(57)【要約】本発明は、レンズ等の光学部材の数を低減して光量低下を防止するとともに、輪帯照明等の変形照明を行う場合であっても光の利用効率を上昇させることができ、更にランニングコストの低減を図ることができる照明光学装置及び露光装置を提供することを主たる目的とする。この目的を達成するために、光源１から供給される光束の光路上に、レボルバ４，５及びズーム光学系６が順に配置されている。レボルバ４，５には光源１から供給される光束を所定の断面形状の光束に変換する回折光学素子が設けられている。ここで、回折光学素子は、変換する光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なるものが複数設けられている。ズーム光学系６は、回折光学素子で断面形状が変換された光束の光強度分布を変更するものであり、５枚以下のレンズ６ａ〜６ｄから構成され、その変倍比は２．３倍以下である。
2002095811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射面を照明する照明光学装置において、
光束を供給する光源部と、
前記光源部からの光束を所定の断面形状の光束に変換する光束変換手段と、
前記光束変換手段にて変換された光束の光強度分布を変更するために、変倍比が２．３倍以下で焦点距離可変の変倍光学系と、を含み、
前記光束変換手段は、変換される光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の変換光学素子と、前記変換光学素子の１つを光路内に設定する設定部とを含むことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
被照射面を照明する照明光学装置において、
光束を供給する光源部と、
前記光源部からの光束を所定の断面形状の光束に変換する光束変換手段と、
前記光束変換手段にて変換された光束の光強度分布を変更するために、５枚以下の光学部材で構成される変倍光学系と、を含み、
前記光束変換手段は、変換される光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の変換光学素子と、前記変換光学素子の１つを光路内に設定する設定部とを含むことを特徴とする照明光学装置。
【請求項３】
前記変倍光学系と前記被照射面との間に配置されて前記被照射面を均一に照明するオプティカルインテグレータと、
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前記オプティカルインテグレータからの光を前記被照射面に導くコンデンサー光学系と
を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記変倍光学系に含まれる光学部材と前記コンデンサー光学系に含まれる光学部材との総数は、１０以下であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記変倍光学系は、非球面を有する光学素子を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求の範囲第３項又は第４項記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記光束変換手段は、前記光源部からの光束に基づき、円形の断面形状を持つ光束、輪帯の断面形状を持つ光束、又は基準光軸に対して偏心した複数の光束のうちの少なくとも２種の光束に変換することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記設定部は、前記複数の変換光学素子を保持する保持部材と、
前記保持部材を回転又は移動させる駆動部と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記設定部は、前記複数の変換光学素子の一部を保持する第１保持部材と、
前記複数の変換光学素子の前記一部とは異なる一部を保持する第２保持部材と、
前記第１及び第２保持部材を回転又は移動させる駆動部と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
１．２≦Ｚ≦２、又は、１．２≦Ｚ≦１．８
を満足することを特徴とする請求の範囲第１項から第８項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記光束変換手段は、前記光源部からの光束に基づき前記基準光軸に対して偏心した複数の光束に変換する変換光学素子として、各々の光束の前記基準光軸に直交する第１方向における偏心量と、前記基準光軸及び前記第１方向に直交する第２方向における偏心量とが異なるように変換する変換光学素子を含むことを特徴とする請求の範囲第６項記載の照明光学装置。
【請求項１１】
被照射面を照明する照明光学装置において、
光束を供給する光源部と、
照明瞳面において基準光軸に対して偏心した複数の光束となるように、前記光源部からの光束を変換する光束変換手段と
を含み、
前記光束変換手段は、各々の光束の前記基準光軸に直交する第１方向に沿った前記照明瞳面での偏心量と、前記基準光軸及び前記第１方向に直交する第２方向に沿った前記照明瞳面での偏心量とが異なるように変換する変換光学素子を含むことを特徴とする照明光学装置。
【請求項１２】
前記光束変換手段は、前記第１方向における前記光束の偏心量を変えずに、前記第２方向における前記光束の偏心量を段階的に切り替えるために、前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記光束変換手段は、前記第１方向における前記光束の偏心量と前記第２方向における前記光束の偏心量との比を維持したまま、前記基準光軸に対する偏心量を段階的に切り替えるために、前記第１方向及び前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記光束変換手段は、前記基準光軸に対する前記光束の偏心量を維持したまま、前記第１方向における偏心量及び前記第２方向における偏心量を段階的に切り替えるために、前記第１方向及び前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記光束変換手段と前記照明瞳面との間に配置された光学系を有することを特徴とする請求の範囲第１１項から第１４項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記光学系は、所定の固定倍率を有することを特徴とする請求の範囲第１５項記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記光学系は、前記光束変換手段にて変換された光束の光強度分布を変更するための変倍光学系を有することを特徴とする請求の範囲第１５項記載の照明光学装置。
【請求項１８】
請求の範囲第１項から第１７項の何れか一項に記載の照明光学装置と、
前記被照射面に配置されたマスクに形成されているパターンを感光性基板に投影する投影光学系と
を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
請求の範囲第１８項記載の露光装置を用いて前記マスクに形成されているパターンを感光性基板に露光する露光工程と、
露光された前記感光性基板を現像する現像工程と
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【請求項２０】
請求の範囲第１項から第１７項の何れか一項に記載の照明光学装置を用いて、前記被照射面に配置されたマスクに形成されているパターンを照明する照明工程と、
投影光学系を用いて前記マスクの前記パターンを感光性基板に投影する投影工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、主に半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスをフォトリソグラフィ技術により製造する際に用いられるパターンを照明する照明光学装置、当該照明装置を備える露光装置、及び当該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関する。
背景技術
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスの製造工程の１つであるフォトリソグラフィ工程においては、マスクやレチクル（以下、これらを総称する場合は、マスクと総称する）に形成されたパターンを、フォレジスト等の感光剤が塗布されたウェハやガラスプレート等（以下、これらを総称する場合は、基板と称する）に転写する露光装置が用いられる。マスクに形成されたパターンが転写された基板に対して現像処理を行うと、基板上には転写されたパターンに応じたレジストパターンが形成される。その後、基板に形成されたレジストパターンをマスクとして基板に対するエッチング処理、配線形成処理等の各種処理を行い、マスクのパターンに応じたパターンを基板上に形成する処理が行われる。パターンが形成された基板上面には、再度感光剤が塗布され、上記工程が数回〜数十回程度繰り返し行われる。
フォトグラフィ工程において、マスクを照明する光、ひいては基板上に照射される光の強度がマスク又は基板の面内において変化する分布を有していると、基板上に照射される光の光量が強度分布に応じて変化するため、マスクに形成されるパターンの線幅その変化量に応じて変化してしまう。基板上に形成されるパターンの線幅は照射される光量に応じて変化するため、微細なパターンを形成するためには、面内においてほぼ光強度分布を有しない（光強度が一定）照明光でマスクを照射する必要がある。このために、露光装置はマスクに照射する光の強度分布を均一化するためのオプティカルインテグレータを照明光学系内に備える。オプティカルインテグレータは、例えばフライアイレンズやロッド型のインテグレータが用いられることが多い。以下、オプティカルインテグレータを用いることで、マスクに照射される照明光の強度分布が均一化される理由をフライアイレンズの場合を例に挙げて説明する。
図２９は、従来のフライアイレンズを用いた光学系の模式図である。図２９において、光源１０１から射出された光束は、光学系１０２によりほぼ平行光束に変換された後、フライアイレンズ１０３に導かれる。フライアイレンズ１０３に入射した光束は、フライアイレンズ１０３が有する多数の要素レンズによって波面分割され、各々の要素レンズの後側焦点面に多数の二次光源を形成する。この要素レンズの後側焦点面の位置には開口絞り１０４が配置されており、フライアイレンズ１０３が備える要素レンズによって形成された二次光源からの光束のうち、開口絞り１０４を通過した光束がコンデンサーレンズ１０５を介して被照射面（露光装置ではマスク面）１０６に導かれる。
ここで、フライアイレンズ１０３を構成する各々の要素レンズの入射面と、被照明面１０６とはそれぞれ光学的に共役であるため、結果として、フライアイレンズ１０３に入射した光束は、フライアイレンズ１０３の要素レンズ単位で分割され、被照明面１０６上で重ね合わされる。この為、フライアイレンズ１０３の入射面にて例えばガウス分布状の明暗差の大きい分布があったとしても、フライアイレンズ１０３の要素レンズ単位ではさほど大きな分布にはならず、更にそれが重なり合うことで平均化され、被照明面１０６上では極めて均一性の高い照度分布が得られる。
以上、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズを用いた光学系に付いて説明したが、光軸方向に沿ってフライアイレンズを２つ設けることにより、波面分割及びその重ねあわせ過程を２回繰り返す光学装置が従来から知られている。以下、フライアイレンズを１つだけ設けた光学装置をシングルフライアイレンズシステムといい、フライアイレンズを２つ設けた光学系をダブルフライアイレンズシステムという。図３０は、ダブルフライアイレンズシステムを用いた照明光学系を備える露光装置の一例の概略構成を示すである。図３０において、エキシマレーザ等の光源１１１からの光束は、ビームエキスパンダー１１２によって断面形状が任意の形状に変換された後、ミラー１１３及び光束の偏光を緩和する為の水晶プリズム１１４を介して複数のレンズ要素からなる第１フライアイレンズ１１５に入射する。第１フライアイレンズ１１５に入射した光束は、そのレンズ要素によって波面分割され、その射出側面に多数の２次光源像を形成する。
これら複数の２次光源から発散する光束はリレーレンズ１１６により集光され、図３１に示すように第２フライアイレンズ１１７の入射面を重畳的に均一照明する。図３１は、第２フライアイレンズ１１７に入射する光束が第２フライアイレンズ１１７を照射する様子を示す図である。第２フライアイレンズ１１７が照明されると、その射出面には第１フライアイレンズのレンズ要素数ｍ（ｍは２以上の自然数）と第２フライアイレンズのレンズ要素数ｎ（ｎは２以上の自然数）の積ｍ×ｎに相当する数の多数の３次光源像が形成される。この３次光源からの光束は、開口絞り１１８によってその径が制限され、レンズ群１１９、１２１により集光され、投影露光されるパターンが描画されたマスク１２３を重畳的に均一照明する。ここで、レンズ群１１９，１２１中には照明範囲を決定するための視野絞り１２０が配置されている。そして、均一照明された照明光に基づいて、マスク１２３に形成されたパターン像は投影光学系１２４を介して基板１２５上に投影される。以上説明したダブルフライアイレンズシステムの、シングルフライアイレンズシステムに対する特徴は以下の通りである。
（１）マスクを照明する照明光の照度を均一にする効果については、フライアイレンズの分割数（レンズ要素の数）が増えれば増えるほどその効果を増すが、フライアイレンズの製造費用はフライアイレンズの分割数におおよそ比例する。このため、シングルフライアイレンズシステムで多くの波面分割を実現しようとすると、レンズの製造費用が莫大なものとなってしまう。しかしながら、ダブルフライアイレンズシステムでは、実効的に第１フライアイレンズの分割数と第２フライアイレンズの分割数の積が、その光学系の総合分割数となるため、製造コストを大きく上昇させずに高性能な照明系を得ることができるという利点がある。例えば、第１フライアイレンズが１００分割、第２フライアイレンズが１００分割とすると、１００分割のレンズ２個分の製造コストで１０，０００（＝１００×１００）分割と等価の照明系が得られる。
（２）シングルフライアイレンズシステムでは、光源の強度分布を反映した強度分布を有する光束がそのままフライアイレンズに入射する。従って、光源の振動等でこの強度分布が変化すると露光装置の空間的コヒーレンシーが変化するため好ましくない。しかしながら、ダブルフライアイレンズシステムでは第２フライアイレンズの入射面の光分布は、一度第１フライアイレンズにより均一化を行ったものであるため、光源が振動等してもその光分布は殆ど変化しない。このため、光源に振動等が生じても結像性能に影響を与えにくいという利点を有する。
（３）更に、ダブルフライアイレンズシステムは、開口絞りを交換したときの照度均一性の崩れ量、即ち、理想的ケーラー照明状態からの変化量が少ないという利点も有している。
ところで、近年の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。一般に良く知られているように、マスクに形成されたパターンにより、最適な光学系の定数（投光学系の開口数、照明系の開口数等）の設定値は異なるが、装置能力の理論的限界付近で露光が行なわれている関係上、当然の事ながら装置側には、マスクのパターンに合わせて最適な光学系の定数が選択できることが求められる。
このことを照明系について見ると、少なくとも照明系の開口数が可変であることが必要となる。図３０に示したダブルフライアイレンズシステムにおいて、開口数を可変にする為には、開口絞り１１８の径をカメラの絞りの如く可変絞りにする、又は絞りを切り替え可能として対応するのが一般的である。ただし、単に開口絞り１１８の絞り径を切り替えただけでは、絞り径を小さなものに変更した場合、光束を遮光する面積が大きくなり、照度が低下してしまう。この種の露光装置における照度の低下はスループットの低下を引き起こし、その結果として製造したマイクロデバイスの製造コストを上昇させてしまう。マイクロデバイスの一種である半導体素子のうち、特にＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリについては製品一個当たりの利幅が極端に少ない為、製造原価は特に重要な項目である。このため、露光装置の種々の仕様の中でも「照度」は重要な項目の一つとなっており、照度低下は極力避ける必要がある。
図３０を参照して説明したダブルフライアイレンズシステムでは、照度低下を防止するために、開口絞り１１８の絞り径の大きさに応じて、第２フライアイレンズ１１７の入射面の照射面積を可変する方法が提案されている。この方法では、図３０中のリレーレンズ１１６を焦点距離が可変なズームレンズにしている。そして、例えば、開口絞り１１８の絞り径を小さくする場合には、ズームレンズの焦点距離を短くし、逆に開口絞り１１８の絞り径を大きくする場合には、ズームレンズの焦点距離を長くする。このようにすれば、第２フライアイレンズ１１７の入射面の中央近傍に光束が集まるので、開口絞り１１８の絞り径が小さくても開口絞り１１８で遮光される光束がほぼなくなって殆ど照度が低下することはない。
また、近年では、開口絞り１１７として円形以外の形状の開口を有する開口絞りを用いる場合がある。図３２Ａは、円形以外の開口を有する従来の開口絞りの一例として、輪帯状の開口が形成された開口絞り１１８ａを示す図であり、図３２Ｂは、円形以外の開口を有する従来の開口絞りの一例として、複数の開口が形成された開口絞り１１８ｂを示す図である。以下、図３２Ａ，図３２Ｂに示した開口絞り１１８ａ，１１８ｂについて簡単に解説する。マスクに形成されたパターンが微細になり、装置の解像限界付近にて露光がおこなわれるようになると、照明系の開口絞りから発した光束のうち、解像に寄与するのは、開口絞りの周辺部から発した光のみになり、開口の中央部から発した光は像のコントラストを下げるだけの働きしか持たなくなる。
換言すると、マスクの情報を基板に伝達するときに情報伝達のエネルギーを与えるのは開口絞りの周辺部から発した光のみであり、開口の中央部から発した光はいわばノイズを発生するだけになってしまうということになる。従って、開口絞りの中央部からは光を発しないほうが望ましいといえる。この様な発想から、図３２Ａに示した輪帯状の開口が形成された開口絞り１１８ａが案出された。図３２Ｂに示した開口絞り１１８ｂは、更に解像するパターンを縦方向のライン及び横方向のラインのみに限定した場合の絞りである。この場合は、更に、開口絞りの上下、左右から発する光もノイズにしかならないので、開口絞りの上下、左右も更に遮光するようにしている。
以上説明した円形でない開口絞り１１８ａ，１１８ｂを用いる場合にも、開口絞り１１８ａ，１１８ｂに形成された開口の形状（大きさ）に応じて、ズームレンズの焦点距離を可変している。しかしながら、ズームレンズの焦点距離を可変させただけでは、これらの絞りが遮光する中央部のみに光束が届かないようにすることはできない。例えば、図３０に示した従来の第１フライアイレンズ１１５によれば、図３３に示したように、第２フライアイレンズ１１８の射出に輪帯開口絞り１１８ａを配置した場合において、第２フライアイレンズ１１８を全面にわたって照射することになるので、光量の損失が大きくなってしまうという問題がある。図３３は、第２フライアイレンズ１１８に入射する光束の断面形状と開口絞り１１８ａの形状との関係を示す図である。尚、特開平５−２０６００７号公報には、かかる照度低下を防止する提案がなされているが、装置が大型化してしまい製造費用、設置スペースの確保などの点で問題である。
ところで、近年、マイクロデバイスの製造においてはパターンの微細化の要求が高まっている。例えば、半導体素子の１つであるＣＰＵ（中央処理装置）は現在０．１８μｍ程度のプロセスルールで製造されているが、今後更なる微細化されると予測されている。この微細化の要求に応えるために、光源の短波長化を図る必要性がある。光源の波長が短波長化すると、吸収が顕著になるためレンズ、フライアイレンズ、その他の光学素子に用いることができる硝材が限定される。例えば、波長が２００ｎｍ程度の光を射出する光源を用いた場合には、蛍石又は合成石英等の硝材しか使用することができなくなる。
また、一般的に、照明系が備えるレンズ等の光学部材はレンズ面等の境界面における反射率を低減して透過率を向上させるための反射防止膜が形成されているが、短波長化により反射防止膜の材料も限定される。この限定された材料で反射防止膜を形成する必要があることから、光学素子の透過率はいきおい低下せざるを得ず、光の利用効率も低下することになる。更に、露光装置の場合にはパワーの高い光を射出する光源を備えており、この光源からの光束が照明系に設けられた光学素子を透過する。
このため、光学素子の表面に不純物が付着していたり、内部に不純物が混入していると、この不純物によって光化学反応が引き起こされて光学部材の透過率が悪化する。この光化学反応によって不純物が生成されると、生成された不純物によって更に光化学反応が引き起こされて、光学素子の透過率は顕著に低下してしまう。従って、照明系内における光学素子の透過率の低下を補償するために、光源の出力パワーを上昇させても、結局のところ最終的に必要な光量は光量を上昇させないときに得られる光量と同程度の光量しか得られない。
光源の出力パワーを上昇させると光源の寿命は低下する。光源の出力パワーを上昇させたときにより多くの光量が得られれば、光源の寿命が仮に短くなったとしても光源の出力パワーを上昇させる意味がある。しかしながら、光源の出力パワーを上昇させても得られる光量が同程度であるならば、光源の出力パワーを上昇させる意味はなく、むしろメンテナンス等に要するランニングコストを上昇させるというデメリットが生ずる。
図３０においては、リレーレンズ１１６（ズームレンズ）を１つの部材として図示しているが、実際のズームレンズは、大きな変倍比のもとでの焦点距離の可変範囲及び収差等を考慮して１０枚程度のレンズで構成されている。また、視野絞り１２０とマスク１２３との間に配置されたレンズ群１１９，１２１も、１０枚程度のレンズで構成されており、特にレンズ群１２１は、視野絞り１２０とマスク１２３とを光学的な共役関係とするためだけに設けられている。レンズ等の光学部材の枚数が増加するればするほど前述した理由によって全体的な透過率が低下する。従って、透過率の低下を極力防止して効率を上昇させるためには、レンズ等の光学部材の数を低減する必要がある。
発明の開示
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、レンズ等の光学部材の数を低減して光量低下を防止するとともに、輪帯照明等の変形照明を行う場合であっても光の利用効率を上昇させることができ、更にランニングコストの低減を図ることができる照明光学装置、当該照明光学装置を備える露光装置、及び当該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の観点による照明光学装置は、被照射面（Ｒ，Ｗ）を照明する照明光学装置において、光束を供給する光源部（１）と、前記光源部（１）からの光束を所定の断面形状の光束に変換する光束変換手段（４、４ａ〜４ｍ、５、５ａ〜５ｍ、１１、１２、１５、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、４０）と、前記光束変換手段（４、４ａ〜４ｍ、５、５ａ〜５ｍ、１１、１２、１５、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、４０）にて変換された光束の光強度分布を変更するために、変倍比が２．３倍以下で焦点距離可変の変倍光学系（６、３０）と、を含み、前記光束変換手段（４、４ａ〜４ｍ、５、５ａ〜５ｍ、１１、１２、１５、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、４０）は、変換される光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の変換光学素子（４ａ〜４ｍ、５ａ〜５ｍ、２０ａ、２０ｂ、４０）と、前記変換光学素子（４ａ〜４ｍ、５ａ〜５ｍ、２０ａ、２０ｂ、４０）の１つを光路内に設定する設定部（４、５、１１、１２、１５、２０、２１、２２）とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、光源から供給される光束を変換光学素子によって所定の断面形状の光束に変換した後に、その強度分布を変倍光学系で変更している。ここで、変換光学素子は断面形状の種類毎に異なる変換測定を有するものが複数設けられており、必要となる大まかな強度分布を持つ光束を変換光学素子によって得ることができる。従って、変倍光学系で変更しなければならない強度分布の可変範囲は従来よりも狭い範囲で良いために、変倍光学系の焦点距離の可変範囲は従来よりも狭い範囲で良い。その結果として、変倍光学系の構成を簡素化することができるため変倍光学系を透過する光束の光量低下を防止することができる。
また、変換光学素子は輪帯照明等の変形照明を行うための光束に変換することができるため、輪帯照明等の変形照明を行う場合であっても光の利用効率を上昇させることができる。
更に、変倍光学系の構成が簡略化されて光源から供給される光束を有効に利用している結果、必要となる光量確保のために光源の出力パワーを上昇させる必要もないので、光源を従来よりも長い期間に亘って使用することができる。また、変倍光学系の構成が簡略化され、変倍光学系を構成する光学部材の表面において光化学反応が発生する確率が低下するために光学部材の劣化を抑えることができるため、変倍光学系を構成する光学部材も従来より長い期間に亘って使用することができる。その結果としてランニング結果の低減を図ることができる。
上記課題を解決するために、本発明の第２の観点による照明光学装置は、被照射面（Ｒ，Ｗ）を照明する照明光学装置において、光束を供給する光源部（１）と、前記光源部（１）からの光束を所定の断面形状の光束に変換する光束変換手段（４、４ａ〜４ｍ、５、５ａ〜５ｍ、１１、１２、１５、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、４０）と、前記光束変換手段（４、４ａ〜４ｍ、５、５ａ〜５ｍ、１１、１２、１５、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、４０）にて変換された光束の光強度分布を変更するために、５枚以下の光学部材で構成される変倍光学系（６、３０）と、を含み、前記光束変換手段（４、４ａ〜４ｍ、５、５ａ〜５ｍ、１１、１２、１５、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、４０）は、変換される光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の変換光学素子（４ａ〜４ｍ、５ａ〜５ｍ、２０ａ、２０ｂ、４０）と、前記変換光学素子（４ａ〜４ｍ、５ａ〜５ｍ、２０ａ、２０ｂ、４０）の１つを光路内に設定する設定部（４、５、１１、１２、１５、２０、２１、２２）とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、本発明の第１の観点による照明光学装置と同様に、光源から供給される光束を変換光学素子によって所定の断面形状の光束に変換した後に、その強度分布を変倍光学系で変更している。ここで、変換光学素子は断面形状の種類毎に異なる変換測定を有するものが複数設けられており、必要となる大まかな強度分布を持つ光束を変換光学素子によって得ることができる。従って、変倍光学系で変更しなければならない強度分布の可変範囲は従来よりも狭い範囲で良いために、変倍光学系を構成する光学部材の枚数は従来よりも少ない枚数で良い。。その結果として、変倍光学系の構成を簡素化することができるため変倍光学系を透過する光束の光量低下を防止することができる。
また、変換光学素子は輪帯照明等の変形照明を行うための光束に変換することができるため、輪帯照明等の変形照明を行う場合であっても光の利用効率を上昇させることができる。
更に、変倍光学系の構成が簡略化されて光源から供給される光束を有効に利用している結果、必要となる光量確保のために光源の出力パワーを上昇させる必要もないので、光源を従来よりも長い期間に亘って使用することができる。また、変倍光学系を構成する光学部材の枚数が低減されて、変倍光学系を構成する光学部材の表面において光化学反応が発生する確率が低下するために光学部材の劣化を抑えることができるため、変倍光学系を構成する光学部材も従来より長い期間に亘って使用することができる。その結果としてランニング結果の低減を図ることができる。
また、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記変倍光学系（６、３０）と前記被照射面（Ｒ，Ｗ）との間に配置されて前記被照射面（Ｒ，Ｗ）を均一に照明するオプティカルインテグレータ（７、３１）と、前記オプティカルインテグレータ（７、３１）と前記被照射面（Ｒ，Ｗ）との間に配置されて前記オプティカルインテグレータ（７、３１）からの光を前記被照射面（Ｒ，Ｗ）に導くコンデンサー光学系（１０、３２）とを更に含むことを特徴としている。
また、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記変倍光学系（６、３０）に含まれる光学部材（６ａ〜６ｄ、３０ａ〜３０ｄ）と前記コンデンサー光学系（１０、３２）に含まれる光学部材（６ａ〜６ｄ、３０ａ〜３０ｄ）との総数が、１０以下であることが好適である。
また、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記変倍光学系（６、３０）が、非球面を有する光学素子を少なくとも１つ含むことが好ましい。
更にまた、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記光束変換手段（４、４ａ〜４ｍ、５、５ａ〜５ｍ、１１、１２、１５、２０、２０ａ、２０ｂ、２１、２２、４０）は、前記光源部（１）からの光束に基づき、円形の断面形状を持つ光束、輪帯の断面形状を持つ光束、又は基準光軸に対して偏心した複数の光束のうちの少なくとも２種の光束に変換することを特徴としている。
また、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記設定部（４、５、１１、１２、１５、２０、２１、２２）は、前記複数の変換光学素子（４ａ〜４ｍ、５ａ〜５ｍ、２０ａ、２０ｂ、４０）を保持する保持部材（４、５、２２）と、前記保持部材（４、５、２２）を回転又は移動させる駆動部（１１、１２、２１）とを含むことを特徴としている。
また、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記設定部（４、５、１１、１２、１５、２０、２１、２２）は、前記複数の変換光学素子（４ａ〜４ｍ）の一部を保持する第１保持部材（４）と、前記複数の変換光学素子（５ａ〜５ｍ）の一部の残りを保持する第２保持部材（５）と、前記第１及び第２保持部材（４、５）を回転又は移動させる駆動部（１１、１２）とを含むことを特徴としている。
また、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記変倍光学系（６、３０）の変倍比をＺとするとき、１．２≦Ｚ≦２、又は、１．２≦Ｚ≦１．８を満足することを特徴としている。
また、本発明の第１の観点及び第２の観点による照明光学装置は、前記光束変換手段が、前記光源部からの光束に基づき前記基準光軸に対して偏心した複数の光束に変換する変換光学素子として、各々の光束の前記基準光軸に直交する第１方向における偏心量と、前記基準光軸及び前記第１方向に直交する第２方向における偏心量とが異なるように変換する変換光学素子を含むことを特徴としている。
上記課題を解決するために、本発明の第３の観点による照明光学装置は、被照射面（Ｒ，Ｗ）を照明する照明光学装置において、光束を供給する光源部（１）と、照明瞳面において基準光軸（ＡＸ）に対して偏心した複数の光束となるように、前記光源部からの光束を変換する光束変換手段とを含み、前記光束変換手段は、各々の光束の前記基準光軸に直交する第１方向に沿った前記照明瞳面での偏心量と、前記基準光軸及び前記第１方向に直交する第２方向に沿った前記照明瞳面での偏心量とが異なるように変換する変換光学素子を含むことを特徴としている。
この発明によれば、光源から供給される光束を変換光学素子によって、照明瞳面において基準光軸に対して偏心した複数の光束に変換しているため、光路上における光学部材の数を極めて少なくすることができ、その結果として照明光学系における光量低下を防止することができる。
また、本発明の第１の観点から第３の観点による照明光学装置は、前記光束変換手段が、前記第１方向における前記光束の偏心量を変えずに、前記第２方向における前記光束の偏心量を段階的に切り替えるために、前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴としている。
また、本発明の第１の観点から第３の観点による照明光学装置は、前記光束変換手段が、前記第１方向における前記光束の偏心量と前記第２方向における前記光束の偏心量との比を維持したまま、前記基準光軸に対する偏心量を段階的に切り替えるために、前記第１方向及び前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴としている。
また、本発明の第１の観点から第３の観点による照明光学装置は、前記光束変換手段が、前記基準光軸に対する前記光束の偏心量を維持したまま、前記第１方向における偏心量及び前記第２方向における偏心量を段階的に切り替えるために、前記第１方向及び前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴としている。
本発明の露光装置は、上記の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスク（Ｒ）に形成されているパターンを感光性基板（Ｗ）に投影する投影光学系（ＰＬ）とを含むことを特徴としている。
本発明のマイクロデバイスの製造方法は、上記の露光装置を用いて前記マスク（Ｒ）に形成されているパターンを感光性基板（Ｗ）に露光する露光工程（Ｓ１４）と、露光された前記感光性基板（Ｗ）を現像する現像工程（Ｓ１６）とを含むことを特徴としている。
発明を実施するための形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態による照明光学装置、露光装置、及びマイクロデバイスの製造方法について詳細に説明する。尚、以下の説明において図中にＸＹＺ直交座標系が示されている場合には、そのＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各図面間における各部材の位置関係について説明する。図面に付されているＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸が感光性基板としてのウェハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による照明光学装置及び本発明の第１実施形態による照明光学装置を備える露光装置の概略構成を示す図である。まず、図１を参照して本発明の第１実施形態による照明光学装置及び本発明の第１実施形態による露光装置の全体構成について説明し、次に本発明の特徴部分の実施形態について詳細に説明する。図１において、１は波長２４８ｎｍのレーザ光を射出するＫｒＦエキシマレーザ等の光源であり、本発明にいう光束を供給する光源部に相当する。
光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のシリンドリカルレンズからなるビームエキスパンダ２に入射する。ビームエキスパンダ２に設けられている対をなすシリンドリカルレンズは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力及び正の屈折力をそれぞれ有し、光軸ＡＸを含んで紙面と直交する面内（ＸＺ平面内）において平行平面板として機能する。従って、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定形状の断面を有する光束、例えば正方形状の断面を有する光束に整形される。
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介した光束は、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、レボルバ４に設けられている回折光学素子（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）又はレボルバ５に設けられている回折光学素子に順に入射する。これらの回折光学素子は、入射する光束を所定の断面形状、例えば、円形の断面形状を持つ光束、輪帯状の断面形状を持つ光束、及び基準光軸としての光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束の内の少なくとも２種の光束に変換するものであり、本発明にいう光束変換手段の一部をなす変換光学素子に相当するものである。
尚、本実施形態では入射した光束を上記の３種の断面形状を有する光束の何れにも変換することができる回折光学素子を備えている場合について説明する。また、図１では、輪帯状の断面形状を持つ光束に変換する回折光学素子が光軸ＡＸ上に配置されている場合を図示している。また、レボルバ４，５は、本発明にいう第１保持部材及び第２保持部材に相当するものであり、本発明にいう保持部材は、これらレボルバ４及びレボルバ５を総称したものである。レボルバ４，５は回転駆動装置１１，１２によってそれぞれ駆動され、主制御系１５の制御の下でその回転角が設定される。尚、回転駆動装置１１，１２は、本発明にいう駆動部に相当し、この回転駆動装置１１，１２及び主制御系１５は本発明にいう設定部に相当する。
レボルバ４，５に設けられた回折光学素子を通過することにより断面形状が所定の形状に変換された光束は、本発明の最も特徴的な部分であるズーム光学系６に入射する。このズーム光学系６は、本発明にいう変倍光学系に相当するものであり、回折光学素子で断面形状が変換された光束の光強度を変更するために設けられる。このズーム光学系６は５枚以下の光学部材で構成され、変倍比が２．３倍以下で焦点距離が可変に設定されている。尚、変倍光学系の変倍比は、変倍光学系の最長焦点距離ｆＴを変倍光学系の最短焦点距離ｆＷで割った値（ｆＴ／ｆＷ）で定められる。
ズーム光学系６が備える光学部材を５枚以下とするのは、主として光源１から射出される光の波長が短波長化したことに伴って、ズーム光学系６の透過光量の低下を防止するためである。また、光学部材の表面の数を減じることにより光学部材の表面において光化学反応が発生する確率を極力低下させて光学部材の劣化を抑えて性能維持を図るとともに、光学部材の交換に要するランニングコストの低減を図るためである。更に、微細なパターンをウェハＷ上に形成する上で好ましい照明条件を得るために、変倍比が２．３倍以下のもとで焦点距離の可変範囲（２．３倍以下）を確保するためである。
また、変倍比を２．３倍以下とするのは以下の理由による。つまり、従来は回折特性が異なる回折光学素子を数個設け、この回折光学素子の何れかで断面形状が変換された光束の光強度分布を変更するために、広い可変範囲で焦点距離が可変のズーム光学系を用いていた。即ち、従来は光束の光強度を変更するために、少ない種類の回折光学素子と可変範囲の広いズーム光学系とを用いていた。しかしながら、ズーム光学系の焦点距離の可変範囲が広いとその分光学部材の枚数が多くなり、更に、各焦点距離に応じた収差を極力少なくするための光学素子が必要となって構成が複雑となり、最終的にズーム光学系に含まれる光学部材の数が多くなってしまう。
そこで、本実施形態では、変換する光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の回折光学素子をレボルバ４，５に設け、この回折光学素子の何れかによって断面形状が変換された光束の光強度分布を、構成が簡素なズーム光学系６で微調整している。ここで、本実施形態ではズーム光学系６に含まれるレンズ６ａ〜６ｄの製造誤差及び位置調整誤差が少ない場合にはズーム光学系６の変倍比は２以下に設計されることが良い。
従って、本発明では、ズーム光学系６等の変倍光学系の構成をより簡素化するためには、この変倍光学系の変倍比を２以下とすることが望ましく、変倍光学系の構成をより一層簡素化するためには、変倍光学系の変倍比を１．８以下とすることがより一層望ましい。
尚、このとき、変倍光学系の構成の簡素化を限界まで行いつつ光束変換素子の個数を抑えるためには、変倍光学系の変倍比の下限は１．２以上とすることが望ましい。ここで、変倍光学系の変倍比の下限を考慮して変倍光学系の変倍比をＺとすると、変倍光学系の変倍比を２以下とした場合には、１．２≦Ｚ≦２の範囲を満たすことが望ましく、変倍光学系の変倍比を１．８以下とした場合には１．２≦Ｚ≦１．８の範囲を満たすことがより一層望ましい。
また、ズーム光学系６に含まれるレンズ６ａ〜６ｄの少なくとも１つのレンズ面には、残存収差を極力小さくするために、非球面が形成されていることが好ましい。尚、このズーム光学系６の構成及び動作の詳細については後述する。ズーム光学系６内に設けられるレンズ６ｂ〜６ｄは駆動装置１３によって駆動され、主制御系１５の制御の下でＹ軸方向の位置が調整されて光学的な焦点距離が設定される。
ズーム光学系６を通過した光束は、レチクルＲに設けられたレチクル面（パターンが形成されている面）、ひいてはウェハＷの上面（ウェハ面）を均一に照明する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７の入射面を重畳的に均一照明する。尚、上記のレチクル面及びウェハ面は本発明にいう被照射面に相当する。フライアイレンズ７は、正の屈折力を有する多数の要素レンズを光軸ＡＸに沿って縦横配列することによって構成されている。また、フライアイレンズ７を構成する各要素レンズの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
従って、フライアイレンズ７に入射した光束は多数の要素レンズにより二次元的に分割され、光束が入射した各要素レンズの後側焦点面には多数の光源像がそれぞれ形成される。こうして、フライアイレンズ７の後側焦点面には、フライアイレンズ７の入射面に入射する光束の断面形状と同じ断面形状の二次光源が形成される。フライアイレンズ７の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り８に入射する。この開口絞り８は、光軸ＡＸに平行な所定の軸線回りに回転可能なターレット（回転板：図１では不図示）上に支持されている。尚、開口絞り８の形状は、レボルバ４，５に設けられた回折光学素子によって変換された光束の断面形状に応じて選択される。
フライアイレンズ７の出射側の面光源を発した光束は、開口絞り８により通過光束の形状を制限された後、反射ミラー９で−Ｚ方向に偏向されてコンデンサー光学系１０に入射する。コンデンサー光学系１０を介した光束は、パターンが形成されたレチクルＲを重畳的に均一照明する。ここで、図１においてはコンデンサー光学系１０を簡略化して１枚のレンズとして表しているが、前述したズーム光学系６とコンデンサー光学系１０に含まれる光学部材の総数は１０以下に設定される。
図３０に示した従来のダブルフライアイレンズシステムでは、レチクルＲの照明範囲を決定するための視野絞り１２０がコンデンサ光学系１１９とマスク１２３との間に配置されており、この視野絞り１２０とレチクルＲのレチクル面とを光学的に共役にするために、視野絞り１２０とレチクルＲとの間の光路中にはリレー光学系１２１を設ける必要があった。よって、フライアイレンズ７とレチクルＲとの間には多くの光学部材が設けられていたため、透過光量の低下の観点からは好ましくない状況であった。
これに対し、本実施形態ではレチクルＲの上面近傍に視野絞りとしてのレチクルブラインドＲＢを配置することにより、リレー光学系を省略することができ、その結果としてフライアイレンズ７とレチクルＲとの間の構成を簡略化することができる。その結果として、フライアイレンズ７の後側焦点面に形成された二次光源からの光束の透過光量を向上させることができる。尚、レチクルブラインドＲＢは駆動装置１４によって駆動され、主制御系１５の制御の下でレチクルＲの照明領域が設定される。
レチクルＲが重畳的に均一照明されると、レチクルＲに形成されたパターンの像が投影光学系ＰＬを介してウェハＷに投影されることにより、レチクルＲのパターンがウェハＷに転写される。尚、投影光学系ＰＬの瞳と照明光学装置の瞳面、即ち開口絞り８が配置されている面とは光学的に共役に設定されている。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光又はスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはレチクルＲのパターンが逐次露光される。
尚、一括露光では、所謂ステップ・アンド・リピート方式に従って、ウェハＷの各露光領域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場合、レチクルＲ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、フライアイレンズ７の各要素レンズの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式に従って、レチクルＲ及びウェハＷを投影光学系ＰＬに対して相対移動させながらウェハＷの各露光領域に対してレチクルＲに形成されたパターンをスキャン露光する。この場合、レチクルＲ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比が例えば１：３の矩形状であり、フライアイレンズ７の各要素レンズの断面形状もこれと相似な矩形状となる。
尚、以上説明した光源１、ビームエキスパンダー２、折り曲げミラー３、複数の回折光学素子を有するレボルバ４，５、ズーム光学系６、フライアイレンズ７、開口絞り８、反射ミラー９、コンデンサーレンズ１０、レチクルブラインドＲＢ、及び回転駆動装置１１，１２は本発明の照明光学装置をなし、この照明光学装置とレチクルＲを載置するレチクルステージ（図示省略）、投影光学系ＰＬ、及びウェハＷを載置するウェハステージ（図示省略）は、本発明の露光装置をなす。
以上、本発明の第１実施形態による照明光学装置及び本発明の第１実施形態による露光装置の全体構成の概略について説明したが、次に複数の回折光学素子を備えるレボルバ４，５の構成及びズーム光学系６の構成の詳細について説明する。図２はレボルバ４，５の一例を示す斜視図であり、図３はその正面図である。図２に示したように、レボルバ４，５は、その回転軸が光軸ＡＸに対して平行となり且つ光軸ＡＸから偏心した状態に配置され、レボルバ４に設けられた複数の回折光学素子及び開口の何れか１つ、並びに、レボルバ５に設けられた複数の回折光学素子及び開口の何れか１つが光軸上に配置されるように構成される。
図３Ａは、レボルバ５の一例を示す正面図であり、図３Ｂは、レボルバ４の一例を示す正面図である。図３Ａに示したように、レボルバ５には、その円周方向に沿って回折光学素子５ａ〜５ｌ及び開口５ｍが円周方向に配列されている。回折光学素子５ａ〜５ｌは、入射した光束を回折して光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束に変換するものであり、各々の回折特性（例えば、回折角）が異なるように設定される。同様に、レボルバ４には、その円周方向に沿って回折光学素子４ａ〜４ｌ及び開口４ｍが円周方向に配列されており、これらの回折光学素子４ａ〜４ｌは入射した光束を回折して輪帯状の断面形状を持つ光束に変換するものであり、各々の回折特性（例えば、回折角）が異なるように設定される。
開口４ｍ，５ｍは入射した光束の断面形状を変化させずに単に透過させるために設けられる。光束の断面形状を円形の断面形状を持つ光束に変換する場合には、開口４ｍ及び開口５ｍが共に光軸ＡＸ上に配置される。また、光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束に変換する場合には、開口４ｍ及び回折光学素子５ａ〜５ｌの何れか１つが光軸ＡＸ上に配置される。更に、輪帯状の断面形状を持つ光束に変換する場合には、回折光学素子４ａ〜４ｌの何れか１つ及び開口５ｍが光軸ＡＸ上に配置される。
回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌは位相型回折光学素子であり、複数の微小な位相パターンや透過率パターンを配設して構成されている。図４Ａは、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌをＸ方向から見た断面形状を示す図であり、図４Ｂは、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌに入射した光束が回折される様子を示す図であり、図４Ｃは、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌに回折された光の遠視野像（ファーフィールドパターン）の一例を示す図である。
回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌの何れかに入射した光のうち、Ａで示す部分を透過した光は位相が零であり、Ｂで示す部分を透過した光はＡを透過した光に対して位相がπだけ遅れる。従って、波動光学的に見るとこれら２つの光は打ち消しあって、図４Ｂに示すように０次光（直接透過光）が無くなる。そのため、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌの何れかを透過した光は±１次光（又は±２次光）として回折されて、ズーム光学系６に入射する。そして、図４Ｃに示すように所定の照射面Ｐ内のある直線上ではデルタ（δ）関数状の強度分布Ｉを有する照明となる。この現象を利用して、種々のバリエーションの位相パターンや透過率パターンを加えた回折光学素子を使用すると、照射面Ｐ、つまりフライアイレンズ７の入射面上で所望の光強度分布を得ることができる。尚、上記回折光学素子は、位相、透過率、屈折率などの違いにより光を回折させる全ての素子を含むものをいう。
図５Ａは、一例として回折光学素子４ａに光束が入射する様子を示す斜視図であり、図５Ｂは、一例として回折光学素子４ａに光束が入射する様子をＸ方向から見た断面図であり、図５Ｃは、一例として回折光学素子４ａに光束が入射する様子をＺ方向からみた断面図である。ここで、ＹＺ面内において光軸ＡＸとなす角をθｙ，ＸＹ面内において光軸ＡＸとなす角をθｘとする。入射光は回折光学素子４ａの回折特性により回折角θｘ０〜θｘ１、θｙ０〜θｙ１の範囲で回折される結果、回折光の断面形状は略輪帯形状となる。そして、ズーム光学系６を介してフライアイレンズ７の入射面上に輪帯形状の光強度分布を形成する。
図６は、回折光学素子４ａがフライアイレンズ７の入射面に形成する照明領域を説明する図である。図６に示したように、回折光学素子４ａを使用すると回折後の光束の断面形状が略輪帯形状になる。そして、ズーム光学系６を通過した光束は、フライアイレンズ７の入射面上において斜線で示す略輪帯状の照明領域ＩＡのみにほぼ均一な光強度分布を形成する。ここで、点線で示す輪帯は、回折光学素子４ａに対応して配置された開口絞り８による開口領域ＡＡを示す。図６からも明らかなように、回折光学素子４ａ及びズーム光学系６によって形成した輪帯形状の光束により、開口絞り８の開口形状に対応するフライアイレンズ７の要素レンズ７ａのみを照明できるので、光源１からの光量を極めて高効率に使用できる。
また、更に照明効率を上げるために、輪帯状の開口絞り８を通過する光束に寄与する要素レンズ７ａのみの輪郭に沿って照明を行わせることもできる。この場合には、回折角θｘ，θｙが輪帯状の開口絞り８を通過する光束に寄与する要素レンズ７ａのみを照明するよう設定された回折光学素子を、例えば回折光学素子４ｂとして設けるとともに、ズーム光学系６の倍率を微調すればよい。
以上、輪帯状の断面形状を有する光束に変換する場合について説明したが、次に、光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束に変換する場合について説明する。この場合には、主制御系１５が回転駆動装置１１を制御してレボルバ４を回転させることにより開口４ｍ（図３Ｂ参照）を光軸上に配置するとともに、回転駆動装置１２を制御してレボルバ５を回転させることにより回折光学素子５ａ〜５ｌの何れか１つを光軸ＡＸ上に配置する。尚、光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束に変換する場合には、開口絞り８を変換する光束の形状に合わせたものに交換する。
回折光学素子５ａ〜５ｌは、回折後の光束の断面形状を４方向に分離した形状に変換する。そして、ズーム光学系６を介した後、フライアイレンズ７の入射面上で図７に示すように四極状の光強度分布である照明領域ＩＡを形成する。図７Ａ，図７Ｂは、回折光学素子５ａ〜５ｌがフライアイレンズ７の入射面に形成する照明領域の一例を示す図である。かかる回折特性を有する回折光学素子５ａ〜５ｌを用いた場合には、図７Ａに示すように、フライアイレンズ７の中心を通る十字状の領域を無駄に照明することがなくなり、照度効率を極めて高くすることができる。更に好ましくは、四極形状のうちの一つの断面形状が多角形、特に図７Ｂに示すように五角形形状をしたものを使用すると、フライアイレンズ７を構成する要素レンズ７ａの大きさに最適な照明になるので、照度の均一性を維持しつつ更に照度効率を向上することができる。
また、特にステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、波面分割型の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７を構成する複数の要素レンズ７ａの個々の形状が長方形状となる。この場合、フライアイレンズ７上に形成される照明領域のエッジの方向が、複数の要素レンズ７ａにおいて走査方向と対応する方向（典型的には要素レンズ７ａ短辺に沿った方向）に平行となると、ウェハＷ上での照度分布が走査直交方向において所望の分布とならない虞がある。そこで、特に４重極照明を行うときには、回折光学素子５ａ〜５ｌ及びズーム光学系６によってフライアイレンズ７の入射面上に形成される４つの照明領域のエッジの方向を、フライアイレンズ７を構成する複数の要素レンズ７ａの走査方向に対応した方向、つまり要素レンズ７ａの短辺方向に対して傾斜させることが好ましい。
図８Ａ〜図８Ｅは、回折光学素子５ａ〜５ｌを用いて光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束に変換する場合における光束の断面形状の他の例を示す図である。図８Ａは、フライアイレンズ７の入射面上に形成される４つの照明領域ＩＡの形状を楕円形状とした例を示している。そして、図８Ｂは、これら複数の照明領域ＩＡとフライアイレンズ７を構成する複数の要素レンズ７ａの入射面との関係を示す図である。この場合、照明領域ＩＡのエッジは、要素レンズ７ａにおける走査方向に対応した方向に対して連続的に傾いた方向となっている。図８Ｂからも明らかな通り、楕円形状の照明領域ＩＡのエッジが、複数の要素レンズ７ａに対してそれぞれ同じ位置で交差していないため、被照射面上での照度分布の不均一性（所望の分布からの偏り）、特に走査直交方向の不均一性を低減できる。
尚、この場合、フライアイレンズ７の射出側の開口絞り８によって、複数の要素レンズ７ａのうち照明領域のエッジが交差している要素レンズを遮光しなくとも、照度ムラ低減の効果を得ることができる。ひいては、開口絞り８を用いない場合（または最大開口とする場合）であっても、照度ムラ低滅効果を得ることができる。従って、リレーレンズ８をズーム光学系として複数の照明領域ＩＡの位置を連続的に変移させた場合においても、それらの照明領域ＩＡに対応して開口絞り８の開口部の位置を連続的に変移させる必要がない。
また、図８Ｃに示すように、４つの照明領域ＩＡの形状を円形状としてもよい。尚、結像性能向上の観点に立てば、図８Ａのように複数の照明領域ＩＡの形状を楕円形状とした方が、図８Ｃのように円形状とするよりも、フライアイレンズ７の射出側である２次光源の光量分布を光軸から離すことが可能であるため好ましい。ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、複数の照明領域ＩＡのエッジの方向が走査直交方向と同方向であっても、この方向に沿った照度ムラは走査露光により積分されるため考慮しなくともよい。
従って、回折光学素子５ａ〜５ｌ及びズーム光学系６が形成する複数の照明領域ＩＡの形状としては、図８Ｄに示すような六角形状であっても良い。この場合、要素レンズ７ａの走査方向に対応する方向に対して斜めに照明領城ＩＡのエッジが交差するように設定すれば、被照射面上での照度ムラを低滅させることができる。尚、要素レンズ７ａの走査方向に対応する方向に対して斜めに照明領域ＩＡのエッジが交差するように設定するならば、照明領域の形状は六角形状に限られず、他の多角形状でもよい。例えば、図８Ｅに示すように、照明領域ＩＡの形状は矩形状であってもよい。一方、照明領域の形状が六角形状や矩形状であっても、そのエッジが要素レンズ７ａの走査方向に対応する方向と平行となってしまう場合（例えば図８Ｄに示す各照明領域ＩＡをその重心を中心として３０°回転させたような場合）、照度ムラの低滅効果が減少するため好ましくない。
また、以上の例では、４重極照明を前提としてフライアイレンズ７の入射面上に４つの照明領域ＩＡを形成したが、上記の原理は、８重極照明などの多重極照明にも応用できる。つまり、フライアイレンズ７の入射面上に形成される多重極照明を構成する各照明領域のエッジ方向を、フライアイレンズ７を構成する複数の要素レンズ７ａの走査方向に対応した方向に対して傾斜させることにより、照度分布の均一性を向上させることができる。
以上、光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束に変換する場合について説明したが、次に、円形の断面形状を持つ光束に変換する場合について説明する。この場合には、主制御系１５が回転駆動装置１１を制御してレボルバ４を回転させることにより開口４ｍ（図３Ｂ参照）を光軸上に配置するとともに、回転駆動装置１２を制御して開口５ｍ（図３Ａ参照）を光軸上に配置する。尚、この場合には、開口絞り８を変換する光束の形状に合わせたもの、つまり円形形状の開口を有する開口絞りに交換する。
光源１からの光束は円形の開口４ｍ及び開口５ｍを通過するため、その断面形状は円形形状である。また、ほぼ平行光束であるため、ズーム光学系６を介しても径は変化するが、円形の断面形状はほぼ変化しない。図９は、開口４ｍ，５ｍを通過した光束がフライアイレンズ７の入射面に形成する照明領域の一例を示す図である。図９に示したように、開口４ｍ及び開口５ｍを光軸ＡＸ上に配置した場合には、フライアイレンズ７の入射面上で略円形状の光強度分布である照明領域ＩＡが形成される。尚、本実施形態では、開口４ｍ，５ｍを光軸ＡＸ上に配置した場合のみ円形の断面形状の光束が得られる場合を例に挙げて説明しているが、径の異なる開口が複数形成されているレボルバ又は円形の断面形状を持つ光束に変換する回折光学素子であって回折特性が各々相違する回折光学素子を複数有するレボルバが更に設けられていることが好ましい。
尚、本実施形態における回折光学素子としては、例えば米国特許第５，８５０，３００号公報に開示される回折型ホモジナイザや、特開２００１−１７４６１５号（及びこれに対応する、後藤により２０００年４月１４日に米国出願された米国特許出願第０９／５４９，７２０号）公報に開示される回折型オプティカルインテグレータを採用することが可能である。ここでは、米国特許第５，８５０，３００号公報及び米国特許出願第０９／５４９，７２０号を参照として援用する。
次に、ズーム光学系６の構成について説明する。図１０Ａ，図１０Ｂは、ズーム光学系６の具体的構成を示す側面図である。図１０Ａ，図１０Ｂに示したズーム光学系６は、レボルバ５側から順に開口絞りＡＳ１、凸平レンズ６ａ、両凹レンズ６ｂ、両凸レンズ６ｃ、及びフライアイレンズ７側に凸を向けた正メニスカスレンズ６ｄの４枚の光学部材から構成されている。尚、図１０Ａ，図１０Ｂ中の面Ｐはフライアイレンズの入射面を示している。
次に、ズーム光学系６の諸元について説明する。以下に示す表１は、ズーム光学系６の一例の諸元を示す表である。表１に示した数値の単位はミリメートルであり、小数点以下４桁は切り捨てて示している。以下の表１は波長２４８ｎｍのレーザ光を射出するＫｒＦエキシマレーザを光源１として用いた場合の実施例であり、開口絞りＡＳ１からフライアイレンズ７の入射面Ｐまでの長さは４５０ｍｍに設定されている。また、開口絞りＡＳ１の径は３０ｍｍであり、最大入射角は４．５度である。また、各レンズの硝材は合成石英であり、上記波長における屈折率は、１．５０８３９である。
表１において、左端の数字は開口絞りＡＳ１側からのレンズ面の順序、ｒはレンズ面の曲率半径、ｄは当該レンズ面から次のレンズ面までの間隔である。また表１では、各レンズの配置を容易にするため、当該レンズ面から次のレンズ面までの硝材を表している。また、表１中の「像面」は図１０Ａ，図１０Ｂ中に示したフライアイレンズ７の入射面Ｐを示している。
2002095811.tif 000003
2002095811.tif 000004
図１０に示したズーム光学系は、変倍比が１．７５倍のもとで焦点距離が可変に構成され、焦点距離を可変する場合にはレンズ６ｂ〜６ｃをＹ方向に移動させて、レンズ６ａとレンズ６ｂとの間隔、レンズ６ｂとレンズ６ｃとの間隔、レンズ６ｃとレンズ６ｄとの間隔、及びレンズ６ｄとフライアイレンズ７の入射面Ｐとの間隔を可変する。図１０Ａ，図１０Ｂはズーム光学系６が各々異なる焦点距離に設定されたときの、開口絞りＡＳ１と入射面Ｐとの間における各レンズ６ａ〜６ｄの位置関係の例を示している。上記の表１においては、レンズ６ｂ、レンズ６ｃ、レンズ６ｄ、及び入射面Ｐとの間の距離がそれぞれｄ３，ｄ５，ｄ７，ｄ９で表されているが、焦点距離と、これらの距離ｄ３，ｄ５，ｄ７，ｄ９との関係を以下の表２に示す。
2002095811.tif 000005
上記表２では、ズーム光学系６の焦点距離を３４０ｍｍ、４２５ｍｍ、５１０ｍｍ、５９５ｍｍに設定するためのレンズｄ３，ｄ５，ｄ７及び入射面Ｐ間の間隔ｄ３，ｄ５，ｄ７，ｄ９の一例を示している。
次に、ズーム光学系６の作用について説明する。本実施形態のズーム光学系６は、焦点距離及びピント位置を適宜調節できるようになっている。ズーム光学系６のピント位置を調節する際には、主制御系１５が駆動装置１３を動作させて、レンズ６ｂ〜６ｄの何れか１つを光軸ＡＸ方向に移動させる。一方、ズーム光学系６の焦点距離を調節する際には、駆動装置１３を動作させてレンズｄ３，ｄ５，ｄ７及び入射面Ｐ間の間隔ｄ３，ｄ５，ｄ７，ｄ９を調整する。焦点距離を長くするには、主としてレンズ６ｃとレンズ６ｄとの間隔を大きくし、逆に焦点距離を短くするには、主としてレンズ６ｃとレンズ６ｄとの間隔を短くする。
図１１Ａ，図１１Ｂ及び図１２Ａ〜図１２Ｃは、駆動装置１３によってズーム光学系６の焦点距離やピント位置を調節した場合における、フライアイレンズ７の入射面側での照射領域の変化を示す図である。図１１Ａは、円形である当初の照明領域ＩＡ１を示し、図１１Ｂは、焦点距離やピント位置の調節後の照明領域ＩＡ２を示す。駆動装置１３によってズーム光学系６の焦点距離やピント位置を調節することで、照明領域ＩＡ１の大きさを僅かに大きな照明領域ＩＡ２に変更することで、照明領域の大きさを微調整することができる。尚、ズーム光学系６の焦点距離を短くする場合、調整後の照明領域は、当初の照明領域ＩＡ１よりも小さくなる。
図１２Ａは、輪帯状である当初の照明領域ＩＡ３を示し、図１２Ｂは、焦点距離を調整した後の照明領域ＩＡ４を示し、図１２Ｃは、ピント位置の調節後の照明領域ＩＡ５を示す。図１２Ａと図１２Ｂとの比較により明らかなように、駆動装置１３によってズーム光学系６の焦点距離を調節することで、比較的小さな照明領域ＩＡ３を相似に拡大した照明領域ＩＡ４に変更できることが分かる。つまり、輪帯照明の内側の径と外側の径とを比例させて全体のサイズを適宜変更することができる。図１２Ａと図１２Ｃとの比較により明らかなように、駆動装置１３によってズーム光学系６のピント位置を調節することで、照明領域ＩＡ３の輪帯比を変更した照明領域ＩＡ５を得ることができる。つまり、輪帯照明の内側と外側との間隔を適宜変更することができる。
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態による照明光学装置及び本発明の第２実施形態による露光装置について説明する。図１３は、本発明の第２実施形態による照明光学装置及び本発明の第２実施形態による露光装置の構成を示す図である。前述した第１実施形態による照明光学装置は、複数の回折光学素子４ａ〜４ｌをレボルバ４に設けるとともに、複数の回折光学素子５ａ〜５ｌをレボルバ５に設けた構成であった。そして、レボルバ４，５の回転角を制御して光軸ＡＸ上に配置される回折光学素子５ａ〜５ｌを交換することにより、ズーム光学系６の変倍比が２．３以下とさほど広くなくても種々の照明条件を実現するものであった。
図１３に示した本発明の第２実施形態による照明光学装置は図１中のレボルバ４，５に代えて、カセット２０に収納した複数の回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…のうちから必要な回折光学素子を選択して光軸ＡＸ上に配置することによって、断面形状が所望の形状に変換された光束を、ズーム光学系６を介してフライアイレンズ７に供給している。図１３に示したように、複数の回折光学素子回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…を収納するカセット２０と、カセット２０から回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…の何れか１つを受け取って搬送する搬送路２１と、搬送路２１から搬送されてくる回折光学素子を受け取って支持する支持部材２２とが設けられている。カセット２０から取り出す回折光学素子の選択は主制御系１５によって制御される。
本実施形態においては、上記支持部材２２が本発明にいう保持部材に相当し、搬送路２１が本発明にいう駆動部に相当する。また、これらに加えてカセット２０及び主制御系１５を含めて本発明にいう設定部に相当する。カセット２０は、回折特性が異なる複数の回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…を貯蔵している。このカセット２０は、主制御系１５から出力される制御信号に基づいてカセット２０に貯蔵されている回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…の内の所望の照明条件に対応する回折光学素子を送り出し、搬送路２１はカセット２０から送り出された回折光学素子を照明光の光路に向けて搬送する。搬送路２１を通った回折光学素子は支持部材２２に搬入されて照明光の光軸ＡＸ上で固定される。
尚、支持部材２２中に保持された不要な回折光学素子は、交換に際して予め光軸ＡＸ上から除去される。つまり、光路上に移動させるべき新たな回折光学素子をカセット２０から搬出する前に、光路上から除去すべき元の回折光学素子、すなわち支持部材２２中に保持された回折光学素子を搬送路２１を介してカセット２０中に格納する。ここで、カセット２０は取り外し可能であり、交換可能とする。この場合、収納している回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…の種類が異なる種々のカセットを予め備えておき、所望のカセットを自動的に選択して搬送路２１に接続する構成としてもよい。
以上のようなカセット２０を用いた場合、フライアイレンズ７上の強度分布のバリエーションが増える。例えば、同じように輪帯形状の回折特性を利用する場合であっても、種々の最大発散角と最小発散角を組み合わせることによって多様な輪帯照明を行うことができる。このようにフライアイレンズ７上の強度分布のバリエーションを増やすことにより、フライアイレンズ７の射出側に配置する輪帯開口絞りの形状を多様に調節し、照明の瞳分布をきめ細かく調整した場合にも、照明光量を無駄にすることがない。尚、以上では輪帯照明の場合について説明したが、円形照明、四つ目形状照明の場合についても同様な効果がある。
回折光学素子を光軸ＡＸ上に保持する支持部材２２は、カバーガラス２３によって周囲に対して気密に仕切られた支持室になっている。この支持室には、不活性ガス、例えば窒素、ヘリウム（Ｈｅ）ガス等をパージしておくことが望ましい。この場合、支持部材２２の外側で発生するガス等に起因する不純物の付着から回折光学素子を保護することができ、安価なカバーガラス２３の交換のみによって、透過率劣化を回復することが可能である。また、支持部材２２から延びる搬送路２１に対してカセット２０を着脱自在としているので、不純物によるくもり対策になるのみならず、回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…のメンテナンスが容易となる。
更に、本実施形態による照明光学装置は、前述した第１実施形態と同様のズーム光学系６を備えており、光軸ＡＸ上には位置された回折光学素子により断面形状が変換された光束のＺＸ平面における強度分布を可変に構成されている。本実施形態では、光軸ＡＸ上に配置される回折光学素子がカセット２０、搬送路２１、及び支持部材２２によって交換可能に構成されている点において相違しているだけで、変換する光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の回折光学素子を設け、この回折光学素子の何れかによって断面形状が変換された光束の光強度分布を、構成が簡素なズーム光学系６で微調整するという点においては第１実施形態と同様である。
また、第２実施形態による照明光学装置は、折り曲げミラー３を振動ミラーとしている。このために、折り曲げミラー３を駆動するための駆動装置２４が設けられており、折り曲げミラー３を３次元的に微動させたり、光軸ＡＸに垂直な一対の軸回りに微少回転させることができるように構成されている。尚、干渉ノイズ低減のために露光時間中に折り曲げミラー３の角度を変化させる駆動機構の図示は省略しているが、図１３中の駆動装置２４とは別途に設けてある。
本実施形態では、主制御系１５の制御の下、駆動装置１３を駆動して、レンズ６ａ〜６ｄの少なくとも１つをＺＸシフトまたはＺＸチルトさせて（Ｙ軸は光軸ＡＸに平行とする）、光軸ＡＸ上に配置された回折光学素子によって形成される照明領域とフライアイレンズ７の入射面との位置合わせを行なうことができる。また、本実施形態では、駆動装置２４で折り曲げミラー３をＸＹチルトさせて、照明領域の位置合わせを行なうことも可能である。
以上のような駆動装置１３，２４を適宜動作させることにより、レチクルＲのレチクル面又はウェハＷのウェハ面での照明ムラとテレセン度を高精度に調整することができる。ここで、テレセン度とは、ウェハＷ等に入射する照明光束の傾きの少なさを意味し、ウェハＷの露光面等における結像の等方性を意味する。照明ムラやテレセン度はフライアイレンズ７の後段に設けたコンデンサー光学系１０に含まれる光学要素のシフト又はチルトによって調整することができるが、フライアイレンズ７の前段に設けたズーム光学系６を構成するレンズ６ａ〜６ｄの微動と組み合わせることによって、より高精度な調整が可能となる。
以上、本発明の第２実施形態について説明したが、上記第２実施形態では、光軸ＡＸ上に配置される１つの回折光学素子をカセット２０、搬送路２１、及び支持部材２２からなる機構により交換可能に構成した場合についての実施形態であった。しかしながら、複数の回折光学素子が設けられたレボルバ（図１中のレボルバ４又はレボルバ５に相当するもの）をカセット２０内に多数収納し、レボルバを交換可能に構成しても良い。この構成の場合には、光路上に配置されているレボルバが備える回折光学素子全てが必要とする回折特性を有していないときに、その回折特性を有する回折光学素子が設けられているレボルバと交換される。更に、上記第２実施形態では、回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…の内の所望の回折光学素子を搬送路２１を介して照明光の光路に向けて搬送し、不要な回折光学素子を搬送路２１を介してカセット２０中に格納していたが、カセット２０の搬送は搬送アームを用いて行うようにしても良い。
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態による照明光学装置及び本発明の第３実施形態による露光装置について説明する。図１４は、本発明の第３実施形態による照明光学装置及び本発明の第３実施形態による露光装置の構成を示す図である。前述した第１実施形態及び第２実施形態では、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ７を用いる場合について説明したが、本実施形態ではフライアイレンズ７に代えてロッドインテグレータを用いている。
図３に示した本発明の第３実施形態が図１に示した本発明の第１実施形態と相違する点は、ズーム光学系６に代えてズーム光学系３０を配置し、フライアイレンズ７に代えてロッドインテグレータ３１を設け、更にリレーレンズ３２を設けた点である。尚、本実施形態においても、ズーム光学系３０、リレー光学系３２、及びコンデンサー光学系１０に含まれる光学部材の総数は１０以下に設定される。ズーム光学系はレンズ３０ａ、プリズム３０ｂ，３０ｃからなるアキシコンプリズム、及びレンズ３０ｄから構成されている。アキシコンプリズムは、プリズム３０ｂとプリズム３０ｃとの間の間隔を調整することにより、連続的に倍率を可変にすることができる。これらのプリズム３０ａ，３０ｂは、駆動装置１３によって駆動され、Ｙ方向の位置が調整される。尚、本実施形態においても、ズーム光学系３０に含まれるレンズ３０ａ、プリズム３０ｂ，３０ｃ、及びレンズ３０ｄの少なくとも１つのレンズ面には、残存収差を極力小さくするために、非球面が形成されていることが好ましい。
以上の構成において、光軸ＡＸ上に配置された回折光学素子４ａによって断面形状が変換された光束は、ズーム光学系３０のレンズ３０ａ及びプリズム３０ｂ，３０ｃを介してＺＸ平面内における強度分布が変換された後、レンズ３０ｄを介してロッドインテグレータ３１の入射面を重畳的に照明する。ここで、レンズ３０ｄでロッドインテグレータ３１の入射面を重畳的に照明するのは、ロッドインテグレータ３１の入射端の近傍に形成される光源面（虚像）の面積を実質的に拡大して、照度分布のムラを緩和するためである。また、ロッドインテグレータ３１の射出は、レチクルブラインドに相当し、レチクルＲと光学的に共役となっている。
以上、本発明の第３実施形態について説明したが、上述した第３実施形態では、第１実施形態と同様にレボルバ４，５を回転させて光軸ＡＸ上に配置する回折光学素子を交換する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、光軸ＡＸ上に配置される光学素子を交換するために、第２実施形態で説明したカセット２０、搬送路２１、及び支持部材２２からなる機構により交換可能に構成してもよい。また、複数の回折光学素子が設けられたレボルバをカセット２０内に多数収納し、レボルバそのものを交換可能に構成しても良い。
〔第１実施形態〜第３実施形態の変形例〕
以上、本発明の第１実施形態〜第３実施形態による照明光学装置及び露光装置について説明した。上述した第１実施形態〜第３実施形態では、変換光学素子として回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌを備える場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、これらの回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌに代えて波面分割型インテグレータを変換光学素子として用いても良い。ここで、波面分割型インテグレータとは、複数の光学要素（屈折（レンズ）要素や回折要素、反射鏡要素）をマトリックス状に集積して構成されたフライアイレンズや、光透過性基板にエッチングなどの手法により複数の微少レンズ面（反射面）をマトリックス状に設けたマイクロレンズアレイ等を含むものである。例えば、図１５に示す屈折光学素子を用いることもできる。
図１５は、回折光学素子４ａ〜４ｌ又は５ａ〜５ｌ、回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…に代えて用いることができる屈折光学素子を示す斜視図である。前述の実施形態では、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌａとして位相型回折光学素子の場合を例に挙げて説明したが、底面４１ａをその軸に軸に平行な面で例えば六角形状にカットしたプリズム４１を備えた屈折光学素子４０を用いても良い。
ここで、プリズム４１の底面４１ａを六角形状にカットするのは、図示したようにプリズム４１の底面４１ａを稠密に配列させるためである。この底面４１ａに光源１からの光束が入射されるが、このように形成されたプリズム４１の底面４１ａは平面であるので、入射した光源１からの光束を屈折する際に屈折角を変えてしまう等の不具合は生じない。尚、図１５に示した形状にカットせずに、例えば円錐プリズムの底面に六角形状の開口を形成する遮光部を設けるようにしても良い。この場合、入射する光束の内、照明光として寄与しない光束が生ずるため、やはり図１５に示したように稠密に配列を行った方が好ましい。尚、図１５では円錐プリズムを用いて屈折光学素子４０を形成しているが、三角錐プリズム、四角錐プリズム等の錐体プリズムを用いることができる。
また、上記第１実施形態及び第３実施形態においては、２つのレボルバ４，５を用いて光軸ＡＸ上に配置する回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌａを切り替える（交換する）構成を例に挙げて説明したが、光軸ＡＸ上に配置するレボルバの数は任意の数でよい。光軸ＡＸに配置するレボルバの数を増加させると、光軸ＡＸ上に配置することができる回折光学素子の種類を増やすことができるため、ズーム光学系６の構成を更に簡略化することも可能となる。以下、第１実施形態〜第３実施形態で説明した回折光学素子の交換機構の変形例について説明する。尚、以下に複数の変形例を示すが、何れの変形例を用いるかは、露光装置（照明光学系）内における設置スペースに応じて適宜選択可能である。
図１６は、回折光学素子の交換機構の第１変形例を示す正面図である。図１６に示す変形例では、外周に沿って２４個の回折光学素子（レボルバ４，５に設けられる回折光学素子の総数と同数の回折光学素子）を備えるレボルバ５０を１つ光軸ＡＸ上に配置し、不図示の回転駆動装置（例えば、モータ）によりレボルバ５０を回転軸Ｃ１の周りで駆動（回転）することにより、光軸ＡＸ上に配置される回折光学素子を交換する機構となっている。
図１７は、回折光学素子の交換機構の第２変形例を示す正面図及び上面図である。図１７に示す変形例は、前述した第１実施形態及び第３実施形態のレボルバ４，５と同様に、それぞれ１２個の回折光学素子を備えた２つのレボルバ５１ａ，５１ｂを備える。これらのレボルバ５１ａ，５１ｂは、回転駆動装置５２ａ，５２ｂによってそれぞれ駆動されて回転軸Ｃ２，Ｃ３の周りで回転する。
レボルバ５１ａ，５１ｂ及び回転駆動装置５２ａ，５２ｂは光軸ＡＸに対して並列に設けられており、回転駆動装置５２ａ及びレボルバ５１ａを一体として光軸ＡＸに対して進退可能に構成され、回転駆動装置５２ｂ及びレボルバ５１ｂを一体として光軸ＡＸに対して進退可能に構成される。図１７に示す機構においては、まず光軸ＡＸ上に配置すべき回折光学素子を備えるレボルバを光軸ＡＸ上に配置するとともに他方のレボルバを光軸ＡＸから退避し、次に光軸ＡＸ上に配置されたレボルバを駆動（回転）して所望の回折光学素子を光軸ＡＸ上に配置することになる。
図１８は、回折光学素子の交換機構の第３変形例を示す正面図及び上面図である。この第３変形例では、図１８に示すように、それぞれ１２個の回折光学素子を備えた２つのレボルバ５３ａ，５３ｂを対面させて配置している。レボルバ５３ａ，５３ｂが対面配置されることから、各々を駆動する回転駆動装置５４ａ，５４ｂは同軸上で互いに逆向きに配置されることになる。かかる配置とした場合には、正面方向（光軸ＡＸに沿った方向）における設置面積は１つのレボルバ分の面積だけで良いため、光軸ＡＸに直交する面内における設置面積が制限される場合には、図１８に示す配置とすることが望ましい。
図１９は、回折光学素子の交換機構の第４変形例を示す正面図及び上面図である。図１９に示す変形例は、図１８と同様に、レボルバ５３ａ，５３ｂを対面させて配置しているが、レボルバ５３ａを駆動するための回転駆動装置５４ａの配置が異なる。図１９に示すように、レボルバ５３ａの回転軸にかさ歯車５５を設けるとともに、回転駆動装置５４ａの回転軸にかさ歯車５６を設けて、回転駆動装５４ａの回転軸とレボルバ５３ａとがほぼ９０度の角度をなしていても、回転駆動装置５４によってレボルバ５３ａを回転可能に構成している。尚、図１９に示した例では、回転駆動装置５４ａの配置のみを異ならせているが、必要であれば、回転駆動装置５４ｂの配置のみを異ならせ、又は回転駆動装置５４ａ，５４ｂの双方の配置を異ならせる（レボルバ５３ａ，５４ａの回転軸と回転駆動装置５４ａ，５４ｂの回転軸とがほぼ直交する）ように配置しても良い。
図２０は、回折光学素子の交換機構の第５変形例を示す正面図である。図２０に示す変形例は、ベルトコンベアによって複数の回折光学素子６０を搬送するよう構成される。つまり、回転ローラ５７と回転ローラ５８との間でベルトコンベア５９が橋渡しされており、このベルトコンベア５９に複数の回折光学素子６０が設けられており、回転ローラ５７，５８の回転角を調整することにより、光軸ＡＸ上に所望の回折光学素子６０が配置される。尚、図２０に示した例では、回折光学素子６０のベルトコンベア５９に沿った移動経路上であって回転ローラ５７，５８の間の位置に光軸ＡＸを設定している場合を例に挙げて説明しているが、光軸ＡＸは回折光学素子６０のベルトコンベア５９に沿った移動経路上の任意の位置に設定することが可能である。
図２１は、回折光学素子の交換機能の第６変形例を示す正面図である。この変形例では、各々が６種類の回折光学素子を備える４つの子レボルバ６２ａ〜６２ｄを親レボルバ６１に取り付けている。親レボルバ６１は不図示の回転駆動装置により駆動され、親レボルバ６１が回転軸Ｃ４の周りで回転すると、親レボルバ６１の回転に合わせて子レボルバ６２ａ〜６２ｄも回転軸Ｃ４の周りに回転する。また、子レボルバ６２ａ〜６２ｄは、各々個別に回転軸Ｃ５〜Ｃ８の周りで回転可能に構成されている。
尚、子レボルバ６２ａ〜６２ｄは、光軸ＡＸ上に配置されたときだけ回転軸Ｃ５〜Ｃ８の周りの回転角を制御することができれば良いため、子レボルバ６２ａ〜６２ｄ全てに対して個別に回転駆動装置を設けることは必ずしも必要ではない。従って、装置構成を簡単化するために、例えば、各々の子レボルバ６２ａ〜６２ｄの外周にネジ溝を形成するとともに光軸ＡＸの近傍に回転駆動装置を１つ設けた構成とすることが好ましい。かかる構成の場合には、親レボルバ６１の回転により、子レボルバの何れか１つが光軸ＡＸ上に配置されたときに、その子レボルバの外周と光軸ＡＸの近傍に設けられた回転駆動装置の回転軸とが当接し、回転駆動装置の回転力が子レボルバに伝達されて光軸ＡＸ上に配置された子レボルバのみの回転角が制御される。
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態による照明光学装置及び本発明の第４実施形態による露光装置について説明する。上述した第１実施形態及び第２実施形態においては、入射光束を光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束（４重極照明）に変換する回折光学素子として、図８Ａ〜図８Ｅに示すように、フライアイレンズ７の入射面上に形成される４つの照明領域ＩＡが正方形の頂点に配置されるように入射光を回折する回折光学素子を備える場合を例に挙げて説明した。
しかしながら、ウェハＷに転写するパターンの形状によっては、光近接効果（ＯＰＥ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｆｆｅｃｔ）と呼ばれている現象により、正方形の頂点にＩＡ照明領域が配置された照明光を用いるよりも、細長い長方形の頂点に照明領域ＩＡが配置された照明光を用いる方が好ましい場合がある。ここで、光近接効果とは、パターンサイズの微細化が進むと解像寸法が目標寸法からずれて異常な線幅となる現象、レジストパターンのレチクルパターンに対する忠実度が劣化する現象、解像力のパターン種依存性が顕著化する現象等を総称したものである。
図２２は、ウェハＷに転写するパターンの形状に応じて４重極照明における照明領域ＩＡの配置を変える例を示す図である。いま、図２２に示すように、レチクルＲに形成されるパターンＰ１が、ある方向（図２２では、符号ｄ１を付した方向）に細長のパターンであって、パターンＰ１の長手方向に直交する方向（図２２では、符号ｄ２を付した方向）に所定のピッチで配置されたパターンである場合を考える。このパターンＰ１を４重極照明するときには、符号ｄ２を付した方向に長手方向が設定された長方形の頂点に照明領域ＩＡが配置された照明光を用いると、より設計値に近いパターンがウェハＷ上に転写される。以下、本明細書では、細長い長方形の頂点に照明領域ＩＡが配置された４重極照明、即ち第１方向（図２２では符号ｄ１を付した方向）における光軸ＡＸ（基準光軸）からの偏心量と、第１方向に直交する第２方向（図２２では符号ｄ２を付した方向）における光軸ＡＸからの偏心量とが異なる４重極照明を変形４重極照明という。
本実施形態では、変換光学素子として、かかる変形４重極照明を実現するための回折光学素子を備えている。但し、前述したように、透過光量の低下を防止するために、ズーム光学系６を構成するレンズ等の枚数及び変倍率が制限されている。このため、本実施形態では、変形４重極照明を行うための変換特性が異なる回折光学素子を複数種類備えている。尚、本実施形態は、変形４重極照明を行うための回折光学素子以外の構成は前述した第１実施形態及び第２実施形態とほぼ同様の構成であるため、変形４重極照明を行う回折光学素子の変換特性を中心に説明し、他の構成の説明は省略する。
図２３〜図２５は、本発明の第４実施形態による照明光学系が備える回折光学素子の変換特性を説明するための図である。尚、本実施形態の回折光学素子は、変換特性の種類に応じた複数の回折光学素子を含む回折光学素子群に分類されており、図２３〜図２５においては、各々の回折光学素子群に含まれる回折光学素子がフライアイレンズ７の入射面上に形成する照明領域を異なる図に示している。
また、図２３〜図２５において、符号ｋ１を付した円は最大σ値（＝「１」）を示し、符号ｋ２を付した円は「０．５」のσ値を示している。ここで、σ値とは開口絞り径／投影光学系の瞳径、又は照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数をいう。４極照明等の多極照明の場合には、開口絞り径は、投影光学系の瞳に形成される多極状の照明光束又は多極状の光源像に外接する円の大きさ又は直径となる。
図２３では、Ｘ方向における光軸ＡＸに対する偏心量を変えずにσ値を段階的に変化させる回折光学素子群の変換特性を示している。この回折光学素子群は、照明領域ＩＡ１１〜ＩＡ１４を形成する回折光学素子、照明領域ＩＡ２１〜ＩＡ２４を形成する回折光学素子、照明領域ＩＡ３１〜ＩＡ３４を形成する回折光学素子を含む。尚、照明領域ＩＡ１１〜ＩＡ１４，ＩＡ２１〜ＩＡ２４，ＩＡ３１〜ＩＡ３４各々の径は、最大σの径をφとしたときに０．１５φ程度である。かかる変換特性を有する回折光学素子を交換することにより、Ｘ方向における光軸ＡＸに対する偏心量を変化させずにＺ方向における光軸ＡＸに対する照明領域の偏心量を増大させることができるため、例えば図２２に示したパターンＰ１をウェハＷに転写する場合に、符号ｄ１方向における線幅の変化を引き起こすことなく、符号ｄ２を付した方向の線幅を意図的に変化させることが可能となる。
図２４では、Ｘ方向における光軸ＡＸに対する偏心量とＺ方向における光軸ＡＸに対する偏心量との比を変えずに、σ値を段階的に変化させる回折光学素子群の変換特性を示している。照明領域ＩＡ４１〜ＩＡ４４を形成する回折光学素子、照明領域ＩＡ５１〜ＩＡ５４を形成する回折光学素子、照明領域ＩＡ６１〜ＩＡ６４を形成する回折光学素子を含む。尚、各々の照明領域の径は、図２３に示した照明領域と同様に０．１５φ程度に設定される。この回折光学素子群を用いて回折光学素子を交換することにより、例えば相似関係にあるパターン毎に変形４重極照明の最適なσ値を求めることが可能となる。
図２５では、σ値を変えずにＸ方向及びＺ方向における光軸ＡＸに対する偏心量を変化させる回折光学素子群の変換特性を示している。この回折光学素子群は、照明領域ＩＡ７１〜ＩＡ７４を形成する回折光学素子、照明領域ＩＡ８１〜ＩＡ８４を形成する回折光学素子、照明領域ＩＡ９１〜ＩＡ９４を形成する回折光学素子を含む。尚、各々の照明領域の径は、図２３に示した照明領域と同様に０．１５φ程度に設定される。この回折光学素子群を用いればσ値を変化させずに、Ｘ方向及びＺ方向における光軸ＡＸに対する偏心量を意図的に変化させることができるため、例えば、図２２の符号ｄ１を付した方向における線幅と符号ｄ２を付した方向における線幅とに応じて、各々の方向における線幅を制御することが可能となる。
尚、図２３〜図２５においては、図示の簡略化及び説明の簡単化のため、各々の回折光学素子群が３つの回折光学素子を含む場合を説明したが、１つの回折光学素子群に含まれる回折光学素子の数は任意でよい。また、フライアイレンズ７に形成される照明領域の径は回折光学素子群に含まれる回折光学素子の数及びズーム光学系６を構成する変倍率を考慮して適宜設定することができる。更に、図２３〜図２５においては、照明領域を段階的（３段階）に切り替える場合を例に挙げて説明したが、切り替え段数は照明光学系内における回折光学素子（レボルバ）の設置スペースが許す限り多くすることが好ましく、ほぼ連続的に切り替え可能とすることが望ましい。また、回折光学素子を切り替える（光軸ＡＸ上に配置する回折光学素子を交換する）機構は、前述した第１実施形態、第２実施形態、及びこれらの変形例で説明した機構を用いることができる。また更に、回折光学素子に代えて波面分割型インテグレータを用いることもできる。
〔第５実施形態〕
図２６は、本発明の第５実施形態による照明光学装置及び本発明の第５実施形態による照明光学装置を備える露光装置の概略構成を示す図である。図１に示した本発明の第１実施形態による照明光学装置と図５に示した本発明の第５実施形態による照明光学装置が異なる点は、図１中のズーム光学系６に代えて所定の固定倍率を有する固定倍率光学系としてのレンズ７０を備えた点である。このレンズ７０の倍率は、例えば１倍〜２倍程度の範囲のある値に設定される。
前述した第１実施形態〜第４実施形態では、ズーム光学系６の透過光量の低下を防止するために、ズーム光学系６を構成するレンズ等の枚数を減らして変倍比を制限する代わりに、光源１からの光束を所定形状の断面を有する光束に変換する変換光学素子としての回折光学素子を複数種類備えていた。
本実施形態では、更なるレンズ等の光軸ＡＸ上に配置される光学部材の数を低減するために、１枚のレンズ７０のみを設けている。図２６においては、折り曲げミラー３とレンズ７０との間に図３Ａ及び図３Ｂに示す回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌを備える場合を例に挙げて図示しているが、倍率が固定のレンズ７０を備えたため、変換特性の異なる回折光学素子をより多く備えることが望ましい。特に、図２３〜図２５を用いて説明した変形４重極照明のための変換特性を有する回折光学素子群を設けることが好ましい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、光源１としてＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を備えた場合を例に挙げて説明したが、光源１として超高圧水銀ランプを備え、波長選択フィルタ６で、必要となるｇ線（４３６ｎｍ）の光、ｈ線（４０５ｎｍ）、及びｉ線（３６５ｎｍ）の光を選択するようにしてもよい。また、更なる波長の短波長化を図るのであれば、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）を光源１として備え、これらのレーザから射出されるレーザ光を用いることもできる。
尚、露光光として２００ｎｍ以下の波長を用いる場合には、回折光学素子４ａ〜４ｌ，４ａ〜５ｌを螢石、フッ素がドープされた石英ガラス、フッ素及び水素がドープされた石英ガラス、構造決定温度が１２００Ｋ以下で且つＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上である石英ガラス、構造決定温度が１２００Ｋ以下で且つ水素分子濃度が１×１０１７ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上である石英ガラス、構造決定温度が１２００Ｋ以下でかつ塩素濃度が５０ｐｐｍ以下である石英ガラス、及び構造決定温度が１２００Ｋ以下で且つ水素分子濃度が１×１０１７ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上で且つ塩素濃度が５０ｐｐｍ以下である石英ガラスのグループから選択される材料で形成することが好ましい。
ここで、構造決定温度が１２００Ｋ以下で且つＯＨ基濃度が１０００ｐｐｍ以上である石英ガラスについては、本願出願人による特許第２７７０２２４号公報に開示されており、構造決定温度が１２００Ｋ以下で且つ水素分子濃度が１×１０１７ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上である石英ガラス、構造決定温度が１２００Ｋ以下でかつ塩素濃度が５０ｐｐｍ以下である石英ガラス、及び構造決定温度が１２００Ｋ以下で且つ水素分子濃度が１×１０１７ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上で且つ塩素濃度が５０ｐｐｍ以下である石英ガラスについては、本願出願人による特許第２９３６１３８号公報に開示されている。
以上説明した第１〜第３実施形態においては、フライアイレンズ７を、複数の要素レンズを集積して形成しているが、これらをマイクロ・フライアイ・レンズとすることも可能である。マイクロ・フライアイ・レンズとは、光透過性基板にエッチングなどの手法により複数の微少レンズ面をマトリックス状に設けたものである。複数の光源像を形成する点に関して、フライアイレンズとマイクロ・レンズ・アレイとの間に機能上の差異は実質的にはないが、１つの要素レンズ（微少レンズ面）の開口の大きさを極めて小さくてきること、製造コストを大幅に削減できること、光軸方向の厚みを非常に薄くできることなどの点で、マイクロ・フライアイ・レンズの方が有利である。
また、上述の第１〜第３実施形態においては、フライアイレンズ７を、複数の要素レンズを２次元マトリックス状に集積して形成しているが、これらを所定の第１方向に沿って配列された第１のシリンドリカルレンズアレイと当該第１方向と直交する第２方向に沿って配列された第２のシリンドリカルレンズアレイとを備えるシリンダ型フライアイレンズとすることも可能である。ここで、第１及び第２のシリンドリカルレンズアレイを一体的に設けることや、これら第１及び第２のシリンドリカルレンズアレイ対の後側に、第１方向に沿って配列された第３のシリンドリカルレンズアレイと第２方向に沿って配列された第４のシリンドリカルレンズアレイとを備える構成であっても良い。尚、第３及び第４のシリンドリカルレンズアレイは一体的に設けられても良い。また、第１及び第２（並びに第３及び第４）のシリンドリカルレンズアレイを、光透過性基板上にエッチング等の手法を用いて形成しても良い。この場合には、各シリンドリカルレンズアレイのピッチを十分に小さくすることや、光軸方向の厚みを非常に薄くすること、製造コストを大幅に削減することが可能である。
また、前述した第１実施形態及び第２実施形態では、オプティカルインテグレータとしてフライアイレンズ７を用いているが、その代わりに、四角柱、六角柱などの多角柱状、あるいは円柱状の内面反射面を有するロッド型インテグレータを用いた実施形態をとることも可能である。また、上述の第１及び第２実施形態においては、レチクルＲの照明範囲を決定するためのレチクルブラインドＲＢをレチクルＲの上面近傍に配置したが、このレチクルブラインドＲＢとレチクルＲとの間にリレー光学系を設けて、レチクルブラインドＲＢの近傍位置とレチクルＲとを光学的に共役にする構成であっても良い。
また、本発明は、液晶表示素子の製造に用いられる露光装置だけではなく、半導体素子等を含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンを半導体基板上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウェハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置等にも適用することができる。次に、本発明の一実施形態による露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図２７は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。まず、図２７のステップＳ１０において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ１２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ１４において、図１に示す露光装置を用いて、マスクＭ上のパターンの像がその投影光学系（投影光学ユニット）を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。
その後、ステップＳ１６において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ１８において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
また、図１に示す露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図２８のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図２８は、本実施形態の露光装置を用いてプレート上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
図２８中の、パターン形成工程Ｓ２０では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ２２へ移行する。
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ２２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ２２の後に、セル組み立て工程Ｓ２４が実行される。セル組み立て工程Ｓ２４では、パターン形成工程Ｓ２０にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程Ｓ２２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
セル組み立て工程Ｓ２４では、例えば、パターン形成工程Ｓ２０にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ２２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組立工程Ｓ２６にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１実施形態による照明光学装置及び本発明の第１実施形態による照明光学装置を備える露光装置の概略構成を示す図である。
図２は、レボルバ４，５の一例を示す斜視図である。
図３Ａは、レボルバ５の一例を示す正面図である。
図３Ｂは、レボルバ４の一例を示す正面図である。
図４Ａは、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌをＸ方向から見た断面形状を示す図である。
図４Ｂは、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌに入射した光束が回折される様子を示す図である。
図４Ｃは、回折光学素子４ａ〜４ｌ及び回折光学素子５ａ〜５ｌに回折された光の遠視野像（ファーフィールドパターン）の一例を示す図である。
図５Ａは、一例として回折光学素子４ａに光束が入射する様子を示す斜視図である。
図５Ｂは、一例として回折光学素子４ａに光束が入射する様子をＸ方向から見た断面図である。
図５Ｃは、一例として回折光学素子４ａに光束が入射する様子をＺ方向からみた断面図である。
図６は、回折光学素子４ａがフライアイレンズ７の入射面に形成する照明領域を説明する図である。
図７Ａ，図７Ｂは、回折光学素子５ａ〜５ｌがフライアイレンズ７の入射面に形成する照明領域の一例を示す図である。
図８Ａ〜図８Ｅは、回折光学素子５ａ〜５ｌを用いて光軸ＡＸに対して偏心した複数の光束に変換する場合における光束の断面形状の他の例を示す図である。
図９は、開口４ｍ，５ｍを通過した光束がフライアイレンズ７の入射面に形成する照明領域の一例を示す図である。
図１０Ａ，図１０Ｂは、ズーム光学系６の具体的構成を示す側面図である。
図１１Ａ，図１１Ｂは、駆動装置１３によってズーム光学系６の焦点距離やピント位置を調節した場合における、フライアイレンズ７の入射面側での照射領域の変化を示す図である。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、駆動装置１３によってズーム光学系６の焦点距離やピント位置を調節した場合における、フライアイレンズ７の入射面側での照射領域の変化を示す図である。
図１３は、本発明の第２実施形態による照明光学装置及び本発明の第２実施形態による露光装置の構成を示す図である。
図１４は、本発明の第３実施形態による照明光学装置及び本発明の第３実施形態による露光装置の構成を示す図である。
図１５は、回折光学素子４ａ〜４ｌ又は５ａ〜５ｌ、回折光学素子２０ａ，２０ｂ，…に代えて用いることができる屈折光学素子を示す斜視図である。
図１６は、回折光学素子の交換機構の第１変形例を示す正面図である。
図１７は、回折光学素子の交換機構の第２変形例を示す正面図及び上面図である。
図１８は、回折光学素子の交換機構の第３変形例を示す正面図及び上面図である。
図１９は、回折光学素子の交換機構の第４変形例を示す正面図及び上面図である。
図２０は、回折光学素子の交換機構の第５変形例を示す正面図である。
図２１は、回折光学素子の交換機能の第６変形例を示す正面図である。
図２２は、ウェハＷに転写するパターンの形状に応じて４重極照明における照明領域ＩＡの配置を変える例を示す図である。
図２３は、本発明の第４実施形態による照明光学系が備える回折光学素子の変換特性を説明するための図である。
図２４は、本発明の第４実施形態による照明光学系が備える回折光学素子の変換特性を説明するための図である。
図２５は、本発明の第４実施形態による照明光学系が備える回折光学素子の変換特性を説明するための図である。
図２６は、本発明の第５実施形態による照明光学装置及び本発明の第５実施形態による照明光学装置を備える露光装置の概略構成を示す図である。
図２７は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
図２８は、本実施形態の露光装置を用いてプレート上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
図２９は、従来のフライアイレンズを用いた光学系の模式図である。
図３０は、ダブルフライアイレンズシステムを用いた照明光学系を備える露光装置の一例の概略構成を示すである。
図３１は、第２フライアイレンズ１１７に入射する光束が第２フライアイレンズ１１７を照射する様子を示す図である。
図３２Ａは、円形以外の開口を有する従来の開口絞りの一例として、輪帯状の開口が形成された開口絞り１１８ａを示す図である。
図３２Ｂは、円形以外の開口を有する従来の開口絞りの一例として、複数の開口が形成された開口絞り１１８ｂを示す図である。
図３３は、第２フライアイレンズ１１８に入射する光束の断面形状と開口絞り１１８ａの形状との関係を示す図である。
【図１】
2002095811.tif 000006
【図２】
2002095811.tif 000007
【図３Ａ】
2002095811.tif 000008
【図３Ｂ】
2002095811.tif 000009
【図４Ａ】
2002095811.tif 000010
【図４Ｂ】
2002095811.tif 000011
【図４Ｃ】
2002095811.tif 000012
【図５Ａ】
2002095811.tif 000013
【図５Ｂ】
2002095811.tif 000014
【図５Ｃ】
2002095811.tif 000015
【図６】
2002095811.tif 000016
【図７Ａ】
2002095811.tif 000017
【図７Ｂ】
2002095811.tif 000018
【図８Ａ】
2002095811.tif 000019
【図８Ｂ】
2002095811.tif 000020
【図８Ｃ】
2002095811.tif 000021
【図８Ｄ】
2002095811.tif 000022
【図８Ｅ】
2002095811.tif 000023
【図９】
2002095811.tif 000024
【図１０Ａ】
2002095811.tif 000025
【図１０Ｂ】
2002095811.tif 000026
【図１１Ａ】
2002095811.tif 000027
【図１１Ｂ】
2002095811.tif 000028
【図１２Ａ】
2002095811.tif 000029
【図１２Ｂ】
2002095811.tif 000030
【図１２Ｃ】
2002095811.tif 000031
【図１３】
2002095811.tif 000032
【図１４】
2002095811.tif 000033
【図１５】
2002095811.tif 000034
【図１６】
2002095811.tif 000035
【図１７】
2002095811.tif 000036
【図１８】
2002095811.tif 000037
【図１９】
2002095811.tif 000038
【図２０】
2002095811.tif 000039
【図２１】
2002095811.tif 000040
【図２２】
2002095811.tif 000041
【図２３】
2002095811.tif 000042
【図２４】
2002095811.tif 000043
【図２５】
2002095811.tif 000044
【図２６】
2002095811.tif 000045
【図２７】
2002095811.tif 000046
【図２８】
2002095811.tif 000047
【図２９】
2002095811.tif 000048
【図３０】
2002095811.tif 000049
【図３１】
2002095811.tif 000050
【図３２Ａ】
2002095811.tif 000051
【図３２Ｂ】
2002095811.tif 000052
【図３３】
2002095811.tif 000053
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月17日(2002.9.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射面を照明する照明光学装置において、
光束を供給する光源部と、
前記光源部からの光束を所定の断面形状の光束に変換する光束変換手段と、
前記光束変換手段にて変換された光束の光強度分布を変更するために、変倍比が２．３倍以下で焦点距離可変の変倍光学系と、を含み、
前記光束変換手段は、変換される光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の変換光学素子と、前記変換光学素子の１つを光路内に設定する設定部とを含むことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
被照射面を照明する照明光学装置において、
光束を供給する光源部と、
前記光源部からの光束を所定の断面形状の光束に変換する光束変換手段と、
前記光束変換手段にて変換された光束の光強度分布を変更するために、５枚以下の光学部材で構成される変倍光学系と、を含み、
前記光束変換手段は、変換される光束の断面形状の種類毎に変換特性が異なる複数の変換光学素子と、前記変換光学素子の１つを光路内に設定する設定部とを含むことを特徴とする照明光学装置。
【請求項３】
前記変倍光学系と前記被照射面との間に配置されて前記被照射面を均一に照明するオプティカルインテグレータと、
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前記オプティカルインテグレータからの光を前記被照射面に導くコンデンサー光学系と
を更に含むことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の照明光学装置。
【請求項４】
前記変倍光学系に含まれる光学部材と前記コンデンサー光学系に含まれる光学部材との総数は、１０以下であることを特徴とする請求の範囲第３項記載の照明光学装置。
【請求項５】
前記変倍光学系は、非球面を有する光学素子を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求の範囲第３項又は第４項記載の照明光学装置。
【請求項６】
前記光束変換手段は、前記光源部からの光束に基づき、円形の断面形状を持つ光束、輪帯の断面形状を持つ光束、又は基準光軸に対して偏心した複数の光束のうちの少なくとも２種の光束に変換することを特徴とする請求の範囲第１項から第５項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項７】
前記設定部は、前記複数の変換光学素子を保持する保持部材と、
前記保持部材を回転又は移動させる駆動部と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項８】
前記設定部は、前記複数の変換光学素子の一部を保持する第１保持部材と、
前記複数の変換光学素子の前記一部とは異なる一部を保持する第２保持部材と、
前記第１及び第２保持部材を回転又は移動させる駆動部と
を含むことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項９】
前記変倍光学系の変倍比をＺとするとき、
１．２≦Ｚ≦２、又は、１．２≦Ｚ≦１．８
を満足することを特徴とする請求の範囲第１項から第８項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１０】
前記変換光学素子は、前記光源部からの光束を回折又は屈折させて前記所定の断面形状に変換することを特徴とする請求の範囲第１項から第９項の何れか一項に記載の照明光学装置
【請求項１１】
前記光束変換手段は、前記光源部からの光束に基づき前記基準光軸に対して偏心した複数の光束に変換する変換光学素子として、各々の光束の前記基準光軸に直交する第１方向における偏心量と、前記基準光軸及び前記第１方向に直交する第２方向における偏心量とが異なるように変換する変換光学素子を含むことを特徴とする請求の範囲第６項記載の照明光学装置。
【請求項１２】
被照射面を照明する照明光学装置において、
光束を供給する光源部と、
照明瞳面において基準光軸に対して偏心した複数の光束となるように、前記光源部からの光束を変換する光束変換手段と
を含み、
前記光束変換手段は、各々の光束の前記基準光軸に直交する第１方向に沿った前記照明瞳面での偏心量と、前記基準光軸及び前記第１方向に直交する第２方向に沿った前記照明瞳面での偏心量とが異なるように変換する変換光学素子を含むことを特徴とする照明光学装置。
【請求項１３】
前記光束変換手段は、前記第１方向における前記光束の偏心量を変えずに、前記第２方向における前記光束の偏心量を段階的に切り替えるために、前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項又は第１２項記載の照明光学装置。
【請求項１４】
前記光束変換手段は、前記第１方向における前記光束の偏心量と前記第２方向における前記光束の偏心量との比を維持したまま、前記基準光軸に対する偏心量を段階的に切り替えるために、前記第１方向及び前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項又は第１２項記載の照明光学装置。
【請求項１５】
前記光束変換手段は、前記基準光軸に対する前記光束の偏心量を維持したまま、前記第１方向における偏心量及び前記第２方向における偏心量を段階的に切り替えるために、前記第１方向及び前記第２方向における変換特性が異なる特性に設定された複数の変換光学素子からなる変換光学素子群を含むことを特徴とする請求の範囲第１１項又は第１２項記載の照明光学装置。
【請求項１６】
前記光束変換手段と前記照明瞳面との間に配置された光学系を有することを特徴とする請求の範囲第１２項から第１５項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項１７】
前記光学系は、所定の固定倍率を有することを特徴とする請求の範囲第１６項記載の照明光学装置。
【請求項１８】
前記光学系は、前記光束変換手段にて変換された光束の光強度分布を変更するための変倍光学系を有することを特徴とする請求の範囲第１６項記載の照明光学装置。
【請求項１９】
前記変換光学素子は、前記光源部からの光束を回折又は屈折させて前記複数の光束を生成することを特徴とする請求の範囲第１２項から第１８項の何れか一項に記載の照明光学装置。
【請求項２０】
請求の範囲第１項から第１９項の何れか一項に記載の照明光学装置と、
前記被照射面に配置されたマスクに形成されているパターンを感光性基板に投影する投影光学系と
を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項２１】
請求の範囲第２０項記載の露光装置を用いて前記マスクに形成されているパターンを感光性基板に露光する露光工程と、
露光された前記感光性基板を現像する現像工程と
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【請求項２２】
請求の範囲第１項から第１９項の何れか一項に記載の照明光学装置を用いて、前記被照射面に配置されたマスクに形成されているパターンを照明する照明工程と、
投影光学系を用いて前記マスクの前記パターンを感光性基板に投影する投影工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【国際調査報告】
2002095811.tif 000054
2002095811.tif 000055
2002095811.tif 000056
2002095811.tif 000057