JP2005116831A - 投影露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 照度均一化部材としてロッド型インテグレータを使用する場合に、マスクを所定の偏光状態の照明光で安定に照明する。
【解決手段】 露光光源１からの照明光をレチクルＲに照射する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬとを有する。照明光学系ＩＬＳは、レチクルＲ上での照度分布を均一にするために、立方晶系の結晶からなりこの結晶の（１００）方向を長辺方向とする実質的に直方体のロッドインテグレータ１４Ｒを有し、ロッドインテグレータ１４Ｒの長辺方向は、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸ２に実質的に平行に配置されると共に、その照明光は所定の直線偏光光を主成分とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば半導体集積回路（ＬＳＩ等）、撮像素子、又は液晶ディスプレイ等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で使用される露光技術に関し、更に詳しくはマスクパターンを所定の偏光状態の光で照明する露光技術に関する。また、本発明はその露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

半導体集積回路又は液晶ディスプレイ等の電子デバイスの微細パターンの形成に際しては、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例拡大して描画したマスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）のパターンを、投影光学系を介して被露光基板（感光体）としてのウエハ（又はガラスプレート等）上に縮小して露光転写する方法が用いられている。その露光転写に際して、ステッパー等の静止露光型及びスキャニング・ステッパー等の走査露光型の投影露光装置が用いられている。投影光学系の解像度は、概ね露光波長を投影光学系の開口数（ＮＡ）で割った値である。投影光学系の開口数（ＮＡ）とは、露光用の照明光束のウエハヘの最大入射角の正弦（ｓｉｎ）に、その光束の通過する媒質の屈折率を乗じたものである。

従って、半導体集積回路等の微細化に対応するために、投影露光装置の露光波長は、より短波長化されてきた。現在、露光波長はＫｒＦエキシマーレーザの２４８ｎｍが主流であるが、より短波長のＡｒＦエキシマーレーザの１９３ｎｍも実用化段階に入りつつある。そして、更に短波長の波長１５７ｎｍのＦ₂ レーザや、波長１２６ｎｍのＡｒ₂ レーザ等の、いわゆる真空紫外域の露光光源を使用する投影露光装置の提案も行なわれている。また、短波長化のみでなく、投影光学系の大開口数化（大ＮＡ化）によっても高解像度化は可能であるので、投影光学系をより一層大ＮＡ化するための開発もなされており、現在の最先端の投影光学系のＮＡは、０．８程度である。

一方、同一の露光波長、同一ＮＡの投影光学系を使用しながら、転写されるパターンの解像度を向上する技術として、いわゆる位相シフトレチクルを用いる方法や、照明光束のレチクルヘの入射角度分布を所定分布に制御する輪帯照明（例えば特開昭６１−９１６６２号公報参照）、２極照明、及び４極照明（例えば特開平４−１０１１４８号公報、特開平４−２２５３５７号公報参照）などのいわゆる超解像技術も実用化されている。更に、特にレチクル上のパターンの方向性が特定の１方向に揃っている場合に、照明光の偏光状態を直線偏光とすることで、解像度及び焦点深度を向上する試みも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、半導体集積回路等の電子デバイスを高速で動作させるには、ウエハ上の各位置に転写するパターンの線幅を、所定の値に均一に転写する必要がある。このためには、投影露光装置の露光視野全面での露光強度（照明光強度）の分布を一様とする必要があり、従来より照明光学系中にはフライアイインテグレータやロッドインテグレータ等の照度均一化部材（オプティカル・インテグレータ）が備えられていた。このうちのロッドインテグレータとは、ガラス又は光学結晶からなる細長い４角柱形状の固形部材であり、これを用いることによって、比較的安価な部材で比較的良好な照度均一性を達成できる。
特開平７−２４５２５８号公報参照

上述の如く、直線偏光照明は、特定の１方向に方向性の揃った１次元パターンを露光する場合の解像度の向上に有効である。しかしながら、ロッドインテグレータを使用する照明光学系では、ロッドインテグレータを構成する光学材料の複屈折により、直線偏光の偏光方向が回転し、レチクルを所望の直線偏光の光で照明することが困難な場合が生じる。
特に、露光波長が１９３ｎｍ程度以下に短波長化すると、ガラス又は合成石英の露光光に対する吸収損失が大きくなり、これらの材料をロッドインテグレータに使用することは困難となる。従って、１９３ｎｍ程度以下の波長域では、ロッドインテグレータを紫外線に対する透過性の高いフッ化物結晶で構成する必要が生じる。但し、フッ化物結晶のうち特に紫外線透過性の良好なフッ化マグネシウムは１軸結晶性を有する複屈折性の材料であるため使用は困難である。

また、蛍石（フッ化カルシウム結晶）やフッ化バリウム結晶は、対称性の良い立方晶系に属する光学結晶であり可視光領域では複屈折性はないが、波長２００ｎｍ程度以下の紫外光に対しては、結晶構造に起因する真性複屈折が生じてくる。このため、これらの材料をロッドインテグレータに適用した場合、その真性複屈折により照明光の偏光状態が変化し、所望の直線偏光でレチクルを照明することができなくなる場合がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、照度均一化部材としてロッド型インテグレータを使用する場合に、マスクを所定の偏光状態の照明光で安定に照明でき、マスクのパターンを高解像度で転写できる露光技術を提供することを目的とする。
更に本発明は、その露光技術を用いてデバイスを高精度に製造できるデバイス製造技術を提供することをも目的とする。

本発明による投影露光装置は、光源（１）からの照明光を第１物体（Ｒ）に照射する照明光学系（ＩＬＳ）と、その第１物体の像を第２物体（Ｗ）上に投影する投影光学系（２３）とを有する投影露光装置において、その光源とその第１物体との間の一部の光路上で、その照明光の少なくとも一部を内面反射させるために、その照明光学系は、立方晶系の結晶からなりこの結晶の（１００）方向を長辺方向とする実質的に直方体のロッド型インテグレータ（１４）を有し、そのロッド型インテグレータの長辺方向は、その照明光学系の光軸に実質的に平行に配置されると共に、そのロッド型インテグレータに入射する照明光は、そのロッド型インテグレータの長辺方向に沿った２組の平行な側面のうちの、一方の平行な側面（１４ｅ，１４ｆ）に垂直な第１方向又は他方の平行な側面（１４ｃ，１４ｄ）に垂直な第２方向の何れか一方を電場方向とする直線偏光光を主成分とするものである。

斯かる本発明によれば、そのロッド型インテグレータの長辺方向をその結晶の所定方向に合わせたため、そのロッド型インテグレータ中を通過する照明光の偏光状態がほぼ入射時の状態に安定に維持される。従って、その第１物体（マスク）を所定の偏光状態（例えば直線偏光）の照明光で安定に照明できる。
この場合、一例として、そのロッド型インテグレータのその側面が、その結晶の（１００）面に実質的に一致していてもよい。この構成では、その照明光の偏光状態がその第１方向又は第２方向の何れに平行な直線偏光であっても、その照明光がその側面で内面反射したときに、偏光状態がほぼ入射時の状態に維持される。

また、別の例として、そのロッド型インテグレータのその側面が、その結晶の（１１０）面に実質的に一致していてもよい。この構成でも、その照明光がその側面で内面反射したときに、偏光状態がほぼ入射時の状態に維持される。
また、その照明光学系は、その照明光のそのロッド型インテグレータへの入射角度範囲を可変とする角度可変機構（９ａ，９ｂ，１０）を更に有していてもよい。これによって、例えば照明光学系の瞳面に相当する面における光量分布等を制御することができる。

また、その角度可変機構は、回折光学素子を含むものでもよい。この場合、その角度可変機構は、その回折光学素子（９ａ）を別の回折光学素子（９ｂ）と交換する機構を含んでいてもよい。
また、その角度可変機構は、多面体プリズム（４１，４２）を含むものでもよく、その角度可変機構は、ズーム光学系（５，６）を更に含むこともできる。

また、その角度可変機構は、その照明光のその第１物体に対する入射角度範囲を、その第１方向に対応する方向に離れた複数の離散的な範囲に制限する角度制限機構を更に有すると共に、そのロッド型インテグレータに入射する照明光は、その第２方向を電場方向とする直線偏光光を主成分としてもよい。この場合、その第１物体上に例えばその第２方向に細長い複数のラインパターンをその第１方向に微細ピッチで配列してなるパターンを高解像度で転写できる。

また、その角度可変機構は、その照明光のその第１物体に対する入射角度範囲として、その第１方向に対応する方向についての実効的なσ値が０．７以上となり、その第２方向に対応する方向についての実効的なσ値が０．２以下となる条件を含むと共に、そのロッド型インテグレータに入射する照明光は、その第１方向を電場方向とする直線偏光光を主成分としてもよい。

この場合、その照明光のその第１物体上の所定方向についての実効的なσ値とは、その照明光のその第１物体へのその所定方向における入射角度の最大値の正弦（ｓｉｎ）に媒質の屈折率を乗じて得られる値を、その投影光学系のその第１物体側のその所定方向における開口数で割って得られる値を言う。従って、その照明光の実効的なσ値がその第１方向においてその第２方向よりも大きくなると、その第１方向における入射角度範囲がその第２方向よりも広くなる。また、その瞳面上の領域では光軸近傍の方が周辺よりもその第２方向に対する開口数が実質的に大きくなる。従って、その第２物体上に形成される像は、実質的に互いに異なる開口数による光学像がインコヒーレントに加算（強度的に加算）されたものとなる。従って、平均化効果により第２物体上での像の空間的コヒーレンシーが低減し、転写線幅のピッチの変化に伴う変動が低減し、光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Optical Proximity Error ）特性が改善される。更に、その第２方向の実効的なσ値を０．２以下とすることで、位相シフトパターン等の所定のパターンの使用時にその第２方向に対していわゆる小σ照明と同様の原理で解像度が向上する。

また、その立方晶系の結晶は、一例としてフッ化物結晶である。この場合、そのフッ化物結晶は、一例としてフッ化カルシウム結晶である。
また、その照明光は、波長が２００ｎｍ以下の紫外光であってもよい。更に、その照明光は、例えばＡｒＦエキシマーレーザの発する波長１９３ｎｍの紫外光である。
次に、本発明による露光方法は、本発明の投影露光装置を用いて、その第１物体としてのマスク（Ｒ）のパターンの像でその第２物体としての感光体（Ｗ）を露光するものである。本発明によれば、マスクを所望の偏光状態（例えば直線偏光）の光で照明できるため、解像度及び焦点深度を向上できる。

この場合、そのマスクのパターンは矩形パターンを含み、その矩形パターンの長手方向は、その第２方向に対応する方向に実質的に一致していてもよい。
また、そのマスクのパターンは、空間周波数変調型の位相シフトパターンを含み、その位相シフトパターンの長手方向は、その第１方向に対応する方向に実質的に一致していてもよい。これによって、そのＯＰＥ特性が改善されると共に、所定ピッチを有するパターンでの焦点深度の低下を防止できる。

次に、本発明によるデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、そのリソグラフィ工程で本発明の露光方法を用いてパターンを感光体に転写するものである。本発明によって、微細なパターンを高精度に感光体上に転写でき、微細なパターンを有するデバイスを高精度に製造できる。

本発明によれば、ロッド型インテグレータを備えた照明光学系を用いる場合に、第１物体（マスク）を所定の偏光状態の照明光で安定に照明することができる。
特に照明光（露光ビーム）の波長が２００ｎｍ程度以下になると、単に光学材料を配置するのでは入射時の偏光状態を維持することが困難となるため、本発明の効果は大きくなる。

本発明の適用によって、例えば第１物体上に形成された１方向に方向性の揃ったパターンの露光に際し、そのパターン方向に最適化した偏光状態を有する照明光を、最適な入射角度範囲で最適な入射方向からその第１物体に照射することができ、比較的安価な構成で、パターンの解像度と焦点深度とを向上できる。更に、その第１物体が位相シフトマスクで、そのパターンが位相シフトパターンである場合には、解像度及び焦点深度の向上と共に、ＯＰＥ特性を改善できる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・アンド・スキャン方式よりなる走査露光型の投影露光装置（スキャニング・ステッパー）で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図であり、この図１において、本例の投影露光装置は、照明光学系ＩＬＳと投影光学系２３とを備えている。前者の照明光学系ＩＬＳは、露光光源１からコンデンサーレンズ１８までの光軸（照明系光軸）ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３に沿って配置される複数の光学部材を備え（詳細後述）、露光光源１からの露光ビームとしての露光用の照明光（露光光）ＩＬでマスクとしてのレチクルＲのパターン面（レチクル面）の照明視野を均一な照度分布で照明する。後者の投影光学系２３は、その照明光のもとで、レチクルＲの照明視野内のパターンを投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で縮小した像を、被露光基板（基板）としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影する。レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれ第１物体及び第２物体ともみなすことができる。ウエハＷは、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板である。本例の投影光学系２３は、例えば屈折光学系であるが、反射屈折系なども使用できる。

以下、図１において、投影光学系２３、レチクルＲ、及びウエハＷに関しては、投影光学系２３の光軸ＡＸ４に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（ＸＹ平面）内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向（図１の紙面に平行な方向）に沿ってＹ軸を取り、非走査方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿ってＸ軸を取って説明する。また、照明光学系ＩＬＳ内においては、後述のように光軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３に沿ってＺ軸を取り、このＺ軸に垂直な平面内で投影光学系２３等におけるＸ方向及びＹ方向に対応する方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向として説明する。この場合、レチクルＲの照明視野は、非走査方向であるＸ方向に細長い領域であり、ウエハＷ上の露光領域は、その照明視野と共役な細長い領域である。また、投影光学系２３の光軸ＡＸ４は、レチクルＲ上で照明系光軸ＡＸ３と合致している。

先ず、露光転写すべきパターンの形成されたレチクルＲはレチクルステージ２０上に吸着保持され、レチクルステージ２０はレチクルベース１９上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の回りの回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージ２０のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡２１及びレーザ干渉計２２によって計測されている。この計測値及び主制御系３１からの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系２９はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してレチクルステージ２０の位置及び速度を制御する。レチクルＲの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されている。

一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージ２４上に吸着保持され、ウエハステージ２４は、ウエハベース２７上にＹ方向に一定速度で移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動できるように載置されている。また、ウエハステージ２４には、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハＷの表面を投影光学系２３の像面に合わせ込むためのＺレベリング機構も組み込まれている。ウエハステージ２４のＸ方向、Ｙ方向の位置、及び回転角は、この上に設けられた移動鏡２５及びレーザ干渉計２６によって計測されている。この計測値及び主制御系３１からの制御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系３０はリニアモータ等の駆動機構（不図示）を介してウエハステージ２４の位置及び速度を制御する。また、投影光学系２３の近傍には、ウエハアライメントのために、ウエハＷ上の位置合わせ用マークの位置を検出するオフ・アクシス方式で例えばＦＩＡ(Fie1d Image A1ignment )方式のアライメントセンサ２８が配置されている。

本例の投影露光装置による露光に先立って、上記のレチクルアライメント顕微鏡によってレチクルＲのアライメントが行われ、ウエハＷ上に以前の露光工程で回路パターンと共に形成された位置合わせ用マークの位置をアライメントセンサ２８で検出することによって、ウエハＷのアライメントが行われる。その後、レチクルＲ上の照明視野に照明光ＩＬを照射した状態で、レチクルステージ２０及びウエハステージ２４を駆動して、レチクルＲとウエハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、照明光ＩＬの発光を停止して、ウエハステージ２４を駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。その同期走査時のレチクルステージ２０とウエハステージ２４との走査速度の比は、投影光学系２３を介してのレチクルＲとウエハＷとの結像関係を保つために、投影光学系２３の投影倍率βと等しい。これらの動作によって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が露光転写される。

次に、本例の照明光学系ＩＬＳの構成につき詳細に説明する。図１において、本例の露光光源１としては、ＡｒＦ（アルゴンフッ素）エキシマーレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、その他にＦ₂ （フッ素分子）レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ₂ （クリプトン分子）レーザ（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ₂ （アルゴン分子）レーザ（波長１２６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置なども使用できる。更に、露光光源として例えばＫｒＦ（クリプトンフッ素）エキシマーレーザ（波長２４７ｎｍ）や水銀ランプなども使用できる。

露光光源１を発した照明光ＩＬは、照明系光軸ＡＸ１に沿ってリレーレンズ２，３を介して偏光制御部材４（詳細後述）に入射する。偏光制御部材４を発した照明光ＩＬは、凹レンズ５と凸レンズ６との組み合わせからなるズーム光学系（５，６）を経て、光路折り曲げ用のミラー７で反射されて、照明系光軸ＡＸ２に沿って回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element) ９ａに入射する。回折光学素子９ａは位相型の回折格子からなり、照射された照明光は、所定の方向に回折されて進む。

後述する通り、回折光学素子９ａからの各回折光の回折角及び方向は、照明光のレチクルＲへの入射角度及び方向に対応する。そこで、回折光学素子９ａ及びそれと異なる回折作用を有する別の回折光学素子９ｂ等がターレット状の部材８上に複数配列されている。そして、交換機構１０により部材８を駆動して、部材８上の任意の位置の回折光学素子９ａ等を照明系光軸ＡＸ２上の位置に装填することで、レチクルＲのパターンに応じて、レチクルＲへの照明光の入射角度範囲及び方向性を、所望の値に設定できるように構成されている。また、この入射角度範囲は、上述のズーム光学系（５，６）を構成する凹レンズ５及び凸レンズ６を、照明系光軸ＡＸ１の方向にそれぞれ移動することによって、補助的に微調整することが出来る。部材８、回折光学素子９ａ，９ｂ等、交換機構１０、及びズーム光学系（５，６）を含む機構が、角度可変機構に対応している。

回折光学素子９ａを射出した照明光（この場合には回折光）ＩＬは、照明系光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ１１、照明光学系ＩＬＳの瞳面に相当する面（以下、「瞳相当面」と言う。）１２Ｒ、リレーレンズ１３Ｒを経て、照明系光軸ＡＸ２の方向に長辺を有する直方体形状のロッドインテグレータ１４Ｒの入射面１４ａＲに入射する。そして、照度均一化部材（オプティカル・インテグレータ）としてのロッドインテグレータ１４Ｒ内を直進し、或いはロッドインテグレータ１４Ｒの側面で内面反射された照明光ＩＬは、その射出面１４ｂＲより射出される。ロッドインテグレータ１４Ｒが、本発明のロッド型インテグレータに対応している。

ロッドインテグレータ１４Ｒの射出面１４ｂＲは、レチクル面に対する共役面（結像関係にある面）に配置され、ここに設けられている視野絞り１５ａ，１５ｂによってレチクルＲ上の照明視野を制限することができる。また、必要に応じて視野絞り１５ａ，１５ｂを走査型とし、レチクルステージ２０及びウエハステージ２４の走査に同期して、走査することもできる。この場合、その視野絞りを固定視野絞りと可動視野絞りとに分けて構成してもよい。

ロッドインテグレータ１４Ｒを射出した照明光ＩＬは、コンデンサーレンズ１６Ｒ及び光路折り曲げ用のミラー１７を経て、照明系光軸ＡＸ３に沿ってコンデンサーレンズ１８を介してレチクルＲを照明する。そして、照明されたレチクルＲ上のパターンは、上述のように投影光学系２３によりウエハＷ上に投影されて転写される。
なお、光路折り曲げ用のミラー７，１７は、光学性能的に必須のものではないが、照明光学系ＩＬＳを一直線上に配置すると投影露光装置の全高（Ｚ方向の高さ）が増大する。そこで、省スペース化を目的として、ミラー７，１７を照明光学系ＩＬＳ内の適所に配置したものである。また、照明系光軸ＡＸ１は、ミラー７の反射により照明系光軸ＡＸ２と一致し、更に照明系光軸ＡＸ２は、ミラー１７の反射により照明系光軸ＡＸ３と一致する。

本例のロッドインテグレータ１４Ｒの材料としては、蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ₂)、フッ化バリウム（ＢａＦ₂)、又はフッ化リチウム（ＬｉＦ）等の立方晶系に属するフッ化物結晶材料を使用する。なお、フッ化物結晶であっても、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂)は、１軸結晶であり大きな複屈折性を有するため、本例のロッドインテグレータ１４Ｒには適さない。

但し、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）はバンドギャップが７．８ｅＶ、即ち光のエネルギーとしては波長に換算して１５９ｎｍであるため、ＡｒＦエキシマーレーザ光に対して良好な透過性を有し、その結晶構造も岩塩構造型の立方晶系であるので、複屈折性が比較的小さく、ロッドインテグレータ１４Ｒの材料に適する。また、その他の結晶材料であっても、立方晶系に属し露光波長に対して良好な透過性を有する材料であれば、本例のロッドインテグレータ１４Ｒの材料に適する。

次に、図２〜図９を参照して図１中のロッドインテグレータ１４Ｒについて詳細に説明する。
図２は、図１に示した投影露光装置の瞳相当面１２ＲからレチクルＲに至るまでの照明光学系１ＬＳを示す斜視図である。但し、説明の便宜上、図２において、図１中のミラー１７を省略し、これにより照明系光軸ＡＸ２は照明系光軸ＡＸ３と一致し、且つＺ軸に平行になるものとした。また、図１における瞳相当面１２Ｒ、リレーレンズ１３Ｒ、ロッドインテグレータ１４Ｒ、及びコンデンサーレンズ１６Ｒを、図２ではそれぞれ末尾の符号Ｒを外した符号１２、１３、１４、及び１６で表している。この場合、図２中の瞳相当面１２、リレーレンズ１３、ロッドインテグレータ１４、及びコンデンサーレンズ１６の方向は、図１中の対応する部材とは異なっているが、それらの構成及び機能は図１中の対応する部材と同一である。

本例の投影露光装置は、レチクルＲがＹ方向に走査されるものであるから、投影光学系２３の視野、即ちレチクルＲのパターン面（レチクル面）における照明視野ＩＡＲは、図２に示すように、Ｘ方向に長辺を有する長方形であることが望ましい。従って、照明視野ＩＡＲとコンデンサーレンズ１６，１８を介して共役の関係（結像関係）にあるロッドインテグレータ１４の射出面１４ｂも、Ｘ方向が長辺方向となる長方形とする。

図４は、図２の一部の光学部材を示す側面図であり、図４において、ロッドインテグレータ１４に入射した照明光ＩＬは、ロッドインテグレータ１４の入射面１４ａへの入射角に応じて、ロッドインテグレータ１４内を直進し、或いは側面１４ｃ，１４ｄで内面反射して射出面１４ｂに達する。即ち、小さな入射角で（垂直入射に近い角度で）入射した光束は、図４中に実線で示す如くロッドインテグレータ１４内を直進して射出面１４ｂに達し、中程度の入射角で入射した光束は、図４中に破線で示す如くロッドインテグレータ１４の側面１４ｃ，１４ｄで内面反射したのち射出面１４ｂに達し、大きな入射角で入射した光束は、図４中に一点鎖線で示す如くロッドインテグレータ１４の側面１４ｃ，１４ｄでの内面反射を繰り返しつつ射出面１４ｂに達する。

射出面１４ｂには入射面１４ａに対する入射角の異なる複数の照明光が重畳して照射されることなり、それらの照明光の平均化により、射出面１４ｂ内の照度は均一化される。なお、図４ではＸ方向に入射角度の広がりを有する光束ＩＬを例示して説明したが、Ｙ方向に入射角度の広がりを有する光束の場合にも、ロッドインテグレータ１４のＹ方向側面での内面反射により上記平均化効果が得られる。従って、射出面１４ｂと共役なレチクルＲ上の照明視野ＩＡＲ内の照度も均一化される。

また、ロッドインテグレータ１４には屈折作用は無いため、その射出面１４ｂから射出する光束のＸ方向及びＹ方向の射出角は、上記内面反射が奇数回である場合にはその符号は反転するものの、その絶対値はその入射面１４ａに入射する光束の入射角θが維持される。従って、ロッドインテグレータ１４の入射面１４ａに入射する光束の入射角度範囲を所定の値に設定することにより、ロッドインテグレータ１４の射出面１４ｂから射出する光束の射出角度範囲を所定の値に設定することが可能となり、ひいては、レチクルＲに入射する照明光の入射角度範囲を所定の値に設定することが可能となる。

このため、ロッドインテグレータ１４の入射面１４ａに対してリレーレンズ１３を介して瞳面となる瞳相当面１２は、照明光学系ＩＬＳのうちのリレーレンズ１３以降の光学部材（リレーレンズ１３〜コンデンサーレンズ１８）を介しての、レチクル面に対する瞳面に相当する。即ち、瞳相当面１２上で、照明系光軸ＡＸ２から所定の距離（例えばＸ方向に距離ＩＸ）だけ離れた位置を通る照明光束は、焦点距離がｆ１であるリレーレンズ１３の屈折作用により、ロッドインテグレータ１４の入射面１４ａに、次の関係を満たす入射角θだけＸ方向に傾いて入射する。

ＩＸ＝ｆ１×ｓｉｎθ …（１）
そして、この光束は射出面１４ｂからＸ方向に＋θ又は−θ傾いて射出し、レチクルＲ上に所定の入射角度で照射されることになる。
レチクルＲ上への入射角度は、ロッドインテグレータ１４の射出面１４ｂとレチクルＲ上の照明視野ＩＡＲとの結像倍率によって変わり、一例として、この倍率が４倍であるなら、レチクルＲ上への入射角度φは、次式を満たす角度φとなる。

ｓｉｎφ＝ｓｉｎθ／４ …（２）
ところで、瞳相当面１２上での照明光量の分布は、各種形状を取り得る。例えば、レチクルＲが空間周波数変調型の位相シフトレチクルである場合には、レチクルＲへの照明光はいわゆる小σ照明が適する。この小σ照明は、瞳相当面１２上の照明光量分布を、図５（Ａ）に示す如く、照明系光軸ＡＸ２上の小さな半径の円形領域１２ｄに集中させることで実現できる。即ち、図１の回折光学素子９ａとして、それほど回折作用の大きくない素子を使用し、微小な回折角の範囲内で回折光を発生させるようにすれば良い。なお、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）では、図２及び図４の瞳相当面１２がそれぞれ瞳相当面１２ｃ，１２ｅ，１２ｈ，１２ｋで表されている。

また、図５（Ｂ）に示す光量分布はいわゆる２極照明であり、照明系光軸ＡＸ２から−Ｘ方向及び＋Ｘ方向に所定距離だけ離れた位置に小さい円形の光量の大きい領域１２ｆ，１２ｇが存在する。この２極照明は、図５（Ｅ）に示すレチクルＲ上のＸ方向に周期性を有するパターンＰＸ等の露光に適する。図５（Ｅ）のパターンＰＸのＸ方向のピッチをＰ、露光波長をλとすると、レチクルＲへの照明光の入射角度を、Ｘ方向に±λ／（２Ｐ）だけ傾けることで、パターンＰＸの解像度を向上すると共に、その投影像の焦点深度を大幅に拡大することができる。図５（Ｂ）の光量の大きい領域１２ｆ，１２ｇの位置は、レチクルＲへの照明光の入射角度をその角度（±λ／（２Ｐ））とするように、上述の関係に基づいて決定すればよい。また、このような２極の光量の大きい領域１２ｆ，１２ｇを瞳相当面１２ｅに形成するためには、図１の回折光学素子９ａとして、図１中のＺ方向（図５（Ｂ）中ではＹ方向に相当する）に長手方向を有し、且つ図１中のＸ方向に周期性を有する位相型の回折格子を使用すると良い。この場合の回折光学素子９ａが、角度制限機構に対応する。

また、回折光学素子９ａのピッチ及び方向性を変更することにより、瞳相当面１２上の光量分布を変更することができる。即ち、上記の回折光学素子９ａを９０°回転した構造である回折光学素子を使用すれば、図５（Ｃ）に示す如く光軸ＡＸ２から＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に所定距離だけ離れた位置に光量の大きい領域１２ｉ，１２ｊを形成することができる。そして、このような照明光量分布は、図５（Ｅ）に示したレチクルＲのパターンＰＸを９０°回転した、Ｙ方向に周期性を有するパターンの露光に適する。

ここで、露光波長が１９３ｎｍの投影露光装置でウエハ上にＸ方向に周期性を有する線幅６５ｎｍのライン・アンド・スペースパターンを露光する場合を想定すると、そのピッチはウエハ上で１３０ｎｍである。更に、投影光学系２３の投影倍率βを１／４倍とすると、そのライン・アンド・スペースパターンに対応するレチクルＲ上のパターンのピッチＰは５２０ｎｍ（＝１３０×４）となる。従って、このようなパターンの露光に際しては、上記の関係に従ってレチクルＲへの照明光の入射角度を、次式を満たす角度φ（＝１０．７°）を用いて±φだけＸ方向に傾けることが望ましい。

ｓｉｎφ＝１９３／（５２０×２） …（３）
更に、ロッドインテグレータ１４の射出面１４ｂとレチクルＲ上の照明視野ＩＡＲとの結像倍率を上記の４倍とすると、ロッドインテグレータ１４の射出面１４ｂからの照明光の射出角は、次式を満たす角度θ（＝４７．９°）を用いて±θであることが望ましい。
ｓｉｎθ＝４×ｓｉｎφ …（４）
前述の如く、これはロッドインテグレータ１４の入射面１４ａへの望ましい照明光の入射角θ（（１）式）に一致するため、回折光学素子９ａのピッチ及び方向性を最適化して、光量の大きい領域１２ｆ，１２ｇの位置を上述の関係を満たす位置にすればよい。

これに対応して、この照明光のロッドインテグレータ１４中での進行方向も、ロッドインテグレータ１４の光軸であるＺ軸に対してＸ方向に角度ψだけ傾いた方向に進むことになる。その角度ψはロッドインテグレータ１４を構成する光学結晶の屈折率ｎに依存し、次の関係を満たす。
ｎ×ｓｉｎψ＝ｓｉｎθ …（５）
ロッドインテグレータ１４を構成する光学結晶が蛍石であれば、波長１９３ｎｍの光束に対する蛍石の屈折率は１．５０１であることから、ψ＝２９．６°になる。

ところで、図５（Ｅ）のようにＸ方向に周期性を有し、それと直交する方向に長手方向を有するパターンＰＸの露光に際しては、レチクルＲを偏光方向（光の電場の振動方向）がＹ方向である直線偏光光を主成分とする照明光で照明することにより、投影像のコントラスト及び焦点深度を増大することができる。これは、例えば、文献1（Thimothy A. Brunner, et al.: "High NA Lithographic imaging at Brewster's ange1", SPIE Vo1.4691, pp.1-24(2002)）で報告されている。

従って、図５（Ｂ）の領域１２ｆ，１２ｇで光量が大きくなる光量分布を有する照明光も、図５（Ｂ）中のＹ方向の直線偏光光を主成分とする偏光状態を有することが望ましい。
しかしながら、立方晶系である蛍石を使用しても、波長が２００ｎｍ以下の紫外光であって、且つ上記の通り光軸から３０°程度離れた方向に進む光束に対しては、複屈折が生じる場合がある。この複屈折は、真性複屈折（Intrinsic Birefringence)と呼ばれる結晶格子の構造に起因する複屈折であり、蛍石に限らず全ての立方晶系の結晶で生じる。その複屈折の量は、光束の進行方向と結晶方位との関係により異なり、結晶の（１１０）方向に進行する光に対して最大となり、結晶の（１１１）方向及び（１００）方向に進行する光に対しては０となる。具体的に、波長１９３ｎｍの光が蛍石の結晶中を（１１０）方向に１ｃｍ進行すると、互いに直交する直線偏光の光の間に真性複屈折により３．２ｎｍの光路差が生じる。

従って、蛍石又は他の結晶材料からなるロッドインテグレータ１４に直線偏光の照明光を入射しても、結晶の固有複屈折（真性複屈折）により、上記直線偏光は偏光面が回転するか楕円偏光等に変換され、所望の直線偏光の状態を保ったままの射出光を得ることができない場合がある。
そこで、図３は、図２中のロッドインテグレータ１４を示し、この図３に示すように本例においては、ロッドインテグレータ１４を構成する蛍石等の立方晶系に属する結晶の（１００）方向を、ロッドインテグレータ１４の長辺の方向、即ち照明光学系ＩＬＳの光軸方向に合致させるとした。ここで（１００）方向とは、＜１００＞軸の方向と光学的に等価な軸（数字の配列の入れ替えと、或いは更に符号の反転を行った軸、即ち＜０１０＞軸、＜００１＞軸、＜−１００＞軸、＜０−１０＞軸、＜００−１＞軸）の方向の何れか１つを意味する。また、（１００）方向に直交する結晶面を（１００）面とする。従って、ロッドインテグレータ１４の入射面１４ａ及び射出面１４ｂは、結晶の（１００）面に相当する。一例として、本例ではその（１００）方向中でその結晶の＜００１＞軸の方向をロッドインテグレータ１４の長辺の方向に合致させる。

更に、図３に示した通りロッドインテグレータ１４では、図２のレチクルＲ上の長方形の照明視野の一辺の方向に一致するＸ軸方向を＜１００＞結晶軸に、上記Ｘ軸に直交するＹ軸の方向を＜０１０＞結晶軸にそれぞれ一致させる。従って、ロッドインテグレータ１４の側面１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆは全て（１００）面となる。
以下、図６、図７を用いてその理由を説明する。

図６は、図３に示したロッドインテグレータ１４の如く、光軸方向（長辺方向）を＜００１＞結晶軸に一致させた蛍石の結晶において、光軸に対して所定の角度で進行する光束に対して生じる複屈折特性を示したものである。図６中の横軸は、光束の進行方向の光軸方向（−Ｚ方向である＜００−１＞軸方向）からのＸ方向へのずれ角ＲＸを表わし、図６中の縦軸は光束の進行方向の光軸方向からのＹ方向へのずれ角ＲＹを表わす。また、図６中の２次元的に配列された各黒丸の位置は、上記横軸、縦軸から決まる光束の進行方向を表わし、その角度に進行する光束に対して発生する複屈折特性は、各黒丸を中心とする線分として表記してある。この線分の向きは複屈折の進相軸（屈折率を最小とする直線偏光の方向）を表わし、その長さは複屈折の量を表わす。線分の長さと複屈折の量との関係は、図６中右下に付したスケールの通りである。

この場合、図６の横軸上のＲＸ＝＋４５°、ＲＸ＝−４５°、及び縦軸上のＲＹ＝＋４５°、ＲＹ＝−４５°の４点は、結晶の（１１０）方向に該当するため複屈折量が最大になる。また、図６中の各象限の中央付近には結晶の（１１１）方向があり、ここで複屈折は０になる。また、原点は（１００）方向であるため、原点での複屈折は０である。（１００）方向から見た場合、立方晶系の結晶は４回回転対称性を有するため、図６に示した通り複屈折特性も４回回転対称性を有する。

上記の露光波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマーレーザ光）でＸ方向に周期性を有する線幅６５ｎｍのライン・アンド・スペースパターンを露光する場合に最適な照明光は、ロッドインテグレータ１４中で光軸方向（−Ｚ方向）から±２９．６°だけＸ方向に離れた角度で進行する。また、その偏光状態はＹ方向の直線偏光であることが望ましい。
図７（Ａ）は、図６中でこの照明光が進行する方向に対応する箇所を拡大して描画した図であり、図７（Ａ）の中心７ＡＣは図６中のＲＸ＝３０°、ＲＹ＝０°に対応する。図７（Ａ）中の円は照明光束の角度範囲を表わすが、その半径は上記条件下で投影光学系２３の開口数ＮＡを０．９としたときに、照明系のコヒーレンスファクタ（σ値）がσ＝０．１５に相当する範囲であり、これは角度範囲で約５°である。このときの線分の長さと複屈折の量との関係は図７（Ａ）の右下に示したスケールの通りである。

図７（Ａ）に示した通り、この進行角度範囲内では発生する真性複屈折は比較的大きいが、その進相軸（各黒丸から伸びる線分の向き）は、概ねＲＸ方向、即ちＸ方向に平行である。即ち、Ｙ方向に偏光した直線偏光は、偏光方向が遅相軸（進相軸と直交する方向）にほぼ一致するため、その偏光状態がほとんど変化すること無く蛍石のロッドインテグレータ１４中を進行する。

また、図３のロッドインテグレータ１４の側面１４ｄでの内面反射に際しても、Ｙ方向へ直線偏光した光はこの反射面に対してほぼ完全なＳ偏光になるため、偏光状態がほとんど変化することなく反射する。
側面１４ｄでの反射後の進行方向は、光軸方向（−Ｚ方向）から−Ｘ方向に約３０°傾いた方向になるが、図６からも明らかな様に、結晶の対称性からＲＸ＝−３０°、ＲＹ＝０°の方向に進行する光束に対しても、その進相軸は概ねＲＸ方向、即ちＸ方向に平行であるため、Ｙ方向に偏光した直線偏光は、やはりその偏光状態がほとんど変化すること無く蛍石のロッドインテグレータ１４中を進行する。そして、照明光は上記の側面１４ｄ，１４ｃでの反射を繰り返したのち、Ｙ方向に偏光した直線偏光の偏光状態を概ね保ったままロッドインテグレータ１４の射出面１４ｂより射出され、レチクルＲには所望の直線偏光の照明光が照明される。

なお、レチクルパターンがＹ方向に周期性を有するパターンの場合には、図５（Ｃ）に示す如く瞳相当面１２ｈ上で、光軸ＡＸ２から＋Ｙ方向及び−Ｙ方向に所定距離だけ離れた位置に光量の大きい領域１２ｉ，１２ｊを有し、且つその偏光状態がＸ方向の直線偏光光を主成分とする偏光光を使用することが、像コントラスト及び焦点深度を増大する観点から望ましい。転写対象のパターンが、上記と同様にウエハ上で線幅が６５ｎｍのライン・アンド・スペースパターン（ピッチ１３０ｎｍ）である場合には、この照明光はロッドインテグレータ１４中をＲＸ＝０°、ＲＹ＝±２９．６°の方向を中心とする方向に進行する。

この場合にも、その角度範囲に対する複屈折特性は、図６からも明らかな様に結晶の対称性から図７（Ａ）に示した特性を９０°回転したものであり、偏光方向であるＸ方向は進相軸であるＲＹ方向、即ちＹ方向と概ね直交し、従ってＸ方向に偏光する光束は、その偏光状態がほとんど変化することなく、ロッドインテグレータ１４中を進行する。側面１４ｅ，１４ｆでの反射こ際しても上記と同様に偏光状態の変化を受けることが無く、従って照明光はＸ方向への直線偏光を保ったまま射出面１４ｂから射出され、レチクルＲには所望の直線偏光照明が照明される。

なお、実際のレチクルＲ上のパターンは、全てが１方向に揃ったパターンのみから形成されているわけではない。そこで、上記のような特定の方向性を有するパターンに対して最適な２極且つ直線偏光の照明は、レチクルＲ上のパターンのうち、もっとも線幅の微細な、従って露光の難しいパターンに対して最適化して用いることとしても良い。
ところで、図６から分かる通り、光軸（Ｚ軸）を（１００）方向に一致させた場合の各入射角度に対する進相軸の向きは、概ね放射方向に揃っている。従って、ロッドインテグレータ１４の光軸を結晶の（１００）方向に一致させるだけで、ロッドインテグレータ１４の側面については特に結晶面を特定しなくても、上記の２極照明において入射光の直線偏光の状態をある程度保って射出することのできるロッドインテグレータ１４を構成することは可能である。

例えば、ロッドインテグレータ１４の各側面１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆが、結晶の（１１０）面に一致するようにロッドインテグレータ１４を構成した場合、その複屈折特性は、図６に示したものを４５°回転した特性となる（図６中のＡ−Ａ’方向が横軸に一致する）。
図７（Ｂ）は、その場合におけるＲＸ＝３０°、ＲＹ＝０°の方向を中心とした半径約５°の範囲に進行する光束に対する複屈折特性を表わす。この場合には、図７（Ａ）に示した結果に比べ、各光束の進相軸のＸ軸からのずれ角は、特に図７（Ｂ）中上下端の位置７ＢＵ，７ＢＢにおいて、図７（Ａ）に示した結果に比べ大きい。しかし、各光束に対する複屈折量そのものは小さくなっている。

最終的な偏光状態の変化は、複屈折量と進行距離との積と、進相軸と偏光方向との角度関係によって定まるため、ロッドインテグレータ１４の側面１４ｃ〜１４ｆを（１１０）面に一致させた場合と、ロッドインテグレータ１４の各側面１４ｃ〜１４ｆを（１００）面に一致させた場合とのどちらが有利であるかは、一概には決まらない。従って、ロッドインテグレータ１４の形状（特に光軸方向の長さ）に応じて、それらの各側面の方向として最適な結晶方向（Ｚ方向を中心とする回転角）を選択することが好ましい。

一方、ロッドインテグレータ１４の長辺方向を結晶の（１１１）方向と一致させた場合には、上記のように直線偏光の偏光方向を保存可能なロッドインテグレータ１４を形成することは困難である。
図８は、光軸（Ｚ軸）を結晶の＜１１１＞軸と一致させた蛍石の結晶に対して、図６と同様に光軸方向（−Ｚ方向である＜−１−１−１＞軸方向）に対して所定の角度で進行する光束に対して生じる複屈折特性を示したものである。（１１１）方向から見た場合、立方晶系の結晶は３回回転対称性を有するため、図８に示した通り複屈折特性も３回回転対称性を有する。なお、図８は、ロッドインテグレータ１４のＸ方向の側面１４ｃ，１４ｄは｛−２１１｝面に一致させ、従って、ロッドインテグレータ１４のＹ方向の側面１４ｅ，１４ｆは｛０−１１｝面に一致した場合の複屈折特性を示している。

このときの、上述のＸ方向に周期性を有するパターンの露光に適した照明光、即ち光軸と平行な方向（−Ｚ方向）からＸ方向に±２９．６°傾いて進行する照明光に対する複屈折特性を、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す。
図９（Ａ）は、Ｘ方向に−３０°傾いた方向を中心９ＡＣとして半径約５°内に進行する光束の複屈折特性を示し、図９（Ｂ）は、Ｘ方向に＋３０°傾いた方向を中心９ＢＣとして半径約５°内に進行する光束の複屈折特性を示す。複屈折の量は各黒丸を中心とする線分の長さで示し、そのスケールは各図の右下に示したスケールの通りである。

図９（Ａ）に示した結果より、Ｘ方向に−３０°傾いた方向に進行する光束に対して作用する複屈折量は小さく、且つその進相軸の方向が概ねＲＸ方向、即ちＸ方向に平行である。このため、Ｙ方向の直線偏光は、その偏光状態がほとんど変化することなく上記方向に進行する。
また、図９（Ｂ）に示した結果より、Ｘ方向に＋３０°傾いた方向に進行する光束に対して作用する複屈折量は大きいが、その進相軸の方向は概ねＲＹ方向、即ちＹ方向に平行であり、Ｙ方向の直線偏光は上記方向への進行に際し、その偏光状態がほとんど変化しない。従って、ロッドインテグレータ１４の材料として、光軸（Ｚ軸）を結晶の（１１１）方向と一致させた蛍石の結晶を使用しても、１方向（上記ではＸ方向）に周期性を有するパターンの露光に際しては、良好な直線偏光特性を有する２極照明を実現することはできる。

しかしながら、実際の回路パターンの露光では、特定の露光工程ではパターンの周期性がＸ方向に限定されていたとしても、他の露光工程ではＹ方向に周期性を有するパターンを露光することが必要になる。
Ｙ方向にピッチ１３０ｎｍ（ウエハ上）の周期性を有するパターンを露光するのに最適な２極照明の照明光は、上述の通りロッドインテグレータ１４内を、ＲＸ＝０°、ＲＹ＝±２９．６°の角度で進行し、Ｘ方向に直線偏光した光束である。

図９（Ｃ）は、図８においてＹ方向に＋３０°傾いた方向を中心９ＣＣとして半径約５°内に進行する光束の複屈折特性を示し、図９（Ｄ）は、図８においてＹ方向に−３０°傾いた方向を中心９ＤＣとして半径約５°内に進行する光束の複屈折特性を示す。複屈折の量のスケールは、各図とも右下に示したスケールの通りである。
図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に示した結果通り、両光束が進行方向に対して、比較的大きな複屈折量が生じる上に、その進相軸が光束の偏光方向であるＸ方向、即ち図中ＲＸ方向から大きく傾いている。このため、照明光束の偏光方向は蛍石の真性複屈折により大きく影響を受け、所望の直線偏光を保つことが出来ない。

このように、Ｘ方向又はＹ方向の少なくとも一方の周期性を有するパターンに対して最適な直線偏光特性を有する２極照明を実現できないことは、（１１１）方向を光軸に設定した場合の複屈折特性の３回回転対称性に起因するものである。従って、それは、（１１１）方向を回転軸として、蛍石の結晶よりなるロッドインテグレータ１４をどのように回転しても解消することのできない課題である。

従って、本例の如く、ロッドインテグレータ１４に使用する光学結晶の結晶方向は、図２の照明系光軸ＡＸ２に対して（１００）方向を平行にするべきである。
ところで、図１０に示すような空間周波数変調型の位相シフトレチクルの露光に際しては、一般に空間的コヒーレンスの高い、いわゆる小σ照明が好ましいとされる。
図１０は、空間周波数変調型の位相シフトレチクルＲを表わす平面図である。図１０において、透過性のレチクル基板ＲＰ上には、クロム等の遮光性の膜からなるラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２が、Ｙ方向にピッチＰＴで配列されている。図１０中のＸＹ座標は、図１及び図２のレチクルＲ上での座標と同じである。各ラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２の長手方向はＸ方向に一致し、短手方向であるＹ方向の線幅はＷＤである。そして、両端のラインパターンＬＬ２及びＬＲ２の更に外側には、それぞれ間隔（辺間間隔）ＳＰだけ離れて、遮光パターンＣＬ及びＣＲが配置されている。

ラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２及び遮光パターンＣＲの間隔部には、その１つおきに位相シフト部ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３が形成され、その部分の透過光の位相が他のレチクル基板ＲＰからの透過光に対して、１８０°シフトされる、空間周波数変調型位相シフトパターン（空間周波数変調型位相シフトレチクル）を構成している。位相シフト部ＰＳ１，ＰＳ２，ＰＳ３は、例えばレチクル基板ＲＰをエッチングにより掘り込むことで形成される。

この場合、小σ照明とは、レチクルへの照明光の入射角度範囲が狭い照明条件である。即ち、小σ照明とは、投影光学系２３のレチクル側の開口数に対するレチクルへの照明光の開口数の比の値であるコヒーレンスファクタ（σ値）が０．３程度以下に小さい照明である。位相シフトパターンに対する解像度を向上し、焦点深度を拡大するには、σ値を０．１５程度まで小さくすることが必要とされる。

しかしながら、そのような小σ照明では、位相シフトパターンのピッチＰＴの変化により、同じパターン線幅ＷＤのパターンであってもウエハＷ上に転写されるパターンの線幅が変動するという、光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Optica1 Proximity Error)という問題が顕在化する。更に、特定ピッチのパターンに対する焦点深度が減少するという問題が生じる。

本例においては、このような位相シフトパターンの露光に際し、図２の瞳相当面１２上での照明光量分布を図５（Ｄ）に示すように、照明系光軸ＡＸ２を中心としてＸ方向に広くＹ方向に狭い領域１２１で光量が大きくなるようにする。より具体的に、照明光ＩＬのレチクルＲに対する入射角度範囲を、次式のようにＸ方向（第１方向に対応する方向）については実効的なσ値が０．７以上と広くなり、Ｙ方向（第２方向に対応する方向）については実効的なσ値が０．２以下と狭くなるように設定する。

Ｘ方向の実効的なσ値≧０．７ …（６）
０＜Ｙ方向の実効的なσ値≦０．２ …（７）
これによって、上記ＯＰＥ及び特定ピッチにおける焦点深度の減少を、大幅に改善することが出来る。この場合、照明光のレチクルＲ上の所定方向についての実効的なσ値とは、その照明光のそのレチクルＲへのその所定方向における入射角度の最大値の正弦（ｓｉｎ）に媒質の屈折率（本例ではこの屈折率は実質的に１である。）を乗じて得られる値を、投影光学系２３のレチクルＲ側のその所定方向における開口数で割って得られる値を言う。

以下この効果を、光学シミュレーション結果を用いて説明する。このシミュレーションで用いた光学条件は、露光波長が１９３ｎｍ、投影光学系２３のウエハ側開口数ＮＡが０．９２である。また、用いたパターンは図１０に示した位相シフトパターンであり、パターンの各寸法は、投影倍率を勘案してウエハ上での寸法に換算した値として、線幅ＷＤ＝５０ｎｍ、間隔ＳＰ＝１４０ｎｍ、遮光パターンＣＲ，ＣＬのＹ方向の幅＝１０μｍ、各パターンのＸ方向長さ＝１０μｍとした。そして、ＯＰＥ特性及び各ピッチでの焦点深度の評価のために、ラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２のピッチＰＴを可変とした。

また、これらのＸ方向に長手方向を有するラインパターンＬＣ，ＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２に対して結像性能を向上するために、照明光の偏光状態をＸ方向（第１方向）の直線偏光とした。これらの条件は、以下の本例の照明条件でのシミュレーション、及び比較のために示した従来の照明条件でのシミュレーションにおいて同様である。
続いてシミュレーションの手法について説明する。

図１１は、図１０に示したレチクルパターンを本例の投影露光装置を使用してウエハ上に投影した際に生じる投影像のうち、図１０中のＡ−Ａ’線に沿う断面部分での像強度分布Ｉｍｇを光学シミュレーションにより求めたものを表わす。図１１において、図１０中の中心にあるラインパターンＬＣがウエハ上に転写されたときの線幅は、像強度分布ＩｍｇのうちのラインパターンＬＣに対応する部分（暗部ＩＣ）を、所定のスライスレベルＳＬで横切った場合のスライス幅ＰＷとして算出できる。この手法を使用して、以下の方法でシミュレーション評価を行なった。

ＯＰＥ特性の評価では、各照明条件において始めにラインパターンＬＣ等のピッチＰＴが６００ｎｍの場合の像強度分布Ｉｍｇを算出し、その像の暗部ＩＣのスライス幅ＰＷを３５ｎｍとするスライスレベルＳＬを求める。
続いてピッチＰＴを可変として各ピッチＰＴにおける像強度分布Ｉｍｇを算出し、各像の暗部ＩＣの、上記スライスレベルＳＬでのスライス幅から転写パターンの線幅ＰＷを求める。これにより、転写パターンの線幅ＰＷとパターンピッチＰＴとの関係が求まる。

ＤＯＦ（焦点深度）の評価においても、ラインパターンＬＣ等のピッチＰＴを変化させ、各ピッチＰＴでの焦点深度を計算して、ＤＯＦ対ピッチＰＴの関係を求めた。ＤＯＦの算出には、ＥＤ−Ｔｒｅｅ法（例えば文献２(Burn J. Lin et al. :"Methods to Print Optical Images at Low-k1 Factors", SPIE Vol.1264, pp.2-13(1990)）に記載されている。）を応用した。その際に目標線幅は３５ｎｍとし、想定した誤差は、許容線幅誤差を±２．８ｎｍ、露光量誤差を±２．５％とした。パターンは、レチクル線幅に＋３ｎｍの製造誤差を想定したＷＤ＝５３ｎｍのパターンと、レチクル線幅に−３ｎｍの製造誤差を想定したＷＤ＝４７ｎｍのパターンとを想定し、その共通焦点深度を求めた。

なお、ＯＰＥ、ＤＯＦ共に、図１０中のパターンから、ラインパターンＬＬ１，ＬＬ２，ＬＲ１，ＬＲ２の４本を除去し、遮光パターンＣＬ，ＣＲを、中心のラインパターンＬＣとの辺間間隔がＳＰとなるように中心側にシフトした変形パターンである「１本パターン」についても評価を行なった。
以下、その結果について、図１２、図１３、図１４を用いて説明する。

従来の露光方法であるσ＝０．１５の通常の照明の使用を想定したＯＰＥ及びＤＯＦのシミュレーション結果は、それぞれ図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示した図の通りである。
露光対象とするレチクルパターンが、空間周波数変調型位相シフトパターンであるので、σ＝０．１５の小σ照明では、図１３（Ｂ）に示した通り、パターンピッチＰＴ（横軸）が１４０ｎｍから２００ｎｍの微小ピッチパターンにおいて、大ＤＯＦ（縦軸）を得ることができる。しかしながら、中程度のピッチＰＴである２９０ｎｍから３４０ｎｍ程度の範囲において、ＤＯＦが１５０ｎｍを下回り、いわゆる特定のピッチを有するパターンでの焦点深度の低下が生じている。

ＤＯＦを１５０ｎｍ以上確保することは、ＬＳＩの量産においては、歩留まりの確保のために極めて重要であり、１５０ｎｍ未満のＤＯＦでは、その露光技術を量産に通用することは困難である。この結果、この従来の露光方法で、回路パターンを形成するためには、回路パターンの設計（レイアウト）に制約を加え、この範囲のピッチを持つパターンを排除する必要が生じる場合がある。

また、図１３（Ａ）に示した通り、パターンピッチＰＴ（横軸）の変化に伴う転写線幅ＰＷ（縦軸）の変化は大きく、その変化幅は、ピッチＰＴが２５０ｎｍから６００ｎｍの範囲のパターンに対して、１０．５ｎｍにも達してしまう。なお、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示した図中の横軸の右端のＩｓｏ及び黒丸は、前述の１本パターンでのシミュレーション結果を表わすものであり、以下の図でも同様である。

一方、従来のσ＝０．３０の通常の照明の使用を想定したＯＰＥ及びＤＯＦのシミュレーション結果は、それぞれ図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示した図の通りである。照明σ値を０．３まで拡大したことにより、照明光の空間的コヒーレンスが低減したため、図１４（Ａ）に示したＯＰＥ特性は、図１３（Ａ）に示したものに比ベピッチＰＴの変化に対する転写線幅ＰＷの変動が減少し改善する。数値的には、ピッチＰＴが２５０ｎｍから６００ｎｍの範囲での転写線幅ＰＷの変化幅は、５．５ｎｍに減少している。

しかしながら、照明σ値の拡大によりＤＯＦは減少し、ピッチＰＴが２６０ｎｍ以下のパターンについては、ＤＯＦが１５０ｎｍを下回り、微細ピッチパターンの転写は、極めて困難となってしまう。
これに対して、本例の照明条件の一例として、Ｘ方向の実効的なσ値を０．８５，Ｙ方向の実効的なσ値を０．１５とした場合のＯＰＥ及びＤＯＦのシミュレーション結果は、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示した図の通りとなる。即ち、ＯＰＥ特性は、図１２（Ａ）に示した通りであり、ピッチＰＴが２５０ｎｍから６００ｎｍの範囲での転写線幅ＰＷの変化幅は５．５ｎｍと、図１４（Ａ）に示した従来のσ＝０．３の照明での場合と同等に小さく良好である。

また、図１２（Ｂ）に示した通り、ピッチＰＴが１４０ｎｍから６００ｎｍのすべての範囲と、図１２（Ｂ）中右端にＩｓｏとして示した１本パターンの何れにおいても、１５０ｎｍ以上のＤＯＦが確保されている。
以上より、本例の照明条件では、ＯＰＥをより小さく抑え、且つ広範なピッチＰＴのパターンに対して、実用的な焦点深度を持って、その露光転写が可能となることが分かる。

なお、この例では、照明光のレチクルへの入射角度範囲を、Ｘ方向の実効的なσ値を０．８５、Ｙ方向の実効的なσ値を０．１５としたが、本例の照明光のレチクルへの入射角度範囲は、この値に限られるものではない。即ち、Ｘ方向の実効的なσ値が０．７以上であり、Ｙ方向の実効的なσ値が０．２以下であれば、上記効果を発揮することが可能となる。

このような、長方形形状の照明光量分布を瞳相当面１２上に形成するには、図１の回折光学素子９ａとして、Ｙ方向に長手方向を有し、Ｘ方向に所定の範囲で異なるピッチを有する位相型回折格子群を使用することが好ましい。この回折格子群は、その面内の位置に応じて、そこに形成される位相格子のピッチが異なるものである。
ところで、図５（Ｄ）に示した照明光量分布の光量の大きい領域１２１の形状は、Ｘ方向に長い長方形形状に限られるわけではなく、位相シフトパターンがＹ方向に長手を有し、Ｘ方向に周期性を有するパターンであるなら、Ｙ方向に長い長方形形状とするべきであり、その場合には直線偏光の偏光方向もＹ方向とすべきことは言うまでもない。

もちろん、本例の投影露光装置においては、図５（Ｄ）のような照明光量分布を有する照明光を、上記所望の直線偏光状態を保ったままレチクルＲに照射することが可能である。図２の瞳相当面１２上において、図５（Ｄ）に示した光量分布に相当する光束は、光軸方向を蛍石の結晶の（１００）方向に一致させ、且つ側面１４ｃ〜１４ｆを蛍石の結晶の（１００）面に一致させたロッドインテグレータ１４における、光束の進行方向と複屈折特性との関係を表わす図６中において、ほぼ横軸（−ＲＸ〜＋ＲＸ）上に分布する。そして、この領域における進相軸は、ほぼＲＸ方向、即ちＸ方向に平行であるから、偏光方向がＸ方向である照明光は、ほとんど偏光状態が変化されること無くロッドインテグレータ１４内を進行し、レチクルＲを所望の直線偏光（ここではＸ方向への直線偏光）で照明することができる。

これは、図５（Ｄ）の光量分布を９０°回転した形の光量分布を有し、且つＹ方向に直線偏光とされた照明光に対しても、ほぼ同様に成立し、その照明光によってレチクルＲを所望の直線偏光（ここではＹ方向への直線偏光）で照明することができる。
なお、本例の投影露光装置は、図１０に示した空間周波数変調型の位相シフトレチクルや図５（Ｅ）に示した１次元のライン・アンド・スペースパターンを露光する場合のみに使用されるわけではなく、他の形状のパターンの露光に際しても使用されるものである。

そこで、図１のターレット状の部材８上に複数配列する回折光学素子９ａ，９ｂ等の中には、通常のσ値が０．７程度の照明を実現するための素子や、同程度のσ値であって輪帯照明を実現するための素子も設置しておき、交換機構１０により切り替え使用を可能としておくことが望ましい。また、１枚のウエハＷの露光を、２枚のレチクルを交換して、且つその照明条件を上記各種照明条件の何れかから選んで交換しつつ露光を行なえるように、レチクルＲの高速交換機構を設けておくことが好ましい。

なお、照明条件によっては、照明光がランダム偏光である方が望ましい場合も存在する。また、上述の通り、直線偏光の偏光方向をＸ方向又はＹ方向に切り替λる必要も生じる。本例の投影露光装置では、このような偏光状態の制御を、図１の照明光学系ＩＬＳ中の偏光制御部材４で行なう。以下、偏光制御部材４について説明する。
図１において、露光光源１としてエキシマーレーザやフッ素レーザを使用する場合、露光光源１から射出される照明光ＩＬは、元々概ね直線偏光となっている。そこで、偏光制御部材４としては、その直線偏光の偏光方向を所望の方向に変換（回転）する部材を使用すれば良い。即ち、偏光制御部材４は、例えば水晶（二酸化珪素結晶）やフッ化マグネシウム結晶等の複屈折性を有する光学材料からなる１／２波長板を、照明系光軸ＡＸ１を中心として回転可能に設置することで実現できる。この場合、レチクルＲに照明される照明光ＩＬの偏光方向は、この１／２波長板の回転角度の設定により制御できる。

一方、露光光源１が、水銀ランプやランダム偏光レーザのように直線偏光以外の光束を発する場合には、偏光制御部材４として所定方向の直線偏光光のみを透過する偏光フィルタや偏光ビームスプリッタ等を使用することができる。但し、レチクルＲへ照射される照明光を完全な直線偏光にしなくても、照明光強度の大部分（例えば８０％程度以上）を所定の直線偏光とすれば、上記の本例の効果は発揮できるので、上記偏光フィルタや偏光ビームスプリッタの偏光選択比は、８０％程度以上あれば十分である。

ところで、上述の通りレチクル上に照明される照明光の偏光状態を非偏光とすることが好ましい場合もある。この場合には、本例の投影露光装置の偏光制御部材４は、着脱可能であったり、非偏光の照明光をも生成可能な構成としておくことが望ましい。
例えば、露光光源１が概ね直線偏光の光束を発するレーザ光源である場合、偏光制御部材４として、照明系光軸ＡＸ１に対して直列に配置する２枚の１／４波長板を使用し、光軸ＡＸ１を回転中心として２枚の波長板をそれぞれ回転することにより、射出される光束を直線偏光としたり円偏光（即ち実質的に非偏光）としたりすることができる。

なお、回折光学素子９ａ，９ｂ等の設計や製造方法によっては、図２の瞳相当面１２上の照明光量分布の一例である、例えば図５（Ｂ）の２つの領域１２ｆ，１２ｇで光量の大きい光量分布等において、所定の位置（領域１２ｆ，１２ｇ等があるべき位置）以外にも不要な光量分布が生じてしまう場合がある。そこで、瞳相当面１２の近傍に交換可能な絞り（変形絞り）を設けて、回折光学素子９ａ，９ｂ等の交換に応じて、この変形絞りも交換して配置し、所望の光量分布のみを選択的に透過し、不要な光量分布を遮光するものとすることもできる。

ところで、上記実施形態では、図２のロッドインテグレータ１４への照明光束の入射角度範囲を規定し且つ可変とする角度可変機構として、図１の回折光学素子９ａ，９ｂ及び交換機構１０を含む機構を使用するとしたが、この角度可変機構は、これに限らず他の部材を使用することも可能である。
例えば、図１５に示すように、射出面４１ｂが凹型形状である第１の多面体プリズム４１を露光光源側に配置し、入射面４２ａが凸型形状である第２の多面体プリズム４２をロッドインテグレータ側に配置した多面体プリズム対を使用してもよい。この場合、その多面体プリズム対を照明系光軸ＡＸ２を中心に回転可能とし、その多面体プリズム対の間隔ＤＤを可変とすることにより、瞳相当面１２上での照明光束の分布を可変とすることもできる。

なお、上記実施形態中において、図２のロッドインテグレータ１４の構造は直方体としているが、特に入射面１４ａ側はその周辺部に多少の面取り等があっても構わない。従って、ロッドインテグレータ１４は、概ね直方体形状をしていれば良い。
次に、上記の実施の形態の投影露光装置を使用した半導体デバイスの製造工程の一例につき図１６を参照して説明する。

図１６は、半導体デバイスの製造工程の一例を示し、この図１６において、まずシリコン半導体等からウエハＷが製造される。その後、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し（ステップＳ１０）、次のステップＳ１２において、上記の実施の形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ１とする）をロードし、走査露光方式でレチクルＲ１のパターン（符号Ａで表わす）をウエハＷ上の全部のショット領域ＳＥに転写（露光）する。この際に必要に応じて二重露光が行われる。なお、ウエハＷは例えば直径３００ｍｍのウエハ（１２インチウエハ）であり、ショット領域ＳＥの大きさは一例として非走査方向の幅が２５ｍｍで走査方向の幅が３３ｍｍの矩形領域である。次に、ステップＳ１４において、現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域ＳＥに所定のパターンが形成される。

次に、ステップＳ１６において、ウエハＷ上にフォトレジストを塗布し、その後ステップＳ１８において、上記の実施の形態（図１）の投影露光装置のレチクルステージ上にレチクル（仮にＲ２とする）をロードし、走査露光方式でレチクルＲ２のパターン（符号Ｂで表わす）をウエハＷ上の各ショット領域ＳＥに転写（露光）する。そして、ステップＳ２０において、ウエハＷの現像及びエッチングやイオン注入等を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域に所定のパターンが形成される。

以上の露光工程〜パターン形成工程（ステップＳ１６〜ステップＳ２０）は所望の半導体デバイスを製造するのに必要な回数だけ繰り返される。そして、ウエハＷ上の各チップＣＰを１つ１つ切り離すダイシング工程（ステップＳ２２）や、ボンディング工程、及びパッケージング工程等（ステップＳ２４）を経ることによって、製品としての半導体デバイスＳＰが製造される。

本例のデバイス製造方法によれば、上記の実施形態の照明条件で露光を行っているため、従来に比べてより高集積な半導体集積回路を歩留まり良く製造することが可能となる。そして、以上の効果により、本例のデバイス製造方法によれば、より高集積で高性能な半導体集積回路を、安価に製造することが可能となる。
また、上記の実施の形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及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。

また、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置にも適用することができる。また、使用される投影光学系の倍率は、縮小倍率のみならず、等倍や拡大倍率であってもよい。更に、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置にも適用することができる。
また、本発明の投影露光装置の用途としては半導体デバイス製造用の露光装置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（Ｘ線マスクを含むフォトマスク、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、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。

本発明のデバイス製造方法によれば、半導体集積回路等の各種デバイスの性能を向上することが可能となり、また各種デバイスの製造コストを低減することが可能となる。

本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。 図１の瞳相当面１２Ｒ（１２）からレチクルＲまでの照明光学系の光学部材を一部を省略して示す斜視図である。 図２中のロッドインテグレータ１４を示す斜視図である。 図２中の瞳相当面１２からロッドインテグレータ１４までの光学部材を示す側面図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ）及び（Ｄ）は図２の瞳相当面１２における照明光量分布の例を示す図、（Ｅ）は転写対象のレチクルＲのパターンの一例を示す平面図である。 光軸方向を＜００１＞結晶軸に一致させた蛍石の結晶において、光軸に対して所定角度で進行する光束に対して生じる複屈折特性を示す図である。 （Ａ）は、図６中のＲＸ＝３０°、ＲＹ＝０°の方向を中心とした半径約５°の範囲に進行する光束に対する複屈折特性を表わす拡大図、（Ｂ）は、図６を時計回りに４５°回転した複屈折特性において、ＲＸ＝３０°、ＲＹ＝０°の方向を中心とした半径約５°の範囲に進行する光束に対する複屈折特性を表わす拡大図である。 光軸方向を＜１１１＞結晶軸に一致させた蛍石の結晶において、光軸に対して所定角度で進行する光束に対して生じる複屈折特性を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は図８中のＲＸ＝±３０°、ＲＹ＝０°の方向を中心とした半径約５°の範囲に進行する光束に対する複屈折特性を表わす拡大図、（Ｃ）及び（Ｄ）は図８中のＲＸ＝０°、ＲＹ＝±３０°の方向を中心とした半径約５°の範囲に進行する光束に対する複屈折特性を表わす拡大図である。 空間周波数変調型の位相シフトレチクルの一例を示す平面図である。 図１０のＡＡ’線に沿う部分に対応する像の強度分布の一例を示す図である。 本発明の実施形態の一例の照明条件のもとでの光学シミュレーションによって、パターンピッチＰＴに対して転写線幅ＰＷ及びＤＯＦ（焦点深度）を計算した結果を示す図である。 従来の通常の照明（σ＝０．１５）の使用を想定した光学シミュレーションによって、パターンピッチＰＴに対して転写線幅ＰＷ及びＤＯＦ（焦点深度）を計算した結果を示す図である。 従来の通常の照明（σ＝０．３０）の使用を想定した光学シミュレーションによって、パターンピッチＰＴに対して転写線幅ＰＷ及びＤＯＦ（焦点深度）を計算した結果を示す図である。 角度可変機構の他の例としての１対の多面体プリズムを示す図である。 本発明の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造するためのリソグラフィ工程の一例を示す図である。

符号の説明

Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＩＬＳ…照明光学系、ＡＸ２…照明系光軸、１…露光光源、４…偏光制御部材、８…ターレット状の部材、９ａ，９ｂ…回折光学素子、１０…交換機構、１２Ｒ（１２）…瞳相当面、１４Ｒ（１４）…ロッドインテグレータ、２３…投影光学系、４１，４２…多面体プリズム

Claims (18)

1. 光源からの照明光を第１物体に照射する照明光学系と、前記第１物体の像を第２物体上に投影する投影光学系とを有する投影露光装置において、
   前記光源と前記第１物体との間の一部の光路上で、前記照明光の少なくとも一部を内面反射させるために、前記照明光学系は、立方晶系の結晶からなり該結晶の（１００）方向を長辺方向とする実質的に直方体のロッド型インテグレータを有し、
   前記ロッド型インテグレータの長辺方向は、前記照明光学系の光軸に実質的に平行に配置されると共に、
   前記ロッド型インテグレータに入射する照明光は、前記ロッド型インテグレータの長辺方向に沿った２組の平行な側面のうちの、一方の平行な側面に垂直な第１方向又は他方の平行な側面に垂直な第２方向の何れか一方を電場方向とする直線偏光光を主成分とすることを特徴とする投影露光装置。
2. 前記ロッド型インテグレータの前記側面が、前記結晶の（１００）面に実質的に一致していることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
3. 前記ロッド型インテグレータの前記側面が、前記結晶の（１１０）面に実質的に一致していることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
4. 前記照明光学系は、前記照明光の前記ロッド型インテグレータへの入射角度範囲を可変とする角度可変機構を更に有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の投影露光装置。
5. 前記角度可変機構は、回折光学素子を含むことを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
6. 前記角度可変機構は、前記回折光学素子を別の回折光学素子と交換する機構を含むことを特徴とする請求項５に記載の投影露光装置。
7. 前記角度可変機構は、多面体プリズムを含むことを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
8. 前記角度可変機構は、ズーム光学系を更に含むことを特徴とする請求項４〜７の何れか一項に記載の投影露光装置。
9. 前記角度可変機構は、前記照明光の前記第１物体に対する入射角度範囲を、前記第１方向に対応する方向に離れた複数の離散的な範囲に制限する角度制限機構を更に有すると共に、
   前記ロッド型インテグレータに入射する照明光は、前記第２方向を電場方向とする直線偏光光を主成分とすることを特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の投影露光装置。
10. 前記角度可変機構は、前記照明光の前記第１物体に対する入射角度範囲として、
    前記第１方向に対応する方向についての実効的なσ値が０．７以上となり、
    前記第２方向に対応する方向についての実効的なσ値が０．２以下となる条件を含むと共に、
    前記ロッド型インテグレータに入射する照明光は、前記第１方向を電場方向とする直線偏光光を主成分とすることを特徴とする請求項４〜８の何れか一項に記載の投影露光装置。
11. 前記立方晶系の結晶は、フッ化物結晶であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の投影露光装置。
12. 前記フッ化物結晶は、フッ化カルシウム結晶であることを特徴とする請求項１１に記載の投影露光装置。
13. 前記照明光は、波長が２００ｎｍ以下の紫外光であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の投影露光装置。
14. 前記照明光は、ＡｒＦエキシマーレーザの発する波長１９３ｎｍの紫外光であることを特徴とする請求項１３に記載の投影露光装置。
15. 請求項１〜１４の何れか一項に記載の投影露光装置を用いて、前記第１物体としてのマスクのパターンの像で前記第２物体としての感光体を露光することを特徴とする露光方法。
16. 前記マスクのパターンは矩形パターンを含み、前記矩形パターンの長手方向は、前記第２方向に対応する方向に実質的に一致していることを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
17. 前記マスクのパターンは、空間周波数変調型の位相シフトパターンを含み、前記位相シフトパターンの長手方向は、前記第１方向に対応する方向に実質的に一致していることを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
18. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程で請求項１５〜１８の何れか一項に記載の露光方法を用いてパターンを感光体に転写することを特徴とするデバイス製造方法。
    

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