JP2014146718A - 照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる照明光学装置。
【解決手段】 光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置は、照明光学装置の光路を横切る第１面に並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、第１面に入射する光の向きを第１面内での位置に応じて変化させる可変部材とを備えている。オプティカルインテグレータの波面分割要素には、入射する光の向きの変化に応じて当該波面分割要素を経た光が被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の収差が付与されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。

半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、光源から射出された光が、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を介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。

二次光源からの光は、コンデンサーレンズにより集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、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。

マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するために、例えば輪帯状や複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が提案されている（特許文献１を参照）。

米国特許公開第２００６／００５５８３４号公報

マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するには、瞳強度分布を所望の形状に調整するだけでなく、最終的な被照射面としてのウェハ上の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する必要がある。ウェハ上の各点での瞳強度分布の均一性にばらつきがあると、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる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、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
前記照明光学装置の光路を横切る第１面に並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
前記第１面に入射する光の向きを前記第１面内での位置に応じて変化させる可変部材とを備え、
前記オプティカルインテグレータの前記波面分割要素には、入射する光の向きの変化に応じて当該波面分割要素を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の収差が付与されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第２形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に配置された複数の波面分割要素を有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により波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、
前記オプティカルインテグレータの入射側に配置されて、前記波面分割要素が有する光学面における前記光束が通過する位置を変更して前記光束が前記被照射面に形成する照度分布を変化させる可変部材と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。

第３形態では、前記被照射面に設置された所定のパターンを照明するための第１形態または第２形態の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の照明光学装置では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。本発明の露光装置およびデバイス製造方法では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。 マイクロフライアイレンズの複数の微小レンズを経た部分光束が被照射面上で重畳される様子を示す図である。 照明瞳と照明領域との間の光線の対応関係を示す図である。 照明領域上の各点に関する瞳強度分布について説明する図である。 光軸上の微小レンズを経た部分光束が被照射面上に照野を形成する様子を示す図である。 光軸から最も離れた微小レンズを経た部分光束が被照射面上に照野を形成する様子を示す図である。 変倍光学系として一対のシリンドリカルレンズを用いる変形例を概略的に示す図である。 変倍光学系として曲面状の光学面を有する一対の光学部材を用いる変形例を概略的に示す図である。 オプティカルインテグレータの各波面分割要素が間隔を隔てて配置された一対の光学要素を有する変形例を概略的に示す図である。 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。 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。図１において、被照射面１６の法線方向（光軸ＡＸの方向）に沿ってＺ軸を、被照射面１６の面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、被照射面１６の面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の照明光学装置１では、光源１１から射出された光がコリメートレンズ１２により平行光束に変換され、変倍光学系１３を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１４に入射する。変倍光学系１３は、光軸ＡＸに沿って固定された負レンズ（または負レンズ群）１３ａと、その後側に配置されて光軸ＡＸに沿って移動可能な正レンズ（または正レンズ群）１３ｂとを有する。変倍光学系１３の作用については後述する。

マイクロフライアイレンズ１４は、例えば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズ（波面分割要素）１４ａからなる光学素子であって、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。

マイクロフライアイレンズ１４として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。図１では、図面の明瞭化のために、マイクロフライアイレンズ１４を構成する微小レンズ１４ａの数を実際よりもはるかに少なく表示している。この点は、図２、図３、図７および図８においても同様である。

マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂには、例えば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野が形成される。マイクロフライアイレンズ１４における各微小レンズ１４ａの入射側の面（すなわち単位波面分割面）は、例えばＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状であって、被照射面１６上において形成すべき照明領域１６ａの形状と相似な矩形状である。

マイクロフライアイレンズ１４に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置（ひいては照明瞳の位置）には、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした円形状の二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ１４の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系１５を介して、被照射面１６を重畳的に照明する。こうして、被照射面１６には、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の照明領域１６ａが形成される。

本実施形態の照明光学装置１は、変倍光学系１３の正レンズ１３ｂを光軸ＡＸに沿って移動させる駆動部１７と、照明光学装置１の射出瞳面（マイクロフライアイレンズ１４の直後の照明瞳面１４ｃ）における瞳強度分布を計測する瞳強度分布計測部１８と、瞳強度分布計測部１８の計測結果に基づいて駆動部１７を制御する制御系ＣＲとを備えている。瞳強度分布計測部１８は、例えば照明光学装置１の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、被照射面１６上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学装置１の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。

本実施形態の照明光学装置１が走査型の露光装置に適用される場合、被照射面１６上の照明領域１６ａと光学的に共役な領域として、例えばＸ方向に沿って細長い矩形状の静止露光領域が、投影光学系を介してウェハ（感光性基板）上に形成される。静止露光領域内の１点に入射する光が照明瞳（例えば投影光学系の瞳）に形成する瞳強度分布が入射点の位置に依存して大きく異なる場合、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。

静止露光領域では、走査方向（スキャン方向）であるＹ方向に沿った照度分布の均一性よりも、走査方向と直交する走査直交方向すなわちＸ方向に沿った照度分布の均一性の方が重要である。また、静止露光領域においてＹ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性よりも、Ｘ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性の方が重要である。これは、静止露光領域におけるＹ方向に沿った照度ムラおよびＹ方向に沿った各点での瞳強度分布のばらつきの影響が、Ｙ方向に沿った走査露光により平均化されるからである。

したがって、本実施形態の照明光学装置１が露光装置に、とりわけ走査型の露光装置に適用される場合、照明領域１６ａにおけるＸ方向に沿った照度分布の均一性、および照明領域１６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性を確保することが重要である。本実施形態では、後述するように、変倍光学系１３とマイクロフライアイレンズ１４との協働作用により、照明領域１６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整する。

変倍光学系１３では、上述したように、負レンズ１３ａと正レンズ１３ｂとの間隔が可変に構成されている。したがって、変倍光学系１３に入射した平行光束は、負レンズ１３ａと正レンズ１３ｂとの可変間隔に応じた可変角度の発散光束または収束光束に変換される。すなわち、変倍光学系１３は、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに入射する光束を所望の可変角度の発散光束または収束光束に変換する可変部材を構成している。また、別の表現によれば、変倍光学系１３は、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに入射する光の向きを入射側の面１４ｂ内での位置に応じて変化させる可変部材を構成している。

図２は、マイクロフライアイレンズ１４の複数の微小レンズ１４ａを経た部分光束が被照射面１６上で重畳される様子を示している。図２において、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに光束が入射すると、入射光束は複数の微小レンズ１４ａにより波面分割され、各微小レンズ１４ａの直後には１つの小光源が形成される。マイクロフライアイレンズ１４の直後の照明瞳面１４ｃに沿って二次元的に形成された各小光源からの光束は、コンデンサー光学系１５を介して被照射面１６上で重畳される。

マイクロフライアイレンズ１４およびコンデンサー光学系１５が無収差の理想状態にあり且つ均一な光強度分布を有する平行光束がマイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに入射する場合、被照射面１６上の所定位置に互いに同じ性状を有する複数の光強度分布（すなわち複数の均一な光強度分布）が重畳され、ひいては被照射面１６上に均一な照度分布１６ｂを有する照明領域１６ａが形成される。

図３は、マイクロフライアイレンズ１４の直後の照明瞳面１４ｃと被照射面１６上の照明領域１６ａとの間の光線の対応関係を示している。照明領域１６ａの中心点Ｐ１に垂直入射する光線Ｌ１は、マイクロフライアイレンズ１４の光軸ＡＸ上の微小レンズ１４ａを経て形成された小光源Ｋ１から光軸ＡＸの方向（Ｚ方向）に射出された光線Ｌ１に対応している。中心点Ｐ１に対してＸＺ平面に沿って最大角度で入射する光線Ｌ２，Ｌ３は、光軸ＡＸからＸ方向に最も離れた微小レンズ１４ａを経て形成された小光源Ｋ２，Ｋ３から光軸ＡＸ方向に射出された光線Ｌ２，Ｌ３に対応している。

照明領域１６ａにおいて光軸ＡＸから＋Ｘ方向に最も離れた周辺の点Ｐ２および−Ｘ方向に最も離れた周辺の点Ｐ３に垂直入射する光線Ｌ４，Ｌ５は、光軸ＡＸ上の小光源Ｋ１からＸＺ平面に沿って光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線Ｌ４，Ｌ５に対応している。周辺の点Ｐ２およびＰ３に対してＸＺ平面に沿って最大角度で入射する光線Ｌ６，Ｌ７およびＬ８，Ｌ９は、光軸ＡＸからＸ方向に最も離れた小光源Ｋ２，Ｋ３からＸＺ平面に沿って光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線Ｌ６，Ｌ７およびＬ８，Ｌ９に対応している。

このように、小光源Ｋ１〜Ｋ３が形成される照明瞳面１４ｃにおける位置情報は、コンデンサー光学系１５のフーリエ変換作用により、照明領域１６ａ（すなわち被照射面１６）における角度情報に変換される。逆に、照明瞳面１４ｃにおける角度情報は、コンデンサー光学系１５のフーリエ変換作用により、照明領域１６ａにおける位置情報に変換される。したがって、図示を省略するが、ＹＺ平面における照明瞳面１４ｃと照明領域１６ａとの間の光線の対応関係は、図３に示すＸＺ平面における光線の対応関係と同様である。

図４は、照明領域１６ａ上の各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３について説明する図である。図３を参照して説明したように、照明領域１６ａの中心点Ｐ１に垂直入射する光線Ｌ１は、光軸ＡＸ上の微小レンズ１４ａから光軸ＡＸ方向に射出された光線Ｌ１に対応している。中心点Ｐ１に最大角度で入射する光線（Ｌ２，Ｌ３など）は、光軸ＡＸから最も離れた微小レンズ１４ａから光軸ＡＸ方向に射出された光線に対応している。

したがって、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１の中央領域（例えば円形状の領域）の分布は、マイクロフライアイレンズ１４において光軸ＡＸを中心とした中央領域にある複数の微小レンズ１４ａから光軸ＡＸに対して比較的小さい角度で射出された光線、すなわち中央領域にある複数の微小レンズ１４ａを経て照明領域１６ａ上の中央領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ１における中央領域の分布には、中央領域にある複数の微小レンズ１４ａが被照射面１６上に形成する各照野の中央領域における光強度分布が反映される。

瞳強度分布Ｈ１の周辺領域（例えば輪帯状の領域）の分布は、マイクロフライアイレンズ１４において光軸ＡＸから離れた周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａから光軸ＡＸに対して比較的小さい角度で射出された光線、すなわち周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａを経て照明領域１６ａ上の中央領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ１における周辺領域の分布には、周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａが被照射面１６上に形成する各照野の中央領域における光強度分布が反映される。

また、図３を参照して説明したように、照明領域１６ａ上の周辺の点Ｐ２，Ｐ３に垂直入射する光線（Ｌ４，Ｌ５など）は、光軸ＡＸ上の微小レンズ１４ａから光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線Ｌ４，Ｌ５に対応している。周辺の点Ｐ２およびＰ３に最大角度で入射する光線（Ｌ６〜Ｌ９など）は、光軸ＡＸから最も離れた微小レンズ１４ａから光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線に対応している。

したがって、周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ１４ａから光軸ＡＸに対して比較的大きい角度で射出された光線、すなわち中央領域にある複数の微小レンズ１４ａを経て照明領域１６ａ上の周辺領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３における中央領域の分布には、中央領域にある複数の微小レンズ１４ａが被照射面１６上に形成する各照野の周辺領域における光強度分布が反映される。

瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａから光軸ＡＸに対して比較的大きい角度で射出された光線、すなわち周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａを経て照明領域１６ａ上の周辺領域に達する光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３における周辺領域の分布には、周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａが被照射面１６上に形成する各照野の周辺領域における光強度分布が反映される。

以下、説明を単純化するために、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂには、変倍光学系１３を経て形成された可変角度の発散光束が入射するものとする。図５は、マイクロフライアイレンズ１４の光軸ＡＸ上の微小レンズ３１を経た部分光束が被照射面１６上に照野４１を形成する様子を示している。図６は、マイクロフライアイレンズ１４において光軸ＡＸから＋Ｘ方向に最も離れた微小レンズ３２を経た部分光束が被照射面１６上に照野４２を形成する様子を示している。

マイクロフライアイレンズ１４に発散光束が入射する場合、図５に示すように、光軸ＡＸ上の微小レンズ３１の入射側の面３１ａには、ほぼ平行な光束が光軸ＡＸに沿った向きに入射する。入射側の面３１ａの屈折作用を受けて微小レンズ３１の内部を伝搬した光は、その射出面３１ｂ上の中央領域３１ｂａを通過し、ひいては中央領域３１ｂａの屈折作用により集光して光軸ＡＸ上に小光源Ｋ１を形成する。小光源Ｋ１を形成した光は、コンデンサー光学系１５を介して、被照射面１６上に照明領域１６ａと同じ外形形状の照野４１を形成する。

一方、図６に示すように、光軸ＡＸから＋Ｘ方向に最も離れた微小レンズ３２の入射側の面３２ａには、ほぼ平行な光束が光軸ＡＸに対して可変角度θだけ傾いた向きに入射する。入射側の面３２ａの屈折作用を受けて微小レンズ３２の内部を伝搬した光は、その射出面３２ｂ上において図５に示す中央領域３１ｂａとは位置の異なる周辺寄りの領域３２ｂａを通過し、ひいては周辺寄りの領域３２ｂａの屈折作用により集光して、微小レンズ３２の要素光軸ＡＸｅから＋Ｘ方向に位置ずれした位置に小光源Ｋ２を形成する。小光源Ｋ２を形成した光は、コンデンサー光学系１５を介して、被照射面１６上に照明領域１６ａと同じ外形形状、ひいては照野４１と同じ外形形状の照野４２を形成する。

複数の微小レンズ１４ａからなるマイクロフライアイレンズ１４が無収差の理想状態にある場合、例えば各微小レンズ１４ａの入射側の面および射出面が所望の面形状に形成されている場合、光軸ＡＸ上の微小レンズ３１に均一な光強度分布を有する平行光束が光軸ＡＸに沿った向きに入射すると、被照射面１６上に形成される照野４１の照度分布は図５中破線で示すように均一な分布になる。同様に、光軸ＡＸから最も離れた微小レンズ３２に均一な光強度分布を有する平行光束が光軸ＡＸに対して傾いた向きに入射しても、被照射面１６上に形成される照野４２の照度分布は図６中破線で示すように均一な分布になる。

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ１４の各微小レンズ１４ａの射出面が、光の通過する領域の変化に応じて当該射出面を経た光が被照射面１６に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成されている。換言すると、マイクロフライアイレンズ１４の各微小レンズ１４ａには、入射する光の向きの変化に応じて当該微小レンズ１４ａを経た光が被照射面１６に形成する照度分布が変化するように、所要の収差（例えば歪曲収差など）が付与されている。

したがって、光軸ＡＸ上に位置する微小レンズ３１の射出面３１ｂ上の中央領域３１ｂａを経た部分光束が被照射面１６上に形成する照野４１の照度分布は、各微小レンズ１４ａに積極的に付与された収差の影響により、例えば図５中実線で示すように中心において強度が最も大きくＸ方向に沿って周辺に向かうにつれて強度が単調に減少するような凸状の分布４１ａになる。

一方、光軸ＡＸから＋Ｘ方向に最も離れた微小レンズ３２の射出面３２ｂにおける周辺寄りの領域３２ｂａを経た部分光束が被照射面１６上に形成する照野４２の照度分布は、光束の通過領域３２ｂａが微小レンズ３１における光束の通過領域３１ｂａと異なるため、各微小レンズ１４ａに積極的に付与された収差の影響により、照野４１の照度分布４１ａとは異なる分布、例えば図６中実線で示すように中心において強度が最も小さくＸ方向に沿って周辺に向かうにつれて強度が単調に増大するような凹状の分布４２ａになる。

図示を省略したが、光軸ＡＸから−Ｘ方向に最も離れた微小レンズ３３の射出面３３ｂにおける周辺寄りの領域３３ｂａを経た部分光束が被照射面１６上に形成する照野４３の照度分布は、光束の通過領域３３ｂａが微小レンズ３１における光束の通過領域３１ｂａと異なるため、各微小レンズ１４ａに積極的に付与された収差の影響により、照野４１の照度分布４１ａとは異なる分布４３ａになる。一例として、照野４３の照度分布４３ａは、微小レンズ３２が形成する照野４２の照度分布４２ａと同じような凹状の分布になる。

この場合、照明領域１６ａ上の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ１４ａ（微小レンズ３１など）が被照射面１６上に形成する各照野（照野４１など）の中央領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的大きくなる。瞳強度分布Ｈ１の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａ（微小レンズ３２，３３など）が被照射面１６上に形成する各照野（照野４２，４３など）の中央領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的小さくなる。

一方、照明領域１６ａ上の周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ１４ａ（微小レンズ３１など）が被照射面１６上に形成する各照野（照野４１など）の周辺領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的小さくなる。瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の微小レンズ１４ａ（微小レンズ３２，３３など）が被照射面１６上に形成する各照野（照野４２，４３など）の周辺領域における光強度分布が反映されるため、その光強度は比較的大きくなる。

このことは、変倍光学系１３の作用によりマイクロフライアイレンズ１４に入射する発散光束（一般的には発散光束または収束光束）の角度が変化すると、すなわち各微小レンズ１４ａに入射する光の向きが変化すると、その入射光の向きの変化に応じて、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１と周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３とが互いに異なる態様にしたがって変化することを意味している。すなわち、駆動部１７が制御系ＣＲからの指令にしたがって正レンズ１３ｂを光軸ＡＸに沿って移動させることにより、その移動量に応じて、照明領域１６ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。

本実施形態では、瞳強度分布計測部１８が、照明光学装置１の射出瞳面（マイクロフライアイレンズ１４の直後の照明瞳面１４ｃ）における瞳強度分布を計測する。制御系ＣＲは、瞳強度分布計測部１８の計測結果に基づいて、駆動部１７を制御する。すなわち、駆動部１７は、瞳強度分布計測部１８からの出力を用いて変倍光学系１３の正レンズ１３ｂを光軸ＡＸに沿って移動させ、ひいては被照射面１６上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する。

こうして、照明光学装置１では、変倍光学系１３とマイクロフライアイレンズ１４との協働作用により、被照射面１６上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。すなわち、変倍光学系１３は、マイクロフライアイレンズ１４の入射側に配置されて、波面分割要素である微小レンズ１４ａの射出面（一般には光学面）における光束の通過位置を変更して、当該光束が被照射面１６に形成する照度分布を変化させる可変部材を構成している。

なお、上述の実施形態では、変倍光学系１３において、負レンズ１３ａが光軸ＡＸに沿って固定され且つ正レンズ１３ｂが光軸ＡＸに沿って移動可能に構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに入射する光束を所望の可変角度の発散光束または収束光束に変換する変倍光学系の具体的な構成について、様々な形態が可能である。例えば、図１の構成において、負レンズ１３ａおよび正レンズ１３ｂのうちの少なくとも一方を光軸ＡＸに沿って移動可能に設定することにより、変倍光学系１３と同様の作用を奏する変倍光学系が得られる。

また、図７に示すように、変倍光学系として一対のシリンドリカルレンズ１３ｃ，１３ｄを用いる変形例も可能である。図７の変形例にかかる変倍光学系１３Ａは、光軸ＡＸに沿って固定された負シリンドリカルレンズ（または負シリンドリカルレンズ群）１３ｃと、その後側に配置されて光軸ＡＸに沿って移動可能な正シリンドリカルレンズ（または正シリンドリカルレンズ群）１３ｄとを有する。

負シリンドリカルレンズ１３ｃは、Ｘ方向に関して（ＸＺ平面において）負の屈折力を有し且つＹ方向に関して（ＹＺ平面において）屈折力を有しない。正シリンドリカルレンズ１３ｄは、Ｘ方向に関して正の屈折力を有し且つＹ方向に関して屈折力を有しない。駆動部１７Ａは、制御系ＣＲからの指令にしたがって、正シリンドリカルレンズ１３ｄを光軸ＡＸに沿って移動させる。

この場合、変倍光学系１３Ａに入射した平行光束は、ＸＺ平面において、負シリンドリカルレンズ１３ｃと正シリンドリカルレンズ１３ｄとの可変間隔に応じた可変角度の発散光束または収束光束に変換される。すなわち、変倍光学系１３Ａは、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに入射する光のＸＺ平面に沿った向きを、入射側の面１４ｂ内でのＸ方向に沿った位置に応じて変化させる。図７の変形例では、負シリンドリカルレンズ１３ｃおよび正シリンドリカルレンズ１３ｄのうちの少なくとも一方を光軸ＡＸに沿って移動可能に設定することもできる。

また、図８に示すように、変倍光学系として曲面状の光学面を有する一対の光学部材１３ｅおよび１３ｆを用いる変形例も可能である。図８の変形例にかかる変倍光学系１３Ｂは、光軸ＡＸと直交する平面状の入射側の面を有し且つＸ方向に沿って三次曲面状の射出面を有する第１光学部材１３ｅと、その後側に配置されて第１光学部材１３ｅの射出面と補完的な面形状（すなわちＸ方向に沿って三次曲面状）の入射側の面を有し且つ光軸ＡＸと直交する平面状の射出面を有する第２光学部材１３ｆとを備えている。

第１光学部材１３ｅと第２光学部材１３ｆとは、Ｘ方向に沿って相対的に移動可能に構成されている。駆動部１７Ｂは、制御系ＣＲからの指令にしたがって、第１光学部材１３ｅと第２光学部材１３ｆとをＸ方向に沿って相対移動させる。この場合、変倍光学系１３Ｂに入射した平行光束は、ＸＺ平面において、第１光学部材１３ｅと第２光学部材１３ｆとの相対移動に応じた可変角度の発散光束または収束光束に変換される。すなわち、変倍光学系１３Ｂは、図７の変形例の変倍光学系１３Ａの場合と同様に、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに入射する光のＸＺ平面に沿った向きを、入射側の面１４ｂ内でのＸ方向に沿った位置に応じて変化させる。

なお、図８の変形例では、第１光学部材１３ｅが平面状の入射側の面と三次曲面状の射出面とを有し、第２光学部材１３ｆが三次曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有する。しかしながら、これに限定されることなく、第１光学部材１３ｅが三次曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有したり、第２光学部材１３ｆが平面状の入射側の面と三次曲面状の射出面とを有したりしていても良い。

また、上述の実施形態および変形例では、オプティカルインテグレータであるマイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに入射する光の向きを入射側の面１４ｂ内での位置に応じて変化させる可変部材として、変倍光学系１３，１３Ａ，１３Ｂを用いている。しかしながら、これに限定されることなく、可変部材として、例えば個別に制御される複数のプリズム要素を有するプリズムアレイ、個別に制御される複数のミラー要素を有するミラーアレイ、変形可能な可撓性の反射面を有するミラーなどを用いることもできる。

また、上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ１４の波面分割要素である各微小レンズ１４ａが単一の要素として構成され、各微小レンズ１４ａの射出面が、光の通過領域の変化に応じて当該射出面を経た光が被照射面１６に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、図９に示すように、一対の光学要素３５ａ，３５ｂを有する波面分割要素３５を並列的に配置して得られるオプティカルインテグレータを用いる変形例も可能である。

具体的に、オプティカルインテグレータの各波面分割要素３５は、第１光学要素３５ａと、第１光学要素３５ａから間隔を隔てて後側に配置された第２光学要素３５ｂとを有する。なお、図９では、光軸ＡＸ上に位置する波面分割要素３５を例示している。この場合、第２光学要素３５ｂの入射側の面３５ｂａおよび射出面３５ｂｂのうちの少なくとも一方を、光の通過領域の変化に応じて第２光学要素３５ｂを経た光が被照射面１６に形成する照度分布４５が変化するように所要の非球面状に形成すれば良い。

図１０は、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１０において、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１０の紙面に平行な方向にＸ軸を、ウェハＷの転写面内において図１０の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。図１０に示す露光装置は、図１の実施形態にかかる照明光学装置１（または図７，図８の変形例にかかる照明光学装置１Ａ，１Ｂ）を備えている。

なお、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の露光装置への適用に際して、露光光（照明光）を供給する光源として、たとえば１９３ｎｍの波長のパルス光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長のパルス光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。この場合、コリメートレンズ１２の設置を省略し、光源と変倍光学系１３（１３Ａ，１３Ｂ）との間の光路中に、光の入射側から順に、ビーム送光部、空間光変調器、リレー光学系などを付設することができる。また、コンデンサー光学系１５と被照射面１６との間の光路中に、光の入射側から順に、マスクブラインド、結像光学系などを付設することができる。

ここで、空間光変調器は、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。ビーム送光部は、光源からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器へ導くとともに、空間光変調器に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

リレー光学系は、その前側焦点位置が空間光変調器の複数のミラー要素の配列面の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂの近傍に位置しており、空間光変調器の配列面とマイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂとを光学的にフーリエ変換の関係に設定する。したがって、空間光変調器およびリレー光学系を経た光は、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度をマイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに可変的に分布させる。

照明視野絞りとしてのマスクブラインドは、コンデンサー光学系１５の後側焦点位置またはその近傍に配置される。したがって、マイクロフライアイレンズ１４の直後の照明瞳１４ｃに形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系１５を介して、マスクブラインドを重畳的に照明する。マスクブラインドの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系の集光作用を受けて、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）における被照射面１６の位置に配置されたマスクＭを重畳的に照明し、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の照明領域１６ａを形成する。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭのパターン領域を透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。

こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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、Ｙ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＸ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。あるいは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括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のパターンが順次露光される。

本実施形態の露光装置は、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）を介した光に基づいて照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて、変倍光学系１３（１３Ａ，１３Ｂ）および空間光変調器を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。

第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）における瞳強度分布計測部１８と同様に、例えば照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。

瞳強度分布計測部１８，ＤＴｒ，ＤＴｗの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部１８，ＤＴｒ，ＤＴｗとして、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ１４により形成される二次光源を光源として、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の被照射面１６に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）をケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の照明瞳面と呼ぶことができる。また、この二次光源の形成面の像を照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の射出瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学装置と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

瞳強度分布とは、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ１４による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂに形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ１４の入射側の面１４ｂおよび当該入射側の面１４ｂと光学的に共役な面も照明瞳面と呼ぶことができ、これらの面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。

上述したように、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）では、変倍光学系１３（１３Ａ，１３Ｂ）とマイクロフライアイレンズ１４との協働作用により、被照射面１６上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、被照射面１６と光学的に共役な位置に配置されたウェハＷ上の静止露光領域内の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）を用いて、マスクＭの微細パターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいてはマスクＭの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハＷ上に正確に転写することができる。

本実施形態において、静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する動作は、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて行われる。具体的に、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果は、制御系ＣＲに供給される。制御系ＣＲは、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて、例えば投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布が所望の分布になるように、照明光学装置１（１Ａ，１Ｂ）の駆動部１７（１７Ａ，１７Ｂ）に指令を出力する。駆動部１７（１７Ａ，１７Ｂ）は、制御系ＣＲからの指令に基づいて変倍光学系１３（１３Ａ，１３Ｂ）を駆動し、ウェハＷ上の静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布を所要の分布に調整する。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１１は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１１に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。

その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板としてパターンの転写を行う。

図１２は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１２に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なパルスレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源、波長１４６ｎｍのレーザ光を供給するＫｒ₂レーザ光源、波長１２６ｎｍのレーザ光を供給するＡｒ₂レーザ光源などを用いることができる。また、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどのＣＷ（Continuous Wave）光源を用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学装置に対して本発明を適用することもできる。

１，１Ａ，１Ｂ 照明光学装置
１１ 光源
１２ コリメートレンズ
１３，１３Ａ，１３Ｂ 変倍光学系
１４ 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）
１５ コンデンサー光学系
１６ 被照射面
１６ａ 照明領域
１７，１７Ａ，１７Ｂ 駆動部
１８，ＤＴｒ，ＤＴｗ 瞳強度分布計測部
ＣＲ 制御系
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ

Claims (15)

1. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
   前記照明光学装置の光路を横切る第１面に並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
   前記第１面に入射する光の向きを前記第１面内での位置に応じて変化させる可変部材とを備え、
   前記オプティカルインテグレータの前記波面分割要素には、入射する光の向きの変化に応じて当該波面分割要素を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の収差が付与されていることを特徴とする照明光学装置。
2. 前記可変部材は、前記第１面に入射する光束を所望の可変角度の発散光束または収束光束に変換する変倍光学系を有することを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記変倍光学系は、光軸に沿って移動可能なレンズを含むことを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
4. 前記変倍光学系は、第１方向に関して屈折力を有し且つ前記第１方向と直交する第２方向に関して屈折力を有しない複数のシリンドリカルレンズを有することを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
5. 前記変倍光学系は、第１方向に沿って三次曲面状の入射側の面または射出面を有し且つ光軸と直交する平面状の射出面または入射側の面を有する第１光学部材と、該第１光学部材の後側に配置されて前記第１光学部材と補完的な面形状を有する第２光学部材とを備え、前記第１光学部材と前記第２光学部材とは前記第１方向に沿って相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
6. 前記第１光学部材は三次曲面状の射出面を有し、前記第２光学部材は三次曲面状の入射側の面を有することを特徴とする請求項５に記載の照明光学装置。
7. 前記被照射面に形成される照明領域は、前記第１方向に沿って細長い矩形状であることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
8. 各波面分割要素は、単一の要素を有し、
   前記単一の要素の射出面は、光が通過する領域の変化に応じて当該射出面を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
9. 各波面分割要素は、第１要素と、該第１要素から間隔を隔てて後側に配置された第２要素とを有し、
   前記第２要素の入射側の面および射出面のうちの少なくとも一方は、光が通過する領域の変化に応じて当該第２要素を経た光が前記被照射面に形成する照度分布が変化するように所要の非球面状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
10. 前記オプティカルインテグレータにより波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の照明光学装置。
11. 光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
    並列的に配置された複数の波面分割要素を有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により波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系と、
    前記オプティカルインテグレータの入射側に配置されて、前記波面分割要素が有する光学面における前記光束が通過する位置を変更して前記光束が前記被照射面に形成する照度分布を変化させる可変部材とを備えていることを特徴とする照明光学装置。
12. 前記可変部材は、前記オプティカルインテグレータに入射する光束を所望の可変角度の発散光束または収束光束に変換する変倍光学系を有することを特徴とする請求項１１に記載の照明光学装置。
13. 前記被照射面に設置された所定のパターンを照明するための請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置。
14. 前記所定のパターンの像を前記基板上に形成する投影光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
15. 請求項１３または１４に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
    前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
    前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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