JP2003178951A

JP2003178951A - 回折光学装置、屈折光学装置、照明光学装置、露光装置および露光方法

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Publication number: JP2003178951A
Application number: JP2001378001A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Toyoda; 光紀豊田; Osamu Tanitsu; 修谷津
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2003-06-27
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: JP4106701B2

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構成にしたがって光軸に関して２回回
転対称の形態を有する多様な４極状の二次光源を形成
し、被照射面上の直交する二方向で互いに異なる照明条
件を実現することのできる照明光学装置。【解決手段】４極状の光強度分布を有する二次光源を
照明瞳面に形成するために、入射光束を４つの光束に変
換して光軸を中心とした４点状の光束をファーフィール
ドに形成する回折光学装置（６）を備えている。回折光
学装置（６）は、光軸（ＡＸ）に平行な第１軸線を中心
として回転可能に構成された第１回折光学部材と、光軸
に平行な第２軸線を中心として回転可能に構成され且つ
第１回折光学部材と隣り合うように配置された第２回折
光学部材とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回折光学装置、屈
折光学装置、照明光学装置、露光装置および露光方法に
関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜
磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィー工程
で製造するための露光装置に好適な照明光学装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の典型的な露光装置においては、
光源から射出された光束が、オプティカルインテグレー
タとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源から
なる実質的な面光源としての二次光源を形成する。二次
光源からの光束は、フライアイレンズの後側焦点面の近
傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデ
ンサーレンズに入射する。

【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】そこで、フライアイレンズの後側焦点面に
円形状の二次光源を形成し、その大きさを変化させて照
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／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、フライアイレンズの後側焦点面に輪帯状
や４極状の二次光源を形成し、投影光学系の焦点深度や
解像力を向上させる技術が注目されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来技術では、円形状の二次光源に基づく通常の
円形照明の場合も、輪帯状や４極状の二次光源に基づく
変形照明（輪帯照明や４極照明）の場合も、被照射面で
あるマスク上の一点に入射する光束の断面形状がマスク
上の直交する二方向に関して同じ位置関係にある。換言
すると、従来技術では、被照射面上の直交する二方向で
照明条件が同じである。その結果、マスクパターンに方
向性がある場合、マスク上の直交する二方向で最適な照
明条件を実現することができない。

【０００６】特に、光軸を中心とした４つの面光源から
なる４極状の二次光源が形成される４極照明の場合、各
面光源の大きさおよび各面光源の中心の光軸からの距離
をそれぞれ変化させることは、たとえば特開２００１−
８５２９３号公報などに開示されている。しかしなが
ら、従来技術では、４極照明において４極状の二次光源
を構成する各面光源の大きさおよび各面光源の中心の光
軸からの距離をそれぞれ変化させることは可能であった
が、各面光源の角度位置を独立的に且つ連続的に変化さ
せて光軸に関して２回回転対称の形態を有する多様な４
極状の二次光源を形成することはできなかった。

【０００７】なお、本出願人は、たとえば特願２００１
−７４２４０号明細書および図面においてアキシコン系
を用いることにより各面光源の角度位置を独立的に且つ
連続的に変化させて光軸に関して２回回転対称の形態を
有する多様な４極状の二次光源を形成する技術を提案し
ているが、蛍石の加工性ではアキシコン系の製造が困難
であって製造コストが非常に高くなる。そこで、アキシ
コン系を用いることなく簡素な構成にしたがって、各面
光源の角度位置を独立的に且つ連続的に変化させて光軸
に関して２回回転対称の形態を有する多様な４極状の二
次光源を形成する技術が要望されている。

【０００８】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、簡易な構成にしたがって各面光源の角度位置
を独立的に且つ連続的に変化させて光軸に関して２回回
転対称の形態を有する多様な４極状の二次光源を形成
し、被照射面上の直交する二方向で互いに異なる照明条
件を実現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。

【０００９】また、本発明は、光軸に関して２回回転対
称の形態を有する多様な４極状の二次光源を形成し、被
照射面上の直交する二方向で互いに異なる照明条件を実
現することのできる照明光学装置を用いて、マスクに最
適な照明条件のもとで、感光性基板上にマスクパターン
を忠実に転写する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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の第１発明では、被照射面を照明する照明光
学系に用いられて、４極状の光強度分布を有する二次光
源を照明瞳面に形成するために入射光束を４つの光束に
変換する回折光学装置において、前記照明光学系の光軸
にほぼ平行な第１軸線を中心として回転可能に構成され
た第１回折光学部材と、前記光軸にほぼ平行な第２軸線
を中心として回転可能に構成され且つ前記光軸との直交
面に沿って前記第１回折光学部材と隣り合うように配置
された第２回折光学部材とを備えていることを特徴とす
る回折光学装置を提供する。

【００１１】第１発明の好ましい態様によれば、前記直
交面において、前記第１軸線と前記第２軸線とは前記光
軸に関してほぼ対称な位置関係を有する。また、前記光
軸にほぼ平行な第３軸線を中心として回転可能に構成さ
れ且つ前記直交面に沿って前記第１回折光学部材または
前記第２回折光学部材と隣り合うように配置された第３
回折光学部材と、前記光軸にほぼ平行な第４軸線を中心
として回転可能に構成され且つ前記直交面に沿って前記
第３回折光学部材と隣り合い且つ前記第２回折光学部材
または前記第１回折光学部材と隣り合うように配置され
た第４回折光学部材とをさらに備えていることが好まし
い。この場合、前記直交面において前記第１軸線と前記
第２軸線と前記第３軸線と前記第４軸線とを結ぶ四角形
は前記光軸を中心としたほぼ正方形を形成することが好
ましい。

【００１２】本発明の第２発明では、被照射面を照明す
る照明光学系に用いられて、４極状の光強度分布を有す
る二次光源を照明瞳面に形成するために入射光束を４つ
の光束に変換する回折光学装置において、前記照明光学
系の光軸にほぼ平行な所定の軸線を中心として回転可能
に構成された第１回折光学部材と、前記所定の軸線を中
心として回転可能に構成された第２回折光学部材とを備
え、前記第１回折光学部材および前記第２回折光学部材
には、複数の同心円によって規定された円形状および円
環状の領域の少なくとも一部がほぼ同じように形成さ
れ、前記第１回折光学部材では、前記円形状または円環
状の領域のうち、中心から奇数番目の領域に回折作用面
が形成され、前記第２回折光学部材では、前記円形状ま
たは円環状の領域のうち、中心から偶数番目の領域に回
折作用面が形成されていることを特徴とする回折光学装
置を提供する。

【００１３】第２発明の好ましい態様によれば、前記円
形状の領域の半径の寸法と前記円環状の各領域の半径方
向の寸法とは互いにほぼ等しい。また、前記第１回折光
学部材と前記第２回折光学部材とは前記所定の軸線に沿
って互いに隣り合うように配置されていることが好まし
い。また、前記所定の軸線は、前記照明光学系の光軸と
共軸であることが好ましい。

【００１４】また、第２発明の好ましい態様によれば、
前記第１回折光学部材および前記第２回折光学部材に
は、複数の同心円によって規定された円形状および円環
状の領域の全部がほぼ同じように形成されている。ある
いは、前記第１回折光学部材および前記第２回折光学部
材には、複数の同心円によって規定された円形状または
円環状の領域の一部が形成され、前記第１回折光学部材
および前記第２回折光学部材のうちの少なくとも一方に
おける前記円形状または円環状の領域とは異なる箇所に
は、前記入射光束を所定の光束に変換するための回折面
または屈折面が形成されていることが好ましい。

【００１５】本発明の第３発明では、被照射面を照明す
る照明光学系に用いられて、４極状の光強度分布を有す
る二次光源を照明瞳面に形成するために入射光束を４つ
の光束に変換する屈折光学装置において、前記照明光学
系の光軸にほぼ平行な第１軸線を中心として回転可能に
構成された第１屈折光学部材と、前記光軸にほぼ平行な
第２軸線を中心として回転可能に構成され且つ前記光軸
との直交面に沿って前記第１屈折光学部材と隣り合うよ
うに配置された第２屈折光学部材とを備えていることを
特徴とする屈折光学装置を提供する。

【００１６】第３発明の好ましい態様によれば、前記直
交面において、前記第１軸線と前記第２軸線とは前記光
軸に関してほぼ対称な位置関係を有する。また、前記光
軸にほぼ平行な第３軸線を中心として回転可能に構成さ
れ且つ前記直交面に沿って前記第１屈折光学部材または
前記第２屈折光学部材と隣り合うように配置された第３
屈折光学部材と、前記光軸にほぼ平行な第４軸線を中心
として回転可能に構成され且つ前記直交面に沿って前記
第３屈折光学部材と隣り合い且つ前記第２屈折光学部材
または前記第１屈折光学部材と隣り合うように配置され
た第４屈折光学部材とをさらに備えていることが好まし
い。この場合、前記直交面において前記第１軸線と前記
第２軸線と前記第３軸線と前記第４軸線とを結ぶ四角形
は前記光軸を中心としたほぼ正方形を形成することが好
ましい。

【００１７】本発明の第４発明では、被照射面を照明す
る照明光学系に用いられて、４極状の光強度分布を有す
る二次光源を照明瞳面に形成するために入射光束を４つ
の光束に変換する屈折光学装置において、前記照明光学
系の光軸にほぼ平行な所定の軸線を中心として回転可能
に構成された第１屈折光学部材と、前記所定の軸線を中
心として回転可能に設けられた第２屈折光学部材とを備
え、前記第１屈折光学部材および前記第２屈折光学部材
には、複数の同心円によって規定された円形状または円
環状の領域の少なくとも一部がほぼ同じように形成さ
れ、前記第１屈折光学部材では、前記円形状または円環
状の領域のうち、中心から奇数番目の領域に屈折作用面
が形成され、前記第２屈折光学部材では、前記円形状ま
たは円環状の領域のうち、中心から偶数番目の領域に屈
折作用面が形成されていることを特徴とする屈折光学装
置を提供する。

【００１８】第４発明の好ましい態様によれば、前記円
形状の領域の半径の寸法と前記円環状の各領域の半径方
向の寸法とは互いにほぼ等しい。また、前記第１屈折光
学部材と前記第２屈折光学部材とは前記所定の軸線に沿
って互いに隣り合うように配置されていることが好まし
い。また、前記所定の軸線は、前記照明光学系の光軸と
共軸であることが好ましい。

【００１９】また、第４発明の好ましい態様によれば、
前記第１屈折光学部材および前記第２屈折光学部材に
は、複数の同心円によって規定された円形状または円環
状の領域の全部がほぼ同じように形成されている。ある
いは、前記第１屈折光学部材および前記第２屈折光学部
材には、複数の同心円によって規定された円形状または
円環状の領域の一部が形成され、前記第１屈折光学部材
および前記第２屈折光学部材のうちの少なくとも一方に
おける前記円形状または円環状の領域とは異なる箇所に
は、前記入射光束を所定の光束に変換するための回折作
用面または屈折作用面が形成されていることが好まし
い。さらに、第４発明においては、前記第１屈折光学部
材および前記第２屈折光学部材の前記領域内の前記屈折
作用面には、プリズムアレイが形成されていることが好
ましい。

【００２０】本発明の第５発明では、被照射面を照明す
る照明光学装置において、４極状の光強度分布を有する
二次光源を照明瞳面に形成するために、入射光束を４つ
の光束に変換して前記光軸を中心とした４点状または４
極状の光束をファーフィールドに形成する第１発明ある
いは第２発明の回折光学装置または第３発明あるいは第
４発明の屈折光学装置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。

【００２１】第５発明の好ましい態様によれば、光束を
供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束
を、光軸に対して様々な角度成分を有する光束に変換し
て、第１の所定面へ入射させるための角度光束形成手段
と、前記第１の所定面に入射した前記様々な角度成分を
有する光束に基づいて、前記光軸を中心とした４つの照
野を第２の所定面上に形成するために前記回折光学装置
または前記屈折光学装置を含む照野形成手段と、前記第
２の所定面上に形成された前記４つの照野からの光束に
基づいて、前記４つの照野とほぼ同じ光強度分布を有す
る４極状の二次光源を形成するためのオプティカルイン
テグレータと、前記オプティカルインテグレータからの
光束を前記被照射面へ導くための導光光学系とを備えて
いる。

【００２２】また、第５発明の好ましい態様によれば、
前記角度光束形成手段は、前記光源手段からのほぼ平行
な光束を、前記光軸に対して様々な角度で発散する光束
に変換するための発散光束形成素子と、前記発散光束形
成素子を介して形成された発散光束を集光して前記第１
の所定面へ導くための第１光学系とを有する。この場
合、前記第１光学系は、前記二次光源として形成される
４つの面光源の各中心と前記光軸との距離を変化させる
ことなく各面光源の大きさを変化させるための第１変倍
光学系を有することが好ましい。また、この場合、前記
第１変倍光学系は、前記発散光束形成素子と前記第１の
所定面とを光学的にほぼ共役に結ぶアフォーカルズーム
レンズを有することが好ましい。

【００２３】あるいは、第５発明の好ましい態様によれ
ば、前記角度光束形成手段は、二次元状に配列された複
数の第１単位光学素子を有する第１光学素子アレイと、
前記複数の第１単位光学素子と光学的に対応するように
配置された複数の第２単位光学素子を有する第２光学素
子アレイとから構成された波面分割型オプティカルイン
テグレータを有し、前記波面分割型オプティカルインテ
グレータの後側焦点面は前記第１の所定面またはその近
傍に配置されている。この場合、前記二次光源として形
成される４つの面光源の各中心と前記光軸との距離を変
化させることなく各面光源の大きさを変化させるため
に、前記第１光学素子アレイと前記第２光学素子アレイ
との間隔が可変に構成されていることが好ましい。

【００２４】また、第５発明の好ましい態様によれば、
前記回折光学装置または前記屈折光学装置からの光束を
前記第２の所定面へ導くための第２光学系を備えてい
る。この場合、前記第２光学系は、前記二次光源を相似
的に拡大または縮小させるための第２変倍光学系を有す
ることが好ましい。また、この場合、前記第２変倍光学
系は、前記回折光学装置または前記屈折光学装置と前記
第２の所定面とを実質的にフーリエ変換の関係に結ぶズ
ームレンズを有することが好ましい。

【００２５】本発明の第６発明では、第５発明の照明光
学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターン
を感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備え
ていることを特徴とする露光装置を提供する。

【００２６】本発明の第７発明では、第５発明の照明光
学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスク
に形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光す
ることを特徴とする露光方法を提供する。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の照明光学装置では、入射
光束を４つの光束に変換して前記光軸を中心とした４点
状（または４極状）の光束をファーフィールドに形成す
る回折光学装置を用いて、４極状の光強度分布を有する
二次光源を照明瞳面に形成する。本発明の典型的な態様
にしたがう回折光学装置は、光軸に平行な第１軸線およ
び第２軸線を中心として回転可能に構成された第１回折
光学部材（屈折光学部材）および第２回折光学部材（屈
折光学部材）を備えている。

【００２８】ここで、光軸との直交面に沿って第１回折
光学部材（屈折光学部材）と第２回折光学部材（屈折光
学部材）とは互いに隣り合うように配置され、その直交
面において第１軸線と第２軸線とは光軸に関して対称な
位置関係を有する。こうして、回折光学装置に入射する
光束のうち、第１回折光学部材（屈折光学部材）に入射
する光束に基づいて４極状の二次光源を構成する４つの
面光源のうちの第１組の一対の面光源が形成され、第２
回折光学部材（屈折光学部材）に入射する光束に基づい
て第２組の一対の面光源が形成される。

【００２９】そして、第１軸線を中心として第１回折光
学部材（屈折光学部材）を回転させることにより第１組
の一対の面光源の角度位置を連続的に変化させることが
でき、第２軸線を中心として第２回折光学部材（屈折光
学部材）を回転させることにより第２組の一対の面光源
の角度位置を連続的に変化させることができる。すなわ
ち、第１回折光学部材（屈折光学部材）および第２回折
光学部材（屈折光学部材）をそれぞれ回転させることに
より、照明瞳面に形成される４極状の二次光源を構成す
る各面光源の角度位置を独立的に且つ連続的に変化させ
ることができる。

【００３０】本発明の照明光学装置を露光装置に適用す
る場合、マスクパターンに方向性があって、マスク上の
直交する二方向でそれぞれ照明条件を設定するのが一般
的である。したがって、この場合、アキシコン系を用い
ることなく簡素な構成にしたがって、本発明の回折光学
装置の作用により照明瞳面に形成される４極状の二次光
源を構成する各面光源の角度位置を独立的に且つ連続的
に変化させ、所定の角度関係を維持しながら光軸に関し
て２回回転対称の形態を有する多様な４極状の二次光源
を形成し、被照射面上の直交する二方向で互いに異なる
照明条件を実現することができる。

【００３１】また、本発明の照明光学装置が組み込まれ
た露光装置および本発明の照明光学装置を用いた露光方
法では、光軸に関して２回回転対称の形態を有する多様
な４極状の二次光源を形成し、被照射面上の直交する二
方向で互いに異なる照明条件を実現することのできる照
明光学装置を用いて、マスクに最適な照明条件のもと
で、感光性基板上にマスクパターンを忠実に転写するこ
とができる。さらに、感光性基板上にマスクパターンを
忠実に転写することのできる本発明の露光装置および露
光方法を用いて、良好なマイクロデバイスを製造するこ
とができる。

【００３２】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実施形態にかかる照明
光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。図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。

【００３３】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、１９３ｎｍの波長の光を供
給するＡｒＦエキシマレーザー光源を備えている。な
お、光源１として、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫ
ｒＦエキシマレーザー光源や、１５７ｎｍの波長の光を
供給するＦ₂レーザー光源や、ｇ線（４３６ｎｍ）やｉ
線（３６５ｎｍ）の光を供給する水銀ランプなどを用い
ることができる。水銀ランプを用いる場合、光源１は、
水銀ランプと楕円鏡とコリメータレンズとを有する構成
となる。

【００３４】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。

【００３５】整形光学系としてのビームエキスパンダー
２を介したほぼ平行光束は、折り曲げミラー３でＹ方向
に偏向された後、回折光学素子４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４は、入射した矩形状の平行光束を回
折してファーフィールドに円形状の光束を形成する機能
を有する発散光束形成素子である。

【００３６】したがって、回折光学素子４を介して回折
された光束は、アフォーカルズームレンズ（変倍リレー
光学系）５に入射し、その瞳面に円形状の光束を形成す
る。この円形状の光束からの光は、アフォーカルズーム
レンズ５から射出されて、回折光学装置６に入射する。
なお、アフォーカルズームレンズ５は、回折光学素子４
と回折光学装置６とを光学的にほぼ共役な関係に維持
し、且つアフォーカル系（無焦点光学系）を維持しなが
ら、所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができ
るように構成されている。アフォーカルズームレンズ５
の倍率変化は、制御系２１からの指令に基づいて動作す
る第１駆動系２２により行われる。

【００３７】こうして、回折光学装置６には、光軸ＡＸ
に対してほぼ対称に斜め方向から光束が入射する。すな
わち、回折光学素子４とアフォーカルズームレンズ５と
は、光源１からの光束を光軸ＡＸに対して様々な角度成
分を有する光束に変換して、回折光学装置６の入射面
（第１の所定面）へ入射させるための角度光束形成手段
を構成している。回折光学装置６は、入射した平行光束
を４つの光束に変換して光軸ＡＸを中心とした４点状の
光束をファーフィールドに形成する機能を有し、制御系
２１からの指令に基づいて動作する第２駆動系２３によ
り行われる。回折光学装置６の詳細な構成および作用に
ついては後述する。

【００３８】回折光学装置６を介した光束は、ズームレ
ンズ（変倍光学系）７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レンズアレイ８を照明する。な
お、ズームレンズ７は、所定の範囲で焦点距離を連続的
に変化させることのできるσ値可変用の変倍光学系であ
って、回折光学装置６とマイクロレンズアレイ８の後側
焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。換言する
と、ズームレンズ７は、回折光学装置６とマイクロレン
ズアレイ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に
結んでいる。

【００３９】したがって、回折光学装置６を介した光束
は、ズームレンズ７の後側焦点面（ひいてはマイクロレ
ンズアレイ８の入射面）に、円と４点とのコンボリュー
ションに基づく光強度分布、すなわち光軸ＡＸを中心と
した４つの円形状の照野からなる４極状の照野を形成す
る。このように、回折光学装置６とズームレンズ７と
は、回折光学装置６の入射面（第１の所定面）に入射し
た様々な角度成分を有する光束に基づいて、光軸ＡＸを
中心とした４つの照野をマイクロレンズアレイ８の入射
面（第２の所定面）上に形成するための照野形成手段を
構成している。この４極状の照野の全体的な大きさは、
ズームレンズ７の焦点距離に依存して変化する。ズーム
レンズ７の焦点距離の変化は、制御系２１からの指令に
基づいて動作する第３駆動系２４により行われる。

【００４０】マイクロレンズアレイ８は、縦横に且つ稠
密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズから
なる光学素子である。マイクロレンズアレイ８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。一般に、マ
イクロレンズアレイは、たとえば平行平面ガラス板にエ
ッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによ
って構成される。

【００４１】ここで、マイクロレンズアレイを構成する
各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズ
エレメントよりも微小である。また、マイクロレンズア
レイは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフ
ライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに
隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしな
がら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されて
いる点でマイクロレンズアレイはフライアイレンズと同
じである。なお、図１では、図面の明瞭化のために、マ
イクロレンズアレイ８を構成する微小レンズの数を実際
よりも非常に少なく表している。

【００４２】したがって、マイクロレンズアレイ８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、各微小レンズの後側焦点面には多数の光源がそれぞ
れ形成される。こうして、図２に示すように、マイクロ
レンズアレイ８の後側焦点面には、マイクロレンズアレ
イ８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４つの円形状の実質的な面光源（図中斜線で示す）
３１〜３４からなる４極状の二次光源が形成される。こ
のように、マイクロレンズアレイ８は、その入射面（第
２の所定面）上に形成された４つの照野からの光束に基
づいて、４つの照野とほぼ同じ光強度分布を有する４極
状の二次光源を形成するためのオプティカルインテグレ
ータを構成している。

【００４３】マイクロレンズアレイ８の後側焦点面に形
成された４極状の二次光源からの光束は、必要に応じて
４極状の光透過部を有する開口絞りを介して制限された
後、コンデンサー光学系９の集光作用を受けた後、所定
のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
マスクＭのパターンを透過した光束は、投影光学系ＰＬ
を介して、感光性基板であるウェハＷ上にマスクパター
ンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸Ａ
Ｘ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。

【００４４】なお、一括露光では、いわゆるステップ・
アンド・リピート方式にしたがって、ウェハの各露光領
域に対してマスクパターンを一括的に露光する。この場
合、マスクＭ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形
状であり、マイクロレンズアレイ８の各微小レンズの断
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、マイクロレンズアレイ８の各微小レンズ
の断面形状もこれと相似な矩形状となる。

【００４５】なお、第１実施形態では、回折光学素子４
に代えて、マイクロレンズアレイ（またはフライアイレ
ンズ）を用いることもできる。この場合、正六角形状ま
たは正方形状の微小レンズ（またはレンズエレメント）
からなるマイクロレンズアレイ（またはフライアイレン
ズ）を用いると、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面
には４つの正六角形状または正方形状の面光源からなる
４極状の二次光源が形成される。

【００４６】図２を再び参照すると、マイクロレンズア
レイ８の後側焦点面に形成される４極状の二次光源は、
４つの円形状の面光源３１〜３４から構成されている。
ここで、各面光源３１〜３４の中心３１ａ〜３４ａは光
軸ＡＸから同じ距離ｒだけ離れており、各面光源３１〜
３４は互いに同じ大きさ（直径）φを有する。また、４
つの中心３１ａ〜３４ａを結んで形成される四角形は、
光軸ＡＸを中心としてＸ方向およびＺ方向に平行な辺を
有する矩形である。

【００４７】ここで、光軸ＡＸからの距離ｒは、ズーム
レンズ７の焦点距離と回折光学装置６の回折角との積に
依存する。また、大きさ（直径）φは、アフォーカルズ
ームレンズ５の倍率とズームレンズ７の焦点距離と回折
光学素子４の回折角（マイクロレンズアレイまたはフラ
イアイレンズを用いる場合にはその発散角）との積に依
存する。さらに、面光源３１の中心３１ａと光軸ＡＸと
を結ぶ線分が＋Ｘ軸となす角度θ_Aおよび面光源３２の
中心３２ａと光軸ＡＸとを結ぶ線分が＋Ｘ軸となす角度
θ_Bは、回折光学装置６の回折特性に依存する。

【００４８】従来技術では、回折光学装置６の位置に回
折光学素子やマイクロレンズアレイやフライアイレンズ
が配置されているので、ズームレンズ７の焦点距離およ
びアフォーカルズームレンズ５の倍率を変化させること
により、各面光源の光軸ＡＸからの距離ｒおよび各面光
源の大きさ（直径）φを連続的に変化させることは可能
であったが、各面光源の角度位置θ_Aおよびθ_Bを連続的
に変化させることはできなかった。すなわち、回折光学
装置６の位置において特性の異なる回折光学素子やマイ
クロレンズアレイやフライアイレンズを交換することに
より、各面光源の角度位置θ_Aおよびθ_Bを離散的に変化
させることはできても、連続的に変化させることはでき
なかった。

【００４９】そこで、第１実施形態では、マイクロレン
ズアレイ８の後側焦点面に形成される４極状の二次光源
を構成する各面光源の角度位置θ_Aおよびθ_Bを連続的に
変化させることが可能な回折光学装置６を導入してい
る。図３は、第１実施形態における回折光学装置の構成
を概略的に示す図である。図３（ａ）を参照すると、第
１実施形態の回折光学装置６は、光軸ＡＸに平行な第１
軸線ＡＸ１を中心として回転可能に構成された第１回折
光学部材６ａと、光軸ＡＸに平行な第２軸線ＡＸ２を中
心として回転可能に構成された第２回折光学部材６ｂと
を備えている。

【００５０】ここで、第１軸線ＡＸ１と第２軸線ＡＸ２
とはＸ軸に沿って配置され光軸ＡＸに関して対称な位置
関係を有し、光軸ＡＸとの直交面（ＸＺ面）において第
１回折光学部材６ａと第２回折光学部材６ｂとはＸ方向
に沿って隣接するように配置されている。また、第１回
折光学部材６ａと第２回折光学部材６ｂとは、互いに同
じ構成を有する円形状の基板であって、その片側の面に
は図３（ｂ）に示すような形状の回折作用面が形成され
ている。

【００５１】具体的には、第１回折光学部材６ａおよび
第２回折光学部材６ｂに求められる回折角に対応する開
口数（ひいては回折光学装置６に求められる回折角に対
応する開口数）ＮＡと、露光光の波長λ（第１実施形態
では１９３ｎｍ）とにより、回折作用面のピッチｄ＝λ
／ＮＡが、たとえば２．８μｍに設定される。この場
合、回折作用面の凸部の幅ａおよび凹部の幅ｂはとも
に、たとえば１．４μｍに設定される。そして、たとえ
ば石英（または蛍石など）で形成された基板の露光光に
対する屈折率をｎとすると、段差Δ＝λ／｛２（ｎ−
１）｝が、たとえば１７２ｎｍに設定される。

【００５２】図３（ａ）に示すように、回折光学装置６
には、回折光学素子４への入射光束と相似な矩形状の光
束３５が入射する。そして、回折方向が＋Ｘ軸に対して
θ_Aの角度をなすように設定された第１回折光学部材６
ａに入射した光束は、図２において光軸ＡＸに関して対
称な一対の面光源３１および３３を形成する。一方、回
折方向が＋Ｘ軸に対してθ_Bの角度をなすように設定さ
れた第２回折光学部材６ｂに入射した光束は、図２にお
いて光軸ＡＸに関して対称な一対の面光源３２および３
４を形成する。

【００５３】したがって、第１実施形態の回折光学装置
６では、第１軸線ＡＸ１を中心として第１回折光学部材
６ａを回転させることにより、面光源３１の角度位置θ
_Aおよび面光源３３の角度位置（θ_A＋１８０度）を連続
的に変化させることができる。同様に、第２軸線ＡＸ２
を中心として第２回折光学部材６ｂを回転させることに
より、面光源３２の角度位置θ_Bおよび面光源３４の角
度位置（θ_B＋１８０度）を連続的に変化させることが
できる。すなわち、第１回折光学部材６ａおよび第２回
折光学部材６ｂをそれぞれ回転させることにより、マイ
クロレンズアレイ８の後側焦点面（すなわち照明瞳面）
に形成される４極状の二次光源を構成する各面光源の角
度位置θ_Aおよびθ_Bを独立的に且つ連続的に変化させる
ことができる。

【００５４】前述したように、露光装置では、マスクパ
ターンに方向性があって、マスク上の直交する二方向で
それぞれ照明条件を設定するのが一般的である。したが
って、第１実施形態では、アキシコン系を用いることな
く簡素な構成にしたがって、回折光学装置６の作用によ
りマイクロレンズアレイ８の後側焦点面に形成される４
極状の二次光源を構成する各面光源の角度位置θ_Aおよ
びθ_Bを独立的に且つ連続的に変化させ、θ_A＋θ_B＝１
８０度の関係を維持しながら光軸ＡＸに関して２回回転
対称の形態を有する多様な４極状の二次光源を形成し、
被照射面上の直交する二方向で互いに異なる照明条件を
実現することができる。

【００５５】以下、第１実施形態における照明条件の切
り換え動作などについて具体的に説明する。まず、ステ
ップ・アンド・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
介して制御系２１に入力される。制御系２１は、各種の
マスクに関する最適な線幅（解像度）、焦点深度等の情
報を内部のメモリー部に記憶しており、入力手段２０か
らの入力に応答して駆動系２２〜２４に適当な制御信号
を供給する。

【００５６】すなわち、所望の形態を有する４極状の二
次光源を得るために、第１駆動系２２は制御系２１から
の指令に基づいてアフォーカルズームレンズ５の倍率を
設定し、第２駆動系２３は制御系２１からの指令に基づ
いて回折光学装置６における第１回折光学部材６ａおよ
び第２回折光学部材６ｂの回転角度をそれぞれ設定し、
第３駆動系２４は制御系２１からの指令に基づいてズー
ムレンズ７の焦点距離を設定する。ここで、アフォーカ
ルズームレンズ５の倍率を変化させることにより、４つ
の面光源の各中心と光軸ＡＸとの距離ｒを変化させるこ
となく、各面光源の大きさφを変化させることができ
る。

【００５７】また、ズームレンズ７の焦点距離を変化さ
せることにより、距離ｒおよび大きさφをともに変化さ
せて、４極状の二次光源を相似的に拡大または縮小させ
ることができる。さらに、第１回折光学部材６ａおよび
第２回折光学部材６ｂの回転角度をそれぞれ変化させる
ことにより、各面光源の角度位置θ_Aおよびθ_Bを独立的
に且つ連続的に変化させることができる。こうして、４
極状の二次光源を構成する各面光源の角度位置θ_Aおよ
びθ_Bを独立的に且つ連続的に変化させ、θ_A＋θ_B＝１
８０度の関係を維持しながら光軸ＡＸに関して２回回転
対称の形態を有する多様な４極状の二次光源を形成し、
被照射面上の直交する二方向で最適な照明条件を実現す
ることができる。

【００５８】ところで、第１実施形態では、図３（ａ）
に示すように、回折光学装置６への矩形状の入射光束３
５のうちの一部分が、第１回折光学部材６ａにも第２回
折光学部材６ｂにも入射することなく（すなわち照明に
寄与することなく）失われる。換言すれば、回折光学装
置６において、ある程度の光量損失が発生する。また、
第１実施形態では、第１回折光学部材６ａと第２回折光
学部材６ｂとが一方向に沿って配置されているので、マ
イクロレンズアレイ８への入射光束のテレセントリシテ
ィが崩れ、マイクロレンズアレイ８の収差に起因してマ
スクＭ上において（ひいてはウェハＷ上において）照明
むらが発生する。そこで、第１実施形態では、回折光学
装置６について、以下に示す２つの変形例が可能であ
る。

【００５９】図４は、第１実施形態の第１変形例にかか
る回折光学装置の構成を概略的に示す図である。図４に
示すように、第１変形例の回折光学装置６０では、第１
実施形態の回折光学装置６に対して、第３回折光学部材
６ｃおよび第４回折光学部材６ｄを付設している。ここ
で、第３回折光学部材６ｃおよび第４回折光学部材６ｄ
は、第１回折光学部材６ａや第２回折光学部材６ｂと同
じ構成を有し、光軸ＡＸに平行な第３軸線ＡＸ３および
第４軸線ＡＸ４を中心としてそれぞれ回転可能に構成さ
れている。

【００６０】ここで、第１軸線ＡＸ１と第２軸線ＡＸ２
および第３軸線ＡＸ３と第４軸線ＡＸ４とはそれぞれＸ
方向に沿って配置され、光軸ＡＸとの直交面（ＸＺ面）
において第１軸線ＡＸ１と第２軸線ＡＸ２と第３軸線Ａ
Ｘ３と第４軸線ＡＸ４とを結ぶ四角形は光軸ＡＸを中心
とした正方形を形成している。すなわち、第３回折光学
部材６ｃは第２回折光学部材６ｂとＺ方向に沿って隣接
するように配置され、第４回折光学部材６ｄは第３回折
光学部材６ｃとＸ方向に沿って隣接し且つ第１回折光学
部材６ａとＺ方向に沿って隣接するように配置されてい
る。

【００６１】図４に示すように、回折光学装置６０に
は、回折光学素子４への入射光束と相似な正方形状の光
束３６が入射する。そして、回折方向が＋Ｘ軸に対して
θ_Aの角度をなすように設定された第１回折光学部材６
ａおよび第３回折光学部材６ｃに入射した光束は、図２
において光軸ＡＸに関して対称な一対の面光源３１およ
び３３を形成する。一方、回折方向が＋Ｘ軸に対してθ
_Bの角度をなすように設定された第２回折光学部材６ｂ
および第４回折光学部材６ｄに入射した光束は、図２に
おいて光軸ＡＸに関して対称な一対の面光源３２および
３４を形成する。

【００６２】したがって、第１変形例にかかる回折光学
装置６０では、第１軸線ＡＸ１および第３軸線ＡＸ３を
中心として第１回折光学部材６ａおよび第３回折光学部
材６ｃを回折方向が互いに一致するようにそれぞれ回転
させることにより、面光源３１の角度位置θ_Aおよび面
光源３３の角度位置（θ_A＋１８０度）を連続的に変化
させることができる。同様に、第２軸線ＡＸ２および第
４軸線ＡＸ４を中心として第２回折光学部材６ｂおよび
第４回折光学部材６ｄを回折方向が互いに一致するよう
にそれぞれ回転させることにより、面光源３２の角度位
置θ_Bおよび面光源３４の角度位置（θ_B＋１８０度）を
連続的に変化させることができる。

【００６３】すなわち、第１回折光学部材６ａ〜第４回
折光学部材６ｄをそれぞれ回転させることにより、マイ
クロレンズアレイ８の後側焦点面に形成される４極状の
二次光源を構成する各面光源の角度位置θ_Aおよびθ_Bを
独立的に且つ連続的に変化させることができる。第１変
形例では、回折光学装置６０においてある程度の光量損
失は発生するが、第１回折光学部材６ａ〜第４回折光学
部材６ｄが直交する二方向に沿って二次元的に配置され
ているので、マイクロレンズアレイ８への入射光束のテ
レセントリシティが実質的に崩れることなく、マスクＭ
上における（ひいてはウェハＷ上における）照明むらの
発生を防止することができる。

【００６４】図５は、第１実施形態の第２変形例にかか
る回折光学装置の構成を概略的に示す図である。図５に
示すように、第２変形例の回折光学装置６１は、光軸Ａ
Ｘを中心として回転可能に構成された第１回折光学部材
６１ａと、同じく光軸ＡＸを中心として回転可能に構成
され且つ光軸ＡＸに沿って第１回折光学部材６１ａと近
接して配置された第２回折光学部材６１ｂとから構成さ
れている。第１回折光学部材６１ａと第２回折光学部材
６１ｂとは、基本的に同じ構成を有する円形状の基板で
あって、その片側の面には複数（図５では９個）の同心
円によって規定された円形状および円環状の領域が形成
されている。

【００６５】ここで、円形状の領域の半径の寸法と円環
状の各領域の半径方向の寸法とは互いに等しく、たとえ
ばＬ＝０．５ｍｍ程度に設定されている。ただし、第１
回折光学部材６１ａでは、円形状または円環状の領域の
うち、中心から奇数番目の領域に回折作用面が形成され
ている。一方、第２回折光学部材６１ｂでは、円形状ま
たは円環状の領域のうち、中心から偶数番目の領域に回
折作用面が形成されている。なお、第１回折光学部材６
１ａおよび第２回折光学部材６１ｂには、第１実施形態
の回折光学装置６と同じ構成を有する回折作用面が形成
されている。すなわち、回折光学装置６１は、図６に示
すように、第１回折光学部材６１ａと第２回折光学部材
６１ｂとを光学的に合成した形態を有することになる。

【００６６】図５に示すように、回折光学装置６１に
は、ひいては第１回折光学部材６１ａおよび第２回折光
学部材６１ｂには、回折光学素子４への入射光束と相似
な正方形状の光束３７が入射する。そして、回折方向が
＋Ｘ軸に対してθ_Aの角度をなすように設定された第１
回折光学部材６１ａの回折作用面に入射した光束は、図
２において光軸ＡＸに関して対称な一対の面光源３１お
よび３３を形成する。一方、回折方向が＋Ｘ軸に対して
θ_Bの角度をなすように設定された第２回折光学部材６
１ｂの回折作用面に入射した光束は、図２において光軸
ＡＸに関して対称な一対の面光源３２および３４を形成
する。

【００６７】したがって、第２変形例にかかる回折光学
装置６１では、光軸ＡＸを中心として第１回折光学部材
６１ａを回転させることにより、面光源３１の角度位置
θ_Aおよび面光源３３の角度位置（θ_A＋１８０度）を連
続的に変化させることができる。同様に、光軸ＡＸを中
心として第２回折光学部材６１ｂを回転させることによ
り、面光源３２の角度位置θ_Bおよび面光源３４の角度
位置（θ_B＋１８０度）を連続的に変化させることがで
きる。すなわち、第１回折光学部材６１ａおよび第２回
折光学部材６１ｂをそれぞれ回転させることにより、マ
イクロレンズアレイ８の後側焦点面に形成される４極状
の二次光源を構成する各面光源の角度位置θ_Aおよびθ_B
を独立的に且つ連続的に変化させることができる。

【００６８】第２変形例では、図５に示すように、回折
作用に起因する光量損失を除き、回折光学装置６１にお
ける光量損失を実質的に回避することができる。また、
第１回折光学部材６１ａおよび第２回折光学部材６１ｂ
における回折作用面が同心円的に（二次元的に）配置さ
れているので、マイクロレンズアレイ８への入射光束の
テレセントリシティが実質的に崩れることなく、マスク
Ｍ上における（ひいてはウェハＷ上における）照明むら
の発生を防止することができる。

【００６９】なお、第２変形例では、第１回折光学部材
６１ａの中心軸線および第２回折光学部材６１ｂの中心
軸線を光軸ＡＸとほぼ一致させることが必要である。具
体的には、第１回折光学部材６１ａと第２回折光学部材
６１ｂとのアライメント誤差（芯出し誤差）を、Ｌ／２
０よりも小さく抑えることが好ましい。そして、第１回
折光学部材６１ａと第２回折光学部材６１ｂとのアライ
メント誤差（芯出し誤差）を、Ｌ／１００よりも小さく
抑えることがさらに好ましい。また、回折光学装置６１
における光量損失をできるだけ回避するために、第１回
折光学部材６１ａの回折作用面と第２回折光学部材６１
ｂの回折作用面とを対向させ、その光軸ＡＸに沿った間
隔を、（１／ＮＡ）×（Ｌ／２０）よりも小さく抑える
ことが好ましい。そして、この間隔を、（１／ＮＡ）×
（Ｌ／１００）よりも小さく抑えることがさらに好まし
い。ここで、上述したように、Ｌは円形状の領域の半径
の寸法または円環状の各領域の半径方向の寸法であり、
ＮＡは回折光学装置６１における回折角に対応する開口
数である。

【００７０】なお、上述の第１実施形態および各変形例
では、４極状の二次光源を構成する各面光源の角度位置
θ_Aおよびθ_Bを独立的に且つ連続的に変化させ、θ_A＋
θ_B＝１８０度の関係を維持しながら光軸ＡＸに関して
２回回転対称の形態を有する多様な４極状の二次光源を
形成しているが、θ_B＝θ_A＝９０度に設定することによ
り、Ｚ方向に沿った一対の面光源からなる２極状の二次
光源を形成することもできる。また、θ_B＝θ_A＝０度
（または１８０度）に設定することにより、Ｘ方向に沿
った一対の面光源からなる２極状の二次光源を形成する
こともできる。

【００７１】また、上述の第１実施形態および各変形例
では、４点状の光束をファーフィールドに形成する機能
を有する回折光学装置について説明したが、各点がある
程度の広がりを持つような４極状の光束をファーフィー
ルドに形成するように回折光学装置を構成することもで
きる。この場合、マイクロレンズアレイ８の入射面に
は、円と４極とのコンボリューションに基づく光強度分
布、すなわち光軸ＡＸを中心とした４極状の照野が形成
される。

【００７２】図７は、本発明の第２実施形態にかかる照
明光学装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図で
ある。また、図８は、一対のマイクロレンズアレイから
なる波面分割型オプティカルインテグレータの構成を概
略的に説明する図である。第２実施形態は、第１実施形
態と類似の構成を有する。しかしながら、第２実施形態
では、回折光学素子４とアフォーカルズームレンズ５と
からなる角度光束形成手段に代えて、一対の光学素子ア
レイからなる波面分割型のオプティカルインテグレータ
を角度光束形成手段として用いている点が、第１実施形
態と相違している。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。

【００７３】図７を参照すると、ミラー３と回折光学装
置６との間の光路中には、正屈折力の微小レンズからな
る第１マイクロレンズアレイ（または第１フライアイレ
ンズ：第１光学素子アレイ）４０ａと正屈折力の微小レ
ンズからなる第２マイクロレンズアレイ（または第２フ
ライアイレンズ：第２光学素子アレイ）４０ｂとで構成
されたマイクロレンズアレイ群（またはフライアイレン
ズ群）４０が配置されている。マイクロレンズアレイ４
０ａおよび４０ｂを構成する各微小レンズはともに正六
角形状または矩形状の断面を有し、そのサイズは同じで
ある。また、マイクロレンズアレイ４０ａおよび４０ｂ
は、図８に示すように、マイクロレンズアレイ群４０の
後側焦点面４０ｃが実質的に移動しないように、光軸に
沿ってそれぞれ移動可能に構成されている。

【００７４】換言すれば、第１マイクロレンズアレイ４
０ａと第２マイクロレンズアレイ４０ｂとの間隔は可変
であり、マイクロレンズアレイ群４０は焦点距離が可変
の波面分割型オプティカルインテグレータを構成してい
る。マイクロレンズアレイ群４０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２５に
より行われる。なお、マイクロレンズアレイ群４０は、
その後側焦点面４０ｃが回折光学装置６の入射面（すな
わち第１回折光学部材６ａおよび第２回折光学部材６ｂ
の入射面：第１の所定面）またはその近傍に位置するよ
うに配置されている。

【００７５】第２実施形態では、マイクロレンズアレイ
群４０に入射した矩形状のほぼ平行光束が二次元的に波
面分割され、その後側焦点面４０ｃに矩形状の実質的な
面光源（多数の光源からなる全体的に矩形状の面光源）
が形成される。マイクロレンズアレイ群４０の後側焦点
面４０ｃに形成された矩形状の面光源からの光束は、回
折光学装置６およびズームレンズ７を介して、マイクロ
レンズアレイ８の入射面に、正六角形または矩形円と４
点とのコンボリューションに基づく光強度分布、すなわ
ち光軸ＡＸを中心とした４つの正六角形状または矩形状
の照野からなる４極状の照野を形成する。

【００７６】こうして、マイクロレンズアレイ８の後側
焦点面には、マイクロレンズアレイ８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４つの正六角形状
または矩形状の実質的な面光源からなる４極状の二次光
源が形成される。第２実施形態では、第１マイクロレン
ズアレイ４０ａと第２マイクロレンズアレイ４０ｂとの
間隔を変化させて、マイクロレンズアレイ群４０の焦点
距離を変化させることにより、４つの面光源の各中心と
光軸ＡＸとの距離ｒを変化させることなく、各面光源の
大きさφを変化させることができる。

【００７７】また、ズームレンズ７の焦点距離を変化さ
せることにより、距離ｒおよび大きさφをともに変化さ
せて、４極状の二次光源を相似的に拡大または縮小させ
ることができる。さらに、回折光学装置６において第１
回折光学部材６ａおよび第２回折光学部材６ｂの回転角
度をそれぞれ変化させることにより、各面光源の角度位
置を独立的に且つ連続的に変化させることができる。こ
うして、第２実施形態においても、第１実施形態よりも
さらに簡素な構成にしたがって、４極状の二次光源を構
成する各面光源の角度位置を独立的に且つ連続的に変化
させ、光軸に関して２回回転対称の形態を有する多様な
４極状の二次光源を形成し、被照射面上の直交する二方
向で最適な照明条件を実現することができる。

【００７８】なお、第２実施形態では、第１実施形態と
同様に回折光学装置６を用いているが、第１変形例と同
様に回折光学装置６０を用いてマイクロレンズアレイ８
への入射光束のテレセントリシティの崩れを実質的に回
避し、マスクＭ上における（ひいてはウェハＷ上におけ
る）照明むらの発生を防止することもできる。また、第
２変形例と同様に回折光学装置６１を用いて、照明むら
の発生を防止するとともに、回折光学装置６１における
光量損失を抑制することもできる。

【００７９】また、第２実施形態では、第１マイクロレ
ンズアレイ４０ａおよび第２マイクロレンズアレイ４０
ｂがともに正屈折力の微小レンズから構成されている
が、いずれか一方のマイクロレンズアレイを負屈折力の
微小レンズで構成することもできる。さらに、第２実施
形態では、２つのマイクロレンズアレイにより焦点距離
が可変のマイクロレンズアレイ群を構成しているが、３
つ以上のマイクロレンズアレイでマイクロレンズアレイ
群を構成することもできる。

【００８０】さて、上述の各実施形態並びに各変形例で
は、回折光学部材が図３（ｂ）に示すような位相型で２
段に近似（バイナリー近似）された回折作用面を有して
いたが、その代わりに、光量損失を厭わなければ振幅型
の回折作用面を有するものであってもかまわない。ま
た、回折作用面を位相型とする場合には、回折作用面に
おける近似レベルを４段としても良く、また８段として
も良い。また、回折作用面にブレーズ化された（鋸歯状
断面を持つ）回折面を形成しても良い。

【００８１】また、上述の各実施形態並びに各変形例で
は、入射光束を４つの光束に変換してファーフィールド
に４点状または４極状の光束を形成するための回折光学
部材を用いたが、屈折光学部材を用いることも可能であ
る。この場合、各実施形態並びに各変形例の回折光学部
材における回折作用面を、図９に示す形状の屈折作用面
とすれば良い。図９は、上述の各実施形態並びに各変形
例に適用される屈折光学部材の構成を示す図であり、図
９（ａ）は屈折作用面の断面図、図９（ｂ）は屈折作用
面の一部の斜視図である。

【００８２】図９に示すように、屈折光学部材の屈折作
用面は、回折光学部材の回折作用面の溝方向と同じ方向
に延びた稜線を持つ屋根型プリズムを、当該溝方向と直
交する１次元方向に稠密に配置した屋根型プリズムアレ
イの形状を有している。このような屋根型プリズムアレ
イは、マイクロレンズアレイや回折光学素子と同様にた
とえば光透過性基板（石英、蛍石など）をエッチングす
ることにより得られる。

【００８３】図９（ａ）に示すように、屋根型プリズム
アレイの斜面と光軸直交面とのなす角度をαとし、屋根
型プリズムアレイが形成されている光透過性基板の屈折
率をｎとするとき、屋根型プリズムアレイにより屈折さ
れる光線の屈折角θは、おおむね、θ≒（ｎ−１）αの
関係を満足する。

【００８４】一例を挙げると、露光光の波長λが１９３
ｎｍである場合、屋根型プリズムアレイのピッチｄ＝
０．１ｍｍ、光透過性基板の屈折率ｎ＝１．５６、屋根
型プリズムアレイの角度α＝７°、屋根型プリズムアレ
イの段差（サグ量）Δ＝６．２μｍに設定すると、屈折
角θ＝４°が得られる。なお、屋根型プリズムアレイの
頂角は１８０−２αであることは言うまでもない。

【００８５】このように、上述の各実施形態並びに変形
例における回折光学装置の回折作用面をたとえば屋根型
プリズムアレイからなる屈折作用面として屈折光学装置
とすると、光利用効率が高いという利点がある。例え
ば、回折光学装置の回折作用面をバイナリー近似された
位相型回折光学素子とする場合には、製造誤差による光
量ロスを無視しても約８０％程度の回折効率しか得られ
ないが、上述のような屈折光学装置とすれば（光透過部
材の材料内部や反射防止コートの吸収や屈折光学装置の
屈折面での表面反射の影響、製造誤差による影響を除く
と）ほぼ１００％の光利用効率が得られる。

【００８６】さて、上述の第２変形例では、第１回折光
学部材６１ａと第２回折光学部材６１ｂとが照明光学装
置の光軸ＡＸを中心として回転可能に設けられている
が、これら第１回折光学部材および第２回折光学部材の
回転軸は光軸ＡＸと異なっていても良い。

【００８７】図１０は、第３変形例にかかる回折光学装
置の構成を概略的に示す図である。図１０に示すよう
に、第３変形例の回折光学装置６２は、光軸ＡＸと平行
な回転軸ＡＸ６を中心として回転可能に構成された第１
回折光学部材６２ａと、同じく回転軸ＡＸ６を中心とし
て回転可能に構成され且つ回転軸ＡＸ６に沿って第１回
折光学部材と近接して配置された第２回折光学部材６２
ｂとから構成されている。

【００８８】図１０に斜線で示すとおり、第１回折光学
部材６２ａは、第２変形例における第１回折光学部材６
１ａの複数の円形状および円環状の領域内に位置する回
折作用面を扇形に切り取った形状の回折作用面を有す
る。第２回折光学部材６２ｂは、第２変形例における第
２回折光学部材６１ｂの複数の円形状および円環状の領
域内に位置する回折作用面を扇形に切り取った形状の回
折作用面を有する。第２変形例と同様に、第１回折光学
部材６２ａでは中心から奇数番目の領域に回折作用面が
形成されており、第２回折光学部材６２ｂでは中心から
偶数番目の領域に回折作用面が形成されている。図１１
に示すように、回折光学装置６２は、第１回折光学部材
６２ａと第２回折光学部材６２ｂとを光学的に合成した
形態を有する。

【００８９】図１０に戻って、回折光学装置６２には、
ひいては第１回折光学部材６２ａおよび第２回折光学部
材６２ｂには、長方形状の光束３８が入射する。そし
て、第２変形例と同様に、回折方向が＋Ｘ軸に対してθ
_Aの角度をなすように設定された第１回折光学部材６２
ａの回折作用面に入射した光束は、図２において光軸Ａ
Ｘに対してほぼ対称な一対の面光源３１および３３を形
成する。一方、回折方向がＸ軸に対してθ_Bをなすよう
に設定された第２回折光学部材６２ｂの回折作用面に入
射した光束は、図２において光軸ＡＸに関して対称な一
対の面光源３２および３４を形成する。

【００９０】さて、４極照明では、一般的に光軸ＡＸに
関して２回回転対称の形態を有する４極状の二次光源を
形成するため、図２における面光源３１乃至３４の角度
位置θ_A、θ_B、（θ_A＋１８０度）、（θ_B＋１８０度）
は、それぞれ０°＜θ_A＜９０°、９０°＜θ_B＜１８０
°であれば良い。したがって、第１回折光学部材６２ａ
と第２回折光学部材６２ｂとに要求される回転角はとも
に９０度となる。

【００９１】図１１（ａ）には、第１回折光学部材６２
ａの回転角θ_Aと第２回折光学部材６２ｂの回転角θ_Bと
が９０°をなす状態、すなわち第１回折光学部材６２ａ
の扇形の回折作用面と第２回折光学部材６２ｂの回折作
用面とが重なった状態を示し、図１１（ｂ）には、第１
回折光学部材６２ａの回転角θ_Aと第２回折光学部材６
２ｂの回転角θ_Bとが同方向である状態を示す。

【００９２】図１０および図１１に示したように、回折
光学部材の回転軸ＡＸ６を光軸ＡＸに対して平行移動さ
せることにより、中心角が（９０°＋γ度）の扇形の領
域内のみに各回折光学部材６２ａおよび６２ｂの回折作
用面を形成すれば良いことが分かる。なお、上記角度γ
は、入射光束３８の大きさや形状、および回転軸ＡＸ６
に対する入射光束の偏心量（回転軸ＡＸ６と光軸ＡＸと
の距離に対応）に応じて求まる。

【００９３】このように、第３変形例にかかる回折光学
装置６２においても、回転軸ＡＸ６を中心として第１回
折光学部材６２ａを回転させることにより、図２の面光
源３１の角度位置θ_Aおよび面光源３３の角度位置（θ_A
＋１８０度）を連続的に変化させることができる。同様
に、回転軸ＡＸ６を中心として第２回折光学部材６２ｂ
を回転させることにより、図２の面光源３２の角度位置
θ_Bおよび面光源３４の角度位置（θ_B＋１８０度）を連
続的に変化させることができる。すなわち、第２変形例
と同様に、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面に形成
される４極状の二次光源を構成する各面光源の角度位置
θ_Aおよびθ_Bを独立的に且つ連続的に変化させることが
できる。このとき、図１０および図１１からも明らかな
通り、回折光学装置６２における光量損失を実質的に回
避することができる。

【００９４】図１０に戻って、第３変形例の第１回折光
学部材６２ａおよび第２回折光学部材６２ｂの扇形領域
以外の領域には、別の照明条件用の回折光学素子または
屈折光学素子を設けることができる。たとえば１０
（ａ）に示す第１回折光学部材６２ａには、光透過部６
３ａと複数の回折光学素子（屈折光学素子）６４ａ〜６
４ｄとが設けられており、図１０（ｂ）に示す第２回折
光学部材６２ｂには、光透過部６３ｂと複数の回折光学
素子（屈折光学素子）６４ｅ〜６４ｈとが設けられてい
る。ここで、回折光学素子としては、入射光束を回折さ
せて回折光学素子のファーフィールドにおいて２点状や
４点状などの多点状、リング状の光束に変換するものを
用いることが可能である。

【００９５】ここで、回折光学素子４によって回折光学
装置６２に所定の角度分布を持つ光束が入射するため、
入射光束を２点状に変換する回折光学素子が照明光路に
設定された場合には、マイクロレンズアレイ８の入射面
において２極状の照野が形成され、入射光束を４点状に
変換する回折光学素子が照明光路に設定された場合に
は、マイクロレンズアレイ８の入射面において４極状の
照野が形成され、入射光束をリング状に変換する回折光
学素子が照明光路に設定された場合には、マイクロレン
ズアレイ８の入射面において輪帯状の照野が形成され
る。

【００９６】このとき、第１回折光学部材６２ａに設け
られた回折光学素子（屈折光学素子）６４ａ〜６４ｄの
何れかを用いる（何れかを照明光路に設定する）場合、
第２回折光学部材６２ｂにおいては光透過部６３ｂが照
明光路に設定される。また、第２回折光学部材６２ｂに
設けられた回折光学素子（屈折光学素子）６４ｅ〜６４
ｈの何れかを用いる（何れかを照明光路に設定する）場
合には、第１回折光学部材６２ａの光透過部６３ａが照
明光路に設定される。そして、第１回折光学部材６２ａ
の光透過部６３ａおよび第２回折光学部材６２ｂの光透
過部６３ｂを照明光路に設定すれば、回折作用を無効
に、すなわち素抜けにできる。この場合には、マイクロ
レンズアレイ８の入射面において円形状の照野が形成さ
れ、マイクロレンズアレイ８が円形状の二次光源を形成
して、通常の円形照明を行うことができる。

【００９７】なお、図１１から明らかな通り、第１回折
光学部材６２ａにおける最も中心側の回折作用面と、第
２回折光学部材６２ｂにおける最も中心側の回折作用面
とに関しては、入射光束３８が通過する領域と重複しな
いため、これらの回折作用面を設けなくとも良い。ま
た、図１０および図１１に示した第３変形例の回折光学
装置６２においては、回折光学装置６２に長方形状の光
束３８が入射するとしたが、この入射光束は長方形には
限られず、前述の実施形態のように正方形であっても良
いし、どのような形状であっても良い。

【００９８】なお、図１０および図１１に示した第３変
形例の回折光学装置６２においても、図９に示した変形
例と同様に、屈折作用面を有する屈折光学装置に変形し
ても良い。また、図１０および図１１に示した第３変形
例の回折光学装置６２では、各回折光学部材６２ａ、６
２ｂの１つの扇形領域内に回折作用面を設けたが、各々
の回折光学部材６２ａ、６２ｂに複数の回折作用面を含
む扇形領域を設けることも可能である。この場合には、
それぞれの回折光学部材６２ａ、６２ｂにおける扇形領
域毎に回折作用面のピッチが異なるもの（屈折光学部材
の場合は光線の屈折角が異なるもの）を設けておくこと
が好ましい。

【００９９】上述の各実施形態にかかる露光装置では、
照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照
明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写
用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）こと
により、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液
晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができ
る。以下、上述の各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１２のフローチャート
を参照して説明する。

【０１００】先ず、図１２のステップ３０１において、
１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステッ
プ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上
にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０
３において、上述の各実施形態の露光装置を用いて、マ
スク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その
１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写さ
れる。その後、ステップ３０４において、その１ロット
のウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステ
ップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジス
トパターンをマスクとしてエッチングを行うことによっ
て、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各
ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に
上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによっ
て、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導
体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パター
ンを有する半導体デバイスをスループット良く得ること
ができる。

【０１０１】また、上述の各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１３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１３において、パタ
ーン形成工程４０１では、上述の各実施形態の露光装置
を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗
布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグ
ラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程
によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パ
ターンが形成される。その後、露光された基板は、現像
工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を
経ることによって、基板上に所定のパターンが形成さ
れ、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

【０１０２】次に、カラーフィルター形成工程４０２で
は、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３
つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、
またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組
を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形
成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後
に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立
て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られ
た所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用い
て液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て
工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて
得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター
形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に
液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。

【０１０３】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。

【０１０４】なお、上述の各実施形態においては、マイ
クロレンズアレイ８を介して形成された４極状の二次光
源からの光を、導光光学系としてのコンデンサー光学系
９によって集光して、重畳的にマスクＭを照明する構成
となっている。しかしながら、コンデンサー光学系９と
マスクＭとの間に、照明視野絞り（マスクブラインド）
と、この照明視野絞りの像をマスクＭ上に形成するリレ
ー光学系とを配置しても良い。この場合、導光光学系
は、コンデンサー光学系９とリレー光学系とから構成さ
れ、コンデンサー光学系９は二次光源からの光を集光し
て重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー
光学系は照明視野絞りの開口部（光透過部）の像をマス
クＭ上に形成することになる。

【０１０５】また、上述の各実施形態においては、４極
状の二次光源を形成するためのオプティカルインテグレ
ータとしてマイクロレンズアレイ８を用いているが、波
面分割型のインテグレータであるマイクロレンズアレイ
８に代えて、内面反射型のオプティカルインテグレータ
としてのロッド型インテグレータを用いることもでき
る。この場合、第２光学系としてのズームレンズ７より
もマスクＭ側に集光光学系を追加して回折光学装置６の
共役面を形成し、この共役面近傍に入射端が位置決めさ
れるようにロッド型インテグレータを配置する。

【０１０６】また、このロッド型インテグレータの射出
端面または射出端面近傍に配置される照明視野絞りの像
をマスクＭ上に形成するためのリレー光学系を配置す
る。この構成の場合、第２の所定面はズームレンズ７と
上記集光光学系との合成光学系の瞳面となり、二次光源
はリレー光学系の瞳面に形成される（二次光源の虚像は
ロッド型インテグレータの入射端近傍に形成される）。
また、ロッド型インテグレータからの光束をマスクＭへ
導くためのリレー光学系が導光光学系となる。

【０１０７】さらに、上述の各実施形態では、照明光学
装置を備えた投影露光装置を例にとって本発明を説明し
たが、マスク以外の被照射面を照明するための一般的な
照明光学装置に本発明を適用することができることは明
らかである。

【０１０８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の照明光学
装置では、所定の構成を有する回折光学装置（屈折光学
装置）の作用により、照明瞳面に形成される４極状の二
次光源を構成する各面光源の角度位置を独立的に且つ連
続的に変化させることができる。その結果、アキシコン
系を用いることなく簡素な構成にしたがって、光軸に関
して２回回転対称の形態を有する多様な４極状の二次光
源を形成し、被照射面上の直交する二方向で互いに異な
る照明条件を実現することができる。

【０１０９】また、本発明の照明光学装置が組み込まれ
た露光装置および本発明の照明光学装置を用いた露光方
法では、光軸に関して２回回転対称の形態を有する多様
な４極状の二次光源を形成し、被照射面上の直交する二
方向で互いに異なる照明条件を実現することのできる照
明光学装置を用いて、マスクに最適な照明条件のもと
で、感光性基板上にマスクパターンを忠実に転写するこ
とができる。さらに、感光性基板上にマスクパターンを
忠実に転写することのできる本発明の露光装置および露
光方法を用いて、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】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】マイクロレンズアレイの後側焦点面に形成され
る４極状の二次光源の構成を概略的に示す図である。

【図３】第１実施形態における回折光学装置の構成を概
略的に示す図である。

【図４】第１実施形態の第１変形例にかかる回折光学装
置の構成を概略的に示す図である。

【図５】第１実施形態の第２変形例にかかる回折光学装
置の構成を概略的に示す図である。

【図６】第２変形例にかかる回折光学装置において第１
回折光学部材と第２回折光学部材とを光学的に合成した
形態を示す図である。

【図７】本発明の第２実施形態にかかる照明光学装置を
備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。

【図８】一対のマイクロレンズアレイからなる波面分割
型オプティカルインテグレータの構成を概略的に説明す
る図である。

【図９】各実施形態並びに変形例にかかる回折光学装置
を屈折光学装置とした際の構成を概略的に示す図であ
る。

【図１０】第３変形例にかかる回折光学装置の構成を概
略的に示す図である。

【図１１】第３変形例にかかる回折光学装置において第
１回折光学部材と第２回折光学部材とを光学的に合成し
た形態を示す図である。

【図１２】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１３】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得
る際の手法のフローチャートである。

【符号の説明】

１光源４回折光学素子５アフォーカルズームレンズ６，６０，６１，６２回折光学装置７ズームレンズ８マイクロレンズアレイ９コンデンサー光学系４０マイクロレンズアレイ群４０ａ，４０ｂマイクロレンズアレイ（光学素子アレ
イ）ＭマスクＰＬ投影光学系Ｗウェハ２０入力手段２１制御系２２〜２４駆動系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被照射面を照明する照明光学系に用いら
れて、４極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面
に形成するために入射光束を４つの光束に変換する回折
光学装置において、前記照明光学系の光軸にほぼ平行な第１軸線を中心とし
て回転可能に構成された第１回折光学部材と、前記光軸
にほぼ平行な第２軸線を中心として回転可能に構成され
且つ前記光軸との直交面に沿って前記第１回折光学部材
と隣り合うように配置された第２回折光学部材とを備え
ていることを特徴とする回折光学装置。
【請求項２】前記直交面において、前記第１軸線と前
記第２軸線とは前記光軸に関してほぼ対称な位置関係を
有することを特徴とする請求項１に記載の回折光学装
置。
【請求項３】前記光軸にほぼ平行な第３軸線を中心と
して回転可能に構成され且つ前記直交面に沿って前記第
１回折光学部材または前記第２回折光学部材と隣り合う
ように配置された第３回折光学部材と、前記光軸にほぼ
平行な第４軸線を中心として回転可能に構成され且つ前
記直交面に沿って前記第３回折光学部材と隣り合い且つ
前記第２回折光学部材または前記第１回折光学部材と隣
り合うように配置された第４回折光学部材とをさらに備
えていることを特徴とする請求項１または２に記載の回
折光学装置。
【請求項４】前記直交面において前記第１軸線と前記
第２軸線と前記第３軸線と前記第４軸線とを結ぶ四角形
は前記光軸を中心としたほぼ正方形を形成することを特
徴とする請求項３に記載の回折光学装置。
【請求項５】被照射面を照明する照明光学系に用いら
れて、４極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面
に形成するために入射光束を４つの光束に変換する回折
光学装置において、前記照明光学系の光軸にほぼ平行な所定の軸線を中心と
して回転可能に構成された第１回折光学部材と、前記所
定の軸線を中心として回転可能に構成された第２回折光
学部材とを備え、前記第１回折光学部材および前記第２回折光学部材に
は、複数の同心円によって規定された円形状および円環
状の領域の少なくとも一部がほぼ同じように形成され、前記第１回折光学部材では、前記円形状または円環状の
領域のうち、中心から奇数番目の領域に回折作用面が形
成され、前記第２回折光学部材では、前記円形状または円環状の
領域のうち、中心から偶数番目の領域に回折作用面が形
成されていることを特徴とする回折光学装置。
【請求項６】前記円形状の領域の半径の寸法と前記円
環状の各領域の半径方向の寸法とは互いにほぼ等しいこ
とを特徴とする請求項５に記載の回折光学装置。
【請求項７】前記第１回折光学部材および前記第２回
折光学部材には、複数の同心円によって規定された円形
状および円環状の領域の全部がほぼ同じように形成され
ていることを特徴とする請求項５または６に記載の回折
光学装置。
【請求項８】前記第１回折光学部材および前記第２回
折光学部材には、複数の同心円によって規定された円形
状または円環状の領域の一部が形成され、前記第１回折光学部材および前記第２回折光学部材のう
ちの少なくとも一方における前記円形状または円環状の
領域とは異なる箇所には、前記入射光束を所定の光束に
変換するための回折面または屈折面が形成されているこ
とを特徴とする請求項５または請求項６に記載の回折光
学装置。
【請求項９】被照射面を照明する照明光学系に用いら
れて、４極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面
に形成するために入射光束を４つの光束に変換する屈折
光学装置において、前記照明光学系の光軸にほぼ平行な第１軸線を中心とし
て回転可能に構成された第１屈折光学部材と、前記光軸
にほぼ平行な第２軸線を中心として回転可能に構成され
且つ前記光軸との直交面に沿って前記第１屈折光学部材
と隣り合うように配置された第２屈折光学部材とを備え
ていることを特徴とする屈折光学装置。
【請求項１０】前記直交面において、前記第１軸線と
前記第２軸線とは前記光軸に関してほぼ対称な位置関係
を有することを特徴とする請求項９に記載の屈折光学装
置。
【請求項１１】前記光軸にほぼ平行な第３軸線を中心
として回転可能に構成され且つ前記直交面に沿って前記
第１屈折光学部材または前記第２屈折光学部材と隣り合
うように配置された第３屈折光学部材と、前記光軸にほ
ぼ平行な第４軸線を中心として回転可能に構成され且つ
前記直交面に沿って前記第３屈折光学部材と隣り合い且
つ前記第２屈折光学部材または前記第１屈折光学部材と
隣り合うように配置された第４屈折光学部材とをさらに
備えていることを特徴とする請求項９または１０に記載
の屈折光学装置。
【請求項１２】前記直交面において前記第１軸線と前
記第２軸線と前記第３軸線と前記第４軸線とを結ぶ四角
形は前記光軸を中心としたほぼ正方形を形成することを
特徴とする請求項１２に記載の屈折光学装置。
【請求項１３】被照射面を照明する照明光学系に用い
られて、４極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳
面に形成するために入射光束を４つの光束に変換する屈
折光学装置において、前記照明光学系の光軸にほぼ平行な所定の軸線を中心と
して回転可能に構成された第１屈折光学部材と、前記所
定の軸線を中心として回転可能に設けられた第２屈折光
学部材とを備え、前記第１屈折光学部材および前記第２屈折光学部材に
は、複数の同心円によって規定された円形状または円環
状の領域の少なくとも一部がほぼ同じように形成され、前記第１屈折光学部材では、前記円形状または円環状の
領域のうち、中心から奇数番目の領域に屈折作用面が形
成され、前記第２屈折光学部材では、前記円形状または円環状の
領域のうち、中心から偶数番目の領域に屈折作用面が形
成されていることを特徴とする屈折光学装置。
【請求項１４】前記円形状の領域の半径の寸法と前記
円環状の各領域の半径方向の寸法とは互いにほぼ等しい
ことを特徴とする請求項１３に記載の屈折光学装置。
【請求項１５】前記第１屈折光学部材および前記第２
屈折光学部材には、複数の同心円によって規定された円
形状または円環状の領域の全部がほぼ同じように形成さ
れていることを特徴とする請求項１３または請求項１４
に記載の屈折光学装置。
【請求項１６】前記第１屈折光学部材および前記第２
屈折光学部材には、複数の同心円によって規定された円
形状または円環状の領域の一部が形成され、前記第１屈折光学部材および前記第２屈折光学部材のう
ちの少なくとも一方における前記円形状または円環状の
領域とは異なる箇所には、前記入射光束を所定の光束に
変換するための回折作用面または屈折作用面が形成され
ていることを特徴とする請求項１３または請求項１４に
記載の屈折光学装置。
【請求項１７】前記第１屈折光学部材および前記第２
屈折光学部材の前記領域内の前記屈折作用面には、プリ
ズムアレイが形成されていることを特徴とする請求項１
３乃至１６のいずれか１項に記載の屈折光学装置。
【請求項１８】被照射面を照明する照明光学装置にお
いて、４極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成
するために、入射光束を４つの光束に変換して前記光軸
を中心とした４点状または４極状の光束をファーフィー
ルドに形成する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の
回折光学装置または請求項９乃至１７のいずれか１項に
記載の屈折光学装置を備えていることを特徴とする照明
光学装置。
【請求項１９】光束を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束を、光軸に対して様々な角度成
分を有する光束に変換して、第１の所定面へ入射させる
ための角度光束形成手段と、前記第１の所定面に入射した前記様々な角度成分を有す
る光束に基づいて、前記光軸を中心とした４つの照野を
第２の所定面上に形成するために前記回折光学装置また
は前記屈折光学装置を含む照野形成手段と、前記第２の所定面上に形成された前記４つの照野からの
光束に基づいて、前記４つの照野とほぼ同じ光強度分布
を有する４極状の二次光源を形成するためのオプティカ
ルインテグレータと、前記オプティカルインテグレータからの光束を前記被照
射面へ導くための導光光学系とを備えていることを特徴
とする請求項１８に記載の照明光学装置。
【請求項２０】前記角度光束形成手段は、前記光源手
段からのほぼ平行な光束を、前記光軸に対して様々な角
度で発散する光束に変換するための発散光束形成素子
と、前記発散光束形成素子を介して形成された発散光束
を集光して前記第１の所定面へ導くための第１光学系と
を有することを特徴とする請求項１９に記載の照明光学
装置。
【請求項２１】前記第１光学系は、前記二次光源とし
て形成される４つの面光源の各中心と前記光軸との距離
を変化させることなく各面光源の大きさを変化させるた
めの第１変倍光学系を有することを特徴とする請求項２
０に記載の照明光学装置。
【請求項２２】前記第１変倍光学系は、前記発散光束
形成素子と前記第１の所定面とを光学的にほぼ共役に結
ぶアフォーカルズームレンズを有することを特徴とする
請求項２１に記載の照明光学装置。
【請求項２３】前記角度光束形成手段は、二次元状に
配列された複数の第１単位光学素子を有する第１光学素
子アレイと、前記複数の第１単位光学素子と光学的に対
応するように配置された複数の第２単位光学素子を有す
る第２光学素子アレイとから構成された波面分割型オプ
ティカルインテグレータを有し、前記波面分割型オプティカルインテグレータの後側焦点
面は前記第１の所定面またはその近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１９に記載の照明光学装置。
【請求項２４】前記二次光源として形成される４つの
面光源の各中心と前記光軸との距離を変化させることな
く各面光源の大きさを変化させるために、前記第１光学
素子アレイと前記第２光学素子アレイとの間隔が可変に
構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の照
明光学装置。
【請求項２５】前記回折光学装置または前記屈折光学
装置からの光束を前記第２の所定面へ導くための第２光
学系を備えていることを特徴とする請求項１９乃至２４
のいずれか１項に記載の照明光学装置。
【請求項２６】前記第２光学系は、前記二次光源を相
似的に拡大または縮小させるための第２変倍光学系を有
することを特徴とする請求項２５に記載の照明光学装
置。
【請求項２７】前記第２変倍光学系は、前記回折光学
装置または前記屈折光学装置と前記第２の所定面とを実
質的にフーリエ変換の関係に結ぶズームレンズを有する
ことを特徴とする請求項２６に記載の照明光学装置。
【請求項２８】請求項１８乃至２７のいずれか１項に
記載の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマス
クのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光
学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２９】請求項１８乃至２７のいずれか１項に
記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明され
た前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上
に投影露光することを特徴とする露光方法。