JP2004198748A - オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑える特性を有するオプティカルインテグレータ。
【解決手段】光の入射側から順に、一体的に形成された複数の第１微小光学面を有する第１光学部材（８ａ）と、複数の第１微小光学面と光学的に対応するように一体的に形成された複数の第２微小光学面を有する第２光学部材（８ｂ）とを備えた波面分割型のオプティカルインテグレータ。第１光学部材と第２光学部材との合成系は、第２光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側にＺ方向に関する後側焦点（８５）を有する。第１光学部材は、第１光学部材の射出面と第２光学部材の入射面との間の光路中にＸ方向に関する後側焦点（８４）を有する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束がフライアイレンズに入射し、その後側焦点面に多数の光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望の照明条件（露光条件）に応じて、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。
【０００３】
コンデンサーレンズにより集光された光束は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の構成を有する露光装置では、照度分布の均一性を高めるために、フライアイレンズを構成する微小レンズ要素の数をできるだけ多く設定することが必要である。また、開口絞りにおける光量損失を避けるために、所望の形状に近い形状を有する二次光源を形成することが必要である。このため、たとえばフライアイレンズを構成する微小レンズ要素のサイズを非常に小さく設定すること、すなわちマイクロフライアイレンズを用いることが考えられる。
【０００５】
ここで、フライアイレンズは多数のレンズエレメントを縦横に且つ稠密に配列することにより構成されるのに対し、マイクロフライアイレンズは多数の微小屈折面を一体的に形成することにより構成される。すなわち、フライアイレンズは、単品で研磨した多数のレンズエレメントを組み合わせて稠密配列することにより構成されるのに対し、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面ガラス板にＭＥＭＳ技術（リソグラフィー＋エッチング等）を応用して多数の微小屈折面を形成することによって構成される。
【０００６】
したがって、フライアイレンズの製造では、研磨加工したレンズエレメントの屈折面形状を検査し、規格を満たすレンズエレメントを選別し、高精度に形成された屈折面を有するレンズエレメントのみを用いて組み上げることができる。しかしながら、マイクロフライアイレンズでは、研磨加工に比して良質な面形状を得ることが難しいエッチング加工によりすべての微小屈折面を同時に製造することが求められるので、フライアイレンズに比して良品率がかなり低くなる。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑える特性を有するオプティカルインテグレータを提供することを目的とする。また、本発明は、微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響が小さく抑えられたオプティカルインテグレータを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光の入射側から順に、一体的に形成された複数の第１微小光学面を有する第１光学部材と、前記複数の第１微小光学面と光学的に対応するように一体的に形成された複数の第２微小光学面を有する第２光学部材とを備えた波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、
前記第１光学部材と前記第２光学部材との合成系は、前記第２光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側に第１方向に関する後側焦点を有し、
前記第１光学部材は、前記第１光学部材の射出面と前記第２光学部材の入射面との間の光路中に前記第１方向とは異なる第２方向に関する後側焦点を有し、
前記第１方向および前記第２方向は、前記第１光学部材と前記第２光学部材との合成系の光軸に垂直な面内方向に設定されていることを特徴とするオプティカルインテグレータを提供する。
【０００９】
第１形態の好ましい態様によれば、前記第１光学部材は、前記第１光学部材の射出面と前記第２光学部材の入射面との中間面と前記第１光学部材の射出面との間の光路中に前記第２方向に関する後側焦点を有する。また、第１形態では、前記第１光学部材の射出面におけるエネルギ密度と前記第２光学部材の入射面におけるエネルギ密度とがほぼ同じに設定されていることが好ましい。
【００１０】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１方向に関する前記第１光学部材の屈折力φ11と前記第１方向に関する前記第２光学部材の屈折力φ12との屈折力比γ１＝φ11／φ12と、前記第２方向に関する前記第１光学部材の屈折力φ21と前記第２方向に関する前記第２光学部材の屈折力φ22との屈折力比γ２＝φ21／φ22とは、｜（γ１−１）³｜＜０．１，｜（γ２−１）³｜＜０．１の条件を満足する。また、第１形態では、前記第１方向と前記第２方向とがほぼ直交することが好ましい。さらに、第１形態では、各微小光学面は、一方向にのみ曲率を有する曲面状に形成されていることが好ましい。
【００１１】
さらに、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１光学部材を形成する光学材料の屈折率よりも前記第２光学部材を形成する光学材料の屈折率の方が大きく設定されている。この場合、前記第１光学部材を形成する光学材料の屈折率をｎａとし、前記第２光学部材を形成する光学材料の屈折率をｎｂとするとき、０．０５≦ｎｂ−ｎａの条件を満足することが好ましい。また、第１形態では、３００ｎｍ以下の波長を有する光に対して用いられ、前記第１光学部材を形成する光学材料は、石英ガラスまたは蛍石を含み、前記第２光学部材を形成する光学材料は、酸化マグネシウム、ルビー、サファイア、結晶水晶、および石英ガラスのうちのいずれか１つの材料を含むことが好ましい。また、第１形態の好ましい態様によれば、前記第１光学部材および前記第２光学部材は、前記第１方向に関する屈折力と前記第２方向に関する屈折力とをそれぞれ有する。
【００１２】
本発明の第２形態では、被照射面を照明する照明光学装置において、
第１形態のオプティカルインテグレータを備えていることを特徴とする照明光学装置を提供する。
【００１３】
第２形態の好ましい態様によれば、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の光路中に配置されて、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へ導くための導光光学系を備え、前記第１方向に関する後側焦点と前記第２方向に関する後側焦点との軸上距離は、前記導光光学系の焦点距離の５％以下である。
【００１４】
本発明の第３形態では、第２形態の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１５】
第３形態の好ましい態様によれば、前記照明光学装置は前記マスク上に矩形状の照明領域を形成し、前記矩形状の照明領域の長辺方向は前記第１方向に光学的に対応し、前記矩形状の照明領域の短辺方向は前記第２方向に光学的に対応する。この場合、前記矩形状の照明領域の短辺方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することが好ましい。
【００１６】
本発明の第４形態では、第２形態の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１７】
第４形態の好ましい態様によれば、前記第１方向に光学的に対応する方向に沿って長辺を有し且つ前記第２方向に光学的に対応する方向に沿って短辺を有する矩形状の照明領域を前記マスク上に形成する。この場合、前記矩形状の照明領域の短辺方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の基本的原理を説明する図である。図１を参照すると、光源Ｓから供給された光が、第１コンデンサー光学系Ｃ１を介して、マイクロフライアイレンズＭＦをケーラー照明している。マイクロフライアイレンズＭＦは、光源Ｓ側から順に、第１部分系Ａと第２部分系Ｂとを備えている。第１部分系Ａには多数の第１微小屈折面が一体的に形成され、第２部分系Ｂには多数の第１微小屈折面と光学的に対応するように多数の第２微小屈折面が一体的に形成されている。
【００１９】
したがって、マイクロフライアイレンズＭＦの各微小屈折面により波面分割された光は、第２コンデンサー光学系Ｃ２を介して、被照射面上の照野Ｉに達する。ここで、マイクロフライアイレンズＭＦの入射面（すなわち第１部分系Ａの入射面）Ａ１と照野Ｉとの間には、光学的な共役関係が成り立つ。したがって、入射面Ａ１上において各微小屈折面に対応する領域の光強度分布が、照野Ｉの全体にそれぞれ拡大投影される。図１には１つの微小屈折面に対応する光線のみが模式的に示されているが、実際には多数の微小屈折面を介して照野Ｉの全体を重畳的に照明することにより、照野Ｉの全体に亘って照度分布の均一性が得られる。
【００２０】
図１に示す照明系では、マイクロフライアイレンズＭＦの入射面Ａ１と照野Ｉとの間に光学的な共役関係があるが、結像系Ｐ（マイクロフライアイレンズＭＦ＋第２コンデンサー光学系Ｃ２）の歪曲収差が変化すると、結像倍率が像高によって変化するため、照野Ｉにおける照度分布が変化することになる。たとえば、一色真幸著の「写真レンズの像面照度分布」（光学技術コンタクトＶｏｌ．５，Ｎｏ．１１，ｐ１０−１４，１９６７）によれば、光軸に対して回転対称な結像系Ｐの歪曲収差がＤ％変化すると、照野（結像系Ｐの像面）Ｉにおける照度が約４Ｄ％変化することが知られている。
【００２１】
なお、結像系の収差（歪曲収差を含む）の評価法として、３次収差論による収差評価方法が知られている。３次収差論による収差の解析は、近似による誤差があるものの、解析的に計算を行うことができるので見通しが良いという利点がある。３次収差論による収差係数の導出法は、例えば松居吉哉著の「収差論」（日本オプトメカトロニクス協会，１９８９）に詳しく記載されている。以下、３次収差論を用いて、マイクロフライアイレンズＭＦの微小屈折面の面形状が変化したときの、マイクロフライアイレンズＭＦの入射面Ａ１と照野Ｉとの間に介在する結像系Ｐの歪曲収差の変化を考える。
【００２２】
マイクロフライアイレンズＭＦにおける各微小屈折面の面形状は、光軸に垂直な方向の高さをｙとし、屈折面の頂点における接平面から高さｙにおける屈折面上の位置までの光軸に沿った距離（サグ量）をｘとし、曲率をｃとし、円錐係数をκとするとき、以下の式（１）で表される。
ｘ＝（ｃ・ｙ²）／［１＋｛１−（κ＋１）ｃ²・ｙ²｝^1/2］ （１）
【００２３】
３次収差論によれば、全ての収差係数は球面項と非球面項との和で表わすことができる。なお、マイクロフライアイレンズＭＦの製造時における面形状のばらつきは、上記（１）式における曲率ｃおよび円錐係数κの変化として現れる。このとき、曲率ｃの変化は、照明の大きさには影響するが、照明むらには実質的に影響しない。一方、円錐係数κの変化は、収差係数の非球面項を変化させ、照明むらに影響を与える。
【００２４】
前掲の松居吉哉著の「収差論」によれば、物体結像の歪曲収差係数の非球面項Ｖ_aspは、一般に次式（２）で表される。式（２）において、ｈ_iは像近軸追跡値の光線高（物体（像）近軸光線を追跡したときの光線高）であり、ｈ_pは瞳近軸追跡値の光線高（瞳近軸光線を追跡したときの光線高）である。また、Ψは、次式（３）で表わされる係数である。
Ｖ_asp＝ｈ_i・ｈ_p ³・Ψ （２）
Ψ＝Δｎ・ｃ³・κ （３）
【００２５】
ここで、Δｎは、微小屈折面の光入射側および光射出側における媒体の屈折率の差であって、微小屈折面の光射出側における媒体の屈折率ｎ２から微小屈折面の光入射側における媒体の屈折率ｎ１を差し引いた値（ｎ２−ｎ１）である。図２は、図１のマイクロフライアイレンズにおける光学的特性を説明する図である。図２では、マイクロフライアイレンズＭＦの屈折力（パワー）がφ、第１部分系Ａの屈折力がφａ、第２部分系Ｂの屈折力がφｂ、第１部分系Ａと第２部分系Ｂとの間の空気換算面間隔がｓで表わされている。
【００２６】
したがって、マイクロフライアイレンズＭＦの屈折力φを１に規格化し、第１部分系Ａの屈折力φａと第２部分系Ｂの屈折力φｂとの屈折力比φａ／φｂをγとすると、次の式（４ａ）〜（４ｄ）に示す関係が成立する。
φ＝１ （４ａ）
φａ＝γ （４ｂ）
φｂ＝１ （４ｃ）
ｓ＝１ （４ｄ）
【００２７】
このときの近軸追跡値を、次の表（１）に示す。
【表１】

【００２８】
表（１）、式（２）および式（３）を参照すると、第１部分系Ａにおける歪曲収差係数の非球面項Ｖ_aspA、および第２部分系Ｂにおける歪曲収差係数の非球面項Ｖ_aspBは、それぞれ次の式（５）および（６）で表わされる。
Ｖ_aspA＝０ （５）
Ｖ_aspB＝（γ−１）³・Δｎ・ｃ³・κ （６）
【００２９】
式（５）および（６）を参照すると、マイクロフライアイレンズＭＦの微小屈折面の面形状のばらつき（すなわち円錐係数κの変化）に起因する歪曲収差係数の非球面項の変化は、３次収差の範囲では第２部分系Ｂのみで発生することが分かる。次に、歪曲収差係数の非球面項の変化が照野Ｉにおける照度分布に与える影響を考える。第２部分系Ｂにおいて、曲率ｃと屈折率差Δｎとの間には、以下の式（７）に示す比例関係が成り立つ。
ｃ∝１／Δｎ （７）
【００３０】
３次収差の範囲では、照野Ｉにおける照度分布は、像高の二乗に比例して変化する。像高は、マイクロフライアイレンズＭＦの射出側の開口数ＮＡに比例する。したがって、式（５）〜（７）より、マイクロフライアイレンズＭＦの微小屈折面の面形状の変化に起因する歪曲収差の変化、ひいては照野（像面）Ｉ上での照度分布の変化の感度βは、以下の式（８）で表わされる。
β＝（γ−１）³・ＮＡ²／Δｎ² （８）
【００３１】
ちなみに、マイクロフライアイレンズＭＦが空気中に配置される場合、第２部分系Ｂを形成する光学材料の屈折率ｎとすれば、式（８）を次の式（８’）に示すように変形することができる。
β＝（γ−１）³・ＮＡ²／（ｎ−１）² （８’）
【００３２】
こうして、パラメータβの絶対値を小さくすることにより、マイクロフライアイレンズＭＦの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えることができ、照野Ｉにおける照度分布が受ける影響を低減することができる。換言すれば、パラメータβの絶対値を小さくすることにより、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑える特性を有するマイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）ＭＦを実現することができる。
【００３３】
ところで、式（８’）を参照すると、マイクロフライアイレンズＭＦの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるためにパラメータβの絶対値を小さくするには、屈折力比γを１に近づければ良いことがわかる。しかしながら、単に屈折力比γを１に近づけると、マイクロフライアイレンズＭＦの射出面（すなわち第２部分系Ｂの射出面）におけるエネルギ密度が増大し、ひいては光エネルギ照射により第２部分系Ｂが破損する危険性が増大し、部品寿命が短くなる。
【００３４】
本発明では、具体的な実施形態を参照して後述するように、マイクロフライアイレンズＭＦ（第１部分系Ａと第２部分系Ｂとの合成系）が、第２部分系Ｂ（第２光学部材）の射出面よりも所定距離だけ後側に第１方向（光軸に垂直な面内において設定される所定の方向）に関する後側焦点を有する。また、第１部分系Ａ（第１光学部材）が、第１部分系Ａの射出面と第２部分系Ｂの入射面との間の光路中に第２方向（たとえば光軸に垂直な面内において第１方向と直交する方向）に関する後側焦点を有する。この場合、光軸を含む平面内において光軸対称な光学系であれば、前述の式（１）〜（８’）で述べた回転対称な光学系に関する議論と同様な議論が成立する。
【００３５】
本発明では、上述の構成を採用することにより、マイクロフライアイレンズＭＦの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるために屈折力比γを１に近づけても、マイクロフライアイレンズＭＦの射出面（すなわち第２部分系Ｂの射出面）を含む各光学面におけるエネルギ密度を小さく抑えることができ、ひいては光エネルギ照射による第２部分系Ｂや第１部分系Ａの破損を回避して十分に長い部品寿命を確保することができる。
【００３６】
また、式（８’）を参照すると、パラメータβの絶対値を小さくするには、第２部分系Ｂを形成する光学材料の屈折率ｎを大きくすれば良いことがわかる。ただし、光学材料の屈折率の増大に伴ってコストも増大し易いので、第２部分系Ｂのみに屈折率の高い光学材料を用いるのが現実的である。したがって、本発明では、第１部分系Ａ（第１光学部材）を形成する光学材料の屈折率ｎａよりも第２部分系Ｂ（第２光学部材）を形成する光学材料の屈折率ｎｂの方を大きく設定することが好ましい。
【００３７】
この場合、本発明の効果を良好に発揮するには、屈折率ｎａおよび屈折率ｎｂが０．０５≦ｎｂ−ｎａの条件を満足することが好ましい。具体的には、たとえば３００ｎｍ以下の波長を有する光に対して、第１部分系Ａを石英ガラスまたは蛍石で形成する場合、第２部分系Ｂを酸化マグネシウム、ルビー、サファイア、結晶水晶、または石英ガラスで形成することが好ましい。また、第１部分系Ａを蛍石で形成する場合、第２部分系Ｂを石英ガラスで形成することが好ましい。
【００３８】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図３において、感光性基板であるウェハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハ面内において図３の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハ面内において図３の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図３では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。
【００３９】
図３の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源または１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。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、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図３の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。したがって、ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図３の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００４０】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、回折光学素子４を介して、アフォーカルズームレンズ５に入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子４は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子４を介した光束は、アフォーカルズームレンズ５の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。
【００４１】
なお、回折光学素子４は、照明光路から退避可能に構成されている。アフォーカルズームレンズ５は、アフォーカル系（無焦点光学系）を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。アフォーカルズームレンズ５を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子６に入射する。アフォーカルズームレンズ５は、回折光学素子４の発散原点と回折光学素子６の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子６の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ５の倍率に依存して変化する。
【００４２】
輪帯照明用の回折光学素子６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。なお、回折光学素子６は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１と切り換え可能に構成されている。回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７に入射する。ズームレンズ７の後側焦点面の近傍には、光源側から順に第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとからなるマイクロフライアイレンズ８の入射面（すなわち第１フライアイ部材８ａの入射面）が位置決めされている。なお、マイクロフライアイレンズ８は入射光束に基づいて多数光源を形成する波面分割型のオプティカルインテグレータとして機能するが、その詳細な構成および作用については後述する。
【００４３】
上述したように、回折光学素子４を介してアフォーカルズームレンズ５の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ５から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子６に入射する。したがって、回折光学素子６を介した光束は、ズームレンズ７の後側焦点面に（ひいてはマイクロフライアイレンズ８の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【００４４】
マイクロフライアイレンズ８の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ７は、回折光学素子６とマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。マイクロフライアイレンズ８に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面には入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源（以下、「二次光源」という）が形成される。
【００４５】
マイクロフライアイレンズ８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、コンデンサー光学系９の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。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またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００４６】
なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式にしたがって、ウェハ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、マスクＭ上での照明領域の形状は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・スキャン方式にしたがって、マスクおよびウェハを投影光学系に対して相対移動させながらウェハの各露光領域に対してマスクパターンをスキャン露光する。この場合、マスクＭ上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば１：３の矩形状となる。
【００４７】
本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率が変化すると、輪帯状の二次光源の中心高さ（円形状の中心線の光軸ＡＸからの距離）が変化することなく、その幅（外径（直径）と内径(直径)との差の１／２）だけが変化する。すなわち、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、輪帯状の二次光源の大きさ（外径）およびその形状（輪帯比：内径／外径）をともに変更することができる。
【００４８】
また、ズームレンズ７の焦点距離が変化すると、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、中心高さおよびその幅がともに変化する。すなわち、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、輪帯状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。以上より、本実施形態では、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、輪帯状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００４９】
前述したように、回折光学素子６は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ４極照明用の回折光学素子６０や円形照明用の回折光学素子６１と切り換え可能に構成されている。以下、回折光学素子６に代えて回折光学素子６０を照明光路中に設定することによって得られる４極照明について説明する。４極照明用の回折光学素子６０は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに４点状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子６０を介した光束は、マイクロフライアイレンズ８の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、その入射面に形成された照野と同じ４極状の二次光源が形成される。
【００５０】
４極照明においても輪帯照明の場合と同様に、アフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、４極状の二次光源の外径（４つの円形状の面光源に外接する円の直径）および輪帯比（４つの円形状の面光源に内接する円の直径／４つの円形状の面光源に外接する円の直径）をともに変更することができる。また、ズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、４極状の二次光源の輪帯比を変更することなくその外径を変更することができる。その結果、アフォーカルズームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離とを適宜変化させることにより、４極状の二次光源の外径を変化させることなくその輪帯比だけを変更することができる。
【００５１】
次いで、回折光学素子４を照明光路から退避させるとともに、回折光学素子６または６０に代えて円形照明用の回折光学素子６１を照明光路中に設定することによって得られる円形照明について説明する。この場合、アフォーカルズームレンズ５には光軸ＡＸに沿って矩形状の断面を有する光束が入射する。アフォーカルズームレンズ５に入射した光束は、その倍率に応じて拡大または縮小され、矩形状の断面を有する光束のまま光軸ＡＸに沿ってアフォーカルズームレンズ５から射出され、回折光学素子６１に入射する。
【００５２】
ここで、円形照明用の回折光学素子６１は、回折光学素子４と同様に、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子６１により形成された円形光束は、ズームレンズ７を介して、マイクロフライアイレンズ８の入射面において光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ８の後側焦点面にも、光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源が形成される。この場合、アフォーカルズームレンズ５の倍率またはズームレンズ７の焦点距離を変化させることにより、円形状の二次光源の外径を適宜変更することができる。
【００５３】
図４は、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの全体構成を概略的に示す斜視図である。また、図５は、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。図４を参照すると、本実施形態のマイクロフライアイレンズ８は、光源側に配置された第１フライアイ部材８ａとマスク側に配置された第２フライアイ部材８ｂとから構成されている。
【００５４】
第１フライアイ部材８ａの光源側の面および第２フライアイ部材８ｂの光源側の面には、Ｘ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群８１ａおよび８１ｂがそれぞれピッチｐ１で形成されている。一方、第１フライアイ部材８ａのマスク側の面および第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面には、Ｚ方向に沿って配列されたシリンドリカルレンズ群８２ａおよび８２ｂがそれぞれピッチｐ２で形成されている。なお、図３では、図面の明瞭化のために、マイクロレンズアレイ８に形成されたシリンドリカルレンズの数を実際よりも非常に少なく表している。
【００５５】
マイクロフライアイレンズ８のＸ方向に関する屈折作用（すなわちＸＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群８１ａによってＸ方向に沿ってピッチｐ１で波面分割される。そして、図５（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ群８１ａの微小屈折面９１ａに入射した平行光束は、微小屈折面９１ａで集光作用を受けた後、第１フライアイ部材８ａの射出面と第２フライアイ部材８ｂの入射面との間の光路中においてＸ方向に関する第１フライアイ部材８ａの後側焦点８４に集光する。後側焦点８４に一旦集光した発散光束は、第２フライアイ部材８ｂの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群８２ｂにおいて微小屈折面９１ａに対応する微小屈折面９２ａで集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂから射出される。
【００５６】
一方、マイクロフライアイレンズ８のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＺＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群８２ａによってＺ方向に沿ってピッチｐ２で波面分割される。そして、図５（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ群８２ａの微小屈折面９２ａに入射した平行光束は、微小屈折面９２ａで集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群８２ｂにおいて微小屈折面９２ａに対応する微小屈折面９２ｂで集光作用を受け、Ｚ方向に関するマイクロフライアイレンズ８の後側焦点８５に集光する。
【００５７】
次の表（２）に、本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズ８の諸元の値を掲げる。表（２）において、ｍは光源からの光学面の順序を表わす面番号を、φｘはＸ方向に関する各光学面の屈折力（パワー）を、φｚはＺ方向に関する各光学面の屈折力を、ｄは各光学面の軸上間隔すなわち面間隔を、ｎは使用光に対する屈折率を、ｈｘはＸ方向に関する各光学面での光線高を、αｘはＸ方向に関する各光学面での傾角（当該面を通過した光線についての傾角）を、ｈｚはＺ方向に関する各光学面での光線高を、αｚはＺ方向に関する各光学面での傾角を、ＥｘはＸ方向に関する各光学面でのエネルギ密度比を、ＥｚはＺ方向に関する各光学面でのエネルギ密度比を、Ｅは各光学面でのエネルギ密度比をそれぞれ示している。
【００５８】
なお、エネルギ密度比Ｅｘ、ＥｚおよびＥは、第１面すなわち第１フライアイ部材８ａの入射面（マイクロフライアイレンズ８の入射面）におけるエネルギ密度を１に規格化したときの各光学面におけるエネルギ密度である。また、表（２）において、ｆｘはＸ方向に関するマイクロフライアイレンズ８の焦点距離を、ｆｚはＺ方向に関するマイクロフライアイレンズ８の焦点距離を、ｄｘはＸ方向に関するマイクロフライアイレンズ８のバックフォーカスを、ｄｚはＺ方向に関するマイクロフライアイレンズ８のバックフォーカスをそれぞれ示している。
【００５９】
【表２】

【００６０】
したがって、本実施形態では、Ｘ方向に関する第１フライアイ部材８ａの屈折力φ11、Ｘ方向に関する第２フライアイ部材８ｂの屈折力φ12、Ｘ方向に関する屈折力比γ１＝φ11／φ12、Ｚ方向に関する第１フライアイ部材８ａの屈折力φ21、Ｚ方向に関する第２フライアイ部材８ｂの屈折力φ22、およびＺ方向に関する屈折力比γ２＝φ21／φ22、Ｘ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ１−１）³｜、およびＺ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ２−１）³｜は、次の表（３）に示す通りになる。
【００６１】
【表３】
φ11＝０．５８８２３５
φ12＝０．５
γ１＝φ11／φ12＝１．１７６４７
φ21＝０．６６６６６３
φ22＝１
γ２＝φ21／φ22＝０．６６６６６３
｜（γ１−１）³｜＝０．００５５
｜（γ２−１）³｜＝０．０３７０３８
【００６２】
図６は、本実施形態の比較例にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。図６の比較例では、各光学面の軸上間隔すなわち面間隔ｄ、使用光に対する屈折率ｎ、Ｘ方向に関するマイクロフライアイレンズ（第１フライアイ部材１０８ａ＋第２フライアイ部材１０８ｂ）の焦点距離ｆｘ、Ｚ方向に関するマイクロフライアイレンズの焦点距離ｆｚを含む基本的なデータを図５の実施形態と同じに設定している。しかしながら、図６の比較例では、従来技術にしたがってマイクロフライアイレンズのＸ方向に関する後側焦点とＺ方向に関する後側焦点とを第２フライアイ部材１０８ｂの射出面よりも所定距離だけ後側においてほぼ一致させている点が図５の実施形態と相違している。
【００６３】
次の表（４）に、比較例にかかるマイクロフライアイレンズの諸元の値を掲げる。表（４）における表記は、表（２）の表記と同様である。
【００６４】
【表４】

【００６５】
したがって、図６の比較例では、Ｘ方向に関する第１フライアイ部材８ａの屈折力φ11、Ｘ方向に関する第２フライアイ部材８ｂの屈折力φ12、Ｘ方向に関する屈折力比γ１＝φ11／φ12、Ｚ方向に関する第１フライアイ部材８ａの屈折力φ21、Ｚ方向に関する第２フライアイ部材８ｂの屈折力φ22、およびＺ方向に関する屈折力比γ２＝φ21／φ22、Ｘ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ１−１）³｜、およびＺ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ２−１）³｜は、次の表（５）に示す通りになる。
【００６６】
【表５】
φ11＝０．２５３７３２
φ12＝０．５
γ１＝φ11／φ12＝０．５０７４６４
φ21＝０．５１４９３
φ22＝１
γ２＝φ21／φ22＝０．５１４９３
｜（γ１−１）³｜＝０．１１９４８５
｜（γ２−１）³｜＝０．１１４１３３
【００６７】
以上のように、本実施形態では、マイクロフライアイレンズ８（第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとの合成系）が、第２フライアイ部材８ｂの射出面よりも所定距離だけ後側にＺ方向に関する後側焦点８５を有する。また、第１フライアイ部材８ａが、第１フライアイ部材８ａの射出面と第２フライアイ部材８ｂの入射面との間の光路中にＸ方向に関する後側焦点８４を有する。
【００６８】
その結果、本実施形態では、第１フライアイ部材８ａの射出面および第２フライアイ部材８ｂの入射面においてエネルギ密度比がＥ≒８．５で最大値になっており、第２フライアイ部材８ｂの射出面においてエネルギ密度比がＥ≒７．０で最大値に近い値になっている。すなわち、本実施形態では、第１フライアイ部材８ａの射出面と第２フライアイ部材８ｂの入射面と第２フライアイ部材８ｂの射出面とでエネルギ密度の負担がある程度均等化されている。
【００６９】
これに対し、マイクロフライアイレンズのＸ方向に関する後側焦点とＺ方向に関する後側焦点とがほぼ一致する比較例では、第２フライアイ部材８ｂの射出面においてエネルギ密度比がＥ＝８．５で最大値になっており、他の光学面におけるエネルギ密度比はＥ＝１〜２．７程度で最大値よりもかなり小さい値になっている。すなわち、比較例では、エネルギ密度の負担が第２フライアイ部材８ｂの射出面（マイクロフライアイレンズの射出面）のみに集中している。
【００７０】
また、エネルギ密度比の最大値が互いに等しくなるように設定された本実施形態と比較例とを比べると、本実施形態におけるＸ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ１−１）³｜は比較例におけるＸ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ１−１）³｜の約１／２２になっており、本実施形態におけるＺ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ２−１）³｜は比較例におけるＺ方向に関するパラメータβのファクター｜（γ２−１）³｜の約１／３になっている。
【００７１】
したがって、パラメータβの他のファクターＮＡ²および（ｎ−１）²が同じであれば、本実施形態では比較例に比して、マイクロフライアイレンズの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えることができる。換言すれば、パラメータβの他のファクターＮＡ²および（ｎ−１）²が同じ場合、比較例において本実施形態と同等に歪曲収差の変化を小さく抑えるために屈折力比γ１およびγ２をさらに１に近づけると、第２フライアイ部材８ｂの射出面におけるエネルギ密度比が上述の最大値よりもさらに増大することになる。
【００７２】
以上のように、本実施形態では、マイクロフライアイレンズ８のＺ方向に関する後側焦点と第１フライアイ部材８ａのＸ方向に関する後側焦点とについて上述の構成を採用することにより、マイクロフライアイレンズ８の微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるためにパラメータβのファクター｜（γ１−１）³｜および｜（γ２−１）³｜を小さく設定しても（屈折力比γ１およびγ２を１に近づけても）、マイクロフライアイレンズ８の射出面（すなわち第２フライアイ部材８ｂの射出面）を含む各光学面におけるエネルギ密度を小さく抑えることができ、ひいては光エネルギ照射による第２フライアイ部材８ｂおよび第１フライアイ部材８ａの破損を回避して十分に長い部品寿命を確保することができる。
【００７３】
なお、本実施形態において、第１フライアイ部材８ａの射出面と第２フライアイ部材８ｂの入射面と第２フライアイ部材８ｂの射出面とでエネルギ密度の負担をできるだけ均等化してエネルギ密度の最大値を小さく抑えるには、第１フライアイ部材８ａの射出面と第２フライアイ部材８ｂの入射面との中間面と第１フライアイ部材８ａの射出面との間の光路中に第１フライアイ部材８ａのＸ方向に関する後側焦点８４が存在するように構成すること、および第１フライアイ部材８ａの射出面におけるエネルギ密度と第２フライアイ部材８ｂの入射面におけるエネルギ密度とをほぼ同じに設定することが好ましい。
【００７４】
また、本実施形態において、マイクロフライアイレンズ８の微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を十分に小さく抑えるには、パラメータβのファクター｜（γ１−１）³｜および｜（γ２−１）³｜が次の条件式（ａ）および（ｂ）を満足することが好ましい。
｜（γ１−１）³｜＜０．１ （ａ）
｜（γ２−１）³｜＜０．１ （ｂ）
【００７５】
なお、本実施形態においては、マイクロフライアイレンズ８に平行光束が入射したときのＸ方向に関する集光点（Ｘ方向に関する光源形成点）８４とＺ方向に関する集光点（Ｚ方向に関する光源形成点）８５とが異なるが、集光点がＸ方向とＺ方向とで異なる構成がマスクＭ上（ひいてはウェハＷ上）での照度分布に与える影響を小さく抑えるために、第１フライアイ部材８ａのＸ方向に関する後側焦点８４とマイクロフライアイレンズ８のＺ方向に関する後側焦点８５との軸上距離を、マイクロフライアイレンズ８からの光をマスクＭへ導くための導光光学系（コンデンサー光学系９）の焦点距離の５％以下に設定することが好ましい。
【００７６】
ところで、スキャン露光型の露光装置の場合、マスクＭ上には細長い矩形状の照明領域が形成され、この矩形状の照明領域の短辺方向すなわち走査方向に沿ってマスクＭおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対して相対移動させることにより、マスクＭのパターンをウェハＷに投影露光することになる。この場合、マイクロフライアイレンズ８の射出側の開口数ＮＡを、走査方向よりも非走査方向（照明領域の長辺方向）の方に大きく設定するのが通常である。したがって、矩形状の照明領域の長辺方向がマイクロフライアイレンズ８におけるＺ方向に光学的に対応してマスクＭ上においてＹ方向に一致し、矩形状の照明領域の短辺方向がマイクロフライアイレンズ８におけるＸ方向に光学的に対応してマスクＭ上においてＸ方向に一致するように設定することが好ましい。
【００７７】
なお、上述の実施形態では、各微小屈折面が円筒面状に形成されたマイクロフライアイレンズに対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、一般に各微小屈折面が一方向にのみ曲率を有する曲面状（トーリック形状）に形成されたマイクロフライアイレンズに対して本発明を適用する変形例も可能である。
【００７８】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路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半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図７のフローチャートを参照して説明する。
【００７９】
先ず、図７のステップ３０１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３０２において、そのｌ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３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、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３０４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３０５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。
【００８０】
また、上述の実施形態の露光装置では、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８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８において、パターン形成工程４０１では、上述の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、レジスト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ー形成工程４０２へ移行する。
【００８１】
次に、カラーフィルター形成工程４０２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、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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４０３では、例えば、パターン形成工程４０１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ー形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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。
【００８２】
その後、モジュール組み立て工程４０４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。
【００８３】
なお、上述の実施形態では、コンデンサー光学系９によって二次光源からの光を集光して重畳的にマスクＭを照明している。しかしながら、これに限定されることなく、コンデンサー光学系９とマスクＭとの間の光路中に、照明視野絞り（マスクブラインド）と、この照明視野絞りの像をマスクＭ上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、コンデンサー光学系９は、二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部（光透過部）の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００８４】
また、上述の実施形態では、露光光としてＫｒＦエキシマレーザー光（波長：２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定させることなく、たとえば３００ｎｍ以下の波長を有する露光光に対して本発明を適用することもできる。さらに、上述の実施形態では、照明光学装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明したが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な照明光学装置に本発明を適用することができることは明らかである。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のオプティカルインテグレータでは、第１光学部材と第２光学部材との合成系が第２光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側に第１方向に関する後側焦点を有し、第１光学部材が第１光学部材の射出面と第２光学部材の入射面との間の光路中に第２方向に関する後側焦点を有する。この構成に基づいて、オプティカルインテグレータの微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑えるために第１光学部材と第２光学部材との屈折力比γを１に近づけても、各光学面におけるエネルギ密度を小さく抑えることができ、ひいては光エネルギ照射による光学部材の破損を回避して十分に長い部品寿命を確保することができる。
【００８６】
すなわち、本発明のオプティカルインテグレータでは、たとえばエッチング加工により一体的に形成される微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑え、ひいては被照射面における照度分布が受ける影響を低減することができる。したがって、本発明の照明光学装置では、微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響が小さく抑えられたオプティカルインテグレータを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置および露光方法では、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる高性能な照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な投影露光を行うことにより良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的原理を説明する図である。
【図２】図１のマイクロフライアイレンズにおける光学的特性を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態にかかる照明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図５】本実施形態にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。
【図６】本実施形態の比較例にかかるマイクロフライアイレンズの作用を説明する図である。
【図７】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８】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。
【符号の説明】
Ｓ，１ 光源
Ｃ１，Ｃ２，９ コンデンサー光学系
ＭＦ，８ マイクロフライアイレンズ
４ 回折光学素子
５ アフォーカルズームレンズ
６，６０，６１ 回折光学素子
７ ズームレンズ
８ａ 第１フライアイ部材
８ｂ 第２フライアイ部材
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (18)

1. 光の入射側から順に、一体的に形成された複数の第１微小光学面を有する第１光学部材と、前記複数の第１微小光学面と光学的に対応するように一体的に形成された複数の第２微小光学面を有する第２光学部材とを備えた波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、
   前記第１光学部材と前記第２光学部材との合成系は、前記第２光学部材の射出面よりも所定距離だけ後側に第１方向に関する後側焦点を有し、
   前記第１光学部材は、前記第１光学部材の射出面と前記第２光学部材の入射面との間の光路中に前記第１方向とは異なる第２方向に関する後側焦点を有し、
   前記第１方向および前記第２方向は、前記第１光学部材と前記第２光学部材との合成系の光軸に垂直な面内方向に設定されていることを特徴とするオプティカルインテグレータ。
2. 前記第１光学部材は、前記第１光学部材の射出面と前記第２光学部材の入射面との中間面と前記第１光学部材の射出面との間の光路中に前記第２方向に関する後側焦点を有することを特徴とする請求項１に記載のオプティカルインテグレータ。
3. 前記第１光学部材の射出面におけるエネルギ密度と前記第２光学部材の入射面におけるエネルギ密度とがほぼ同じに設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のオプティカルインテグレータ。
4. 前記第１方向に関する前記第１光学部材の屈折力φ11と前記第１方向に関する前記第２光学部材の屈折力φ12との屈折力比γ１＝φ11／φ12と、前記第２方向に関する前記第１光学部材の屈折力φ21と前記第２方向に関する前記第２光学部材の屈折力φ22との屈折力比γ２＝φ21／φ22とは、
   ｜（γ１−１）³｜＜０．１
   ｜（γ２−１）³｜＜０．１
   の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
5. 前記第１方向と前記第２方向とがほぼ直交することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
6. 各微小光学面は、一方向にのみ曲率を有する曲面状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
7. 前記第１光学部材を形成する光学材料の屈折率よりも前記第２光学部材を形成する光学材料の屈折率の方が大きく設定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
8. 前記第１光学部材を形成する光学材料の屈折率をｎａとし、前記第２光学部材を形成する光学材料の屈折率をｎｂとするとき、
   ０．０５≦ｎｂ−ｎａ
   の条件を満足することを特徴とする請求項７に記載のオプティカルインテグレータ。
9. 前記第１光学部材および前記第２光学部材は、前記第１方向に関する屈折力と前記第２方向に関する屈折力とをそれぞれ有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
10. ３００ｎｍ以下の波長を有する光に対して用いられ、
    前記第１光学部材を形成する光学材料は、石英ガラスまたは蛍石を含み、
    前記第２光学部材を形成する光学材料は、酸化マグネシウム、ルビー、サファイア、結晶水晶、および石英ガラスのうちのいずれか１つの材料を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
11. 被照射面を照明する照明光学装置において、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータを備えていることを特徴とする照明光学装置。
12. 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の光路中に配置されて、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へ導くための導光光学系を備え、
    前記第１方向に関する後側焦点と前記第２方向に関する後側焦点との軸上距離は、前記導光光学系の焦点距離の５％以下であることを特徴とする請求項１１に記載の照明光学装置。
13. 請求項１１または１２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のパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
14. 前記照明光学装置は前記マスク上に矩形状の照明領域を形成し、
    前記矩形状の照明領域の長辺方向は前記第１方向に光学的に対応し、前記矩形状の照明領域の短辺方向は前記第２方向に光学的に対応することを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
15. 前記矩形状の照明領域の短辺方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
16. 請求項１１または１２に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
17. 前記第１方向に光学的に対応する方向に沿って長辺を有し且つ前記第２方向に光学的に対応する方向に沿って短辺を有する矩形状の照明領域を前記マスク上に形成することを特徴とする請求項１６に記載の露光方法。
18. 前記矩形状の照明領域の短辺方向に沿って前記マスクおよび前記感光性基板を前記投影光学系に対して相対移動させることにより、前記マスクのパターンを前記感光性基板に投影露光することを特徴とする請求項１７に記載の露光方法。

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