WO2004112107A1

WO2004112107A1 - 照明光学装置、露光装置および露光方法

Info

Publication number: WO2004112107A1
Application number: PCT/JP2004/008096
Authority: WO
Inventors: Hisashi Nishinaga; Yuji Kudo
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2004-06-10
Publication date: 2004-12-23
Also published as: TW200508812A; JPWO2004112107A1

Abstract

　簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置。光源（１）からの光束に基づいて被照射面（Ｍ）を照明する照明光学装置。被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段（８，９）を備えている。縦横比変化手段は、照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する２つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群（８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ）を備えている。

Description

明細書

照明光学装置、露光装置および露光方法

技術分野

[0001] 本発明は、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。

^景技術

[0002] 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マイクロフライアイレンズ (またはフライアイレンズ）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、必要に応じてマイクロ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、コンデンサ一レンズに入射する。

[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] 近年においては、マイクロフライアイレンズを介して照明瞳に形成される二次光源の大きさを変化させることにより、照明のコヒーレンシィ σ ( σ値 =開口絞り径/投影光学系の瞳径、あるいは σ値 =照明光学系の射出側開口数 Ζ投影光学系の入射側開口数）を変化させる技術が注目されている。また、マイクロフライアイレンズを介して照明瞳に輪帯状や 4極状の二次光源を形成することにより、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] 従来技術では、たとえば輪帯状の二次光源に基づく輪帯照明を行う場合、二次光源が僅かに縦長または横長の輪帯状に形成されることにより、ウェハ上に転写されるパターンの線幅が縦方向と横方向とで異なる現象、すなわち直交する二方向でパタ一ンの線幅差が発生することがある。また、二次光源が所望の輪帯状に形成されてレ、ても、レジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生すること力 Sある。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、照明瞳に形成される輪帯状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定する方が望ましいこともある。

[0006] 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時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、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な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。

課題を解決するための手段

[0007] 前記課題を解決するために、本発明の第 1形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、

前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を備え、

前記縦横比変化手段は、前記照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する 2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群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。

[0008] 第 1形態の好ましい態様によれば、前記光学素子群は、直交する 2つの方向でパヮ一が互いに異なる第 1光学素子群と、直交する 2つの方向でパワーが互いに異なる第 2光学素子群とを有し、前記第 1光学素子群および前記第 2光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されている。また、前記第 1光学素子群および前記第 2光学素子群の双方が前記光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。また、前記光学素子群はレンズ群であることが好ましい。

[0009] 第 1形態においては、前記第 1光学素子群および前記第 2光学素子群は、それぞれ一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子を備えていることが好ましぐそれぞれ一対のシリンドリカルレンズを備えていることがさらに好ましい。なお、上記回転非対称なパワーは、回転非対称なパワーを持つ光学素子の光軸に関して回転非対称なパワーを意味している。

[0010] また、第 1形態においては、前記照明瞳に形成される光強度分布の大きさを連続的に変更する変更手段を更に備えていることが好ましぐこのとき前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることが好ましい。ここで、前記変更手段は、前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第 1変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第 2変更手段とを備えていることが好ましい。

[0011] 本発明の第 2形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源からの光束を所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、

前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、前記光束変換素子に入射する光束の発散の程度を直交する 2つの方向で独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段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。

[0012] 第 2形態の好ましい態様によれば、前記縦横比変化手段は、直交する 2つの方向で発散の程度が互いに異なる第 1光学素子と、直交する 2つの方向で発散の程度が互いに異なる第 2光学素子とを有し、前記第 1光学素子および前記第 2光学素子のうちの少なくとも一方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されている。また、前記第 1光学素子および前記第 2光学素子の双方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。なお、前記光束の進行方向と平行な軸は光軸であることが好ましい。

[0013] 第 2形態の好ましい態様によれば、前記第 1光学素子および前記第 2光学素子は、一方向にのみ発散機能を有する回折光学素子をそれぞれ有する。あるいは、前記第 1光学素子および前記第 2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するフレネルレンズをそれぞれ有することが好ましい。あるいは、前記第 1光学素子および前記第 2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するマイクロレンズアレイをそれぞれ有することが好ましい。また、前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することが好ましい。

[0014] 本発明の第 3形態では、光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、前記光源と前記光束変換素子との間の光路中に配置されて、直交する 2つの方向でパワーを独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段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。

[0015] 第 3形態の好ましい態様によれば、前記縦横比変化手段は、光軸を中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズを有する。あるいは、前記縦横比変化手段は、前記直交する 2つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第 1シリンドリカルズームレンズと、前記直交する 2つの方向のうちの他方の方向にパヮ一を変化させる機能を有する第 2シリンドリカルズームレンズとを備えていることが好ましい。また、前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することが好ましレヽ

[0016] 本発明の第 4形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、第 1形態一第 3形態の照明光学装置と、前記被照射面に設定された前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影する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。

[0017] 本発明の第 5形態では、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、第 1形態一第 3形態の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定された前記マスクを照明する工程と、前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。

発明の効果

[0018] 本発明の典型的な態様にしたがう照明光学装置では、第 1シリンドリカルレンズ対と第 2シリンドリカルレンズ対とからなる縦横比変化手段の作用により、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することができる。したがつて、本発明の露光装置および露光方法では、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な露光を行うことができ、ひいては高精度な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の第 1実施形態に力、かる露光装置の構成を概略的に示す図である。

[図 2]第 1実施形態においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。

[図 3]第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐：ン系の作用を説明する図である。

[図 4]第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズ

の作用を説明する図である。

[図 5]第 1実施形態においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズの構成を概略的に示す図である。

[図 6]第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。

[図 7]第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。

[図 8]第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。

[図 9]本発明の第 2実施形態に力、かる露光装置の構成を概略的に示す図である。 [図 10]第 2実施形態における縦横比変化手段の構成を概略的に示す図である。

[図 11]第 2実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する一対のフレネルレンズの作用を説明する図である。

[図 12]本発明の第 3実施形態に力、かる露光装置の構成を概略的に示す図である。

[図 13]第 3実施形態における縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である

[図 14]第 3実施形態において形成される二次光源に対するシリンドリカルズームレンズの作用を説明する図である。

[図 15]シリンドリカルズームレンズの真円状態および楕円状態におレ、て照明瞳で得られる光強度分布を示す図である。

[図 16]第 3実施形態の変形例に力、かる縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。

[図 17]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 18]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発明を実施するための最良の形態

[0020] 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

図 1は、本発明の第 1実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。図 1において、感光性基板であるウェハの法線方向に沿って Z軸を、ウェハ面内において図 1の紙面に平行な方向に Y軸を、ウェハ面内において図 1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 1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。

[0021] 図 1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、たとえば波長力 ¾48nmの光を供給する KrFエキシマレーザー光源または波長が 193nm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 1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 1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。

[0022] 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 Υ方向に偏向された後、輪帯照明用の回折光学素子 (DOE) 4a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。回折光学素子 4aは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）において、たとえば光軸 AXを中心とした輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。

[0023] 輪帯照明用の回折光学素子 4aは、照明光路に対して揷脱自在に構成され、たとえば円形照明用の回折光学素子 4bと切り換え可能に構成されている。円形照明用の回折光学素子 4bの構成および作用については後述する。ここで、輪帯照明用の回折光学素子 4aと円形照明用の回折光学素子 4bとの間の切り換えは、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 22により行われる。制御系 21には、ステップ'ァンド 'リピート方式またはステップ ·アンド ·スキャン方式にしたがって順次露光すべき各種のマスクに関する情報などがキーボードなどの入力手段 20を介して入力される

[0024] 光束変換素子としての回折光学素子 4aを介した光束は、ァフォーカルレンズ (リレ一光学系） 5に入射する。ァフォーカルレンズ 5は、その前側焦点位置と回折光学素子 4aの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面 6の位置とがほぼ一致するように設定されたァフォーカル系（無焦点光学系）である。したがつて、回折光学素子 4aに入射したほぼ平行光束は、ァフォーカルレンズ 5の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってァフォーカルレンズ 5から射出される。

[0025] なお、ァフォーカルレンズ 5の前側レンズ群 5aと後側レンズ群 5bとの間の光路中において瞳またはその近傍には、光源側から順に、第 2変更手段としての円錐アキシコン系 7、第 1シリンドリカルレンズ対 8、および第 2シリンドリカルレンズ対 9が配置されている力 S、その詳細な構成および作用については後述する。以下、説明を簡単にするために、円錐アキシコン系 7、第 1シリンドリカルレンズ対 8、および第 2シリンドリカルレンズ対 9の作用を無視して、第 1実施形態の基本的な構成および作用を説明する。

[0026] ァフォーカルレンズ 5を介した光束は、第 1変更手段としての σ値可変用のズームレンズ (変倍光学系） 10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ィレンズ 11に入射する。なお、 σ値は、照明光学系の瞳（照明瞳）に形成される二次光源の大きさ（直径）を R1とし、投影光学系 PLの瞳に形成される照明光束または光源像の大きさ（直径）を R2とし、投影光学系 PLのマスク M側の開口数を NAoとし、マスク Mを照明する照明光学系の開口数を NAiとするとき、 σ =NAi/NAo = R2/R 1として定義される。

[0027] なお、所定面 6の位置はズームレンズ 10の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ 11の入射面はズームレンズ 10の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ 10は、所定面 6とマイクロフライアイレンズ 11の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはァフォーカルレンズ 5の瞳面とマイクロフライアイレンズの入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ 11の入射面上には、ァフォーカルレンズ 5の瞳面と同様に、たとえば光軸 AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ 10の焦点距離に依存して相似的に変化する。ズームレンズ 10の焦点距離の変化は、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 2 3により行われる。

[0028] マイクロフライアイレンズ 11を構成する各微小レンズは、マスク M上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハ W上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。マイクロフライアイレンズ 11に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面（ひいては照明瞳）にはマイク口フライアイレンズ 11への入射光束によって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を中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。

[0029] マイクロフライアイレンズ 11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、必要に応じて輪帯状の光透過部を有する開口絞りを介して制限され、コ：サー光学系 12の集光作用を受けた後、照明視野絞りとしてのマスクブラインド 13を重畳的に照明する。マスクブラインド 13の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系 14の集光作用を受けた後、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、ウェハ W上にマスクパターンの像を形成する。投影光学系 PLの入射瞳面には投影光学系 PLの開口数を規定するための可変開口絞りが設けられ、この可変開口絞りの駆動は制御系 21からの指令に基づレ、て動作する駆動系 24により行われる。

[0030] 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。なお、一括露光では、レ、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であり、マイクロフライアイレンズ 11の各レンズエレメント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の矩形状であり、マイク口フライアイレンズ 11の各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。

[0031] 図 2は、第 1実施形態においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された円錐アキシコン系の構成を概略的に示す図である。円錐アキシコン系 7は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第 1プリズム部材 7aと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第 2プリズム部材 7bとから構成されている。

[0032] そして、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第 1プリズム部材 7aおよび第 2プリズム部材 7bのうち少なくとも一方の部材が光軸 AXに沿って移動可能に構成され、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7b の凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。円錐アキシコン系 7の間隔の変化は、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 25により行われる。

[0033] ここで、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系 7は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。し力ながら、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状屈折面とを離間させると、円錐アキシコン系 7は、いわゆるビームエキスパンダーとして機能する。したがって、円錐アキシコン系 7の間隔の変化に伴って、所定面 6への入射光束の角度は変化する。

[0034] 図 3は、第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する円錐アキシコン系の作用を説明する図である。第 1実施形態の輪帯照明では、円錐アキシコン系 7の間隔が零で且つズームレンズ 10の焦点距離が最小値に設定された状態（以下、「標準状態」という）で形成された最も小さい輪帯状の二次光源 30aが、円錐アキシコン系 7の間隔を零から所定の値まで拡大させることにより、その幅 (外径と内径との差の 1/2 :図中矢印で示す）が変化することなぐその外径および内径がともに拡大された輪帯状の二次光源 30bに変化する。換言すると、円錐アキシコン系 7の作用により、輪帯状の二次光源の幅が変化することなぐその輪帯比（内径/外径)および大きさ（外径）がともに変化する。

[0035] 図 4は、第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対するズームレンズの作用を説明する図である。第 1実施形態の輪帯照明では、標準状態で形成された輪帯状の二次光源 30aが、ズームレンズ 10の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、その全体形状が相似的に拡大された輪帯状の二次光源 30 cに変化する。換言すると、ズームレンズ 10の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなぐその幅および大きさ（外径）がともに変化する。

[0036] 図 5は、第 1実施形態においてァフォーカルレンズの前側レンズ群と後側レンズ群との間の光路中に配置された第 1シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の構成を概略的に示す図である。図 5において、光源側から順に、第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9が配置されている。第 1シリンドリカルレンズ対 8は、光源側から順に、たとえば YZ平面内に負屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル負レンズ 8aと、同じく YZ平面内に正屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力の第 1シリンドリカル正レンズ 8bとにより構成されている。

[0037] 一方、第 2シリンドリカルレンズ対 9は、光源側から順に、たとえば XY平面内に負屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力の第 2シリンドリカル負レンズ 9aと、同じく XY 平面内に正屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力の第 2シリンドリカル正レンズ 9b とにより構成されている。第 1シリンドリカル負レンズ 8aと第 1シリンドリカル正レンズ 8b とは、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 26により、光軸 AXを中心として一体的に回転するように構成されている。同様に、第 2シリンドリカル負レンズ 9a と第 2シリンドリカル正レンズ 9bとは、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 27により、光軸 AXを中心として一体的に回転するように構成されている。

[0038] こうして、図 5に示す状態において、第 1シリンドリカルレンズ対 8は Z方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能し、第 2シリンドリカルレンズ対 9は X方向にパワーを有するビームエキスパンダーとして機能する。第 1実施形態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8のパワーと第 2シリンドリカルレンズ対 9のパワーとが互いに同じに設定されている。

[0039] 図 6—図 8は、第 1実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する第 1 シリンドリカルレンズ対および第 2シリンドリカルレンズ対の作用を説明する図である。図 6では、第 1シリンドリカルレンズ対 8のパワー方向が Z軸に対して光軸 AX廻りに + 45度の角度をなし、第 2シリンドリカルレンズ対 9のパワー方向が Z軸に対して光軸 A X廻りに一 45度の角度をなすように設定されてレ、る。

[0040] したがって、第 1シリンドリカルレンズ対 8のパワー方向と第 2シリンドリカルレンズ対 9 のパワー方向とが互いに直交し、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9との合成系において Z方向のパワーと X方向のパワーとが互いに同じになる。その結果、図 6に示す真円状態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9との合成系を通過する光束は、 Z方向および X方向に同じパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成されることになる。 [0041] これに対し、図 7では、第 1シリンドリカルレンズ対 8のパワー方向が Z軸に対して光軸 AX廻りに例えば + 80度の角度をなし、第 2シリンドリカルレンズ対 9のパワー方向力軸に対して光軸 AX廻りに例えば一 80度の角度をなすように設定されている。したがって、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9との合成系において、 Z方向のパワーよりも X方向のパワーの方が大きくなる。その結果、図 7に示す横楕円状態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9との合成系を通過する光束は、 Z方向よりも X方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には X方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。

[0042] 一方、図 8では、第 1シリンドリカルレンズ対 8のパワー方向が Z軸に対して光軸 AX 廻りに例えば + 10度の角度をなし、第 2シリンドリカルレンズ対 9のパワー方向が Z軸に対して光軸 AX廻りに例えば- 10度の角度をなすように設定されている。したがつ方向のパワーよりも Z方向のパワーの方が大きくなる。その結果、図 8に示す縦楕円状態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9との合成系を通過する光束は、 X方向よりも Z方向の方が大きなパワーで拡大作用を受けることになり、照明瞳には Z方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成されることになる。

[0043] さらに、第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9を図 6に示す真円状態と図 7に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の輪帯状の二次光源を形成することができる。また、第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9を図 6に示す真円状態と図 8に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の輪帯状の二次光源を形成することができる。

[0044] 次いで、輪帯照明用の回折光学素子 4aに代えて円形照明用の回折光学素子 4b 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。円形照明用の回折光学素子 4bは、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合、そのファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）において、たとえば光軸 AXを中心とした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 4bを介した光束は、ァフォーカルレンズ 5の瞳面に円形状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってァフォーカルレンズ 5から射出される。

[0045] ァフォーカルレンズ 5を介した光束は、ズームレンズ 10を介して、マイクロフライアイレンズ 11の入射面上に、ァフォーカルレンズ 5の瞳面と同様に、光軸 AXを中心とした円形状の照野が形成される。その結果、マイクロフライアイレンズ 11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。円形照明では、円錐ァキシコン系 7が平行平面板として機能するように、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状屈折面とが互いに当接した状態に維持される

[0046] そして、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9との合成系を図 6 に示す真円状態に設定すると、照明瞳には真円形状の二次光源が形成される。また、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9との合成系を図 7に示す横楕円状態に設定すると、照明瞳には横長の円形状の二次光源が形成される。また縦楕円状態に設定すると、照明瞳には縦長の円形状の二次光源が形成される。

[0047] さらに、第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9を図 6に示す真円状態と図 7に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう横長の円形状の二次光源を形成することができる。また、第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9を図 6に示す真円状態と図 8に示す縦楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にしたがう縦長の円形状の二次光源を形成することができる。

[0048] 上述のように、第 1実施形態において、第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリ力ノレレンズ対 9は、それぞれ直交する 2つの方向でパワーが互いに異なる光学素子群（レンズ群）であり、双方の光学素子群が光軸 AXを中心として回転可能に構成されている。こうして、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9とは、照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する 2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群であって、照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。

[0049] その結果、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されてレ、てもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9とからなる縦横比変化手段の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段 (8, 9)の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。

[0050] 以上のように、第 1実施形態の照明光学装置（1一 14)では、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9とからなる縦横比変化手段の作用により、簡易な構成に基づいて、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することができる。したがって、第 1実施形態の露光装置では、照明瞳に形成される二次光源の縦横比を随時調整することのできる照明光学装置を用いて、直交する二方向でパターンの線幅差が実質的に発生することのない高精度な露光を行うことができる。

[0051] なお、上述の第 1実施形態では、第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9とにより縦横比変化手段を構成している。し力ながら、これに限定されることなぐ一般的には一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子からなる第 1光学素子群と一対の回転非対称なパワーを持つ光学素子からなる第 2光学素子群とにより縦横比変化手段を構成することもできる。この場合、第 1光学素子群および第 2光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが必要であり、その双方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。

[0052] また、上述の第 1実施形態では、縦横比変化手段（8, 9)がァフォーカルレンズ 5の瞳またはその近傍に配置されている。し力、しながら、これに限定されることなぐたとえばマイクロフライアイレンズ 11の入射面近傍のように、一般的には照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に縦横比変化手段（8, 9)を配置することちでさる。 [0053] また、上述の第 1実施形態では、縦横比変化手段 (8, 9)の光源側に変更手段としての円錐アキシコン系 7を配置しているが、縦横比変化手段（8， 9)の被照射面側に円錐アキシコン系 7を配置すれば、縦横比変化手段（8， 9)の小口径化を図ることができる。

[0054] 上述の第 1実施形態の照明光学装置（1一 14)の縦横比変化手段（第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9)は、たとえば照明光学装置（1一 14) や投影光学系 PLが収差を有してレ、る場合に、二次光源が僅かに縦長または横長の形状 (非対称な形状）になってしまうのを補正するだけではなぐたとえば照明光学装置（1一 14)や投影光学系 PLが有する透過率分布の特性に起因して、二次光源の面内輝度分布が非対称 (たとえば二次光源面内において直交する二方向で輝度分布形状が異なる、典型的には鞍型の輝度分布形状）になった場合に、回転対称な二次光源の面内輝度分布と等価となるように、二次光源形状を僅かに縦長または横長の形状に変形させるようにしてもよい。

[0055] また、投影光学系 PLが有する瞳収差に起因して投影光学系 PLの像側開口数の縦横差が発生し、マスクパターンの転写結果で線幅の縦横差 (V/H差)が生じた際に、縦横比変化手段 (第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9 )を適宜制御して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差を解消することもできる。あるいは投影光学系 PLの像側開口数の縦横差の像面内不均一性が生じた場合に、縦横比変化手段 (第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9)を適宜制御 (振り分け調整）して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差の面内不均一性を低減させることもできる。

[0056] また、たとえば照明光学装置（1一 14)や投影光学系 PLが有する収差や透過率分布の特性に起因して、二次光源の面内輝度分布が非対称となり、且つ被照射面内の複数の位置で二次光源の面内輝度分布が不均一となった場合に、被照射面の複数の位置での二次光源の面内輝度分布が対称且つ均一になるように（対称且つ均一に近づくように)振り分け調整を行ってもよい。

[0057] なお、上述の二次光源の形状の計測および二次光源の面内輝度分布の計測には、たとえば特開 2000— 19012号公報に開示される照明系輝度分布計測装置を用いればよい。ここで、照明光学装置（1一 14)の各照明条件 (二次光源の形状（円形、輪帯、多極)や σ値、偏光度など)ごとに二次光源の形状の計測や二次光源の面内輝度分布の計測をあらかじめ行っておき、各照明条件ごとに縦横比変化手段（第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9)による補正量を求めておくことが好ましい。この求められた補正量に基づいて、照明光学装置（1一 14)の照明条件が変更された際に、縦横比変化手段（第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2シリンドリカルレンズ対 9)を制御すれば、各々の照明条件に対して個別に二次光源の形状の最適化を行うことができる。

[0058] また、上述の第 1実施形態において、マスクパターンの転写結果で線幅の縦横差（ VZH差)が発生した際に、縦横比変化手段（第 1シリンドリカルレンズ対 8および第 2 シリンドリカルレンズ対 9)を適宜制御して二次光源の形状を最適化し、結果として線幅の縦横差を解消することができる。これは、二次光源の形状や二次光源の面内輝度分布に非対称性があつたときに、二次光源の非対称性を補正する場合と、それとは異なる要因（たとえば感光性材料塗布時の膜厚分布などのプロセス条件や露光量の面内不均一性など）で発生している線幅の縦横差を、二次光源の形状を積極的に変形させて補正する場合との双方を含むものである。なお、この場合、線幅の縦横差の像面内不均一性を考慮して補正することも含まれる。

[0059] また、上述した二次光源の形状の調整は、典型的には照明光学装置（1一 14)の製造時、ひいては投影露光装置の製造時に実施される。しかしながら、投影露光装置のユーザが投影露光装置を使用してマスクパターンをウェハに投影露光する際の条件を設定する際に、その条件を最適化するために二次光源の形状の調整を行つてもよレ、。また、照明光学装置（1一 14)、ひいては投影露光装置の経時変化に起因して二次光源の形状や二次光源の面内輝度分布の状態が変化した場合に、二次光源の形状の調整を行ってもよい。また、照明光学装置（1一 14)、ひいては投影露光装置の性能向上を目的として、照明光学装置（1一 14)、ひいては投影露光装置の一部の部品を再調整'交換することが行われた際に、二次光源の形状の再調整を行つてもよレ、。また、照明光学装置（1一 14)において新たな照明条件を設定する際に、二次光源の形状を調整して、その新たな照明条件に対して二次光源の形状を最適化してもよい。

[0060] 図 9は、本発明の第 2実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図 10は、第 2実施形態における縦横比変化手段の構成を概略的に示す図である。第 2実施形態は、第 1実施形態と類似の構成を有する。し力ながら、第 1実施形態では第 1シリンドリカルレンズ対 8と第 2シリンドリカルレンズ対 9とからなる縦横比変化手段がァフォーカルレンズ 5の光路中に配置されているのに対し、第 2実施形態では一対のフレネルレンズからなる縦横比変化手段（15a, 15b)が折り曲げミラー 3と回折光学素子 (4a， 4b)との間の光路中に配置されている点が相違している。以下、第 1実施形態との相違点に着目して、第 2実施形態を説明する。

[0061] 図 9および図 10を参照すると、第 2実施形態では、折り曲げミラー 3と回折光学素子

(4a, 4b)との間の光路中に、一対のフレネルレンズ 15aおよび 15b力、らなる縦横比変化手段 15が配置されている。フレネルレンズ 15aおよび 15bは、それぞれ一方向にのみ屈折機能を有する光学素子である。また、フレネルレンズ 15aおよび 15bは、制御系 21からの指令に基づいて動作する駆動系 28により、光軸 AXを中心としてそれぞれ回転するように構成されてレヽる。

[0062] 図 11は、第 2実施形態の輪帯照明において形成される二次光源に対する一対のフレネルレンズの作用を説明する図である。図 1 1 (a)では、第 1フレネルレンズ 15aの屈折方向および第 2フレネルレンズ 15bの屈折方向がともに Z軸方向に一致するように設定されている。したがって、図 11 (a)に示す縦楕円状態では、一対のフレネルレンズ 15aおよび 15bからなる縦横比変化手段 15を通過する光束は、 X軸方向には発散作用を受けないが Z軸方向に発散作用を受けることになり、照明瞳には Z方向に細長い縦長の輪帯状の二次光源が形成される。

[0063] 一方、図 11 (b)では、第 1フレネルレンズ 15aの屈折方向および第 2フレネルレンズ 15bの屈折方向がともに X軸方向に一致するように設定されている。したがって、図 1 1 (a)に示す縦楕円状態では、一対のフレネルレンズ 15aおよび 15bからなる縦横比変化手段 15を通過する光束は、 Z軸方向には発散作用を受けなレ、が X軸方向に発散作用を受けることになり、照明瞳には X方向に細長い横長の輪帯状の二次光源が形成される。 [0064] なお、図示を省略したが、第 1フレネルレンズ 15aの屈折方向が X軸方向（または Z 軸方向）に一致するように設定し、第 2フレネルレンズ 15bの屈折方向が Z軸方向（または X軸方向）に一致するように設定することもできる。この真円状態では、一対のフレネルレンズ 15aおよび 15bからなる縦横比変化手段 15を通過する光束は、 Z軸方向および X軸方向に同じように発散作用を受けることになり、照明瞳には真円輪帯状の二次光源が形成される。

[0065] 同様に、円形照明においても、縦横比変化手段 15を真円状態に設定すると照明瞳には真円形状の二次光源が形成され、縦横比変化手段 15を図 11 (a)に示す縦楕円状態に設定すると照明瞳には縦長の円形状の二次光源が形成され、縦横比変化手段 15を図 11 (b)に示す横楕円状態に設定すると照明瞳には横長の円形状の二次光源が形成される。さらに、真円状態と図 11 (a)に示す縦楕円状態との間の任意の状態や真円状態と図 11 (b)に示す横楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にした力輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。

[0066] 上述のように、第 2実施形態において、第 1フレネルレンズ 15aおよび第 2フレネルレンズ 15bは、それぞれ直交する 2つの方向で発散の程度が互いに異なる光学素子であり、双方の光学素子が光軸 AXを中心としてそれぞれ回転可能に構成されている。こうして、第 1フレネルレンズ 15aと第 2フレネルレンズ 15bとは、光束変換素子としての回折光学素子 (4a, 4b)に入射する光束の発散の程度を直交する 2つの方向で独立的に変化させることにより照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。

[0067] その結果、第 2実施形態においても第 1実施形態と同様に、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、第 1フレネルレンズ 15aと第 2フレネルレンズ 15bとからなる縦横比変化手段 15の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段 15の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。

[0068] なお、上述の第 2実施形態では、第 1フレネルレンズ 15aと第 2フレネルレンズ 15bとにより縦横比変化手段を構成している。し力ながら、これに限定されることなぐ一般的には直交する 2つの方向で発散の程度が互いに異なる第 1光学素子と直交する 2つの方向で発散の程度が互いに異なる第 2光学素子とにより縦横比変化手段を構成することもできる。この場合、第 1光学素子および第 2光学素子のうちの少なくとも一方が光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることが必要であり、その双方が光軸を中心として回転可能に構成されていることが好ましい。具体的には、一方向にのみ発散機能を有する一対の回折光学素子により縦横比変化手段を構成したり、一方向にのみ屈折機能を有する一対のマイクロレンズアレイにより縦横比変化手段を構成したりすることもできる。

[0069] 図 12は、本発明の第 3実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。また、図 13は、第 3実施形態における縦横比変化手段の内部構成を概略的に示す図である。第 3実施形態は、第 2実施形態と類似の構成を有する。しかしながら、第 2実施形態では縦横比変化手段が一対のフレネルレンズ 15aと 15bとにより構成されているのに対し、第 3実施形態では縦横比変化手段が 1つのシリンドリカルズームレンズにより構成されている点が相違している。以下、第 2実施形態との相違点に着目して、第 3実施形態を説明する。

[0070] 第 3実施形態では、図 12に示すように、折り曲げミラー 3と回折光学素子 (4a， 4b) との間の光路中に、 1つのシリンドリカルズームレンズ 16からなる縦横比変化手段が配置されている。図 13に示す状態において、シリンドリカルズームレンズ 16は、 XY 平面内に負屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ 16aと、XY平面内に正屈折力を有し且つ YZ平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ 1 6bとにより構成されている。

[0071] シリンドリカルズームレンズ 16では、シリンドリカル負レンズ 16aとシリンドリカル正レンズ 16bとの光軸 AXの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。また、シリンドリカルズームレンズ 16では、シリンドリカル負レンズ 16aとシリンドリカル正レンズ 1 6bとが光軸 AXを中心として一体的に回転可能に構成されている。なお、シリンドリカル負レンズ 16aとシリンドリカル正レンズ 16bとの間隔の変化およびシリンドリカル負レンズ 16aとシリンドリカル正レンズ 16bとの光軸 AX廻りの一体的な回転は、制御系 21 力の指令に基づいて動作する駆動系 29によって行われる。

[0072] 図 14は、第 3実施形態において形成される二次光源に対するシリンドリカルズームレンズの作用を説明する図である。図 14 (a)および (b)には図 13に示す回転位置状態にあるシリンドリカルズームレンズ 16の XY平面内の光路を示し、図 14 (c)および（ d)には図 13に示す回転位置状態にあるシリンドリカルズームレンズ 16の YZ平面内の光路を示している。図 14 (a)に示すように、真円状態 (すなわち楕円照明を行わない初期状態）では、シリンドリカル負レンズ 16aによる像点 la (虚像）と、シリンドリカル正レンズ 16bの前側焦点 fbとを一致させている。この場合、シリンドリカルズームレンズ 16に入射した平行光束は、 XY平面内においてその径のみが変更（拡大）されて、平行光束のまま回折光学素子 (4a， 4b)に入射する。

[0073] そして、図 14 (a)に示す真円状態からシリンドリカル負レンズ 16aだけを光軸方向に沿って光源側へ移動させて間隔を拡げると、図 14 (b)に示すように、シリンドリカル正レンズ 16bの前側焦点 fbからシリンドリカル負レンズ 16aによる像点 laが光源側へ離れるため、回折光学素子 (4a， 4b)に入射する光束が XY平面内において収斂光束に変換される。なお、図 14 (c)および（d)に示すように、 XY平面に直交する YZ平面内におレ、ては、図 14 (a)に対応する真円状態であっても図 14 (b)に対応する楕円状態であっても、シリンドリカルズームレンズ 16に入射した平行光束は、平行光束のまま回折光学素子 (4a， 4b)に入射する。

[0074] 図 15は、シリンドリカルズームレンズの真円状態および楕円状態におレ、て照明瞳で得られる輪帯状の光強度分布を示す図である。図 15において、（a)は図 14 (a)および (c)に示すシリンドリカルズームレンズ 16の真円状態（初期状態）において照明瞳に形成される二次光源の形状 (輪帯照明用の回折光学素子 4aを使用）を示す図であり、（b)は（a)の真円輪帯状の二次光源の X方向に沿った光強度分布（縦軸は光強度 I)を示す図であり、（c)は (a)の真円輪帯状の二次光源の Ζ方向に沿った光強度分布（縦軸は光強度 I)を示す図である。 [0075] また、（d)は図 14 (b)および（d)に示すシリンドリカルズームレンズ 16の楕円状態において照明瞳に形成される二次光源の形状 (輪帯照明用の回折光学素子 4aを使用 )を示す図であり、（e)は（d)の楕円輪帯状の二次光源の X方向に沿った光強度分布 (縦軸は光強度 I)を示す図であり、（f)は (d)の楕円輪帯状の二次光源の Z方向に沿つた光強度分布 (縦軸は光強度 I)を示す図である。図 15 (e)に示すように、楕円状態において得られる楕円輪帯状の二次光源の X方向に沿った光強度分布は、輪帯照明用の回折光学素子 4aのみの作用により照明瞳に形成される光強度分布と、シリンドリカルズームレンズ 16のみの作用により照明瞳に形成される光強度分布とのコンポリューション (畳み込み）となり、 X方向断面においては 2つの台形状の光強度分布になる。

[0076] 図 15 (d)において、図中ハッチングを施した領域 (斜線部）は光強度が最大となる領域 Imであり、その周囲には光強度が漸次減少する光強度傾斜領域 Isが位置している。図 15 (d)中実線で示す楕円輪帯状の光領域は図 15 (a)に示す真円輪帯状の光領域よりも X方向に広がっている力図 15 (e)および（f)を参照してモーメントで考えると Z方向よりも X方向の方が輪帯の径が小さくなつている。

[0077] このように、第 3実施形態では、シリンドリカルズームレンズ 16の回転位置に依存することなく、シリンドリカル負レンズ 16aおよびシリンドリカル正レンズ 16bを図 14 (a)および）に示す間隔状態に設定すると、照明瞳には真円輪帯状や真円形状の二次光源が形成される。また、シリンドリカノレズームレンズ 16を図 13に示す第 1回転位置状態に設定するとともに、シリンドリカル負レンズ 16aおよびシリンドリカル正レンズ 16 bを図 14 (b)および（d)に示す間隔状態に設定すると、照明瞳には X方向に広がつた楕円輪帯状ゃ楕円形状の二次光源が形成される。

[0078] また、シリンドリカルズームレンズ 16を図 13に示す回転位置から光軸 AX廻りに 90 度回転させた第 2回転位置状態に設定するとともに、シリンドリカル負レンズ 16aおよびシリンドリカル正レンズ 16bを図 14 (b)および（d)に示す間隔状態に設定すると、照明瞳には Z方向に広がった楕円輪帯状や楕円形状の二次光源が形成される。さらに、真円状態と第 1回転位置状態における楕円状態との間の任意の状態や真円状態と第 2回転位置状態における楕円状態との間の任意の状態に設定することにより、様々な縦横比にした力輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。

[0079] 上述のように、第 3実施形態において、光軸 AXを中心として回転可能なシリンドリカノレズームレンズ 16は、折り曲げミラー 3と光束変換素子としての回折光学素子 (4a, 4 b)との間（ひいては光源 1と回折光学素子 (4a, 4b)との間）の光路中に配置されて、直交する 2つの方向でパワーを独立的に変化させることにより照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段を構成している。

[0080] その結果、第 3実施形態においても第 2実施形態と同様に、たとえば輪帯状や円形状の二次光源が僅かに縦長または横長に形成されることに起因して、あるいは二次光源が所望の輪帯状や円形状に形成されていてもレジスト特性などに起因して、直交する二方向でパターンの線幅差が発生する場合には、光軸 AXを中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズ 16からなる縦横比変化手段の作用により二次光源の縦横比を随時調整して、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。また、転写すべきパターンに方向性がある場合には、縦横比変化手段 16の作用により二次光源の縦横比を随時調整して輪帯状や円形状の二次光源を積極的に縦長または横長に設定することにより、線幅差の発生を実質的に抑えることができる。

[0081] なお、上述の第 3実施形態では、光軸 AXを中心として回転可能な 1つのシリンドリカルズームレンズ 16により縦横比変化手段を構成している。し力ながら、これに限定されることなぐたとえば図 16に示すように、直交する 2つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第 1シリンドリカルズームレンズと、直交する 2 つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第 2シリンドリカルズームレンズとにより縦横比変化手段を構成する変形例も可能である。

[0082] 図 16の変形例を参照すると、縦横比変化手段は、光源側から順に、 Z方向にパヮ一を変化させる機能を有する第 1シリンドリカルズームレンズ 17と、 X方向にパワーを変化させる機能を有する第 2シリンドリカルズームレンズ 18とにより構成されている。第 1シリンドリカルズームレンズ 17は、 YZ平面内に負屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ 17aと、 YZ平面内に正屈折力を有し且つ XY平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ 17bとにより構成されている。

[0083] また、第 2シリンドリカルズームレンズ 18は、 XY平面内に負屈折力を有し且つ YZ 平面内に無屈折力のシリンドリカル負レンズ 18aと、 XY平面内に正屈折力を有し且つ ΥΖ平面内に無屈折力のシリンドリカル正レンズ 18bとにより構成されている。なお、第 1シリンドリカルズームレンズ 17では、シリンドリカル負レンズ 17aとシリンドリカル正レンズ 17bとの光軸 AXの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。

[0084] 同様に、第 2シリンドリカルズームレンズ 18では、シリンドリカル負レンズ 18aとシリンドリカル正レンズ 18bとの光軸 AXの方向に沿った間隔が変更可能に構成されている。図 16の変形例では、第 1シリンドリカルズームレンズ 17の間隔と第 2シリンドリカルズームレンズ 18の間隔とをそれぞれ適宜変化させることにより、第 3実施形態と同様の原理に基づいて様々な縦横比にした力 Sう輪帯状や円形状の二次光源を形成することができる。

[0085] なお、上述の第 2実施形態および第 3実施形態においても、前述の第 1実施形態の縦横比変化手段と同様の制御を行ってもよい。

[0086] 上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル (マスク）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、本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 17のフロ一チャートを参照して説明する。

[0087] 先ず、図 17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 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 303において、本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。

[0088] 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。なお、ステップ 301—ステップ 305では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っている力これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない

[0089] また、本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 18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 18において、パターン形成工程 401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、レジスト剥離工程等の各ェ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。

[0090] 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本のストライブのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたり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。

[0091] 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。

[0092] なお、上述の各実施形態では、輪帯照明および円形照明を例にとって本発明を説明している力これに限定されることなぐたとえば 4極照明や他の変形照明に対しても本発明を適用することができる。

[0093] また、上述の各実施形態では、図 1に示すような特定の構成を有する照明光学装置に本発明を適用している力これに限定されることなぐたとえば特開 2003— 6860 7号公報およびこれに対応する米国特許出願公開 US2003Z0038931号公報の図 10の実施例や、国際出願番号 PCTZJP03Z15447号明細書および図面の図 1 の実施例に対しても本発明を適用することが可能である。ここで、特開 2003—6860 7号公報およびこれに対応する米国特許出願公開 US2003Z0038931号公報の図 10の実施例においては、 2組のシリンドリカルレンズ対をズームレンズ 4とフライアイレンズ 5との間の光路中に配置することができる。また、国際出願番号 PCT/JP03 /15447号明細書および図面の図 1の実施例では、 2組のシリンドリカルレンズ対をァフォーカルレンズ 5の光路中やズームレンズ 7とフライアイレンズ 5との間の光路中に配置することができる。

[0094] また、上述の各実施形態では、照明光学装置を備えた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。

符号の説明

[0095] 1 光源

4 回折光学素子

5 ァフォー力ノレレンズ

7 円錐アキシコン系

8, 9

10 ズームレンズ

11 12 コンデンサー光学系

13 マスクブラインド

14 結像光学系

15a, 15b フレネノレレンズ

16, 17, 18 シリンドリカノレズームレンズ

M マスク

PL 投影光学系

W ウェハ

20 入力手段

21 制御系

22—29 駆動系

Claims

請求の範囲

[1] 光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、

前記縦横比変化手段は、前記照明瞳と実質的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されて、直交する 2つの方向のパワー比を変化させる機能を有する光学素子群を備えていることを特徴とする照明光学装置。

[2] 前記光学素子群は、直交する 2つの方向でパワーが互いに異なる第 1光学素子群と、直交する 2つの方向でパワーが互いに異なる第 2光学素子群とを有し、前記第 1光学素子群および前記第 2光学素子群のうちの少なくとも一方が光軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項 1に記載の照明光学装置。

[3] 前記第 1光学素子群および前記第 2光学素子群の双方が前記光軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項 1または 2に記載の照明光学装置。

[4] 前記光学素子群はレンズ群であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれ力 1項に記載の照明光学装置。

[5] 前記照明瞳に形成される光強度分布の大きさを連続的に変更する変更手段を更に備え、

前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれ力、 1項に記載の照明光学装置。

[6] 前記変更手段は、前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第 1変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第 2変更手段とを備えていることを特徴とする請求項 5に記載の照明光学装置。

[7] 前記照明瞳に形成される光強度分布の外形の大きさを変更する第 1変更手段と、前記照明瞳に形成される光強度分布の輪帯比を変更する第 2変更手段とを有する変更手段をさらに備え、

前記光学素子群は、前記変更手段よりも前記光源側の光路中に配置されることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれ力 1項に記載の照明光学装置。

[8] 光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、前記光源からの光束を所定の断面を有する光束に変換するための光束変換素子と、

前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、前記光束変換素子に入射する光束の発散の程度を直交する 2つの方向で独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学装置。

[9] 前記縦横比変化手段は、直交する 2つの方向で発散の程度が互いに異なる第 1光学素子と、直交する 2つの方向で発散の程度が互いに異なる第 2光学素子とを有し、前記第 1光学素子および前記第 2光学素子のうちの少なくとも一方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項 8 に記載の照明光学装置。

[10] 前記第 1光学素子および前記第 2光学素子の双方が前記光束の進行方向と平行な軸を中心として回転可能に構成されていることを特徴とする請求項 8または 9に記載の照明光学装置。

[11] 前記第 1光学素子および前記第 2光学素子は、一方向にのみ発散機能を有する回折光学素子をそれぞれ有することを特徴とする請求項 9または 10に記載の照明光学

[12] 前記第 1光学素子および前記第 2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するフレネルレンズをそれぞれ有することを特徴とする請求項 9または 10に記載の照明光学

[13] 前記第 1光学素子および前記第 2光学素子は、一方向にのみ屈折機能を有するマイ有することを特徴とする請求項 9または 10に記載の照明

[14] 前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項 8 乃至 13のいずれか 1項に記載の照明光学装置。

[15] 光源からの光束に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光束変換素子からの光束に基づいて、前記被照射面と実質的にフーリエ変換の関係にある照明瞳に所定の光強度分布を形成するための形成光学系と、前記光源と前記光束変換素子との間の光路中に配置されて、直交する 2つの方向でパワーを独立的に変化させることにより前記照明瞳に形成される光強度分布の縦横比を変化させるための縦横比変化手段とを備えていることを特徴とする照明光学

[16] 前記縦横比変化手段は、光軸を中心として回転可能なシリンドリカルズームレンズを有することを特徴とする請求項 15に記載の照明光学装置。

[17] 前記縦横比変化手段は、前記直交する 2つの方向のうちの一方の方向にパワーを変化させる機能を有する第 1シリンドリカルズームレンズと、前記直交する 2つの方向のうちの他方の方向にパワーを変化させる機能を有する第 2シリンドリカルズームレンズとを備えていることを特徴とする請求項 15に記載の照明光学装置。

[18] 前記形成光学系は、オプティカルインテグレータを有することを特徴とする請求項 15 乃至：[ ₇のいずれか i項に記載の照明光学装置。

[19] マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、

請求項 1乃至 18のいずれか 1項に記載の照明光学装置と、

前記被照射面に設定された前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影する投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。

[20] マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、

請求項 1乃至 18のいずれか 1項に記載の照明光学装置を用いて前記被照射面に設定された前記マスクを照明する工程と、

前記マスクのパターンを前記感光性基板上へ投影露光する工程とを含むことを特徴とする露光方法。