ大きくなるように設定しても良い。
【００４０】
ファイバーバンドル１２Ａ（１２Ｂ、１２Ｃ）の入射端ＦＢｉ内で、光源像ＬＤｂが形成される範囲、すなわち光束ＢＭａ（ＢＭｂ、ＢＭｃ）が照射される範囲に存在する多数のファイバー素線の各々の入射端から入射した光束ＢＭａ（ＢＭｂ、ＢＭｃ）は、図９や図１１で説明したように、射出側のファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏに位置するファイバー素線の各々の射出端に形成されるスポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃから、入射側の開口数（最大開口数ＮＡα〜最小開口数ＮＡβの範囲の値）を保った状態の照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃとなって出射する。
【００４１】
図４に示した３つの倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々によって、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各入射端ＦＢｉに投射される各光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの開口数（広がり角）を同じにした場合、射出側のファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから射出される３つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の開口数（図１１に示した角度θｂｏに相当）は同じ値となる。しかしながら、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々によって入射側の各光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの開口数（広がり角）を異ならせると、射出端ＦＢｏから射出される３つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の開口数も異ならせることができる。そのことを図１６により説明する。
【００４２】
図１６は、図９に示したファイバーバンドルの入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに入射する光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの状態と、射出側のファイバーバンドルＦＧｎ（ＦＧ１〜ＦＧ６）から射出する照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの状態とを模式的に示した図である。図１６において、ファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉに投射される光束ＢＭａの開口数（広り角）をＮＡｉａ、ファイバーバンドル１２Ｂの入射端ＦＢｉに投射される光束ＢＭｂの開口数（広り角）をＮＡｉｂ、ファイバーバンドル１２Ｃの入射端ＦＢｉに投射される光束ＢＭｃの開口数（広り角）をＮＡｉｃとし、ＮＡｉａ＞ＮＡｉｂ＞ＮＡｉｃの関係に設定されているものとする。この場合、射出側のファイバーバンドルＦＧ１の射出端ＦＢｏに形成される多数のスポット光ＳＰａの各々から発散して進む照明光束ＢＳａは開口数ＮＡｉａとなり、多数のスポット光ＳＰｂの各々から発散して進む照明光束ＢＳｂは開口数ＮＡｉｂとなり、多数のスポット光ＳＰｃの各々から発散して進む照明光束ＢＳｃは開口数ＮＡｉｃとなる。他のファイバーバンドルＦＧ２〜ＦＧ６の各々の射出端ＦＢｏからも同様に、開口数が異なる照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃが同時に射出する。
【００４３】
図１７は、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏから発散して進む照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃのフライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上での照射分布の違いを説明する為に、射出端ＦＢｏからフライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉまでの光路をＸ方向（走査移動方向）から見た模式的な図であり、直交座標系ＸＹＺは図１１（Ｂ）と同じに設定してある。図１７において、ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏ（瞳面に相当）に形成される多数のスポット光ＳＰａの各々から発散して進む照明光束ＢＳａは、コンデンサーレンズ系ＣＰｎによってほぼ平行な光束に変換されて、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ内の光軸ＡＸ１を中心とする円形の領域ＣＦａに重畳して照射される。同様に、多数のスポット光ＳＰｂの各々から発散して進む照明光束ＢＳｂは、コンデンサーレンズ系ＣＰｎによってほぼ平行な光束に変換されて、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ内の光軸ＡＸ１を中心とする円形の領域ＣＦｂに重畳して照射され、多数のスポット光ＳＰｃの各々から発散して進む照明光束ＢＳｃは、コンデンサーレンズ系ＣＰｎによってほぼ平行な光束に変換されて、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ内の光軸ＡＸ１を中心とする円形の領域ＣＦｃに重畳して照射される。
【００４４】
ファイバーバンドルＦＧｎの射出端ＦＢｏがコンデンサーレンズ系ＣＰｎの前側焦点の位置（瞳面）に配置され、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉがコンデンサーレンズ系ＣＰｎの後側焦点の位置に配置されるケーラー照明方式である為、多数のスポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃの各々が射出端ＦＢｏ上のどこに位置していても、スポット光ＳＰａからの照明光束ＢＳａは円形の領域ＣＦａ内の全体に照射され、スポット光ＳＰｂからの照明光束ＢＳｂは円形の領域ＣＦｂ内の全体に照射され、スポット光ＳＰｃからの照明光束ＢＳｃは円形の領域ＣＦｃ内の全体に照射される。
【００４５】
図１８は、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上に分布する図１７中の円形の領域ＣＦａ、ＣＦｂ、ＣＦｃの様子をＸＹ面内で見た図であり、直交座標系ＸＹＺは図１７と同じに設定される。照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの開口数（広がり角）ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃが、ＮＡｉａ＞ＮＡｉｂ＞ＮＡｉｃの関係になっている為、図１８のように、光軸ＡＸ２を中心とした領域ＣＦａの半径をＲｉａ、領域ＣＦｂの半径をＲｉｂ、領域ＣＦｃの半径をＲｉｃとすると、Ｒｉａ＞Ｒｉｂ＞Ｒｉｃの関係になる。さらに、半径Ｒｉｃの領域ＣＦｃ内には、３つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの全てが重畳して分布し、領域ＣＦｂ内の半径Ｒｉｃから半径Ｒｉｂまでの間の輪帯状の領域内には、２つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂが重畳して分布し、領域ＣＦａ内の半径Ｒｉｂから半径Ｒｉａまでの間の輪帯状の領域内には、照明光束ＢＳａのみが分布することになる。なお、図１８中に破線で示した円形の領域ＣＣＡは、照明σ値が１．０（ＮＡｉ＝ＮＡｐ）となる境界範囲を表し、照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の開口数ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃの最大値は、領域ＣＣＡの半径に対応した開口数以下に設定される。さらに、図１８に示した３つの半径Ｒｉａ、Ｒｉｂ、Ｒｉｃのうちの最も大きな半径Ｒｉａ分だけ光軸ＡＸ２からＹ方向とＸ方向の各々に離れた位置が、先の図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）で説明した距離ΔＨｙ、ΔＨｘに対応している。
【００４６】
以上のように、図４、図１５に示した倍率可変部（開口数可変部）８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々の調整によって、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上に円形状に分布させる３つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の領域ＣＦａ、ＣＦｂ、ＣＦｃの半径Ｒｉａ、Ｒｉｂ、Ｒｉｃを自由に調整することができ、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’に、光軸ＡＸ２からの半径方向の距離に応じた強度分布を持たせることができる。
【００４７】
図１９（Ａ）と図１９（Ｂ）は、図１８に示した照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の領域ＣＦａ、ＣＦｂ、ＣＦｃに対応して、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉ（照明瞳面）に形成される無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’の強度分布（光源像）の一例を示す。図１９（Ａ）はフライアイレンズ系ＦＥｎをＸ方向（走査移動方向）から見た図であり、図１９（Ｂ）はフライアイレンズ系ＦＥｎをＹ方向（ステップ移動方向）から見た図である。フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰａ’は、入射面ｐｏｉ上の照明光束ＢＳａが照射される円形の領域ＣＦａ（半径Ｒｉａ）に対応した部分に発生し、射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰｂ’は、入射面ｐｏｉ上の照明光束ＢＳｂが照射される円形の領域ＣＦｂ（半径Ｒｉｂ）に対応した部分に発生し、射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰｃ’は、入射面ｐｏｉ上の照明光束ＢＳｃが照射される円形の領域ＣＦｃ（半径Ｒｉｃ）に対応した部分に発生する。
【００４８】
３つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の波長特性が同じ場合、例えば、図３、図４に示した波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に装着される干渉フィルタを、いずれも図６に示したｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａとした場合、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉ（照明系の瞳面）の半径Ｒｉｃの円形の領域ＣＦｃに対応した部分には、図６に示したｉ線（狭）のスペクトル分布を持つ３つのスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’の全てが重畳して形成される。また、射出面ｅｐｉ（照明系の瞳面）の半径Ｒｉｃから半径Ｒｉｂまでの輪帯状の領域に対応した部分には、ｉ線（狭）のスペクトル分布を持つ２つのスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’が形成され、射出面ｅｐｉ（照明系の瞳面）の半径Ｒｉｂから半径Ｒｉａまでの輪帯状の領域に対応した部分には、ｉ線（狭）のスペクトル分布を持つ１つのスポット光ＳＰａ’のみが形成される。なお、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）に示したフライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉ（照明系の瞳面）に形成される多数のスポット光（点光源像）ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’は、図１８の円形の領域ＣＣＡ内で均等に分布しないが、これは、倍率可変部（開口数可変部）８Ａ、８Ｂ、８Ｃの機能説明の為に、ファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々に入射する光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの開口数ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃを意図的にＮＡｉａ＞ＮＡｉｂ＞ＮＡｉｃの関係にしたからである。通常のパターン露光では、光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの開口数ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃはＮＡｉａ＝ＮＡｉｂ＝ＮＡｉｃの関係に設定される。
【００４９】
図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）に示すように、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉ（照明系の瞳面）に多数のスポット光（点光源像）ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’を分布させ、且つ、スポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’の各々の源となる光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃ（照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃ）の波長特性を同一とした場合、マスク基板Ｍの照明領域ＩＡｎに照射される照明光は、図２０に示すように開口数に応じて照度が異なる特性を有する。図２０は、照明領域ＩＡｎ上の点ＯＰに照射される照明光束Ｉｒｎの配向特性（広がり角の特性）を模式的に示したものであり、テレセントリックな照明条件（ケーラー照明）であるため、点ＯＰを通る照明光束Ｉｒｎの主光線Ｌｐｉは照明領域ＩＡｎの面（マスク基板Ｍのパターン面）と垂直になっている。照明光束Ｉｒｎは、開口数ＮＡｉａに対応した主光線Ｌｐｉからの広がり角θｉａが最大の開口数となるように配向される。この広がり角θｉａ内のうち、開口数ＮＡｉｃに対応した広がり角θｉｃ内では、照明光束Ｉｒｎの照度は３つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃを加算した強度となり、開口数ＮＡｉｂに対応した広がり角θｉｂから広がり角θｉｃまでの間では、照明光束Ｉｒｎの照度は２つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂを加算した強度となり、そして広がり角θｉａから広がり角θｉｂまでの間では、照明光束Ｉｒｎの照度は１つの照明光束ＢＳａのみの強度となる。すなわち、照明光束Ｉｒｎの全体の広がり角（図２０ではθｉａ）のうち、中心付近の広がり角（図２０ではθｉｃ）の強度が高く、広がり角が大きくなるにつれて強度が低くなるような分布を与えることができる。
【００５０】
付言すると、マスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎ（ＩＡ１〜ＩＡ６）の各々は、プレートＰ上の投影領域ＥＡｎ（ＥＡ１〜ＥＡ６）の各々と共役な関係（結像関係）になっている為、投影領域ＥＡｎ中の任意の１点に投射される露光用の結像光束（回折光）は、図２０と同じ様な配向特性（広がり角の特性）を持っている。
【００５１】
このように、倍率可変部（開口数可変部）８Ａ、８Ｂ、８Ｃによって、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉに投射される光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各々の開口数（広がり角）を調整することにより、マスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎに投射される照明光束Ｉｒｎの全体の開口数（図２０ではＮＡｉａ）を変えて照明σ値を変更したり、照明光束Ｉｒｎの全体の開口数に対応した広がり角度の範囲内に照度分布を持たせたりすることができる。さらに、倍率可変部（開口数可変部）８Ａ、８Ｂ、８Ｃによって、光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各々の直径を、ファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの入射端ＦＢｉの直径に対して大きくしたり、小さくしたりすることができるので、図９又は図１６に示した３つの照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の照度（スポット光ＳＰａ、ＳＰｂ、ＳＰｃの各々の輝度）を調整することもできる。
【００５２】
〔波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの機能〕
先の図３、図４に示した波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々のスライド機構ＦＸには、例えば、図６〜図８の各々に示したような波長選択特性を有する３種の干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃのいずれか１つを交換可能に装着して波長選択することができる。本実施の形態では、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に装着する干渉フィルタの組合せ方によって、マスク基板Ｍの照明領域ＩＡｎを照射する照明光の波長特性を、マスク基板Ｍ上の露光すべきパターンの特質（特性）に応じて調整することが可能である。
【００５３】
図２１は、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に装着される図６のｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａ、図７のｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂ、及び図８のｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃの組合せ例をまとめた表である。図２１の表において、左端の欄は３種の干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの組合せを呼称するコードであり、右の３行分の波長スペクトルｉ線（狭）、ｉ線（広）、ｉ線＋ｈ線の欄中に記載された○印の数は、その波長スペクトルを発生している水銀ランプの数を表す。なお、以下の図２１を用いた説明では、３つの倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々は、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉに投射される光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各開口数ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃが同じ値になるように設定されているものとする。
【００５４】
図２１において、フィルタ組合せのコードＡ０、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ｔは、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃのいずれか１つに、必ずｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａが装着される組合せであり、フィルタ組合せのコードＢ０、Ｂ１、Ｂ２は、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃのいずれにもｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａが装着されずに、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂとｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃが装着される組合せであり、フィルタ組合せのコードＣ０は３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの全てにｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃが装着される組合せである。これらの組合せにおいて、コードＡ０は、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの全てにｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａが装着される為、マスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎの照明光束Ｉｒｎの光量は、３つの水銀ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの各々からのｉ線（狭）のスペクトル分布（図６参照）の光量のみを約３倍した値として得られ、比較的に高い照度の下で高解像のパターン露光が可能となる。また、コードＡ１は、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃのうちの２つにｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａを装着し、残りの１つにｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂを装着した場合であり、マスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎの照明光束Ｉｒｎの光量は、３つの水銀ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうちの２本分からのｉ線（狭）のスペクトル分布（図６参照）の光量の約２倍分と、３つの水銀ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃのうちの１本からのｉ線（広）のスペクトル分布（図７参照）の光量とを加算したものとなり、コードＡ０の組合せと比べると、高解像のパターン露光の性能は維持しつつ、照明光束Ｉｒｎの光量が数％程度だけ増加する。
【００５５】
図２１において、組合せコードＴは、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に、別々の干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃが装着されることを意味し、組合せコードＢ０は、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの全てに、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂのみが装着されることを意味し、そして組合せコードＣ０は、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの全てに、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃのみが装着されることを意味する。図２１の表から明らかなように、どの組合せコードであっても、照明領域ＩＡｎに照射される照明光束Ｉｒｎには、３つの水銀ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃの各々からのｉ線の輝線成分がほぼ１００％含まれている。しかしながら、干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃの組合せ方によっては、例えば、ｉ線の輝線成分とｈ線の輝線成分との強度比を、水銀ランプの本来の強度比（図５参照）から異ならせたスペクトル分布にすることができる。
【００５６】
図２２は、図２１の表中の組合せコードＢ２によって得られる照明光束Ｉｒｎの波長特性を模式的に表したグラフである。組合せコードＢ２では、３つの波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃのうちの１つにｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂが装着され、残りの２つの波長選択部の各々にはｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃが装着される。この場合、図８に示したｉ線＋ｈ線のスペクトル分布を２倍にした光量と、図７に示したｉ線（広）のスペクトル分布の光量とを加算したものが、照明光束Ｉｒｎの波長スペクトル分布となる。従って、組合せコードＢ２の場合、ｉ線の輝線成分の光量は水銀ランプ１本分の光量の３倍となり、ｈ線の輝線成分の光量は水銀ランプ１本分の光量の２倍となり、照明光束Ｉｒｎの波長スペクトル分布におけるｉ線の輝線成分とｈ線の輝線成分との光量バランスを変更すること、すなわち照明光束Ｉｒｎのスペクトル特性を水銀ランプからの光のスペクトル特性の傾向（図５参照）から変更することができる。
【００５７】
以上の実施の形態について付言すると、光源装置（水銀放電ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）から発生する輝線波長（例えば、ｉ線、ｈ線、ｇ線）を含む光のうちで波長選択部（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）によって選択される特定の輝線波長を含むスペクトル分布の光を、照明光学系（図３）によって電子デバイス用のパターンを担持するマスク基板Ｍ上の照明領域ＩＡｎ（ＩＡ１〜ＩＡ６）に照射し、マスク基板Ｍ（照明領域ＩＡｎ）から発生する露光用の光束（結像光束）を入射する投影光学系（部分投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ６）によってパターンの像を光感応性の基板（プレートＰ）に投影露光する際に、図２１の組合せコードＡ１〜Ａ４、Ｔ、Ｂ０〜Ｂ２のように、波長選択部によって、光源装置から発生する光から波長帯域が異なる第１スペクトル分布の光（例えば、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａで選択されるスペクトル成分）と第２スペクトル分布の光（例えば、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃで選択されるスペクトル成分）との少なくとも２つを抽出することと、マスク基板Ｍを照明光学系によってケーラー照明する為に、照明光学系内の瞳面（フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉ）に、第１スペクトル分布の光によって２次元的な範囲で分布する第１の光源像（例えば、図１３中の多数の点光源像ＳＰａ’の集まり）と、第２スペクトル分布の光によって２次元的な範囲で分布する第２の光源像（例えば、図１３中の多数の点光源像ＳＰｂ’の集まり）とを重畳して形成することとによって、図２０で説明したように、マスク基板Ｍに照射される照明光束Ｉｒｎの最大開口数に対応した角度範囲（図２０中の入射角度θｉａ）内で、その角度に応じて波長と強度とのバランス（波長強度特性）を異ならせた露光方法が可能となる。
【００５８】
〔波長選択部と倍率可変部の連携〕
以上の説明では、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々によって設定されるファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉに投射される光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各開口数ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃを同じ値としたが、光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各開口数ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃを異なる値に設定しつつ、波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃに装着される干渉フィルタを異ならせることによって、先の図２０に示したように、照明光束Ｉｒｎの広がり角（θｉａ、θｉｂ、θｉｃ）に応じて照度差を付与すると共に、波長特性に差を付与することができる。例えば、図２０に示した開口数ＮＡｉａ、ＮＡｉｂ、ＮＡｉｃを、ＮＡｉａ＝ＮＡｉｂ＞ＮＡｉｃの関係（図１８、図１９に示した半径Ｒｉｂを半径Ｒｉａと等しくする関係）に設定し、図２１の組合せコードＡ２のように、波長選択部６Ａ、６Ｂの各々にはｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａを装着し、波長選択部６Ｃにはｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃを装着する。その場合、図１９に示したフライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉには、半径Ｒｉａ（＝Ｒｉｂ）の円形の領域ＣＦａ内の全体に渡って、ｉ線（狭）のスペクトル分布（図６）を持つ無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’が一様に並び、半径Ｒｉｃの円形の領域ＣＦｃ内には、さらにｉ線＋ｈ線のスペクトル分布（図８）を持つ無数のスポット光ＳＰｃ’が一様に並ぶ。
【００５９】
従って、本実施の形態によれば、第２照明光学系ＩＬｎの照明瞳面となるフライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される２次光源像（無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’の集合像）の分布範囲内の波長特性を、光軸ＡＸ２からの径方向の位置に応じて変化させることができる。この場合、図２０に示したマスク基板Ｍを照明する照明光束Ｉｒｎの主光線Ｌｐｉから広がり角θｉｃの範囲（開口数ＮＡｉｃ）内の光線には、ｉ線とｈ線の両方の輝線波長を含むスペクトルが含まれ、広がり角θｉｃから広がり角θｉａ（＝θｉｂ）の間の輪帯状の範囲（開口数ＮＡｉｃ〜ＮＡｉａ）内の光線には、ｉ線（広）のスペクトルのみが含まれることになる。このように、第２照明光学系ＩＬｎの照明瞳面に形成される２次光源像の波長特性を径方向に変化させると、マスク基板Ｍに形成されるパターンが、ハーフトーンパターンや位相シフトパターンの場合のパターン製造誤差等の影響による投影像の品質低下を抑制することが可能となる。
【００６０】
一般に、ハーフトーンパターンや位相シフトパターンは、特定波長の照明光の照射の下で使われることを前提としており、その特定波長における振幅透過率が所定の条件になるように膜厚が管理されたシフター層をマスク基板に形成して作られている。しかしながら、その膜厚に誤差が生じた場合、或いは照明光の開口数（照明σ値）を変える場合には、シフター層による振幅透過率が所望の条件から変動（劣化）することになり、投影露光されるパターン像のコントラストが目標通りに得られなかったり、目標とする微細度が得られなかったりする結像性能の低下が生じる。本実施の形態では、そのようなハーフトーンパターンや位相シフトパターンのマスク基板を用いる場合でも、マスク基板Ｍを照明する照明光学系（第２照明光学系ＩＬｎ）の照明瞳面に２次元的に形成される光源像の波長特性（スペクトル）を径方向に異ならせることができるので、シフター層の膜厚に誤差が生じていた場合や、照明光の開口数（照明σ値）を変えた場合でも、シフター層の振幅透過率の変動（劣化）に起因した結像性能の低下を抑制することが可能となる。
【００６１】
〔変形例１〕
以上、第１の実施の形態では、３つの水銀ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを同じスペックの超高圧水銀放電ランプとし、主にｉ線の輝線波長とｈ線の輝線波長をパターン露光に用いるとしたが、さらにｇ線の輝線波長をパターン露光に用いても良い。この場合、ｉ線、ｈ線、ｇ線の３つの輝線を含む広い波長範囲で色収差補正された投影光学系が用いられる。なお、特開２０１２−０４９３３２号公報に開示されているように、大きな凹面鏡と小さな凸面鏡とを組み合わせたミラープロジェクション方式の投影光学系を搭載した投影露光装置に対しても、本実施の形態による照明装置（第１照明光学系、第２照明光学系ＩＬｎ）を適用することができる。ミラープロジェクション方式の投影光学系は、屈折力の強いレンズ素子を用いないので、照明光の波長の差異による色収差がほとんど発生せず、水銀ランプのｉ線、ｈ線、ｇ線の３つの輝線波長を容易に用いることができる。また、３つの水銀ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを同じスペックの超高圧水銀放電ランプとしたが、アーク放電部からの光の波長特性上で、ｉ線、ｈ線、ｇ線の各々のピーク強度の比率が図５に示した比率と異なる高圧水銀放電ランプと、超高圧水銀放電ランプとを組み合わせても良いし、場合によっては、ショートアーク型の低圧水銀放電ランプと超高圧水銀放電ランプとを組み合わせても良い。水銀ランプ２から入射側のファイバーバンドル１２までの第１照明光学系の数は２以上であれば良く、例えば、部分投影光学系ＰＬｎの数が６以上になる場合は、照明光束Ｉｒｎの照度を確保する為に、４つの水銀ランプ２Ａ〜２Ｄと、４つの第１照明光学系と、４つの入射側のファイバーバンドル１２Ａ〜１２Ｄとを設ければよい。
【００６２】
〔変形例２〕
先の図３、図４に示した波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃに装着可能な干渉フィルタは、図６〜図８の各々に示した波長特性を有するｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａ、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂ、ｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃの３種類としたが、投影光学系（部分投影光学系ＰＬｎ）がｇ線の波長まで使用可能である場合は、ｇ線−狭帯干渉フィルタやｇ線−広帯干渉フィルタ、超広帯域用のｉ線＋ｈ線＋ｇ線−干渉フィルタを用意して、スライド機構ＦＸに装着することができる。また、ｈ線の輝線波長のみを含むように、ｈ線−狭帯干渉フィルタやｈ線−広帯干渉フィルタを用意しても良い。ｈ線の輝線波長のみを含む干渉フィルタを用意した場合は、例えば、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａかｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂの一方を波長選択部６Ａ、６Ｂの各々に装着し、ｈ線−狭帯干渉フィルタかｈ線−広帯干渉フィルタの一方を波長選択部６Ｃに装着する。そして、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々を調整して、ファイバーバンドル１２Ａに入射する光束ＢＭａ（ｉ線）の開口数ＮＡｉａと、ファイバーバンドル１２Ｂに入射する光束ＢＭｂ（ｉ線）の開口数ＮＡｉｂとを、照明σ値が大きな値（例えば０．７以上）になるように同じ値に設定し、ファイバーバンドル１２Ｃに入射する光束ＢＭｃ（ｈ線）の開口数ＮＡｉｃは、ＮＡｉａ＝ＮＡｉｂ＞ＮＡｉｃの関係になるように設定する。
【００６３】
この場合、第２照明光学系ＩＬｎの照明瞳面となるフライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される２次光源像（無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’の集合像）には、開口数ＮＡｉａ（＝ＮＡｉｂ）に対応した半径Ｒｉａ（＝Ｒｉｂ）の領域ＣＦａ（＝ＣＦｂ）内の全体に点在するｉ線の輝線波長のみを含む無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’と、開口数ＮＡｉｃに対応した半径Ｒｉｃの領域ＣＦｃ内のみに点在するｈ線の輝線波長のみを含む無数のスポット光ＳＰｃ’とが含まれる。従って、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される２次光源像は、半径Ｒｉａの領域ＣＦａ（最大の開口数ＮＡｉａに対応）の全体に渡ってほぼ一定の強度で分布するｉ線の輝線波長のスペクトル成分と共に、内側の半径Ｒｉｃ（＜Ｒｉａ）の領域ＣＦｃ内のみに分布するｈ線の輝線波長のスペクトル成分を含むような波長分布特性に設定される。
【００６４】
また、ｈ線−狭帯干渉フィルタやｈ線−広帯干渉フィルタを用意した場合、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々の調整によって、第２照明光学系ＩＬｎの照明瞳面に形成される２次光源像の波長分布特性を、上記と逆の設定にしても良い。すなわち、第２照明光学系ＩＬｎの照明瞳面（射出面ｅｐｉ）に形成される２次光源像の半径Ｒｉａの領域ＣＦａ（最大の開口数ＮＡｉａに対応）の全体をｈ線の輝線波長のスペクトル成分とし、内側の半径Ｒｉｃ（＜Ｒｉａ）の領域ＣＦｃ内のみをｉ線の輝線波長のスペクトル成分とすることもできる。なお、干渉フィルタは、所定の波長幅のスペクトル成分を抽出するバンドパスフィルタであるが、カットオフ波長よりも長い波長成分を透過するローパスフィルタと、カットオフ波長よりも短い波長成分を透過するハイパスフィルタとを直列に並べたものを、レンズ系６Ａ１、６Ａ２の間に装着しても良い。その場合、カットオフ波長が３５０ｎｍ〜３６０ｎｍ付近に設定されるローパスフィルタと、カットオフ波長が約３７５ｎｍの第１のハイパスフィルタとカットオフ波長が約３９５ｎｍの第２のハイパスフィルタとを用意し、第１のハイパスフィルタと第２のハイパスフィルタとを交換可能に設置する。これによって、ローパスフィルタと第１のハイパスフィルタの組合せでは、図６に示したようなｉ線（狭）のスペクトル成分が抽出され、ローパスフィルタと第２のハイパスフィルタの組合せでは、図７に示したようなｉ線（広）のスペクトル成分が抽出される。
【００６５】
〔変形例３〕
表示パネルの基板や電子部品実装用の回路基板等のデバイスの製造段階、或いは蒸着装置内に装着されて被処理基板上の蒸着部分を区画する為のファインメタルマスク（所謂、ステンシルマスク）の製造段階等では、通常の厚み（０．５〜１．５μｍ）の数倍〜１０倍程度の厚みでプレートＰに塗布されるネガ型のフォトレジスト層（光感応層）に対してパターン露光する場合がある。ネガ型のフォトレジストは、ポジ型のフォトレジストに比べて感光感度が小さいものが多いが、露光用の照明光束Ｉｒｎが照射された部分が現像液に対して不溶解性となって残膜する特性を持つ。さらにネガ型のフォトレジストは、露光用の照明光束Ｉｒｎの波長に対する感度や吸収率に大きな差を持つことがある。図２３は、横軸に照明光束Ｉｒｎの波長（ｎｍ）を取り、縦軸に規格化された吸収率（０〜１）を取ったネガ型のフォトレジストの光吸収特性の一例を示すグラフである。図２３のフォトレジストの場合、波長３２０ｎｍ付近に吸収のピークがあり、波長３２０ｎｍ〜４５０ｎｍの間で吸収率はほぼ線形に減少するような特性（吸収率の波長依存性）を有し、ｉ線の輝線波長３６５ｎｍでの吸収率は約０．５、ｈ線の輝線波長４０５ｎｍでの吸収率は約０．１５となっている。この図２３の特性は一例であって、レジストの材料物質によって大きく異なる。図２３のような特性を持つネガ型のフォトレジスト層の厚みが１０μｍ以上の場合、ｉ線の輝線波長とｈ線の輝線波長の両方を含む照明光束Ｉｒｎによってパターン露光すると、吸収率の波長依存性によって、ｉ線の輝線波長の光はレジスト層の表面部分で大きく吸収されて、レジスト層の底側（プレートＰ側）には十分な光量が付与されない。これに対して、ｈ線の輝線波長の光はレジスト層での吸収が少ない為、レジスト層の底側（プレートＰ側）にも十分な光量として付与される。
【００６６】
レジスト層の厚みが大きいこと、吸収率の波長依存性があることから、波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に図８に示したｉ線＋ｈ線−干渉フィルタＳＷｃを装着（図２１の表中の組合せコードＣ０を選択）して、マスク基板ＭのパターンをプレートＰに投影露光すると、現像後に残膜したレジスト層のパターン（レジスト像）のエッジ部（サイドウォール）を、プレートＰの表面に対して垂直ではなく傾斜した状態にすることができる。図２４は、現像後に残膜したレジスト像のエッジ部（サイドウォール）の傾斜を模式的に表した断面図である。図２４において、プレートＰ（ここでは表面にニッケル等の金属膜が形成されている）の表面には、ネガ型のレジスト層Ｌｕｖが厚さＲＴ（１０μｍ以上）で形成され、現像後にレジスト層Ｌｕｖの未露光部（非照射部）が除去されてエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂで挟まれた開口部ＨＬが形成される。ファインメタルマスクを作る場合、その開口部ＨＬで露呈したプレートＰ上に電解メッキにより金属層（ニッケルや銅等）が堆積される。レジスト層Ｌｕｖのエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂとなるサイドウォールは、ここでは開口部ＨＬ側に向けて傾斜する状態、所謂、逆テーパー状に形成される。
【００６７】
このように、レジスト像のエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂとなるサイドウォールの傾斜量を所望の値に制御する為に、照明光束Ｉｒｎに含まれるｉ線の輝線波長の光量（図６又は図７中の斜線部の面積に相当）とｈ線の輝線波長の光量とのバランスを、波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に装着される干渉フィルタの組合せによって調整すること、又は倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々によって、照明光束Ｉｒｎに含まれるｉ線の輝線波長の照明光束の開口数と、ｈ線の輝線波長の照明光束の開口数とを独立に調整すること等が可能となる。なお、現像後のレジスト像のエッジ部Ｅｗａ、Ｅｗｂとなるサイドウォールに所望の傾斜量を付与することは、ネガ型のフォトレジストに限らず、ポジ型のフォトレジストでも同様に可能である。
【００６８】
レジスト層Ｌｕｖをファインメタルマスク製造時や配線層の形成時のメッキ工程でのマスキングとする場合は、東京応化工業株式会社からメッキ用フォトレジストして販売されている、商品名ＰＭＥＲ  Ｐ−ＣＳシリーズ、ＰＭＥＲ  Ｐ−ＬＡシリーズ、ＰＭＥＲ  Ｐ−ＨＡシリーズ、ＰＭＥＲ  Ｐ−ＣＥシリーズ、或いはナフトキノン型や化学増幅型によるＰＭＥＲ  Ｐ−ＷＥシリーズ、ＰＭＥＲ  Ｐ−ＣＹシリーズのフォトレジスト、商品名ＰＭＥＲ−Ｎ−ＨＣ６００ＰＹのネガタイプのフォトレジスト等が利用できる。その他、山栄化学株式会社から販売されている商品名がＳＰＲ−５５８Ｃ−１、ＳＰＲ−５３０ＣＭＴ−Ａのメッキ用レジストも利用できる。また、パターン露光時の照明光束Ｉｒｎの波長域において適当な光吸収率を有しており、紫外線硬化型モノマー・オリゴマー（エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート）、光重合開始剤、光増感剤、添加剤等を組成とする紫外線硬化型樹脂を、レジスト層Ｌｕｖの代わりに光感応層としても良い。
【００６９】
〔変形例４〕
ｉ線−狭帯干渉フィルタやｉ線−広帯干渉フィルタのみを用いて、露光用の照明光束Ｉｒｎをｉ線の輝線波長のみを含む光とした場合、パターン露光時の高解像化が可能となるが、高解像化（照明光束の短波長化）に伴って焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Focus）も減少する。そこで、高解像な状態でＤＯＦの減少を抑える為に、照明光学系の照明瞳面に形成される光源像（２次光源像）の形状を輪帯状にしたり、照明瞳面内の光軸を中心とした点対称な位置（領域）に偏在した４極状にしたりする場合もある。その場合、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉの位置又はその近傍の位置に、輪帯状、或いは４極状の光透過部が形成された絞り板（照明開口絞り）が設けられる。
【００７０】
図２５（Ａ）と図２５（Ｂ）は、それぞれ輪帯状の光透過部が形成された絞り板ＡＰａと、４極状の光透過部が形成された絞り板ＡＰｂとのＸＹ面内の形状を模式的に示す図であり、直交座標系ＸＹＺは先の図１８に合わせてある。絞り板ＡＰａは、石英の平行平板の表面に蒸着されたクロム等の遮光層をエッチングによって輪帯状に除去して、図２５（Ａ）のように輪帯状の光透過部ＴＰａを形成したものである。絞り板ＡＰｂも同様に、石英の平行平板の表面の遮光層をエッチングによって４極状に除去して、図２５（Ｂ）のように光軸ＡＸ２を原点としたＸＹ座標の４つの象限の各々に扇形状の光透過部ＴＰｂを形成したものである。なお、絞り板ＡＰｂは、Ｘ方向とＹ方向に延びた遮光帯を光軸ＡＸ２の位置で十字状に交差させた遮光部のみとしても良い。
【００７１】
〔変形例５〕
先の図４に示した第１照明光学系に含まれる波長選択部６Ａ（６Ｂ、６Ｃ）には、楕円鏡４Ａ（４Ｂ、４Ｃ）の第２焦点の位置ＰＳ１から発散して進む光束ＢＭを入射してほぼ平行な光束に変換するレンズ系（コリメータレンズ）６Ａ１と、ほぼ平行な光束を焦点位置ＰＳ２に収斂するレンズ系６Ａ２が設けられている。レンズ系６Ａ１、６Ａ２の間の光路中には、干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ等のいずれか１つが装着されるが、併せて図２５（Ａ）のような輪帯状の絞り板を設けても良い。図２６は、第１照明光学系の波長選択部６Ａに輪帯状の絞り板ＡＰａ’を配置した様子を示す図であり、図４に示した部材と同じものには同じ符号を付してある。
【００７２】
図２６において、輪帯状の絞り板ＡＰａ’は、レンズ系６Ａ１によってほぼ平行光束とされた光束ＢＭの最大直径に対応して規定された外輪径の外側を遮蔽する周辺遮光層と、光軸ＡＸ１を中心とする内輪径の内側を遮蔽する円形の中央遮光層とを石英の平板に形成して構成される。絞り板ＡＰａ’は、干渉フィルタＳＷａ（又はＳＷｂ、ＳＷｃ等）と同様に、スライド機構ＦＸに装着されて光路に挿脱可能に設けられている。輪帯状の絞り板ＡＰａ’の輪帯状の光透過部ＴＰａを透過した照明光束ＢＭａは、レンズ系６Ａ２によって焦点位置ＰＳ２で収斂した後、再び発散して後段の倍率可変部８Ａに向かう。絞り板ＡＰａ’の外輪径は照明光束ＢＭａの最大の開口数ＮＡｄ１を規定し、絞り板ＡＰａ’の内輪径は、照明光束ＢＭａの断面内で円形状に強度分布がゼロとなる中抜け範囲の開口数ＮＡｄ２を規定する。
【００７３】
絞り板ＡＰａ’によって輪帯状の強度分布とされた照明光束ＢＭａは、後段の倍率可変部８Ａによって、ファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉに入射する際の全体の開口数が調整されるが、ファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉのファイバー素線の各々に入射する光束は、最大の開口数ＮＡｄ１と中抜け範囲の開口数ＮＡｄ２との比率を保ったものとなる。先の図１６で説明したように、個々のファイバー素線は入射光の開口数（広がり角）を保存した状態で光伝送するので、射出側のファイバーバンドルＦＧｎの各々の射出端ＦＢｏから射出する光束ＢＳａの開口数は、ファイバーバンドル１２Ａの入射端ＦＢｉから入射した光束ＢＭａの開口数と同じになる。従って、本変形例の場合、ファイバーバンドルＦＧｎの各々の射出端ＦＢｏから射出する光束ＢＳａ（射出端ＦＢｏに形成されるスポット光ＳＰａからの発散光束）は、最大の開口数ＮＡｄ１と中抜け範囲の開口数ＮＡｄ２との比率を保った輪帯状の分布を持つことになる。ファイバーバンドルＦＧｎの各々の射出端ＦＢｏに形成される多数のスポット光ＳＰａの各々から発散して進む照明光束ＢＳａは、先の図１７で説明したように、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上で重畳されるが、照明光束ＢＳａ自体が輪帯状の強度分布を持っている為、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上では、最大の開口数ＮＡｄ１と中抜け範囲の開口数ＮＡｄ２との比率（輪帯比）を維持した状態の輪帯状の分布で重畳される。同様に、他の波長選択部６Ｂ、６Ｃの光路中にも、輪帯状の絞り板ＡＰａ’が挿脱可能に設けられる。
【００７４】
以上のように、本変形例では、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉに重畳して照射される照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの少なくとも１つを、光軸ＡＸ２を中心とした所望の輪帯比を持つ輪帯状の強度分布にすることができる。従って、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの調整によって、フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに形成される無数のスポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’のうち、例えば、スポット光ＳＰａ’とＳＰｂ’は図１８又は図１９に示した半径Ｒｉｃの領域ＣＦｃの外側の輪帯状の範囲に分布させ、スポット光ＳＰｃ’は、図１８又は図１９に示した半径Ｒｉｃの領域ＣＦｃ内に分布させることができる。その際、波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に装着する干渉フィルタの組合せを適宜選定することにより、例えば、半径Ｒｉｃの領域ＣＦｃの外側の輪帯状の範囲に分布するスポット光ＳＰａ’とＳＰｂ’には、ｉ線（狭）のスペクトルを持たせ、半径Ｒｉｃの領域ＣＦｃ内に分布するスポット光ＳＰｃ’には、ｈ線（狭）のスペクトルを持たせることができる。すなわち、第２照明光学系ＩＬｎの照明瞳面（フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉ）に形成される光源像の波長特性を、光軸ＡＸ２からの距離（開口数に対応）に応じて全く異なる波長に変えることが可能となる。
【００７５】
なお、図２６に示したように、輪帯状の絞り板ＡＰａ’は、波長選択部６Ａ（６Ｂ、６Ｃ）内の光路中に設けたが、倍率可変部８Ａ（８Ｂ、８Ｃ）内の光路中に設けても良い。さらに、図２５（Ｂ）に示したような、４極状の絞り板ＡＰｂと同様の絞り板ＡＰｂ’を、図２６中の輪帯状の絞り板ＡＰａ’の代わりに装着しても良い。その場合、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上に照射される照明光束ＢＳａ（或いはＢＳｂ、ＢＳｃ）は、図２５（Ｂ）の光透過部ＴＰｂのように４ヶ所の扇状の領域に重畳される。また、本変形例では、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉ上に照射される照明光束ＢＳａ（或いはＢＳｂ、ＢＳｃ）が、光軸ＡＸ２を含む通常の円形状、光軸ＡＸ２を含まない輪帯状、或いは４極状の領域に重畳される為、先の図２５（Ａ）、図２５（Ｂ）に示したような絞り板ＡＰａ、ＡＰｂのみによって２次光源像（スポット光ＳＰａ’、ＳＰｂ’、ＳＰｃ’）の一部を遮蔽する場合と比べると、照明光量の損失を小さく抑えられる利点もある。
【００７６】
〔第２の実施の形態〕
図２７は、第２の実施の形態による露光装置の概略的な全体構成を示す図であり、直交座標系ＸＹＺのＺ軸は重力方向に設定される。図２７のような露光装置の詳細な構成は、例えば、国際公開第２０１３／０９４２８６号パンフレット、国際公開第２０１４／０７３５３５号パンフレットに開示されているので、以下の装置構成の説明は簡単に行う。図２７の露光装置は、フレキシブルな長尺のシート基板ＦＳに対してマスクのパターンを走査露光する為に、Ｙ軸と平行に設定される中心線ＣＣ１から一定の半径で円筒面状に湾曲し、Ｙ方向に所定の長さ（シート基板ＦＳのＹ方向の幅に対応した長さ）を有する外周面に反射型のパターンが形成され、中心線ＣＣ１の回りに回転する円筒マスクＤＭＭが装着される。さらに、図２７の露光装置には、Ｙ軸と平行な中心線ＣＣ２から一定の半径で円筒面状に湾曲した外周面を有し、その外周面でシート基板ＦＳを長尺方向に密着支持して、中心線ＣＣ２の回りに回転する回転ドラムＤＲが設けられる。Ｚ方向に離間した円筒マスクＤＭＭと回転ドラムＤＲの間には、先の図２に示した構成とほぼ同等の構成を有する奇数番の等倍結像の部分投影光学系ＰＬ１（及び、不図示ではあるが部分投影光学系ＰＬ３、ＰＬ５…）と、偶数番の等倍結像の部分投影光学系ＰＬ２（及び、不図示ではあるが部分投影光学系ＰＬ４、ＰＬ６…）とが設けられる。
【００７７】
そして、円筒マスクＤＭＭの外周面と奇数番の部分投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３、ＰＬ５…の各々との間には、落射照明用の偏光ビームスプリッタＰＢＳａが設けられる。各偏光ビームスプリッタＰＢＳａの円筒マスクＤＭＭ側の面には、１／４波長板（又は膜体）が取り付けられている。円筒マスクＤＭＭの外周面上にＹ方向に細長い長方形状に設定される照明領域ＩＡｎの各々には、先の図１０に示した第２照明光学系ＩＬｎとほぼ同じ構成を有する奇数番の第２照明光学系ＩＬ１、ＩＬ３、ＩＬ５…と偶数番の第２照明光学系ＩＬ２、ＩＬ４、ＩＬ６…の各々からの露光用の照明光束が、偏光ビームスプリッタＰＢＳａ、ＰＢＳｂを介して投射される。偏光ビームスプリッタＰＢＳａ、ＰＢＳｂ（及び１／４波長板）は、円筒マスクＤＭＭの照明領域ＩＡｎに向かう照明光束と、照明領域ＩＡｎ内に現れるマスクパターンからの反射光束とを偏光状態によって分離するが、その為には、偏光ビームスプリッタＰＢＳａ、ＰＢＳｂに投射される照明光束を直線偏光にしておく必要がある。従って、第２照明光学系ＩＬｎの照明光路中の適当な位置、例えば、図１０に示した射出側のファイバーバンドルＦＧｎから第２のコンデンサーレンズ系ＣＰｎまでの間の位置、或いは、図４に示した第１照明光学系の波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃ内や、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの前後の位置に、偏光板が設けられる。
【００７８】
円筒マスクＤＭＭの中心線ＣＣ１と回転ドラムＤＲの中心線ＣＣ２とを含んでＹＺ面と平行な面を中心面ＣＣｐとすると、ＸＺ面内（図２７の紙面内）で見たとき、奇数番の部分投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３、ＰＬ５…と奇数番の第２照明光学系ＩＬ１、ＩＬ３、ＩＬ５…のセットと、偶数番の部分投影光学系ＰＬ２、ＰＬ４、ＰＬ６…と偶数番の第２照明光学系ＩＬ２、ＩＬ４、ＩＬ６…のセットは、中心面ＣＣｐに対して対称に配置される。また、円筒マスクＤＭＭ上の照明領域ＩＡｎの各々から発生するパターンの反射光束を入射する部分投影光学系ＰＬｎの各々の円筒マスクＤＭＭ側の主光線は、その延長線が中心線ＣＣ１に向かうように設定され、部分投影光学系ＰＬｎの各々の回転ドラムＤＲ側でシート基板ＦＳに設定される投影領域ＥＡｎの各々に投射される結像光束の主光線は、その延長線が中心線ＣＣ２に向かうように設定される。
【００７９】
本実施の形態では、部分投影光学系ＰＬｎの投影倍率が等倍（１：１）であることから、円筒マスクＤＭＭの外周面（パターン形成面）の中心線ＣＣ１からの半径と、回転ドラムＤＲの外周面の中心線ＣＣ２からの半径（厳密には、シート基板ＦＳの厚みを加えた半径）とを等しくし、円筒マスクＤＭＭと回転ドラムＤＲとを同一の回転速度で回転させて、円筒マスクＤＭＭ上に高反射部と低反射部によって形成されたデバイス用のパターンからの反射光束をシート基板ＦＳ上に走査露光する。その際、円筒マスクＤＭＭのパターン形成面には、第２照明光学系ＩＬｎからの照明光束に対して、高反射部は可能な限り高い反射率を有し、低反射部は可能な限り低い反射率（理想的には反射率ゼロ）を有するような単層又は複数層による膜体が形成される。反射型のマスクパターンの作製方法の一例としては、露光用の照明光束の波長スペクトルにおいて高反射率（例えば、８０％以上、望ましくは９０％以下）となる第１の膜体（金属薄膜等）を、円筒マスクＤＭＭのパターン形成面の全面に蒸着した後、露光用の照明光束の波長スペクトルにおいて低反射率（例えば１０％以上、望ましくは５％以下）となる第２の膜体（金属薄膜や誘電体多層膜等）を第１の膜体の表面に積層し、フォトリソグラフィ法等によるパターニングによって、第２の膜体のうち低反射部となる部分は残し、高反射部とする部分はエッチングで除去して下地の第１の膜体を露出させる方法がある。なお、この方法とは逆に、低反射率となる第２の膜体を最初に円筒マスクＤＭＭのパターン形成面の全面に蒸着した後、その第２の膜体の表面に高反射率となる第１の膜体を積層し、第１の膜体のうち高反射部となる部分は残し、低反射部とする部分はエッチングで除去して下地の第２の膜体を露出させる方法でも良い。
【００８０】
また、透過型のマスク基板で採用されているハーフトーン方式や位相シフト方式と同様に、反射型のパターンの場合も、パターン形成面に積層される反射膜の表面に、照明光束の波長に対応した微細な段差を形成し、段差の上面と下面とで発生する反射光同士の振幅強度が弱め合うような位相差とする反射型のシフターパターンとしても良い。この場合、円筒マスクＤＭＭのパターン形成面の全面には高反射率の膜体が一様に形成され、その膜体の表面上で反射光を低減させるパターン部分には、反射光に１８０度の位相差を与える（振幅反射率をゼロにする）ような微細な段差で構成される回折格子状又はチェッカーフラグ状の凹凸パターンが形成される。反射光に１８０度以外の位相差を与えるような段差構造とした場合は、振幅反射率がゼロ以外の有限値となる為、中間の反射率を得ることもできる。
【００８１】
以上のような反射型のマスクを用いた露光装置では、マスク（円筒マスクＤＭＭ）の交換に伴って、反射型パターンの反射率にバラツキが生じることがある。特に反射型のシフターパターンでは、膜体の表面に形成される微細な段差の製造誤差によって、反射光の強度を実質的にゼロとしたいパターン部分の反射率が十分に小さくならないといった現象を引き起こす。また、高反射部と低反射部とで単純に構成される反射型パターンの場合でも、図２７のように円筒マスクＤＭＭの外周面に形成されると、パターン面が円筒マスクＤＭＭの周方向に湾曲している為、照明領域ＩＡｎ内の周方向の位置によって照明光束の主光線の入射角度が微少に変化することになり、照明領域ＩＡｎ内での反射率に差が生じる可能性もある。
【００８２】
そこで、本実施の形態でも、先の第１の実施の形態やその変形例で説明したように、波長選択部６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々に装着される干渉フィルタの組合せを変更したり、倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃの各々の調整によって、フライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉに投射される照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の直径（開口数）を変更したり、或いはフライアイレンズ系ＦＥｎの入射面ｐｏｉに投射される照明光束ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃの各々の領域（形状）を変化させたりすることによって、反射型パターンの製造誤差による反射率のムラや湾曲したパターン面の為に生じうる反射率のムラを軽減することが可能となる。特に、図２０又は図２６で説明したように、照明領域ＩＡｎに投射される照明光束Ｉｒｎの最大の広がり角（最大開口数）の範囲内で、波長毎の強度分布や開口数が調整可能となっている為、反射型のマスクパターンに反射率の変動やムラが生じた場合でも、その補正が容易に行えると言った利点がある。
【００８３】
〔ｉ線−広帯干渉フィルタ〕
先の図６に示したように、通常のｉ線用の干渉フィルタＳＷａは、ｉ線の輝線波長を中心として、なるべく狭いバンド幅（例えば±１０ｎｍ幅以下）でｉ線スペクトルを抽出（透過）するように設定されている。これに対して、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂは、ｉ線の輝線波長のみを含んで、なるべく広いバンド幅でｉ線スペクトルを抽出（透過）するように設定されている。ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂのバンド幅は、先の各実施の形態で説明した反射屈折方式の部分投影光学系ＰＬｎ（以下、単に投影光学系とも呼ぶ）の色収差特性に依存して設定される。図２８は、先の図５に示した超高圧水銀放電ランプのアーク放電部から発生する光の波長特性を、図５の波長特性を計測した分光器よりも波長分解能が高い分光器で計測して得られる詳細な分光特性を示す。超高圧水銀放電ランプの水銀による主な輝線は、波長４３５．８３５ｎｍのｇ線、波長４０４．６５６ｎｍのｈ線、波長３６５．０１５ｎｍのｉ線、波長３１２．５６６ｎｍのｊ線であるが、ランプ内の他の物質により、ｉ線の輝線波長とｊ線の輝線波長の間にも輝線Ｓｘｗ（波長は約３３０ｎｍ）が発生する。
【００８４】
一方、反射屈折方式の投影光学系ＰＬｎとして、主にｉ線の輝線波長に対して色収差補正された投影光学系の場合、その色収差特性は、例えば、図２９に示すような傾向となる。図２９は、横軸に波長を取り、縦軸に色収差量（倍率色収差、又は軸上色収差）を取った色収差特性のグラフである。ｉ線の輝線波長において色収差補正されている場合、投影光学系を構成するレンズ素子は分散や屈折率が異なる２種以上の硝材で作られ、ｉ線の輝線波長において色収差量が実質的にゼロとなるように光学設計されている。しかしながら、色収差特性は、ｉ線の輝線波長に対して長い波長域側と短い波長域側では、大きな色収差量を発生する。そこで、この色収差特性上で、色収差量として許容される許容量ΔＣＡｉ以内になると共に、ｉ線以外の他の目立った輝線波長が含まれないような波長幅ΔＷｉを設定する。図２８に示したように、ｉ線の輝線波長の短波長側の隣には輝線Ｓｘｗが存在し、長波長側の隣にはｈ線が存在するが、波長３４０ｎｍ〜４００ｎｍの間には、目立った輝線が無い。このことから、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂは、波長が約３５０ｎｍ〜約３９０ｎｍの間で透過率が９０％以上となるような特性に作られている。すなわち、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂは、ｉ線の輝線波長の短波長側と長波長側の各々に現れる強い輝線のピーク状のスペクトル成分は含まずに、ｉ線の輝線波長のスペクトルピークとその裾野に分布する低輝度のスペクトル成分とを抽出（透過）するような波長選択特性（透過特性）に作られている。なお、他の輝線波長（ｈ線やｇ線）に対して色収差補正されている投影光学系を用いる場合も、多かれ少なかれ、図２９に示したような色収差特性を有しているので、同様のやり方で、ｈ線−広帯干渉フィルタやｇ線−広帯干渉フィルタを作製することができる。
【００８５】
〔その他の変形例〕
図４、図１５に示したように、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉに投射される照明光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各々の最大の広がり角（最大の開口数）を制御するために、光軸ＡＸ１の方向の位置が調整可能な２組のレンズ系８Ａ１、８Ａ２を有する倍率可変部８Ａ、８Ｂ、８Ｃを設けたが、レンズ系８Ａ１、８Ａ２の少なくとも一方を他のレンズ系と交換して倍率（開口数）を固定的に切り換える方式にしてもよい。また、上述の前群のレンズ系８Ａ１と後群のレンズ系８Ａ２との間に、米国特許第５，７１９，７０４号明細書に開示されているように、２つの円錐状のプリズム状光学部材（アキシコン光学系）を設けてもよい。この際に、通常照明を行う場合には、その２つの円錐状のプリズム状光学部材を光軸ＡＸ１方向に密着させ、輪帯照明を行う場合には、その２つの円錐状のプリズム状光学部材の光軸ＡＸ１方向の間隔を調整して、レンズ系８Ａ１とレンズ系８Ａ２の間を通過する照明光束ＢＭａの断面形状を大きさが可変の輪帯状としてもよい。この場合、先の図２６を用いて説明した変形例５のように、照明光束の光路中に輪帯状の絞り板ＡＰａ’を配置することが不要となるので、輪帯照明を行う場合の照明光の利用効率をさらに改善できる。
【００８６】
また、上述の各実施の形態や変形例では、オプティカル・インテグレータとしてフライアイレンズ系ＦＥｎを用いたが、その代わりにマイクロレンズアレイ、又はロッドインテグレータ等を用いることもできる。さらに、上述の各実施の形態では、光源装置として水銀ランプ（超高圧水銀放電ランプ）２Ａ、２Ｂ、２Ｃを用いたが、その他の任意の放電タイプのランプを使用できる。また、光源装置として、発光ダイオード（ＬＥＤ）、固体レーザ、気体レーザ、又は半導体レーザ等のレーザ光源、或いは種光のレーザ光を増幅して波長変換素子によって種光の高調波（紫外波長域）を発生するレーザ光源を使用することも可能である。
【００８７】
さらに付言すると、種光の高調波を発生するレーザ光源としては、例えば特開２００１−０８５７７１号公報に開示されているようなファイバーアンプレーザ光源とし、中心波長３５５ｎｍのパルスレーザ光を照明光束として利用することができる。その場合、ファイバーアンプレーザ光源等に組み込まれている高調波発生用の波長変換素子が、干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃと同様の波長選択部（波長選択素子）として機能する。また、光源装置として、水銀放電ランプ（超高圧水銀放電ランプ）とレーザ光源とを併用しても良い。例えば、水銀放電ランプからの光のうち、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａ、又はｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂで抽出されるｉ線（中心波長３６５ｎｍ）を含むスペクトル成分の光と、ファイバーアンプレーザ光源から射出される中心波長３５５ｎｍのパルスレーザ光とを併用しても良い。
【００８８】
このようなレーザ光源を使用する場合は、照明光束の広がり角（開口数）を大きく設定する為に、一例として、レーザ光源から平行光束として射出するレーザビームの光路上に、径方向に関して次第にピッチが小さくなる微細な同心円状（ゾーンプレート状）の位相型の凹凸が形成された石英等の硝材によるゾーンプレート回折格子を配置すると良い。ゾーンプレート回折格子の最小のピッチは、ファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々の入射端ＦＢｉに投射される照明光束ＢＭａ、ＢＭｂ、ＢＭｃの各々の必要とされる広がり角（開口数）に応じて設定される。
【００８９】
上述の各実施の形態において、露光装置は、複数の部分投影光学系ＰＬｎを有するマルチレンズ方式の走査型露光装置を例として説明したが、マスク基板ＭとプレートＰとを静止した状態でマスク基板Ｍのパターンを露光し、プレートＰを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置であっても良い。照明装置の光源は、３つの水銀ランプや３つのレーザ光源に限られず、１つ、２つ、又は４つ以上の光源を備えていてもよい。また、上述の実施形態においては、６つの射出端ＦＢｏを有する６本のファイバーバンドルＦＧｎを用いたが、第２照明光学系ＩＬｎが１つで投影光学系ＰＬｎも１つで構成される露光装置の場合は、ファイバーバンドルＦＧｎも１つで良い。
【００９０】
さらに、１つの光源（水銀ランプ２Ａ等）と１つの第１照明光学系（波長選択部６Ａと倍率可変部８Ａを含む）によって作られた照明光束ＢＭａを、１つの第２照明光学系ＩＬ１を介してマスク基板Ｍに投射し、マスク基板Ｍのパターンを１つの部分投影光学系ＰＬ１を介してプレートＰ上に投影露光する場合は、ファイバーバンドル１２Ａ〜１２Ｃ、ＦＧｎを設けることなく、倍率可変部８Ａからの照明光束ＢＭａを、直接に第２照明光学系ＩＬ１の第１のコンデンサーレンズ系ＣＦ１を介してフライアイレンズ系ＦＥ１に入射させてもよい。
【００９１】
以上に説明した第１の実施形態やその変形例、或いは第２の実施形態によれば、少なくとも２つの第１光源と第２光源（水銀ランプ２Ａ〜２Ｃのうちの２つ）の各々から発せられる光束ＢＭから所定の波長幅のスペクトル分布を抽出するように、第１光源と第２光源の各々に対応して設けられた第１波長選択部と第２波長選択部（６Ａ〜６Ｃのうちの２つ）と、第１波長選択部と第２波長選択部の各々に設けられて、抽出する波長域又は波長幅等のスペクトル分布を変更するための波長選択素子（干渉フィルタＳＷａ、ＳＷｂ、ＳＷｃ等）を交換可能に光路中に配置する機構（スライド機構ＦＸ、又はマウント機構）と、第１波長選択部で抽出された第１の照明光束と第２波長選択部で抽出された第２の照明光束の各々を、開口数可変部（８Ａ〜８Ｃのうちの２つ）によって個別に設定された開口数の状態で光合成して、オプティカル・インテグレータを含む照明光学系の照明瞳面に２次光源像を形成する為の光合成部材（ファイバーバンドルＦＧｎ）とが設けられる。その為、マスク基板上のパターンの種別（バイナリーマスク、位相シフトマスク、ハーフトーンマスク等）の違い、露光すべきパターンの微細度、現像後のレジスト層のエッジ部に付与するテーパー傾斜量、或いは反射型のマスクパターンの場合の反射率の変動やムラ等の各種の条件（露光レシピ）に応じて、２次光源像の分布内で異なる波長分布特性（スペクトル毎の強度が照明瞳面内の位置によって異なる特性）を与えたり、マスク基板への照明光束の最大開口数に対応した広がり角で波長分布を異ならせたりすることができる。さらに、照明瞳面での波長分布を変える（切り替える）ことによって、マスク基板のパターンを投影露光する投影光学系（部分投影光学系ＰＬｎ）を通る結像光束のエネルギーによって発生する投影光学系自体の照射変動（投影倍率変動、フォーカス変動、収差変動等）を制御する（抑制する）ことも可能となる。
【００９２】
以下に水銀放電ランプからの光の波長特性（分光特性）に関して図３０を参照して付言する。各実施の形態や変形例では、主にショートアーク型の超高圧水銀放電ランプ（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）を用いるが、電子デバイス用のパターン露光装置の光源としては、放電管（発光管）内の水銀蒸気圧が約１０5Ｐａ〜１０6Ｐａ程度になる高圧水銀放電ランプも使われている。一般に、超高圧水銀放電ランプは、放電管内の水銀蒸気圧を約１０6Ｐａ〜数１０7Ｐａ程度に高めることによって、フォトリソグラフィに適した輝線波長のｉ線、ｈ線、ｇ線の各スペクトル幅を高圧水銀放電ランプに比べて少し広げたり、ｉ線、ｈ線、ｇ線の各ピーク強度の相対的なバランスを高圧水銀放電ランプに対して異ならせたりしている。水銀放電ランプの放電管内には、例えば、特開２００９−１９３７６８号公報に開示されているように、点灯時の水銀蒸気圧が１５０気圧〜３００気圧となるような水銀（０．１５ｍｇ／ｍｍ3以上）の他に、約１３ｋＰａのアルゴンガス（希ガス）と、水銀や他の金属との化合物の形態でヨウ素、臭素、塩素等のハロゲンとが封入されている。さらに、超高圧水銀放電ランプからの光には、高圧水銀放電ランプに比べて、各輝線波長ｉ線、ｇ線、ｈ線の間の波長帯にも、輝線波長の光強度のピーク値に対して相対的に数％、或いは１０〜２０％程度の低輝度のスペクトル分布（裾野部）が存在する。
【００９３】
図３０は、高圧水銀放電ランプと超高圧水銀放電ランプの各波長特性の違いを説明するグラフであり、図３０（Ａ）は高圧水銀放電ランプからの光の波長特性の一例を示し、図３０（Ｂ）は超高圧水銀放電ランプからの光の波長特性の一例を示す。図３０（Ａ）、図３０（Ｂ）の各々において、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は輝線波長のｉ線の強度のピーク値を１００％としたときのスペクトルの相対強度（％）を表す。図３０（Ａ）、（Ｂ）の各波長特性は、ランプメーカーの違いやランプの定格電力の違いによって多少の変化はあるものの、ｉ線の波長（３６５ｎｍ）を含む波長３５０〜４００ｎｍのスペクトル分布に着目したとき、高圧水銀放電ランプでは、図３０（Ａ）のように相対強度が数％以上、望ましくは１０％以上に達する裾野部がほとんど現れない。それに対して、超高圧水銀放電ランプでは、図３０（Ｂ）のように相対強度が数％以上であって、ほぼ１０％程度となる裾野部（低輝度のスペクトル成分）が現れる。
【００９４】
図３０（Ｂ）におけるｉ線の裾野部の相対強度の程度は、放電管内に封入される水銀の量、他の希ガスやハロゲンの種類や含有量、水銀蒸気圧によって変わり得るが、数％〜２０％程度になる。また、輝線波長のｉ線、ｈ線、ｇ線の各スペクトル幅は、図３０（Ｂ）の超高圧水銀放電ランプの方が図３０（Ａ）の高圧水銀放電ランプに比べて少し広がる（太くなる）傾向になっている。尚、先の図５に示した波長特性では、ｉ線の波長（３６５ｎｍ）の裾野となる波長３５０〜４００ｎｍの範囲でのスペクトル成分は、ｉ線のピーク強度に対して相対的に２０％程度の強度となっている。
【００９５】
このことから、水銀の輝線波長のうちのｉ線のみを含むように先の図７に示したｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂを使って波長選択された照明光束（ＢＳａ、ＢＳｂ、ＢＳｃ）は、先の図６に示したｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａを使って波長選択された照明光束と比べると光エネルギー量が高くなる。ｉ線の裾野部（３５０ｎｍ〜３６５ｎｍと３６５ｎｍ〜４００ｎｍの範囲）の相対強度がｉ線のピーク強度に対して、図３０（Ｂ）のように約１０％程度であっても、プレートＰのレジスト層に与えられる単位時間当たりの光エネルギー量（Ｄｏｓｅ量）は、概ね裾野部の強度と波長幅の積で決まる量だけ増大されるので、おおよそ２０％程度（１．１×１．１≒１．２倍）の露光量アップとなる。その為、先の図１に示した露光装置ＥＸによって、マスク基板ＭのパターンをプレートＰのレジスト層に走査露光する際、マスク基板ＭとプレートＰの走査速度を２０％程度早くすることが可能となり、その結果、ｉ線による高解像なパターン露光の工程の生産性を２０％程度上げることが可能となる。
【００９６】
そこで、図３０（Ａ）に示した高圧水銀放電ランプから放射されるｉ線のスペクトル分布の相対強度１０％での波長幅、或いは、図６に示したｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａに設定される波長選択幅（バンド幅）をＢＷｉ（ｎｍ）とし、超高圧水銀放電ランプから放射されるｉ線のスペクトル分布のうち、ピーク強度となる波長が中心となるように設定される波長幅（バンド幅）ＢＷｉの外側（短波長側と長波長側）であって、隣の輝線波長のスペクトルに至るまでを裾野部とした場合、その裾野部での平均的な相対強度が数％〜１０％程度（望ましくは２０％以上）となるように、水銀量と水銀蒸気圧、希ガスの気圧や成分量、ハロゲンの成分量等が調整された超高圧水銀放電ランプを用いるのが良い。なお、ｉ線のスペクトル分布に限られず、超高圧水銀放電ランプからのｈ線やｇ線のスペクトル分布を利用する場合でも、同様に高圧水銀放電ランプからのｈ線やｇ線に比べて、相対強度が数％となる裾野部に広がりが生じる為、その裾野部を含むような波長選択特性を持ったｈ線−広帯干渉フィルタやｇ線−広帯干渉フィルタを用意すればよい。
【００９７】
次に、マスクの変形例について付言する。以上の各実施の形態やその変形例では、マスクパターンが固定的に形成（担持）された透過型、又は反射型のマスク基板（又は円筒マスク）を用いる露光装置を前提としたが、ミクロンオーダーの多数の微小ミラーを２次元的に配列したＤＭＤ（デジタル・ミラー・デバイス）等を用いて、各ミラーの各々の角度を露光すべきパターンのデータ（ＣＡＤデータ）に応じて高速に切り換えることで、プレートＰ上にパターン像を投影する可変マスク方式の露光装置（固定的なマスクパターンを使わないことから、マスクレス露光装置とも呼ばれる）に対しても、各実施の形態で説明した照明系（図３〜図２０等）を同様に適用することができる。可変マスク方式の露光装置では、１つのＤＭＤによってプレートＰ上に形成可能な投影領域は、図１に示した投影領域ＥＡ１と同様に、長方形の小さな領域に限られる為、複数のＤＭＤと、各ＤＭＤからの反射光をプレートＰに投影する複数の投影レンズ系とが設けられる。この場合、複数のＤＭＤの各々の反射面（多数の微小ミラーが配列される面）は、ＣＡＤデータに応じて光の反射方向が個々に制御される多数の微小ミラーの分布といった形態で電子デバイス用のパターンを担持していることになる。そして、複数のＤＭＤの各々の反射面は、図１〜図３中に示した照明領域ＩＡ１〜ＩＡ６に相当する位置に配置され、強度分布が、例えば±２％以内に均一化された照明光束（図１４に示したＢＳａ’、ＢＳｂ’、ＢＳｃ’に相当）によって照射される。
【００９８】
従って、ＤＭＤの多数の微小ミラーのうちで、照明光束が投影レンズ系に入射するように角度設定された微小ミラーで反射されて、投影レンズ系を介してプレートＰに投射される投影光束（照明光束）には、図２０で示したような配向特性（広がり角の特性）と同様の特性を持たせることができる。更には、図２１で示した干渉フィルタの組合せによって、ＤＭＤの微小ミラーの各々からプレートＰに照射される投影光束の最大開口数に対応した広がり角内で、波長分布を異ならせることもできる。なお、ＤＭＤの代わりに、２次元に配列された多数の微小ミラーの各反射面（通常は全て同一平面上に設定）のうち、選択された微小ミラーを反射面と垂直方向にシフトさせることで、反射光束に位相差を与える空間光変調素子（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator）を用いても良い。
【００９９】
次に、投影露光装置の他の形態について付言する。以上の実施の形態や変形例では、複数の部分投影光学系ＰＬｎ（ＰＬ１〜ＰＬ６）と、それに対応した複数の第２照明光学系ＩＬｎ（ＩＬ１〜ＩＬ６）とを有する、所謂マルチレンズ方式の露光装置を前提としたが、単一の投影光学系と単一の第２照明光学系とを備えた露光装置であったとしても、先の実施の形態における構成を若干変えるだけで容易に同様の機能を持たせることができる。具体的には、先の図９に示した光分配部１０内の素線振分け部１０ａにおいて、入射側のファイバーバンドル１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各々に含まれる多数のファイバー素線を、６つのファイバーバンドルＦＧ１〜ＦＧ６の各々に振り分けずに、単一のファイバーバンドルとなるように束ね、その単一のファイバーバンドルの射出端ＦＢｏをマスク基板Ｍ上に設定される単一の照明領域の形状と相似の矩形になるように成型すればよい。
【０１００】
次に、光源装置の変形例について付言する。先の図３の構成では、光源装置として複数（２つ以上）の水銀放電ランプ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを用いたが、単一の超高圧水銀放電ランプを用いる場合でも、先の実施の形態における構成を若干変えるだけで容易に同様の機能を持たせることができる。具体的には、単一の超高圧水銀放電ランプからの光が、図４中のレンズ系（コリメータレンズ）６Ａ１によってほぼ平行光束に変換された後に、例えば、ｉ線のスペクトル成分の波長域は含まずにｈ線のスペクトル成分とｇ線のスペクトル成分とを含む波長帯域の光は透過し、ｉ線のスペクトル成分を含む短波長帯域の光を反射するようなダイクロイックミラーを設ける。さらに、そのダイクロイックミラーを透過した光に対しては、図４（又は図３）に示したような波長選択部６Ａ（例えば、ｈ線のスペクトル成分を抽出する干渉フィルタを含む）と倍率可変部８Ａとを設け、そのダイクロイックミラーで反射した光に対しては、波長選択部６Ｂ（ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａ、又はｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂを含む）と倍率可変部８Ｂとを設ける。このようにすれば、図２２で説明したのと同様に、第２照明光学系ＩＬｎ内の照明瞳面（フライアイレンズ系ＦＥｎの射出面ｅｐｉに相当）に２次元的な広がり（範囲）を持って形成される光源像（点光源像の集合）の波長特性を、選択設定された干渉フィルタの特性に応じて可変にすることができる。
【０１０１】
次に、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによる波長選択特性の設定について付言する。先の図３０（Ｂ）に示したように、超高圧水銀放電ランプからのｉ線のスペクトル成分の裾野部の幅（例えば、ｉ線の中心波長でのピーク強度に対して１０％程度の強度になる幅）は、図３０（Ａ）に示した高圧水銀放電ランプからのｉ線のスペクトル成分の裾野部の幅に比べて２倍以上の広がりを持っている。先の図１、図２に示したような露光装置ＥＸの部分投影光学系ＰＬ１（ＰＬ２〜ＰＬ６）は、瞳面（絞り位置）Ｅｐａ、Ｅｐｂに反射鏡Ｇａ４、Ｇｂ４を配置した反射屈折方式のハーフ・フィールドタイプの結像系である。このような結像系は、全屈折方式（全ての光学素子がレンズ等の屈折素子のみで構成される）の結像系に比べて、色収差補正が容易になると言った利点があり、複数の輝線スペクトル（例えば、ｉ線スペクトル成分とｈ線スペクトル成分）を含む照明光を用いて、マスクＭのパターンを基板Ｐに投影露光した場合でも、色収差による投影像の劣化（像歪み）を少なくすることができる。
【０１０２】
しかしながら、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａを介して狭帯化された単一のｉ線スペクトル成分のみの照明光で投影露光したとしても、マスクＭ上に形成されるパターンが微細になると、投影光学系ＰＬ１（ＰＬ２〜ＰＬ６）が有する各種の収差によって投影像（像強度分布）に歪みが生じる。その歪みが顕著に現れるのが、ホールパターンと呼ばれる微細な孤立した矩形（ほぼ正方形）のパターンである。
【０１０３】
図３１は、マスクＭ上に形成される正方形のホールパターンと、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａを用いてホールパターンを基板Ｐ上に投影したときに得られる投影像（光強度分布）の形状、又は露光後のレジスト層の現像によって現れるレジスト像の形状との関係を模式的に表した図であり、Ｘ軸とＹ軸は先の図１〜図３中の直交座標系ＸＹＺに対応している。ここで、図３１（Ａ）は、投影光学系ＰＬ１（ＰＬ２〜ＰＬ６）で解像される最小線幅値よりも十分に大きなサイズＤｘ×ＤｙでマスクＭ上に形成されたホールパターンＣＨＡの場合に得られる投影像（レジスト像）Ｉｍａの形状を模式的に表し、図３１（Ｂ）は、最小線幅値の２倍程度の大きさでマスクＭ上に形成されたホールパターンＣＨＢの場合に得られる投影像（レジスト像）Ｉｍｂの形状を模式的に表し、図３１（Ｃ）は、最小線幅値に近い大きさでマスクＭ上に形成されたホールパターンＣＨＣの場合に得られる投影像（レジスト像）Ｉｍｃの形状を模式的に表したものである。図３１では、ホールパターンＣＨＡ、ＣＨＢ、ＣＨＣは何れもハッチングで表した周囲の遮光部中に孤立した透明部として形成されるものとするが、逆の場合、即ち周囲の透明部中に孤立した遮光部として形成されたものでも良い。なお、投影光学系ＰＬｎ（ｎ＝１〜６）で投影可能な最小線幅値として表される解像力Ｒは、一般的に、投影光学系ＰＬｎの像側の開口数ＮＡｐ、照明光の波長λ（ｎｍ）、プロセス定数ｋ（０＜ｋ≦１）によって、Ｒ＝ｋ・（λ／ＮＡｐ）で定義される。
【０１０４】
図３１（Ａ）のように、投影光学系ＰＬｎで投影可能な最小線幅値よりも数倍以上の寸法Ｄｘ×Ｄｙの大きい正方形のホールパターンＣＨＡの場合でも、その４隅の直角なコーナー部分は、主に投影光学系ＰＬｎの像側の開口数ＮＡｐの値、即ちＭＴＦ（Modulation Transfer Function）によって、十分に解像されずに丸まったものとなる。このような現象は、中心波長λに対するスペクトル分布の広がりが極めて狭い照明光（例えば、スペクトル幅が１ｎｍ未満のレーザ光等）を用いた場合にも発生する。特に図３１（Ｃ）に示すように、投影光学系ＰＬｎの解像可能な最小線幅値に近い寸法の正方形のホールパターンＣＨＣの場合、その投影像（レジスト像）Ｉｍｃの形状は概ね円形になってしまう。そのような投影光学系ＰＬｎの特性の下で、先の図７に示したようなｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂを用いて、ｉ線の中心波長に対してスペクトル分布の裾野部を広く含むように抽出した照明光を使うと、図３１（Ｃ）に示したホールパターンＣＨＣを投影露光した場合、投影光学系ＰＬｎの色収差特性に起因して、投影像（レジスト像）Ｉｍｃは円形から楕円形に変化する。
【０１０５】
図３２は、そのように楕円形に歪む投影像Ｉｍｃの様子を誇張して表したもので、図３２中の破線はほぼ正確な円形となった投影像Ｉｍｃ’を表す。その投影像Ｉｍｃ’の円形の直径は、投影光学系ＰＬｎの基本的な光学諸特性から理論的に推定することもできる。色収差の影響で楕円形に歪んだ投影像ＩｍｃのＹ軸方向の短軸長をＣＨｙ、Ｘ軸方向の長軸長をＣＨｘとし、楕円形の偏平率（楕円度）ΔｆをΔｆ＝ＣＨｙ／ＣＨｘとしたとき、デバイス製造上の許容範囲から、偏平率（楕円度）Δｆは８０％以上、望ましくは９０％以上になるように設定するのが良い。即ち、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによって抽出されるｉ線のスペクトル分布の裾野部の広がり範囲は、解像可能な最小線幅値に近い寸法の正方形のホールパターンＣＨＣの投影像Ｉｍｃの円形からの形状歪みが、８０％以上、望ましくは９０％以上の偏平率（楕円率）の楕円に収まるように決められる。
【０１０６】
また、図３２では、投影像Ｉｍｃの楕円への変形において、長軸方向がＸ方向、短軸方向がＹ方向として表したが、長軸と短軸の各方向は、図３３に示すようにＸＹ面内で任意の方向に向くことがある。図３３では、楕円形に変形したホールパターンの投影像Ｉｍｃの長軸と短軸とがＸ軸、Ｙ軸に対してΔρだけ回転している。その為、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂによって抽出されるｉ線のスペクトル分布の裾野部の広がり範囲の適否を精密に判断する為には、テスト露光等によって、解像可能な最小線幅値に近い寸法の正方形のホールパターンＣＨＣの投影像Ｉｍｃを基板Ｐに露光し、現像後の投影像Ｉｍｃに対応したレジスト像を検査装置等で観察し、画像解析ソフトウェアによって、投影像Ｉｍｃに対応したレジスト像の形状特定（長軸、短軸の方向の決定）を行い、長軸方向の長軸長ＣＨｘと短軸方向の短軸長ＣＨｙとを計測する。そして、その計測結果から求められる偏平率（楕円率）Δｆが許容範囲（８０％以上、望ましくは９０％以上）か否かを判定すれば良い。
【０１０７】
ところで、先の図２に示したように、投影光学系ＰＬｎ（ｎ＝１〜６）の結像光路中の像空間（中間像面ＩＭ１に配置される視野絞り板ＦＡ１の直下）には、像シフト光学部材ＳＣ１が設けられる。像シフト光学部材ＳＣ１は、例えば国際公開第２０１３／０９４２８６号パンフレットに開示されているように、図２中のＸＺ面内で傾斜可能な透明な平行平板ガラス（石英板）と、それと直交する方向に傾斜可能な透明な平行平板ガラス（石英板）とで構成される。その２枚の石英板の各々の傾斜量を調整することで、基板Ｐ上に投影される投影領域ＥＡ１（ＥＡ２〜ＥＡ６）内のパターン像をＸＹ面内の任意の方向に微少シフトさせることができる。なお、像シフト光学部材ＳＣ１の配置は、図２に示した視野絞り板ＦＡ１の直下に限られず、像空間に配置された他の補正光学系としてのフォーカス調整光学部材ＦＣ１や倍率調整光学部材ＭＣ１のいずれかの配置と入れ替えることができる。
【０１０８】
像シフト光学部材ＳＣ１を構成する２枚の平行平板状の石英板の各々は、紫外波長域（１９０ｎｍ程度）から可視波長域にかけて高い透過率を有するが、合成石英の場合、一例として、図３４に示すように、波長５００ｎｍ以下の短波長域、特に波長４００〜３００ｎｍの辺りから短波長側にかけて屈折率が波長に依存して大きく変化する傾向がある。図３４において、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は合成石英の屈折率を表す。その為、例えば、超高圧水銀放電ランプ（又は高圧水銀放電ランプ）からの光のうち、中心波長が約３６５ｎｍのｉ線スペクトル成分と、中心波長が約４０５ｎｍのｈ線スペクトル成分との両方を含む照明光を用いて、マスクＭのパターンを投影する場合、像シフト光学部材ＳＣ１の石英板の傾斜量に応じて、ｉ線スペクトル成分で基板Ｐ上に投影される像と、ｈ線スペクトル成分で基板Ｐ上に投影される像とが、ＸＹ面内で僅かに位置ずれすると言った現象が生じる。
【０１０９】
図３５は、視野絞り板ＦＡ１の下に配置される像シフト光学部材ＳＣ１を構成する２枚の石英板のうち、像をＸ方向にシフトさせる石英板ＳＣｘでの結像光束の振る舞いを模式的に示した図である。石英板ＳＣｘは、視野絞り板ＦＡ１の開口部を透過した結像光束が入射する入射面Ｓｔｐと結像光束が射出する射出面Ｓｂｐとが互いに平行に間隔（厚み）Ｄｐｘで対向するように構成され、Ｙ軸と平行な回転中心線の回りに回転（傾斜）可能に設けられている。図３５では、結像光束のうち、視野絞り板ＦＡ１の開口部の中心点に中間像として結像される像点Ｐｏｃから発散して進む結像光束の主光線ＬＰｒのみを図示し、線Ｌｓｓは、主光線ＬＰｒが入射面Ｓｔｐと交わる点における入射面Ｓｔｐの法線を表し、線ＬＰｒ’は入射面Ｓｔｐに入射する前の主光線ＬＰｒの延長線を表す。石英板ＳＣｘの入射面Ｓｔｐが入射する主光線ＬＰｒと直交する初期姿勢の状態（石英板ＳＣｘの傾きが零の状態）に対して、石英板ＳＣｘがＸＺ面内で角度Δθｘだけ傾くと、スネルの法則によって、主光線ＬＰｒは射出面ＳｂｐからＸ方向に延長線ＬＰｒ’に対してシフト量δｘだけ平行にずれて射出する。
【０１１０】
一般に、屈折率ｎｘの平行平板ガラスの傾斜による光線のシフト量δｘは、スネルの法則を適用して、δｘ≒Ｄｐｘ・Δθｘ（１−１／ｎｘ）で算出できるが、結像光束にｉ線スペクトル成分（波長３６５ｎｍ）とｈ線スペクトル成分（波長４０５ｎｍ）とが含まれている場合、石英板ＳＣｘの屈折率は、それぞれの波長に対して僅かに異なる値を示す。そこで、石英板ＳＣｘのｉ線スペクトル成分（波長３６５ｎｍ）における屈折率をｎｉ、ｈ線スペクトル成分（波長４０５ｎｍ）における屈折率をｎｈ、ｉ線スペクトル成分（波長３６５ｎｍ）による像のシフト量をδｘｉ、ｈ線スペクトル成分（波長４０５ｎｍ）による像のシフト量をδｘｈとすると、シフト量δｘｉは、δｘｉ≒Ｄｐｘ・Δθｘ（１−１／ｎｉ）で算出され、シフト量δｘｈは、δｘｈ≒Ｄｐｘ・Δθｘ（１−１／ｎｈ）で算出される。このことから、波長の違い（色ずれ）に起因したシフト量の差分量をδｘ（ｉ−ｈ）とすると、差分量δｘ（ｉ−ｈ）は、
δｘ（ｉ−ｈ）≒Ｄｐｘ・Δθｘ〔（１−１／ｎｉ）−（１−１／ｎｈ）〕
となる。
【０１１１】
一例として、石英板ＳＣｘの厚さＤｐｘを１０ｍｍとし、ｉ線スペクトル成分（波長３６５ｎｍ）における屈折率ｎｉを１．４７４６、ｈ線スペクトル成分（波長４０５ｎｍ）における屈折率ｎｈを１．４６９６として、角度Δθｘ（０°〜１０°）に対する差分量δｘ（ｉ−ｈ）の変化を求めてみると、図３６に示すグラフのような線形特性となる。図３６のグラフにおいて、横軸は石英板ＳＣｘの傾斜角Δθｘ〔ｄｅｇ．〕を表し、縦軸は差分量δｘ（ｉ−ｈ）〔μｍ〕を表す。石英板ＳＣｘは中間像が形成される像空間に配置されており、投影光学系ＰＬｎの投影倍率が等倍（×１）であることから、図３６における差分量δｘ（ｉ−ｈ）は、そのまま基板Ｐ上に投影されるｉ線スペクトル成分によるパターン像とｈ線スペクトル成分によるパターン像との相対的な位置ずれ量となる。例えば、石英板ＳＣｘの傾斜角Δθｘが５°の場合、色ずれによる差分量δｘ（ｉ−ｈ）はＸ方向に２μｍ程度になり、投影露光されたパターンに歪みが生じたり、線幅に誤差が生じたりする。
【０１１２】
以上で説明した石英板ＳＣｘによる色ずれの影響は、投影像をＹ方向に微少シフトさせる他の石英板（ＳＣｙとする）でも同様に発生し、石英板ＳＣｙをＸ軸と平行な回転中心線の回りに水平な初期状態から傾斜角Δθｙだけ傾けると、Ｙ方向に色ずれによる差分量δｙ（ｉ−ｈ）が発生する。このように、ｉ線スペクトル成分（波長３６５ｎｍ）とｈ線スペクトル成分（波長４０５ｎｍ）との両方を含む照明光によって照度アップを図った場合、投影光学系ＰＬｎ（ｎ＝１〜６）の各々で基板Ｐ上に投影されるパターン像間の継ぎ精度を良好に維持する為に必要な像シフト光学部材ＳＣ１による像シフト範囲が、色ずれによる差分量δｘ（ｉ−ｈ）、δｙ（ｉ−ｈ）の程度によっては制限されることがある。
【０１１３】
これに対して、先の各実施形態や変形例のように、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂを用いることによって、図７のように超高圧水銀放電ランプからのｉ線スペクトル成分の裾野部を、隣の長波長側の輝線成分（ｈ線）や短波長側の輝線成分を含まない範囲で広く抽出することができ、ｉ線−狭帯干渉フィルタＳＷａを用いたときの照度に対して、数％〜十数％程度の照度アップを図りつつ、像シフト光学部材ＳＣ１の石英板ＳＣｘ、ＳＣｙの傾斜によって生じる色ずれ誤差〔差分量δｘ（ｉ−ｈ）、δｙ（ｉ−ｈ）に相当する誤差〕を小さく抑えることができる。
【０１１４】
また、先の図３２、図３３で説明したホールパターンＣＨＣの投影像Ｉｍｃが楕円形に歪む際の偏平率（楕円度）Δｆ、或いは長軸／短軸のＸＹ面内での方向性は、像シフト光学部材ＳＣ１の石英板ＳＣｘ、ＳＣｙの傾斜角の程度によっても変わる。そこで、図２に示した投影光学系ＰＬｎのように、傾斜可能な平行平板ガラス（石英板ＳＣｘ、ＳＣｙ）を用いた像シフト光学部材ＳＣ１が設けられている場合、像シフト光学部材ＳＣ１による公称の像シフト最大量に対応した平行平板ガラス（石英板ＳＣｘ、ＳＣｙ）の最大の傾斜角Δθｘ、Δθｙにおいて、解像可能な最小線幅値（解像力Ｒ）に近いホールパターンＣＨＣの投影像Ｉｍｃの偏平率（楕円度）Δｆが、理論上又は実露光上で８０％以上（望ましくは９０％以上）になるように、ｉ線−広帯干渉フィルタＳＷｂの波長選択幅を設定しても良い。
【０１１５】
以上のことから、図３１〜図３６で説明した実施の形態では、マスクパターン（透過型又は反射型）を所定の波長分布の照明光（例えば、超高圧水銀放電ランプからの光）で照明し、マスクパターンから発生する結像光束を入射して基板上に投射する投影光学系によって、マスクパターンの像を基板上に投影露光する投影露光方法において、照明光の波長分布のうちの特定の中心波長をλ（例えばｉ線の中心波長）、投影光学系の基板側の開口数をＮＡｐ、プロセス定数をｋ（０＜ｋ≦１）として、ｋ・（λ／ＮＡｐ）で定義される解像力Ｒで決まる解像可能な最小線幅寸法に近い大きさの正方形又は矩形のホールパターンの投影像を基板に投影したとき、楕円状に変形するホールパターンの投影像の長軸長（ＣＨｘ）に対する短軸長（ＣＨｙ）の比（ＣＨｙ／ＣＨｘ）が８０％（０．８）以上、望ましくは９０％（０．９）以上になるように、中心波長λを含む照明光の波長分布の幅（例えば、干渉フィルタで選択される波長幅）を設定することによって、マスクパターンに照射される照明光の照度を高めつつ、高解像なパターン露光が可能となる。なお、ホールパターンの寸法は、基板側に投影される像の寸法に換算して、解像力Ｒで決まる寸法よりも大きく、且つ解像力Ｒの２倍の寸法よりは小さい寸法に設定される。
【０１１６】
別の観点から換言すれば、複数の輝線を含んで発光する光源（水銀放電ランプ等）からの光を、マスクパターンの投影露光に適した波長幅を有する照明光にフィルタリングする干渉フィルタとして、照明光の波長分布のうちの特定の輝線の中心波長をλ（例えばｉ線の中心波長）、投影光学系の基板側の開口数をＮＡｐ、プロセス定数をｋ（０＜ｋ≦１）として、ｋ・（λ／ＮＡｐ）で定義される解像力Ｒで決まる解像可能な最小線幅寸法に近い大きさの正方形又は矩形のホールパターンの投影像を基板に投影したとき、楕円状に変形するホールパターンの投影像の長軸長ＣＨｘに対する短軸長ＣＨｙの比ＣＨｙ／ＣＨｘが８０％（０．８）以上、望ましくは９０％（０．９）以上になるように、フィルタリングの波長幅を設定した干渉フィルタが露光装置の照明系に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【国際調査報告】
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