JP5509933B2 - オプティカルインテグレータ、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

オプティカルインテグレータ、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、オプティカルインテグレータ、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィ工程で製造するのに使用される露光装置の照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータに関するものである。
従来、半導体素子などの製造に使用される露光装置では、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介して感光性基板（たとえばウェハ）上に投影転写する。感光性基板にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した投影露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。露光装置の解像力は、露光光の波長と投影光学系の開口数とに依存する。したがって、露光装置の解像力を向上させるには、露光光の波長を短くするとともに、投影光学系の開口数を大きくすることが必要になる。
一般に、投影光学系の開口数を所定値以上に大きくすることは光学設計の観点から困難であるため、露光光の短波長化が必要になる。そこで、半導体パターニングの次世代の露光方法（露光装置）として、ＥＵＶＬ（Extreme UltraViolet Lithography：極紫外リソグラフィ）の手法が注目されている。ＥＵＶＬ露光装置では、５〜２０ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ（Extreme UltraViolet：極紫外線）光を用いる。露光光としてＥＵＶ光を用いる場合、使用可能な光透過性の光学材料が存在しなくなる。このため、ＥＵＶＬ露光装置では、反射型のオプティカルインテグレータ、反射型のマスク、および反射型の投影光学系を用いることになる。
ＥＵＶＬ露光装置に限らず、一般の露光装置において、照明光学系の照明瞳に形成される光強度分布（以下、「瞳強度分布」ともいう）を均一で且つ回転対称なものに形成できることが望ましい。本出願人は、反射型のオプティカルインテグレータにおける第１フライアイ光学系中の複数の第１光学要素と第２フライアイ光学系中の複数の第２光学要素との対応関係を工夫することにより、ほぼ均一で且つ回転対称な瞳強度分布を照明瞳に形成する技術を提案している（特許文献１を参照）。
米国特許出願公開第２００７／０２７３８５９号明細書
特許文献１に開示されたオプティカルインテグレータは、第１フライアイ光学系中の複数の第１光学要素と第２フライアイ光学系中の複数の第２光学要素とがランダムに近い形態で光学的に対応するように構成されている。しかしながら、この従来技術にかかるオプティカルインテグレータでは、複数の第１光学要素により波面分割された複数の光束が被照射面に形成する各照野が、照明光学系の諸収差や射影（による像回転）などの影響により所望の重畳照明領域から外れて形成され、いわゆる照野の重なり誤差に起因する光量損失が発生する。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光量損失を小さく抑えることのでき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。
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの第１光学要素と、該少なくとも１つの第１光学要素とは異なる別の第１光学要素とは、前記照明光学系の光軸または該光軸と平行な軸廻りの姿勢が互いに異な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。
本発明の第２形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの第１光学要素と、該少なくとも１つの第１光学要素とは異なる別の第１光学要素とは、所定方向に沿った寸法が互いに異な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。
本発明の第３形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
前記複数の第２光学要素のうちの少なくとも１つの第２光学要素は、前記複数の第２光学要素の基準的な配列面に配置され、
前記複数の第２光学要素のうちの前記少なくとも１つの第２光学要素とは異なる別の第２光学要素は、前記基準的な配列面から所要の段差をもって配置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。
本発明の第４形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
前記第１フライアイ光学系のサイズ、および前記複数の第１光学要素の配列面の中心と前記複数の第２光学要素の基準的な配列面の中心との距離は、各第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する各照明領域が所望の重畳照明領域に近づくように決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。
本発明の第５形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
前記第１フライアイ光学系のサイズＤ、および前記複数の第１光学要素の配列面の中心と前記複数の第２光学要素の基準的な配列面の中心との距離Ｋは、
０．１７＜Ｄ／Ｋ＜１．６４
の条件を満足す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。
本発明の第６形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの第１光学要素と該少なくとも１つの第１光学要素とは異なる別の第１光学要素との姿勢および寸法の少なくとも一方と、前記少なくとも１つの第１光学要素および対応する第２光学要素との距離並びに前記別の第１光学要素および対応する第２光学要素との距離との少なくとも何れか１つは、前記少なくとも１つの第１光学要素および対応する第２光学要素を経た第１光束が前記被照射面に形成する第１照明領域と、前記別の第１光学要素および対応する第２光学要素を経た第２光束が前記被照射面に形成する第２照明領域との重なり誤差を小さくするように決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。
本発明の第７形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系において、
第１形態、第２形態、第３形態、第４形態、第５形態または第６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系を提供する。
本発明の第８形態では、所定のパターンを照明するための第７形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第９形態では、第８形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程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。
本発明の一態様によれば、第１フライアイ光学系を構成する複数の第１光学要素のうちの少なくとも２つの第１光学要素を、照明光学系の光軸または該光軸と平行な軸廻りの姿勢が互いに異なるように設定する。例えば、上記少なくとも２つの第１光学要素の姿勢は、当該第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が被照射面に形成する照明領域の向きが、所望の重畳照明領域の向きに近づくように決定される。その結果、本発明の一態様にかかるオプティカルインテグレータでは、複数の第１光学要素により波面分割された複数の光束が被照射面に形成する照野の重なり誤差を小さく抑えることができる。
本発明の照明光学系では、照野の重なり誤差を小さく抑えるオプティカルインテグレータを用いて、照野の重なり誤差に起因する光量損失を小さく抑えて、光効率の高い所要の照明条件で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置では、光量損失を抑えて光効率の高い所要の照明条件で被照射面のパターンを照明する照明光学系を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことにより、性能の良好なデバイスを製造することができる。
本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。 図１の光源、照明光学系および投影光学系の内部構成を概略的に示す図である。 本実施形態における１回の走査露光を概略的に説明する図である。 本実施形態におけるオプティカルインテグレータ中の第１フライアイ光学系の構成を概略的に示す図である。 本実施形態におけるオプティカルインテグレータ中の第２フライアイ光学系の構成を概略的に示す図である。 第１フライアイ光学系中の複数の第１凹面反射鏡要素を従来技術にしたがって配列したときに照明光学系の射影（による像回転または回転歪）の影響により照野の重なり誤差が発生する様子を説明する図である。 本発明の第１手法を説明する図である。 オプティカルインテグレータ中の光学要素間の倍率差により照野の重なり誤差が発生する様子を説明する図である。 本発明の第２手法を説明する図である。 本発明の第３手法を説明する図である。 逆瞳光学系としての投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。 第１凹面反射鏡要素の配列面の中心と第２凹面反射鏡要素の基準的な配列面の中心との距離Ｋの影響について考察する図である。 図８に対応する図であって、本発明の第４手法を説明するための図である。 図１３の各第１凹面反射鏡要素と、各第１凹面反射鏡要素に対応して形成される各照明領域との関係を示す図である。 第１凹面反射鏡要素のｙ方法寸法だけでなくｘ方向寸法も調整した例を示す図である。 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いて、そのフローチャートを示す図である。
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、本発明の実施形態にかかる露光装置の全体構成を概略的に示す図である。図２は、図１の光源、照明光学系および投影光学系の内部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Ｗの表面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの表面において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの表面において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。光源１として、たとえばレーザプラズマ光源を用いることができる。光源１から射出された光は、波長選択フィルタ（不図示）を介して、照明光学系２に入射する。波長選択フィルタは、光源１が供給する光から、所定波長（たとえば１３．４ｎｍ）のＥＵＶ光だけを選択的に透過させ、他の波長の光の透過を遮る特性を有する。波長選択フィルタを透過したＥＵＶ光３は、照明光学系２および光路偏向鏡としての平面反射鏡４を介して、転写すべきパターンが形成された反射型のマスク（レチクル）Ｍを照明する。
マスクＭは、そのパターン面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｙ方向に沿って移動可能なマスクステージ５によって保持されている。マスクステージ５の移動は、周知の構成を有するレーザ干渉計６により計測される。照明されたマスクＭのパターンからの光は、反射型の投影光学系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。すなわち、ウェハＷ上には、後述するように、たとえばＹ軸に関して対称な円弧状の静止露光領域（実効露光領域）が形成される。
ウェハＷは、その露光面がＸＹ平面に沿って延びるように、Ｘ方向およびＹ方向に沿って二次元的に移動可能なウェハステージ７によって保持されている。ウェハステージ７の移動は、周知の構成を有するレーザ干渉計８により計測される。こうして、マスクステージ５およびウェハステージ７をＹ方向に沿って移動させながら、すなわち投影光学系ＰＬに対してマスクＭおよびウェハＷをＹ方向に沿って相対移動させながら走査露光（スキャン露光）を行うことにより、ウェハＷの１つの矩形状のショット領域にマスクＭのパターンが転写される。
このとき、投影光学系ＰＬの投影倍率（転写倍率）が例えば１／４である場合、ウェハステージ７の移動速度をマスクステージ５の移動速度の１／４に設定して同期走査を行う。また、ウェハステージ７をＸ方向およびＹ方向に沿って二次元的にステップ移動させながら走査露光を繰り返すことにより、ウェハＷの各ショット領域にマスクＭのパターンが逐次転写される。
図２を参照すると、レーザプラズマ光源１は、レーザ光源１１、集光レンズ１２、ノズル１４、楕円反射鏡１５、およびダクト１６を備えている。光源１では、たとえばキセノン（Ｘｅ）からなる高圧ガスがノズル１４より供給され、ノズル１４から噴射されたガスが気体ターゲット１３を形成する。そして、レーザ光源１１から発した光（非ＥＵＶ光）が、集光レンズ１２を介して、気体ターゲット１３上に集光する。気体ターゲット１３は、集光されたレーザ光によりエネルギーを得てプラズマ化し、ＥＵＶ光を発する。
気体ターゲット１３は、楕円反射鏡１５の第１焦点に位置決めされている。したがって、レーザプラズマ光源１から放射されたＥＵＶ光は、楕円反射鏡１５の第２焦点に集光する。一方、発光を終えたガスはダクト１６を介して吸引されて外部へ導かれる。楕円反射鏡１５の第２焦点に集光したＥＵＶ光は、凹面反射鏡１７を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイ光学系１８ａおよび１８ｂからなるオプティカルインテグレータ１８に導かれる。第１フライアイ光学系１８ａおよび第２フライアイ光学系１８ｂの構成および作用については後述する。
こうして、オプティカルインテグレータ１８の射出面の近傍、すなわち第２フライアイ光学系１８ｂの反射面の近傍の位置（照明瞳の位置）には、所定の形状を有する実質的な面光源（瞳強度分布）が形成される。実質的な面光源からの光は、凸面反射鏡１９ａと凹面反射鏡１９ｂとにより構成されたコンデンサー光学系１９を介して、照明光学系２から射出される。照明光学系２の照明瞳とは、投影光学系ＰＬの入射瞳、または投影光学系ＰＬの入射瞳と光学的に共役な位置である。
照明光学系２から射出された光は、平面反射鏡４により偏向された後、マスクＭにほぼ平行に且つ近接して配置された視野絞り２１の円弧状の開口部（光透過部）を介して、マスクＭ上に円弧状の照明領域を形成する。このように、光源１（１１〜１６）、照明光学系２（１７〜１９）、平面反射鏡４および視野絞り２１は、照明瞳に形成された瞳強度分布からの光によりマスクＭ上のパターンをケーラー照明する照明系を構成している。
照明されたマスクＭのパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上の円弧状の静止露光領域にマスクパターンの像を形成する。投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの中間像を形成する第１反射結像光学系と、マスクパターンの中間像の像（マスクＭのパターンの二次像）をウェハＷ上に形成する第２反射結像光学系とにより構成されている。第１反射結像光学系は４つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ４により構成され、第２反射結像光学系は２つの反射鏡Ｍ５およびＭ６により構成されている。また、投影光学系ＰＬはウェハ側（像側）にテレセントリックな光学系である。
図３は、本実施形態における１回の走査露光を概略的に説明する図である。図３を参照すると、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬの円弧状の有効結像領域および有効視野に対応するように、Ｙ軸に関して対称な円弧状の静止露光領域ＥＲがウェハＷの表面上に形成され、同じくＹ軸に関して対称な円弧状の照明領域がマスクＭのパターン面上に形成される。この円弧状の露光領域ＥＲは、１回の走査露光（スキャン露光）によりウェハＷの矩形状の１つのショット領域ＳＲにマスクＭのパターンを転写する際に、図中実線で示す走査開始位置から図中破線で示す走査終了位置まで移動する。
図４および図５は、本実施形態におけるオプティカルインテグレータの構成を概略的に示す図である。オプティカルインテグレータ１８において、第１フライアイ光学系１８ａは、図４に示すように、複数の第１凹面反射鏡要素（第１光学要素）１８ａａを備えている。複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａは、照明光学系２の被照射面であるマスクＭのパターン面と光学的に共役な位置に並列配置されている。第２フライアイ光学系１８ｂは、図５に示すように、複数の第２凹面反射鏡要素（第２光学要素）１８ｂａを備えている。複数の第２凹面反射鏡要素１８ｂａは、複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａとランダムに近い形態で光学的に一対一対応するように並列配置されている。
図４では、第１フライアイ光学系１８ａの入射面においてＸ方向に対応する方向にｘ方向を設定し、第１フライアイ光学系１８ａの入射面においてｘ方向と直交する方向にｙ方向を設定している。同様に、図５では、第２フライアイ光学系１８ｂの入射面においてＸ方向に対応する方向にｘ方向を設定し、第２フライアイ光学系１８ｂの入射面においてｘ方向と直交する方向にｙ方向を設定している。すなわち、図４および図５におけるｙ方向は、マスクＭおよびウェハＷの走査方向（Ｙ方向）に対応している。また、図４および図５では、図面の明瞭化のために、一対のフライアイ光学系１８ａ，１８ｂを構成する凹面反射鏡要素１８ａａ，１８ｂａの数を実際よりも少なく表わしている。
第１フライアイ光学系１８ａは、図４に示すように、円弧状の外形形状を有する第１凹面反射鏡要素１８ａａを縦横に配置することにより構成されている。第１凹面反射鏡要素１８ａａが円弧状の外形形状を有するのは、上述したように、投影光学系ＰＬの円弧状の有効結像領域および有効視野に対応して、マスクＭ上に円弧状の照明領域を形成し、ひいてはウェハＷ上に円弧状の静止露光領域ＥＲを形成するためである。
一方、第２フライアイ光学系１８ｂは、図５に示すように、例えば正方形状に近い矩形状の外形形状を有する第２凹面反射鏡要素１８ｂａを縦横に配置することにより構成されている。第２凹面反射鏡要素１８ｂａが正方形状に近い矩形状の外形形状を有するのは、各第２凹面反射鏡要素１８ｂａの表面またはその近傍にほぼ円形状の小光源が形成されるからである。
第１フライアイ光学系１８ａの入射面の外形が円形状に近い形状になっているのは、オプティカルインテグレータ１８に入射する光束（すなわち第１フライアイ光学系１８ａに入射する光束）の断面形状がほぼ円形状であり、照明効率を高めるためである。また、第２フライアイ光学系１８ｂの入射面の外形が円形状に近い形状になっているのは、オプティカルインテグレータ１８の射出面（すなわち第２フライアイ光学系１８ｂの射出面）の近傍の照明瞳に形成される瞳強度分布（実質的な面光源）の外形形状がほぼ円形状であるためである。
本実施形態において、オプティカルインテグレータ１８に入射した光束は、第１フライアイ光学系１８ａ中の複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａにより波面分割される。各第１凹面反射鏡要素１８ａａにより反射された光束は、第２フライアイ光学系１８ｂ中の対応する第２凹面反射鏡要素１８ｂａに入射する。各第２凹面反射鏡要素１８ｂａにより反射された光束は、導光光学系としてのコンデンサー光学系１９を介して、マスクＭ上の円弧状の照明領域を重畳的に照明する。
以下、図４および図５に示す構成よりも簡素な構成を有するオプティカルインテグレータに基づいて、従来技術の不都合および本発明の各手法を説明する。図６は、第１フライアイ光学系中の複数の第１凹面反射鏡要素を従来技術にしたがって配列したときに照明光学系の射影による像回転または回転歪みの影響により照野の重なり誤差が発生する様子を説明する図である。従来技術では、図６の上側の図に示すように、円弧状の外形形状を有する一群の第１凹面反射鏡要素６１ａが、円弧状の辺が互いに隣り合うように基準的な姿勢でｙ方向（マスクＭおよびウェハＷの走査方向であるＹ方向に対応する方向）に配列される。
また、一群の第１凹面反射鏡要素６１ａの図中左側に隣接して、円弧状の外形形状を有する一群の第１凹面反射鏡要素６１ｂが、円弧状の辺が互いに隣り合うように基準的な姿勢でｙ方向に配列される。さらに、一群の第１凹面反射鏡要素６１ａの図中右側に隣接して、円弧状の外形形状を有する一群の第１凹面反射鏡要素６１ｃが、円弧状の辺が互いに隣り合うように基準的な姿勢でｙ方向に配列される。
図６では、簡素化されたモデルとして、各群が４つの第１凹面反射鏡要素を含む３群構成のオプティカルインテグレータを示している。なお、基準的な姿勢とは、複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃにより波面分割された各光束が被照射面（マスクＭのパターン面、ひいてはウェハＷの露光面）において重畳的に形成すべき所望の円弧状の重畳照明領域と光学的に共役な姿勢、すなわち第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃの円弧状の外形形状がｙ軸に関して対称になるような姿勢である。
換言すれば、オプティカルインテグレータ（複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃを含む）とコンデンサー光学系とからなる後側光学系が無収差の理想状態であれば、第１フライアイ光学系中において従来技術にしたがって基準的な姿勢で配列された複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃにより波面分割された各光束は、被照射面においてほぼ完全に重なり合って所望の円弧状の重畳照明領域を形成する。しかしながら、実際には、後側光学系の諸収差、とりわけ射影による像回転または回転歪の影響により、図６の下側の図に模式的に示すように、照野の重なり誤差が発生する。
図６を参照すると、複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃのうち、ｘ方向（マスクＭおよびウェハＷの走査方向と直交するＸ方向に対応する方向）に沿って中央に位置する第１群の第１凹面反射鏡要素６１ａを経た各光束は、後側光学系の射影による像回転または回転歪の影響を第１凹面反射鏡要素６１ｂ、６１ｃを経た光束よりも受けることなく、被照射面において所望の円弧状の重畳照明領域６０とほぼ同じ向きに（ほぼ同じ姿勢で）円弧状の照野６２ａを形成する。これに対し、ｘ方向に沿って中央から外れて位置する第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂおよび第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃを経た各光束は、後側光学系の射影による像回転または回転歪の影響を受けて、所望の重畳照明領域６０とは向きの異なる円弧状の照野６２ｂおよび６２ｃを形成する傾向がある。
典型的な例によれば、第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂを経た各光束が形成する円弧状の照野６２ｂは、所望の重畳照明領域６０を図６中反時計廻り（または時計廻り）に回転させた向きに形成される傾向がある。一方、第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃを経た各光束が形成する円弧状の照野６２ｃは、所望の重畳照明領域６０を図６中時計廻り（または反時計廻り）に回転させた向きに形成される傾向がある。また、所望の重畳照明領域６０に対して円弧状の照野６２ｂが傾く角度と円弧状の照野６２ｃが傾く角度とは、互いにほぼ同じ大きさになる傾向がある。以下、円弧状の照野６２ｂと円弧状の照野６２ｃとは反対の向きに傾き、且つその傾き角度は互いに同じ大きさを有するものとする。
この場合、複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃにより波面分割された複数の光束が被照射面において共通に形成する重複照野６３は歪な外形形状を有し、この重複照野６３内において円弧状の静止露光領域ＥＲに対応する円弧状の照明領域ＩＲを比較的小さく設定せざるを得ない。このことは、複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃにより波面分割されてマスクＭへ向かう光のうち、円弧状の照明領域ＩＲの外側へ向かう光がマスクＭに近接して配置された視野絞りにより遮られ、マスクＭのパターンの照明（ひいてはウェハＷ上での走査露光）に寄与しないこと、すなわち照野６２ａ〜６２ｃの重なり誤差に起因する光量損失が発生することを意味している。
ＥＵＶＬ露光装置では、光学系に用いられる各反射膜の反射率が０．７程度と比較的小さいため、照野の重なり誤差に起因する光量損失をできるだけ小さく抑えて走査露光にかかるスループットの低下を回避することは重要である。本発明の第１手法の一例では、第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂおよび対応する第２凹面反射鏡要素を経た光束が被照射面に形成する円弧状の照野（照明領域）６２ｂの向きが所望の重畳照明領域６０の向きに近づくように、第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂの姿勢を変更する。
同様に、第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃおよび対応する第２凹面反射鏡要素を経た光束が被照射面に形成する円弧状の照野６２ｃの向きが所望の重畳照明領域６０の向きに近づくように、第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃの姿勢を変更する。具体的には、図７の上側の図に示すように、第１群の第１凹面反射鏡要素６１ａを基準的な姿勢で配置し、第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂを第１の傾斜姿勢で配置し、第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃを第２の傾斜姿勢で配置する。
第１の傾斜姿勢は、例えば複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃの配列面（ｘｙ平面）と直交する所要の軸（光軸または光軸と平行な軸）を中心として、基準的な姿勢を所要方向に所要角度だけ回転させて得られる姿勢である。一方、第２の傾斜姿勢は、配列面と直交する所要の軸を中心として、第１の傾斜姿勢の場合とは反対の方向に且つ第１の傾斜姿勢の場合と同じ大きさの角度だけ基準的な姿勢を回転させて得られる姿勢である。すなわち、第１の傾斜姿勢と第２の傾斜姿勢とは、ｙ方向に延びる直線に関して対称的である。
この場合、図７の下側の図に模式的に示すように、第１の傾斜姿勢に設定された第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂを経た各光束および第２の傾斜姿勢に設定された第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃを経た各光束は、基準的な姿勢に設定された第１群の第１凹面反射鏡要素６１ａを経た各光束と同様に、被照射面において所望の円弧状の重畳照明領域６０とほぼ同じ向きに（ほぼ同じ姿勢で）円弧状の照野６２ａ〜６２ｃを形成する。その結果、複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃにより波面分割された複数の光束が被照射面において共通に形成するほぼ円弧状の重複照野６３内において、比較的大きな円弧状の照明領域ＩＲを確保することができる。すなわち、照野６２ａ〜６２ｃの重なり誤差が小さく抑えられ、ひいては照野６２ａ〜６２ｃの重なり誤差に起因する光量損失も小さく抑えられる。
一般に、本発明の第１手法では、第１フライアイ光学系中の複数の第１光学要素（第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃに対応）のうちの少なくとも１つの第１光学要素と別の第１光学要素とを、照明光学系の光軸または該光軸と平行な軸廻りの姿勢が互いに異なるように設定する。換言すれば、少なくとも２つの第１光学要素を、所定の軸廻りの姿勢が互いに異なるように設定する。例えば、上記少なくとも２つの第１光学要素の姿勢は、当該第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が被照射面に形成する照明領域の向きが、所望の重畳照明領域の向きに近づくように決定される。例えば、照明領域の第１方向とそれと直交する第２方向を設定した時に、照明領域の大きさがより大きい方向を照明領域の向きとすることができる。また、所望の重畳照明領域の第１方向とそれと直交する第２方向を設定した時に、所望の重畳照明領域の大きさがより大きい方向を所望の重畳照明領域の向きとすることができる。言い換えると、上記少なくとも２つの第１光学要素の姿勢は、当該第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が被照射面に形成する照明領域同士の重なり誤差を小さくするように決定される。
図７の例に示すように、第１フライアイ光学系が複数の円弧状の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃにより構成される場合、ｙ方向に配列された複数の第１凹面反射鏡要素からなる各群毎に、その配列面に沿った所要の平均的な姿勢を決定することができる。この場合、第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂおよび第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃを傾斜姿勢で配置しても、隣り合う一対の光学要素間で隙間が発生することなく、ひいては第１フライアイ光学系における光量損失を回避することができる。
また、図７の例とは異なり、第１フライアイ光学系を構成する複数の円弧状の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃのうち、所要数の第１凹面反射鏡要素を所要の傾斜姿勢（必ずしも配列面に沿った姿勢に限定されない）に個別に設定することもできる。ただし、この場合には、隣り合う一対の光学要素間で隙間が発生することになり、ひいては第１フライアイ光学系における光量損失が発生する。
本実施形態に対して本発明の第１手法を適用する場合、一例として、ｙ方向に配列された複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａからなる各群毎に、その配列面に沿った所要の平均的な姿勢を決定すれば良い。具体的に、図４に示す６群構成では、中央の２つの群を、互いに同じ大きさの角度だけ反対の方向に基準的な姿勢を回転させて得られる所要の傾斜姿勢に設定する。また、ｘ方向に沿って中央の２群に隣り合う２つの群を、中央の２群の傾斜角度よりも大きく且つ互いに同じ大きさの角度だけ反対の方向に基準的な姿勢を回転させて得られる所要の傾斜姿勢に設定する。
さらに、ｘ方向に沿って最も外側に位置する２つの群を、隣り合う群の傾斜角度よりも大きく且つ互いに同じ大きさの角度だけ反対の方向に基準的な姿勢を回転させて得られる所要の傾斜姿勢に設定する。これは、中央からｘ方向へ離れるにしたがって射影による像回転または回転歪の影響が大きくなるからである。なお、図４に模式的に示す例では第１フライアイ光学系が偶数群構成であるが、奇数群構成である場合にはｘ方向に沿って中央に位置する１群の姿勢を基準的な姿勢に設定すれば良い。
本実施形態のオプティカルインテグレータ１８に対して本発明の第１手法を適用すると、複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａにより波面分割された複数の光束がマスクＭのパターン面に形成する照野の重なり誤差が小さく抑えられ、ひいては照野の重なり誤差に起因する光量損失も小さく抑えられる。その結果、本実施形態の照明光学系２では、照野の重なり誤差に起因する光量損失を小さく抑えて、光効率の高い所要の照明条件でマスクＭを照明することができる。また、本実施形態の露光装置では、光量損失を抑えて光効率の高い所要の照明条件でマスクＭのパターンを照明する照明光学系２を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができる。
図８は、オプティカルインテグレータ中の光学要素間の倍率差により照野の重なり誤差が発生する様子を説明する図である。特許文献１に開示された従来技術では、第１フライアイ光学系中の複数の第１凹面反射鏡要素と第２フライアイ光学系中の複数の第２凹面反射鏡要素とをランダムに近い形態で光学的に対応させている。本発明では、第１フライアイ光学系中の複数の第１凹面反射鏡要素と第２フライアイ光学系中の複数の第２凹面反射鏡要素とをランダムに近い形態で光学的に対応させることをランダム方式と呼ぶ。ランダム方式の構成では、図８の上側の図に模式的に示すように、例えば第１フライアイ光学系中の第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂのうちの１つの第１凹面反射鏡要素６１ｂａが、第２フライアイ光学系中の第２凹面反射鏡要素８１ａａに対応している。
また、第１群の第１凹面反射鏡要素６１ａのうちの１つの第１凹面反射鏡要素６１ａａが、第２フライアイ光学系中の第２凹面反射鏡要素８１ｂａに対応している。さらに、第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃのうちの１つの第１凹面反射鏡要素６１ｃａが、第２フライアイ光学系中の第２凹面反射鏡要素８１ｃａに対応している。一般に、ランダム方式の構成では、第１フライアイ光学系中の複数の第１凹面反射鏡要素（第１光学要素）と第２フライアイ光学系中の複数の第２凹面反射鏡要素（第２光学要素）とは、対応する一対の光学要素を結ぶ複数の線分をある面に射影したときに少なくとも一対の射影線分が交差するような関係にしたがって一対一対応している。
この場合、第１フライアイ光学系中の１つの第１凹面反射鏡要素および対応する第２凹面反射鏡要素を経た光束が被照射面に形成する照野の倍率（照野の所定方向の寸法／第１凹面反射鏡要素の反射面の所定方向の寸法）βは、当該第１凹面反射鏡要素と対応する第２凹面反射鏡要素とからなる要素光学系の焦点距離ｆｅ、およびコンデンサー光学系の焦点距離ｆｃを用いて、次の式（ａ）により表される。
β＝ｆｃ／ｆｅ （ａ）
また、照野の倍率βは、対応する一対の光学要素間の光路長Ｌ１、および当該第２凹面反射鏡要素からコンデンサー光学系までの光路長Ｌ２を用いて、次の式（ｂ）により表される。
β＝Ｌ２／Ｌ１ （ｂ）
なお、複数の第２凹面反射鏡要素（第２光学要素）を所定の曲面に沿って配列することによって、第２フライアイ光学系にコンデンサー光学系の機能を兼用させる場合には、上記の式（ｂ）における光路長Ｌ２は、第２凹面反射鏡要素から被照射面までの光路長となる。
図６の上側の図に示すように互いに同じ大きさ（基準的な寸法）を有する複数の円弧状の第１凹面反射鏡要素により第１フライアイ光学系が構成されている従来技術では、収差などの影響が全く無くても、複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃを経た光束が被照射面に形成する照野６２ａ〜６２ｃの倍率（大きさ）は光学要素毎に異なり、いわゆる光学要素間の倍率差に起因する照野の重なり誤差が発生する。この種の重なり誤差は、特にランダム方式の構成において顕著であるが、上述の一対の射影線分が交差しないように光学要素を一対一対応させた規則的な構成においても発生する。
以下、説明の理解を容易にするために、図８の下側の図に模式的に示すように、第１凹面反射鏡要素６１ｂａおよび第２凹面反射鏡要素８１ａａを経た光束が形成する円弧状の照野６２ｂａは、所望の円弧状の重畳照明領域６０よりも大きく形成されるものとする。また、第１凹面反射鏡要素６１ｃａおよび第２凹面反射鏡要素８１ｃａを経た光束が形成する円弧状の照野６２ｃａは、円弧状の照野６２ｂａよりも大きく形成されるものとする。そして、第１凹面反射鏡要素６１ａａを含む他の第１凹面反射鏡要素を経た光束が形成する円弧状の照野は、所望の円弧状の重畳照明領域６０とほぼ同じ大きさで形成されるものとする。
この単純なケースでは、複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃにより波面分割された複数の光束が被照射面において共通に形成する重複照野６３は、所望の重畳照明領域６０とほぼ一致し、ひいては円弧状の照明領域ＩＲとほぼ一致する。しかしながら、第１凹面反射鏡要素６１ｂａおよび６１ｃａにより波面分割されてマスクＭへ向かう光のうち、円弧状の照明領域ＩＲの外側へ向かう光はマスクＭのパターンの照明（ひいてはウェハＷ上での走査露光）に寄与することなく、光学要素間の倍率差による照野の重なり誤差に起因して光量損失が発生する。
実際には、幾つかの第１凹面反射鏡要素を経て形成される照野は所望の重畳照明領域６０よりも小さくなり、幾つかの第１凹面反射鏡要素を経て形成される照野は所望の重畳照明領域６０とほぼ同じ大きさになり、幾つかの第１凹面反射鏡要素を経て形成される照野は所望の重畳照明領域６０よりも大きくなるのが一般的である。したがって、特にランダム方式の構成では、光学要素間の倍率差による照野の重なり誤差に起因して発生する光量損失を無視することはできない。
本発明の第２手法では、第１フライアイ光学系中の複数の第１光学要素（第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃに対応）のうちの少なくとも１つの第１光学要素と別の第１光学要素とを、所定方向に沿った寸法が互いに異なるように設定する。換言すれば、少なくとも２つの第１光学要素を、所定方向の寸法が互いに異なるように設定する。所定方向として、例えば図６の上側の図におけるｙ方向、すなわち円弧状の辺が互いに隣り合うように複数の第１凹面反射鏡要素６１ａ〜６１ｃが配列される方向を選択することができる。図６の上側の図におけるｙ方向は、上述したように、マスクＭおよびウェハＷの走査方向であるＹ方向に対応している。
上記少なくとも２つの第１光学要素の所定方向の寸法は、当該第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が被照射面に形成する照野の所定方向の寸法が、所望の重畳照明領域の所定方向の寸法に近づくように決定される。言い換えると、上記少なくとも１つの第１光学要素と別の第１光学要素との所定方向に沿った寸法は、当該第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が被照射面に形成する照明領域同士の重なり誤差を小さくするように決定される。図８に示す単純な例に対して本発明の第２手法を適用する場合、図９の上側の図に示すように、第１フライアイ光学系中の第２群の第１凹面反射鏡要素６１ｂのうちの１つの第１凹面反射鏡要素６１ｂａのｙ方向に沿った寸法および第３群の第１凹面反射鏡要素６１ｃのうちの１つの第１凹面反射鏡要素６１ｃａのｙ方向に沿った寸法が調整される。
図９の上側の図では、第１凹面反射鏡要素６１ｂａのｙ方向の寸法が第１凹面反射鏡要素のｙ方向の基準的な寸法よりも小さくなるように調整し、第１凹面反射鏡要素６１ｃａのｙ方向の寸法が第１凹面反射鏡要素６１ｂａのｙ方向の寸法よりも小さくなるように調整している。こうして、図９の下側の図に模式的に示すように、第１凹面反射鏡要素６１ｂａおよび６１ｃａを経た光束が形成する円弧状の照野６２ｂａおよび６２ｃａのＹ方向（図９の下側の図における鉛直方向；走査方向）の寸法が所望の重畳照明領域６０のＹ方向の寸法に近づき、光学要素間の倍率差による照野の重なり誤差が小さく抑えられる。
第１凹面反射鏡要素のｙ方向の寸法だけを調整する場合、複数の第１凹面反射鏡要素の二次元的な配列調整が単純で且つ容易である。なお、図９に示す例では、第１凹面反射鏡要素６１ｂａおよび６１ｃａのｙ方向の寸法を基準的な寸法よりも小さく設定しているので、第１フライアイ光学系の全体的な外形を維持しようとすると、寸法を調整した光学要素の円弧状の辺に沿って小さな円弧状の隙間が発生する。この場合、必要に応じて、この小さな円弧状の隙間を、付加的な円弧状の第１凹面反射鏡要素により埋めても良い。
一方、第１凹面反射鏡要素のｘ方向の寸法を調整したり、第１凹面反射鏡要素のｘ方向の寸法およびｙ方向の寸法をともに調整したりする場合、複数の第１凹面反射鏡要素の二次元的な配列調整が複雑になる。本実施形態のオプティカルインテグレータ１８に対して本発明の第２手法を適用することにより、第１手法を適用する場合と同様の効果が得られる。
本発明の第３手法では、第２フライアイ光学系中の複数の第２光学要素（図５における第２凹面反射鏡要素１８ｂａ；図８の上側の図における第２凹面反射鏡要素８１ａａ，８１ｂａ，８１ｃａなど）のうちの少なくとも１つの第２光学要素を基準的な配列面に配置し、別の第２光学要素を基準的な配列面から所要の段差をもって配置する。ここで、基準的な配列面とは、例えば従来技術の手法にしたがって複数の第２光学要素が配列されるべき平面である。
また、特定の第２光学要素に付与すべき所要の段差は、当該第２光学要素に対応する第１光学要素および当該第２光学要素を経た光束が被照射面に形成する照野の大きさが、所望の重畳照明領域の大きさに近づくように決定される。言い換えると、上記少なくとも１つの第２光学要素と別の第２光学要素との段差、あるいは上記少なくとも１つの第１光学要素および対応する第２光学要素との距離並びに上記別の第１光学要素および対応する第２光学要素との距離は、当該第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が被照射面に形成する照明領域同士の重なり誤差を小さくするように決定される。図８に示す単純な例に対して本発明の第３手法を適用する場合、図１０の上側の図に示すように、第２凹面反射鏡要素８１ｂａの反射面が基準的な配列面に配置され、第２凹面反射鏡要素８１ａａの反射面および第２凹面反射鏡要素８１ｃａの反射面が基準的な配列面からそれぞれ所要の段差をもって配置される。
第２凹面反射鏡要素８１ａａの反射面を基準的な配列面から所要の段差をもって配置することにより、第１凹面反射鏡要素６１ｂａと第２凹面反射鏡要素８１ａａとの間の光路長Ｌ１ｂ、および第２凹面反射鏡要素８１ａａから被照射面までの光路長Ｌ２ｂが調整される。同様に、第２凹面反射鏡要素８１ｃａの反射面を基準的な配列面から所要の段差をもって配置することにより、第１凹面反射鏡要素６１ｃａと第２凹面反射鏡要素８１ｃａとの間の光路長Ｌ１ｃ、および第２凹面反射鏡要素８１ｃａから被照射面までの光路長Ｌ２ｃが調整される。
これに対し、第２凹面反射鏡要素８１ｂａの反射面は段差が付与されることなく基準的な配列面に配置されているので、第１凹面反射鏡要素６１ａａと第２凹面反射鏡要素８１ｂａとの間の光路長Ｌ１ａ、および第２凹面反射鏡要素８１ｂａから被照射面までの光路長Ｌ２ａは調整されない。その結果、上述の式（ｂ）を参照して明らかなように、第１凹面反射鏡要素６１ｂａおよび第２凹面反射鏡要素８１ａａを経た光束が形成する円弧状の照野６２ｂａの倍率、並びに第１凹面反射鏡要素６１ｃａおよび第２凹面反射鏡要素８１ｃａを経た光束が形成する円弧状の照野６２ｃａの倍率は、付与された段差に応じて変化する。
一方、第１凹面反射鏡要素６１ａａおよび第２凹面反射鏡要素８１ｂａを経た光束が形成する円弧状の照野（すなわち所望の円弧状の重畳照明領域６０に対する重なり誤差が元々小さい照野）６２ａａの倍率は、第２凹面反射鏡要素８１ｂａの反射面に段差が付与されないので変化しない。こうして、図１０の下側の図に模式的に示すように、円弧状の照野６２ａａだけでなく、他の円弧状の照野６２ｂａおよび６２ｃａの大きさも所望の重畳照明領域６０（ひいては照明領域ＩＲ）の大きさに近づき、光学要素間の倍率差による照野の重なり誤差が小さく抑えられる。
すなわち、本実施形態のオプティカルインテグレータ１８に対して本発明の第３手法を適用することにより、第１手法を適用する場合および第２手法を適用する場合と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態のオプティカルインテグレータ１８に対して本発明の第１手法、第２手法、および第３手法から選択された１つまたは複数の手法を適用することにより、波面分割された複数の光束が被照射面に形成する照野の重なり誤差を小さく抑えることができる。
次に、図１１に示すような逆瞳タイプの露光装置、すなわち逆瞳光学系として構成された投影光学系ＰＬを備えた露光装置に基づいて、本発明の第４手法を説明する。図１１に示す逆瞳タイプの露光装置は、図１および図２に示す正瞳タイプの露光装置と類似の構成を有するが、照明光学系２がオプティカルインテグレータ１８のみにより構成されている点において正瞳タイプの露光装置と相違している。なお、正瞳タイプの露光装置では投影光学系の入射瞳が物体面よりも投影光学系側に位置しており、逆瞳タイプの露光装置では投影光学系の入射瞳が物体面を挟んで投影光学系とは反対側に位置している。図１１では、図１，図２に示す構成要素と同様の機能を有する要素に図１，図２と同じ参照符号を付している。以下、正瞳タイプの露光装置との相違点に着目して、図１１に示す逆瞳タイプの露光装置の構成および作用を説明する。
図１１に示す逆瞳タイプの露光装置では、光源１からの光が一旦集光した後に、照明光学系２中のオプティカルインテグレータ１８に入射する。すなわち、光源１からの光は、パワーを有する光学部材（例えば図２に示す凹面反射鏡１７のような光学部材）を介することなく、オプティカルインテグレータ１８の第１フライアイ光学系１８ａに入射する。光学部材のパワーとは、当該光学部材の焦点距離の逆数である。なお、パワーを有する光学部材が介在していても良いことは勿論である。第１フライアイ光学系１８ａ中の複数の円弧状の第１凹面反射鏡要素１８ａａ（図１１では不図示）により波面分割された光束は、第２フライアイ光学系１８ｂ中の対応する矩形状の第２凹面反射鏡要素１８ｂａ（図１１では不図示）により反射された後、照明光学系２から射出される。
照明光学系２から射出された光は、斜入射ミラー（平面反射鏡）４を介して、マスクＭ上に円弧状の照明領域を形成する。すなわち、オプティカルインテグレータ１８の第２フライアイ光学系１８ｂを経た光は、パワーを有する光学部材（例えば図２に示すコンデンサー光学系１９のような光学部材）を介することなく、被照射面としてのマスクＭのパターン面へ導かれる。逆瞳タイプの露光装置においても、オプティカルインテグレータ１８の射出面の近傍、すなわち第２フライアイ光学系１８ｂの反射面の近傍の位置（照明瞳の位置）に、所定の形状を有する実質的な面光源（瞳強度分布）が形成される。
この実質的な面光源は、一対のフライアイ光学系１８ａおよび１８ｂからなる照明光学系２の射出瞳の位置に形成される。照明光学系２の射出瞳位置（すなわち第２フライアイ光学系１８ｂの反射面の近傍位置）は、投影光学系ＰＬの入射瞳の位置と一致している。このように、投影光学系ＰＬは、マスクＭが配置される物体面を挟んで投影光学系ＰＬの反対側に所定距離だけ離れた位置に入射瞳を有する逆瞳光学系である。逆瞳タイプの露光装置では、照明光学系２におけるＥＵＶ光の反射回数が正瞳タイプの露光装置よりも少なくなるので、正瞳タイプの露光装置に比して光効率が向上する。
次に、本発明の第４手法の具体的な説明に先立ち、図１２を参照して、第１フライアイ光学系１８ａ中の複数の第１凹面反射鏡要素（一般には第１光学要素）１８ａａの配列面の中心と、第２フライアイ光学系１８ｂ中の複数の第２凹面反射鏡要素（一般には第２光学要素）１８ｂａの基準的な配列面の中心との距離Ｋの影響について考察する。上述したように、複数の第２凹面反射鏡要素１８ｂａの基準的な配列面とは、従来技術の手法にしたがって複数の第２凹面反射鏡要素１８ｂａが配列される平面である。
図１２では、説明の理解を容易にするために、複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａの中心に配置された第１凹面反射鏡要素６１ａｃと、複数の第２凹面反射鏡要素１８ｂａの中心に配置された第２凹面反射鏡要素８１ａｃとだけが示されている。また、図１２では、説明の理解を容易にするために、第２凹面反射鏡要素８１ａｃが基準的な配列面に配置され、複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａの配列面と複数の第２凹面反射鏡要素１８ｂａの基準的な配列面とがほぼ平行であり、且つ第１凹面反射鏡要素６１ａｃに反射された光が第２凹面反射鏡要素８１ａｃに入射するものとする。この場合、２つの配列面の中心間距離Ｋは、第１凹面反射鏡要素６１ａｃの反射面の中心と第２凹面反射鏡要素８１ａｃの反射面の中心との距離に他ならない。
そして、第１凹面反射鏡要素６１ａｃと第２凹面反射鏡要素８１ａｃとの配列面に沿った偏心量（ひいては第１フライアイ光学系１８ａと第２フライアイ光学系１８ｂとの偏心量）Ｃが一定であるとき、図１２（ａ）に示すように距離Ｋが比較的大きく設定されている構成の方が、図１２（ｂ）に示すように距離Ｋが比較的小さく設定されている構成よりも、第１凹面反射鏡要素６１ａｃの反射面に対する光の入射角度および第２凹面反射鏡要素８１ａｃの反射面に対する光の入射角度が小さくなる。また、図１２から容易に類推することができるように、距離Ｋが大きく設定されている構成の方が、他の第１凹面反射鏡要素１８ａａの反射面に対する光の入射角度および他の第２凹面反射鏡要素１８ｂａの反射面に対する光の入射角度も小さくなる。
このように、距離Ｋを大きく設定すると、凹面反射鏡要素１８ａａ，１８ｂａの反射面に対する光の入射角度が小さく抑えられるので、凹面反射鏡要素１８ａａ，１８ｂａの反射面を形成する多層反射膜の反射率を大きく確保することができる。多層反射膜の各成膜工程は、所定の角度範囲毎に行われるからである。また、距離Ｋを大きく設定すると、凹面反射鏡要素１８ａａ，１８ｂａの反射面に対する光の入射角度が小さく抑えられるので、オプティカルインテグレータ１８における収差の発生が小さく抑えられ、ひいては収差に起因する照野の重なり誤差が小さく抑えられる。
上述のように、距離Ｋを大きく設定すると、反射率の向上、成膜時間の短縮、照野の重なり誤差の減少などの効果が得られる。ただし、実際の設計において距離Ｋだけを単純に大きく設定すると、様々な弊害が発生する可能性がある。なお、偏心量Ｃを小さく設定しても凹面反射鏡要素１８ａａ，１８ｂａの反射面に対する光の入射角度が小さく抑えられるが、第１フライアイ光学系１８ａへの入射光束と第２フライアイ光学系１８ｂとの干渉、および第２フライアイ光学系１８ｂからの射出光束と第１フライアイ光学系１８ａとの干渉を回避するには、偏心量Ｃを小さく設定することについて自ずと制限がある。
図１３は、図８に対応する図であって、本発明の第４手法を説明するための図である。図１３には、複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａの中心に配置された第１凹面反射鏡要素６１ａｃと、その両側に配置された一対の第１凹面反射鏡要素６１ｂｃおよび６１ｃｃと、複数の第２凹面反射鏡要素１８ｂａの中心に配置された第２凹面反射鏡要素８１ａｃと、その両側に配置された一対の第２凹面反射鏡要素８１ｂｃおよび８１ｃｃとが示されている。そして、第１凹面反射鏡要素６１ｂｃが第２凹面反射鏡要素８１ａｃに対応し、第１凹面反射鏡要素６１ａｃが第２凹面反射鏡要素８１ｂｃに対応し、第１凹面反射鏡要素６１ｃｃが第２凹面反射鏡要素８１ｃｃに対応している。
オプティカルインテグレータ１８とマスクＭとの間にコンデンサー光学系が介在しない逆瞳タイプの露光装置の場合、式（ｂ）に関連して説明したように、第１フライアイ光学系中の１つの第１凹面反射鏡要素および対応する第２凹面反射鏡要素を経た光束が被照射面（マスクＭのパターン面）に形成する照野の倍率（照野の所定方向の寸法／第１凹面反射鏡要素の反射面の所定方向の寸法）βは、対応する一対の光学要素間の光路長Ｌ１、および当該第２凹面反射鏡要素から被照射面までの光路長Ｌ３を用いて、次の式（ｃ）により表される。
β＝Ｌ３／Ｌ１ （ｃ）
具体的に、図１３を参照すると、第１凹面反射鏡要素６１ｂｃと第２凹面反射鏡要素８１ａｃとの間の光路長はａ１であり、第１凹面反射鏡要素６１ａｃと第２凹面反射鏡要素８１ｂｃとの間の光路長はａ２であり、第１凹面反射鏡要素６１ｃｃと第２凹面反射鏡要素８１ｃｃとの間の光路長はａ３である。また、第２凹面反射鏡要素８１ａｃからマスクＭまでの光路長はｂ１であり、第２凹面反射鏡要素８１ｂｃからマスクＭまでの光路長はｂ２であり、第２凹面反射鏡要素８１ｃｃからマスクＭまでの光路長はｂ３である。ここで、光路長（距離）ａ１〜ａ３は光学要素間の光路長Ｌ１に対応し、光路長（距離）ｂ１〜ｂ３は第２凹面反射鏡要素から被照射面までの光路長Ｌ３に対応している。
したがって、第１凹面反射鏡要素６１ｂｃおよび対応する第２凹面反射鏡要素８１ａｃを経た光束が形成する照野（照明領域）の倍率β１、第１凹面反射鏡要素６１ａｃおよび対応する第２凹面反射鏡要素８１ｂｃを経た光束が形成する照野の倍率β２、第１凹面反射鏡要素６１ｃｃおよび対応する第２凹面反射鏡要素８１ｃｃを経た光束が形成する照野の倍率β３は、次の式（ｄ１）、（ｄ２）、（ｄ３）によりそれぞれ表される。
β１＝ｂ１／ａ１ （ｄ１）
β２＝ｂ２／ａ２ （ｄ２）
β３＝ｂ３／ａ３ （ｄ３）
式（ｄ１）〜（ｄ３）を参照すると、いわゆる光学要素間の倍率差に起因する照野の重なり誤差を小さく抑えるには、ｂｉ／ａｉ（図１３ではｉ＝１〜３；一般にはｉ＝１〜ｎ（ｎは第１凹面反射鏡要素の総数））のバラツキを小さく抑えることが重要であることがわかる。また、光路長ｂｉの方が光路長ａｉよりも長く、したがって光路長ｂｉのバラツキの方が光路長ａｉのバラツキよりも小さいことを考慮すると、ｂｉ／ａｉのバラツキ（倍率βｉの分散）を小さく抑えるには、２つの配列面の中心間距離Ｋを大きく設定して光路長ａｉのバラツキを小さく抑えることが有効であることがわかる。距離Ｋを大きく設定することが有効であることは図１２を参照して説明した通りであるが、上述したように実際の設計において距離Ｋだけを単純に大きく設定することはできない。以下、距離Ｋの適切な範囲について考察する。
前述したように、オプティカルインテグレータ１８に入射する光束（すなわち第１フライアイ光学系１８ａに入射する光束）の断面形状がほぼ円形状であるため、照明効率を高めるために第１フライアイ光学系１８ａの入射面は円形状に近い外形形状を有する。したがって、図４に示す第１フライアイ光学系１８ａのｘ方向に沿った寸法をＤとすると、寸法Ｄは第１フライアイ光学系１８ａの入射面に内接する円の直径に対応し、寸法Ｄを第１フライアイ光学系１８ａのサイズと呼ぶことができる。第１フライアイ光学系１８ａを構成する各第１凹面反射鏡要素１８ａａのｘ方向に沿った寸法は、第１フライアイ光学系１８ａのｘ方向に沿った分割数ｓ（図４ではｓ＝６）を用いて、Ｄ／ｓで表される。
図１３に示す簡素化モデルでは、分割数ｓが３であり、３つの第１凹面反射鏡要素６１ｂｃ，６１ａｃ，６１ｃｃの図中水平方向の全体サイズがＤで表され、各要素サイズがＤ／ｓで表される。また、マスクＭ上に形成すべき円弧状の照明領域のＸ方向（長手方向）に沿った所要寸法をｄとし、第２フライアイ光学系１８ｂの入射面の中心から円弧状の照明領域の中心までの距離（光路長）をＰとする。図１３に示す簡素化モデルでは、距離Ｐは第２凹面反射鏡要素８１ａｃからマスクＭまでの光路長ｂ１に他ならない。
この場合、式（ｄ１）〜（ｄ３）におけるａ１〜ａ３（一般にはａｉ）は距離Ｋにより近似され、ｂ１〜ｂ３（一般にはｂｉ）は距離Ｐにより近似され、β１〜β３（一般にはβｉ）はｄ／（Ｄ／ｓ）により近似される。その結果、次の式（ｅ１）で表される近似式が成立する。また、近似式（ｅ１）を、次の近似式（ｅ２）に示すように変形することができる。
ｄ／（Ｄ／ｓ）≒Ｐ／Ｋ （ｅ１）
Ｄ／Ｋ≒ｓｄ／Ｐ （ｅ２）
近似式（ｅ２）においてＤ／Ｋがｓｄ／Ｐに比して小さ過ぎる場合、マスクＭ上に形成される円弧状の照明領域のＸ方向に沿った実際の寸法が所要寸法ｄよりも小さくなり過ぎて、ひいてはウェハＷ上に形成される円弧状の静止露光領域ＥＲのＸ方向に沿った実際の寸法が所要寸法よりも小さくなり過ぎて、所要の露光の実施自体が不可能になる。一方、Ｄ／Ｋがｓｄ／Ｐに比して大き過ぎる場合、照明領域のＸ方向に沿った実際の寸法が所要寸法ｄよりも大きくなり過ぎて、ひいては静止露光領域ＥＲのＸ方向に沿った実際の寸法が所要寸法よりも大きくなり過ぎて、過大な光量損失によりスループットが低下してしまう。
実際の典型的な設計例において、第１フライアイ光学系１８ａのｘ方向に沿った分割数ｓは例えば５〜７程度である。円弧状の照明領域のＸ方向に沿った所要寸法ｄは、投影光学系ＰＬの投影倍率が１／４である場合には例えば１０４ｍｍ〜１３０ｍｍ程度であり、投影倍率が１／６である場合には例えば１５６ｍｍ〜１８２ｍｍ程度であり、投影倍率が１／８である場合には例えば２０８ｍｍ〜２３４ｍｍ程度である。第２フライアイ光学系１８ｂの入射面の中心から円弧状の照明領域の中心までの距離Ｐは、投影倍率が１／４である場合には例えば１３００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度であり、投影倍率が１／６または１／８である場合には例えば１０００ｍｍ〜３０００ｍｍ程度である。仮に、投影光学系ＰＬの投影倍率、分割数ｓ、寸法ｄ、および距離Ｐがこれらの数値範囲内で変化する場合、Ｄ／Ｋ＝ｓｄ／Ｐの関係を満たすＤ／Ｋの値は、次の表（１）に示す通りである。
（表１）
投影倍率が１／４で且つｄ＝１０４ｍｍのとき
ｓ＝５ ｓ＝６ ｓ＝７
Ｐ＝１３００ ０．４０ ０．４８ ０．５６
Ｐ＝１７００ ０．３１ ０．３７ ０．４３
Ｐ＝２２００ ０．２４ ０．２８ ０．３３
Ｐ＝３０００ ０．１７ ０．２１ ０．２４

投影倍率が１／４で且つｄ＝１３０ｍｍのとき
ｓ＝５ ｓ＝６ ｓ＝７
Ｐ＝１３００ ０．５０ ０．６０ ０．７０
Ｐ＝１７００ ０．３８ ０．４６ ０．５４
Ｐ＝２２００ ０．３０ ０．３５ ０．４１
Ｐ＝３０００ ０．２２ ０．２６ ０．３０

投影倍率が１／６で且つｄ＝１５６ｍｍのとき
ｓ＝５ ｓ＝６ ｓ＝７
Ｐ＝１０００ ０．７８ ０．９４ １．０９
Ｐ＝１３００ ０．６０ ０．７２ ０．８４
Ｐ＝１７００ ０．４６ ０．５５ ０．６４
Ｐ＝２２００ ０．３５ ０．４３ ０．５０
Ｐ＝３０００ ０．２６ ０．３１ ０．３６

投影倍率が１／６で且つｄ＝１８２ｍｍのとき
ｓ＝５ ｓ＝６ ｓ＝７
Ｐ＝１０００ ０．９１ １．０９ １．２７
Ｐ＝１３００ ０．７０ ０．８４ ０．９８
Ｐ＝１７００ ０．５４ ０．６４ ０．７５
Ｐ＝２２００ ０．４１ ０．５０ ０．５８
Ｐ＝３０００ ０．３０ ０．３６ ０．４２

投影倍率が１／８で且つｄ＝２０８ｍｍのとき
ｓ＝５ ｓ＝６ ｓ＝７
Ｐ＝１０００ １．０４ １．２５ １．４６
Ｐ＝１３００ ０．８０ ０．９６ １．１２
Ｐ＝１７００ ０．６１ ０．７３ ０．８６
Ｐ＝２２００ ０．４７ ０．５７ ０．６６
Ｐ＝３０００ ０．３５ ０．４２ ０．４９

投影倍率が１／８で且つｄ＝２３４ｍｍのとき
ｓ＝５ ｓ＝６ ｓ＝７
Ｐ＝１０００ １．１７ １．４０ １．６４
Ｐ＝１３００ ０．９０ １．０８ １．２６
Ｐ＝１７００ ０．６９ ０．８３ ０．９６
Ｐ＝２２００ ０．５３ ０．６４ ０．７４
Ｐ＝３０００ ０．３９ ０．４７ ０．５５
表（１）に示すように、実際の典型的な設計例において投影光学系ＰＬの投影倍率、分割数ｓ、寸法ｄ、および距離Ｐが上述の数値範囲内で変化すると仮定すると、Ｄ／Ｋ＝ｓｄ／Ｐの関係を満たすＤ／Ｋの値は０．１７〜１．６４の範囲にあることがわかる。このことは、第１フライアイ光学系１８ａのサイズＤ、および複数の第１凹面反射鏡要素（第１光学要素）１８ａａの配列面の中心と複数の第２凹面反射鏡要素（第２光学要素）１８ｂａの基準的な配列面の中心との距離Ｋが次の条件式（１）を満足することにより、光学要素間の倍率差を小さく抑え、ひいては各第１凹面反射鏡要素１８ａａおよび対応する第２凹面反射鏡要素１８ｂａを経た光束が形成する各照明領域を所望の重畳照明領域に近づけることが可能になることを意味している。ただし、例えば寸法ｄの値がさらに広い範囲に亘って変化する場合には、Ｄ／Ｋ＝ｓｄ／Ｐの関係を満たすＤ／Ｋの値の範囲も変化することになる。
０．１７＜Ｄ／Ｋ＜１．６４ （１）
光学要素間の倍率差をさらに小さく抑え、ひいては各照明領域を所望の重畳照明領域にさらに近づけるには、条件式（１）に代えて次の条件式（１Ａ）を満足することが好ましく、条件式（１Ａ）に代えて次の条件式（１Ｂ）を満足することがさらに好ましい。ちなみに、条件式（１Ａ）の範囲は、投影光学系ＰＬの投影倍率が１／４である場合にＤ／Ｋ＝ｓｄ／Ｐの関係を満たすＤ／Ｋの値の範囲に対応している。また、条件式（１Ｂ）の範囲は、投影光学系ＰＬの投影倍率が１／４で、Ｐ＝１７００ｍｍ〜２２００ｍｍ程度で、且つｓ＝５または６の場合にＤ／Ｋ＝ｓｄ／Ｐの関係を満たすＤ／Ｋの値の範囲に対応している。
０．１７＜Ｄ／Ｋ＜０．７０ （１Ａ）
０．２４＜Ｄ／Ｋ＜０．４６ （１Ｂ）
本発明の第４手法では、第１フライアイ光学系１８ａのサイズＤ、および２つの配列面の中心間距離Ｋが条件式（１）、（１Ａ）または（１Ｂ）を満足することにより、光学要素間の倍率差による照野の重なり誤差を小さく抑えることができ、ひいては各照明領域を所望の重畳照明領域に近づける。換言すれば、本発明の第４手法では、第１フライアイ光学系１８ａのサイズＤおよび２つの配列面の中心間距離Ｋを、各照明領域が所望の重畳照明領域に近づくように決定することにより、光学要素間の倍率差による照野の重なり誤差を小さく抑える。そして、条件式（１）、（１Ａ）または（１Ｂ）を満足する範囲内で距離Ｋを比較的大きく設定することにより、図１２を参照して説明したように、反射率の向上、成膜時間の短縮、照野の重なり誤差の減少などの効果が付加的に得られる。
このように、本実施形態のオプティカルインテグレータ１８に対して本発明の第４手法を適用することにより、第１手法を適用する場合、第２手法を適用する場合、および第３手法を適用する場合と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態のオプティカルインテグレータ１８に対して本発明の第１手法、第２手法、第３手法、および第４手法から選択された１つまたは複数の手法を適用することにより、波面分割された複数の光束が被照射面に形成する照野の重なり誤差を小さく抑えることができる。
次に、図１１に示す逆瞳タイプの露光装置を前提とし、図１３に示す簡素化モデルなどを参照して、照野の重なり誤差の抑制についてさらに考察を進める。まず、図１３における各第１凹面反射鏡要素６１ａｃ，６１ｂｃ，６１ｃｃの大きさおよび形状が図１４に示すように互いに同じであり、ｘ方向に沿った寸法がＥｘであり、ｙ方向に沿った寸法がＥｙであるものとする。この場合、各第１凹面反射鏡要素６１ａｃ，６１ｂｃ，６１ｃｃに対応して形成される各照明領域６５ａ，６５ｂ，６５ｃのＸ方向に沿った寸法はＩａｘ，Ｉｂｘ，Ｉｃｘとなり、Ｙ方向に沿った寸法はＩａｙ，Ｉｂｙ，Ｉｃｙとなる。
照明領域６５ａ，６５ｂ，６５ｃの各寸法は、光学要素間の倍率β１（＝ｂ１／ａ１），β２（＝ｂ２／ａ２），β３（＝ｂ３／ａ３）、照明光学系の諸収差や射影による像回転などの影響ファクターＡ，Ｂを用いて、次の式（ｆ１）〜（ｆ６）により表される。
Ｉａｘ＝Ｅｘ×β２＋Ａ （ｆ１）
Ｉｂｘ＝Ｅｘ×β１＋Ａ （ｆ２）
Ｉｃｘ＝Ｅｘ×β３＋Ａ （ｆ３）
Ｉａｙ＝Ｅｙ×β２＋Ｂ （ｆ４）
Ｉｂｙ＝Ｅｙ×β１＋Ｂ （ｆ５）
Ｉｃｙ＝Ｅｙ×β３＋Ｂ （ｆ６）
照野の重なり誤差を小さく抑えるには、各照明領域の寸法が第１凹面反射鏡要素毎にばらつかないことが重要である。そこで、本発明の第２手法では、各照明領域の寸法が第１凹面反射鏡要素毎にばらつかないように、第１凹面反射鏡要素毎に寸法ＥｘおよびＥｙを調整することを提案している。この場合、図９を参照して説明したように、第１凹面反射鏡要素のｙ方向の寸法を調整するのが現実的なやり方である。ただし、図１５に示すように、所要数の第１凹面反射鏡要素についてｙ方向寸法だけでなくｘ方向の寸法も調整し、ｘ方向の寸法調整により生じた空間を利用して種々のセンサ９１などを配置することもできる。図１５では、図９に対応する構成において、第１凹面反射鏡要素６１ｃａ’のｙ方向寸法およびｘ方向寸法を調整している。
また、照野の重なり誤差を小さく抑えるには、光学要素間の倍率βｉのバラツキを小さく抑えることが重要である。そこで、本発明の第３手法では、倍率βが光学要素毎にばらつかないように、第２凹面反射鏡要素間に所要の段差を設けることを提案している。また、本発明の第４手法では、倍率βが光学要素毎にばらつかないように、条件式（１）、（１Ａ）または（１Ｂ）を満足することを提案している。実際には、照野の重なり誤差の抑制のために、これらの手法を適宜組み合わせて実施しても良い。
さらに、式（ｆ４）〜（ｆ６）を参照すると、各照明領域のＹ方向寸法のバラツキを小さく抑えるには、光学要素間の倍率βｉのバラツキを小さく抑えるとともに、各第１凹面反射鏡要素のｙ方向寸法のバラツキを小さく抑えることが重要である。すなわち、本発明の第２手法において、複数（ｎ個）の第１凹面反射鏡要素（第１光学要素）１８ａａのうちの各要素のｙ方向の寸法をＴｉ（ｉ＝１〜ｎ）とし、ｎ個の第１凹面反射鏡要素１８ａａのｙ方向の寸法の平均値をＴａとし、ｉ＝１からｉ＝ｎまでの総和記号をΣとするとき、Σ（Ｔａ−Ｔｉ）2／ｎにより定義される複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａのｙ方向の寸法の分散ｔ2は、次の条件式（２）を満足しても良い。
０．０５＜ｔ2＜０．３５ （２）
条件式（２）の上限値を上回ると、複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａのｙ方向寸法のバラツキが大きくなり過ぎて、照野の重なり誤差が増大し、ひいては光量損失が増大する。一方、条件式（２）の下限値を下回ると、複数の第１凹面反射鏡要素１８ａａのｙ方向寸法のバラツキが小さくなり過ぎて、第１フライアイ光学系１８ａと第２フライアイ光学系１８ｂとの偏心量が小さくなり、第１フライアイ光学系１８ａとマスクＭとが機械的に干渉する可能性が増大する。
なお、理解を容易にするために、逆瞳タイプの露光装置を前提として、本発明の第４手法に関する説明および条件式（２）に関する説明を行った。しかしながら、逆瞳タイプの露光装置に限定されることなく、正瞳タイプの露光装置に用いられるオプティカルインテグレータに対しても同様に、本発明の第４手法および条件式（２）を適用することができる。
なお、上述の説明では、第１フライアイ光学系１８ａ中の第１凹面反射鏡要素１８ａａが円弧状の外形形状を有し、第２フライアイ光学系１８ｂ中の第２凹面反射鏡要素１８ｂａが矩形状の外形形状を有する。しかしながら、これに限定されることなく、各反射鏡の外形形状、各反射鏡のパワーの正負については様々な形態が可能である。
また、上述の説明では、反射型のオプティカルインテグレータ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、例えば屈折型や回折型のオプティカルインテグレータに対しても本発明を適用することができる。屈折型のオプティカルインテグレータに適用する場合、第１フライアイ光学系および第２フライアイ光学系は、たとえば微小レンズ要素のような光学要素を並列配置することにより構成される。ここで、第１フライアイ光学系と第２フライアイ光学系とは、一体的に形成されていても良いし、別体で形成されていても良い。屈折型のオプティカルインテグレータにおいて、第１フライアイ光学系と第２フライアイ光学系とを別体で形成するものは、たとえば特開平８−２７２３６７号公報およびこれに対応する米国特許第５７６０９６３号公報または特開平８−３１７３６号公報およびこれに対応する米国特許第５５９４５２６号公報に開示されている。
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。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。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ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットに開示されている。また、ＤＭＤ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。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。
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うことが望ましい。
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１６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１６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。
なお、上述の実施形態では、ＥＵＶ光を供給するための光源としてレーザプラズマＸ線源を用いているが、これに限定されることなく、ＥＵＶ光としてたとえばシンクロトロン放射（ＳＯＲ）光を用いることもできる。
また、上述の実施形態では、ＥＵＶ光を供給するための光源を有する露光装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、ＥＵＶ光以外の他の波長光を供給する光源を有する露光装置に対しても本発明を適用することができる。
また、上述の実施形態では、反射型のマスクＭを用いるＥＵＶＬ露光装置の照明光学系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、光源からの光に基づいて被照射面を照明する一般の照明光学系に対しても本発明を適用することができる。
１ レーザプラズマ光源
２ 照明光学系
５ マスクステージ
７ ウェハステージ
１１ レーザ光源
１３ 気体ターゲット
１４ ノズル
１５ 楕円反射鏡
１８ａ，１８ｂ フライアイ光学系
２１ 視野絞り
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＥＲ 静止露光領域

Claims (37)

  1. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
    前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
    前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
    前記複数の第２光学要素のうちの少なくとも１つの第２光学要素の反射面と、前記少なくとも１つの第２光学要素とは異なる別の第２光学要素の反射面とは、前記照明光学系の光軸方向において異なる位置に配置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. 前記別の第２光学要素の反射面の前記位置は、前記第２光学要素に対応する第１光学要素および前記第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する照明領域の大きさを所望の重畳照明領域の大きさに近づけるように決定されてい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. 前記複数の第１光学要素および前記複数の第２光学要素は、凹面反射鏡の形態を有す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光学要素は円弧状の外形形状を有し、前記第２光学要素は矩形状の外形形状を有することを特徴とする請求項３に記載のオプティカルインテグレータ。
  5. 前記第１フライアイ光学系のサイズ、および前記複数の第１光学要素の配列面の中心と前記複数の第２光学要素の基準的な配列面の中心との距離は、各第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する各照明領域が所望の重畳照明領域に近づくように決定されてい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. 前記第１フライアイ光学系のサイズＤおよび前記複数の第１光学要素の配列面の中心と前記複数の第２光学要素の基準的な配列面の中心との距離Ｋは、
    ０．１７＜Ｄ／Ｋ＜１．６４
    の条件を満足す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. ０．１７＜Ｄ／Ｋ＜１．６４の前記条件に代えて、
    ０．１７＜Ｄ／Ｋ＜０．７０
    の条件を満足することを特徴とする請求項６に記載のオプティカルインテグレータ。
  8. ０．１７＜Ｄ／Ｋ＜０．７０の前記条件に代えて、
    ０．２４＜Ｄ／Ｋ＜０．４６
    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２フライアイ光学系と被照射面との間の光路中に、パワーを有する光学部材がない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. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
    前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
    前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
    前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの第１光学要素と、該少なくとも１つの第１光学要素とは異なる別の第１光学要素とは、所定方向に沿った寸法が互いに異なり、
    前記複数の第１光学要素は、円弧状の辺が互いに隣り合うように第１方向に配列された一群の第１光学要素を有し、
    前記複数（ｎ個）の第１光学要素のうちの各第１光学要素の前記第１方向の寸法をＴｉ（ｉ＝１〜ｎ）とし、前記ｎ個の第１光学要素の前記第１方向の寸法の平均値をＴａとし、ｉ＝１からｉ＝ｎまでの総和記号をΣとするとき、Σ（Ｔａ−Ｔｉ）２／ｎにより定義される前記複数の第１光学要素の前記第１方向の寸法の分散ｔ２は、
    ０．０５＜ｔ２＜０．３５
    の条件を満足することを特徴とするオプティカルインテグレータ。
  11. 前記少なくとも１つの第１光学要素は、前記複数の第１光学要素の前記第１方向の基準的な寸法に対して調整された寸法を有することを特徴とする請求項１０に記載のオプティカルインテグレータ。
  12. 前記第２フライアイ光学系を経た光は、パワーを有する光学部材を介することなく前記被照射面へ導かれることを特徴とする請求項１０または１１に記載のオプティカルインテグレータ。
  13. 前記少なくとも１つの第１光学要素および前記別の第１光学要素は、前記第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する照明領域の所定方向の寸法を所望の重畳照明領域の前記所定方向の寸法に近づけるように、前記寸法が決定されていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  14. 前記複数の第１光学要素および前記複数の第２光学要素は、凹面反射鏡の形態を有することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  15. 前記第１光学要素は円弧状の外形形状を有し、前記第２光学要素は矩形状の外形形状を有することを特徴とする請求項１４に記載のオプティカルインテグレータ。
  16. 前記複数の第２光学要素のうちの少なくとも１つの第２光学要素は、当該第２光学要素に対応する第１光学要素および当該第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する照明領域の大きさを所望の重畳照明領域の大きさに近づけるために、前記複数の第２光学要素の基準的な配列面から所要の段差をもって配置されていることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  17. 前記第１フライアイ光学系のサイズ、および前記複数の第１光学要素の配列面の中心と前記複数の第２光学要素の基準的な配列面の中心との距離は、各第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する各照明領域が所望の重畳照明領域に近づくように決定されていることを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  18. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられるオプティカルインテグレータにおいて、
    前記光源と前記被照射面との間の光路中において前記被照射面と光学的に共役な位置に並列配置された複数の第１光学要素を有する第１フライアイ光学系と、
    前記第１フライアイ光学系と前記被照射面との間の光路中に前記複数の第１光学要素に対応するように並列配置された複数の第２光学要素を有する第２フライアイ光学系とを備え、
    前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの第１光学要素と、該少なくとも１つの第１光学要素とは異なる別の第１光学要素とは、前記複数の第１光学要素の配列面に沿った姿勢が互いに異なることを特徴とするオプティカルインテグレータ。
  19. 前記少なくとも１つの第１光学要素および前記別の第１光学要素は、前記第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する照明領域の向きを所望の重畳照明領域の向きに近づけるように、前記姿勢が決定されていることを特徴とする請求項１８に記載のオプティカルインテグレータ。
  20. 前記複数の第１光学要素および前記複数の第２光学要素は、凹面反射鏡の形態を有することを特徴とする請求項１８または１９に記載のオプティカルインテグレータ。
  21. 前記第１光学要素は円弧状の外形形状を有し、前記第２光学要素は矩形状の外形形状を有することを特徴とする請求項２０に記載のオプティカルインテグレータ。
  22. 前記複数の第１光学要素は、円弧状の辺が互いに隣り合うように基準的な姿勢で第１方向に配列された第１群の第１光学要素と、前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記第１群の第１光学要素の一方の側に隣接して円弧状の辺が互いに隣り合うように前記第１方向に配列された第２群の第１光学要素と、前記第２方向に沿って前記第１群の第１光学要素の他方の側に隣接して円弧状の辺が互いに隣り合うように前記第１方向に配列された第３群の第１光学要素とを有し、
    前記第２群の第１光学要素は第１の傾斜姿勢で配置され、前記第３群の第１光学要素は前記第１の傾斜姿勢とは異なる第２の傾斜姿勢で配置されていることを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  23. 前記第１の傾斜姿勢と前記第２の傾斜姿勢とは、前記第１方向に延びる直線に関して対称的であることを特徴とする請求項２２に記載のオプティカルインテグレータ。
  24. 前記複数の第１光学要素のうちの少なくとも１つの第１光学要素は、当該第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する照明領域の所定方向の寸法を前記所望の重畳照明領域の前記所定方向の寸法に近づけるために、前記複数の第１光学要素の前記所定方向の基準的な寸法に対して調整された寸法を有することを特徴とする請求項１８乃至２３のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  25. 前記第１光学要素は円弧状の外形形状を有し、前記複数の第１光学要素は円弧状の辺が互いに隣り合うように第１方向に配列された一群の第１光学要素を有し、
    前記寸法が調整された第１光学要素は、前記複数の第１光学要素の前記第１方向の基準的な寸法に対して調整された寸法を有することを特徴とする請求項２４に記載のオプティカルインテグレータ。
  26. 前記複数の第２光学要素のうちの少なくとも１つの第２光学要素は、当該第２光学要素に対応する第１光学要素および当該第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する照明領域の大きさを前記所望の重畳照明領域の大きさに近づけるために、前記複数の第２光学要素の基準的な配列面から所要の段差をもって配置されていることを特徴とする請求項１８乃至２５のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  27. 前記第１フライアイ光学系のサイズ、および前記複数の第１光学要素の配列面の中心と前記複数の第２光学要素の基準的な配列面の中心との距離は、各第１光学要素および対応する第２光学要素を経た光束が前記被照射面に形成する各照明領域が所望の重畳照明領域に近づくように決定されていることを特徴とする請求項１８乃至２６のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  28. 前記複数の第１光学要素と前記複数の第２光学要素とは、一対一対応していることを特徴とする請求項１乃至２７のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
  29. 前記複数の第１光学要素と前記複数の第２光学要素とは、対応する一対の光学要素を結ぶ複数の線分をある面に射影したときに少なくとも一対の射影線分が交差するような関係にしたがって一対一対応していることを特徴とする請求項２８に記載のオプティカルインテグレータ。
  30. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系において、
    請求項１乃至２９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系。
  31. 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、前記複数の第１光学要素を経た複数の光束を前記被照射面において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３０に記載の照明光学系。
  32. 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は、パワーを有する光学部材が配置されていないことを特徴とする請求項３０に記載の照明光学系。
  33. 所定のパターンを照明するための請求項３０乃至３２のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
  34. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備え、該投影光学系に対して前記所定のパターンおよび前記感光性基板を走査方向に沿って相対移動させて、前記所定のパターンを前記感光性基板へ投影露光することを特徴とする請求項３３に記載の露光装置。
  35. 前記オプティカルインテグレータにおいて円弧状の辺が互いに隣り合うように前記複数の第１光学要素が配列される方向は、前記走査方向に対応していることを特徴とする請求項３４に記載の露光装置。
  36. 前記オプティカルインテグレータにおいて前記少なくとも１つの第１光学要素の寸法が調整される前記所定方向は、前記走査方向に対応していることを特徴とする請求項３４に記載の露光装置。
  37. 請求項３３乃至３６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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