JP2003270420A

JP2003270420A - 回折光学素子、屈折光学素子、照明光学装置、露光装置および露光方法

Info

Publication number: JP2003270420A
Application number: JP2002324724A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Goto; 明弘後藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2003-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】被照射面および照明瞳面において実質的に均
一な輪帯状の照度分布を形成することのできる回折光学
素子を含み、光量損失を抑えつつ良好な輪帯照明を行う
ことのできる照明光学装置。【解決手段】被照射面（Ｍ，Ｗ）を照明する照明光学
装置。輪帯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、入射光束を円環状の光束に変換する
ための回折光学素子（６）を備えている。回折光学素子
は、互いにほぼ同じ形状を有するリング状回折格子が形
成された第１基本回折素子と第２基本回折素子とを備え
ている。第１基本回折素子および第２基本回折素子で
は、その外形形状の中心に対してリング状回折格子の中
心が第１方向および第２方向に沿ってそれぞれ偏芯して
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、回折光学素子、屈
折光学素子、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フライアイレンズに入射し、
その後側焦点面に多数の光源像からなる二次光源を形成
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。開口絞りは、所望
の照明条件（露光条件）に応じて、二次光源の形状また
は大きさを所望の形状または大きさに制限する。

【０００３】コンデンサーレンズにより集光された光束
は、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明
する。マスクのパターンを透過した光は、投影光学系を
介してウェハ上に結像する。こうして、ウェハ上には、
マスクパターンが投影露光（転写）される。なお、マス
クに形成されたパターンは高集積化されており、この微
細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上に
おいて均一な照度分布を得ることが不可欠である。

【０００４】近年においては、フライアイレンズの射出
側に配置された開口絞りの開口部（光透過部）の大きさ
を変化させることにより、フライアイレンズにより形成
される二次光源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射出側に配置された開口絞りの
開口部の形状を輪帯状や四つ穴状（すなわち４極状）に
設定することにより、フライアイレンズにより形成され
る二次光源の形状を輪帯状や４極状に制限して、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】上述のように、従来技
術では、二次光源の形状を輪帯状や４極状に制限して変
形照明（輪帯照明や４極照明）を行うために、フライア
イレンズにより形成された比較的大きな二次光源からの
光束を輪帯状や４極状の開口部を有する開口絞りによっ
て制限している。換言すると、従来技術における輪帯照
明や４極照明では、二次光源からの光束の相当部分が開
口絞りで遮蔽され、照明（露光）に寄与することがな
い。その結果、開口絞りにおける光量損失により、マス
クおよびウェハ上での照度が低下し、露光装置としての
スループットも低下するという不都合があった。

【０００６】そこで、上述の不都合を解消するために、
本出願人は、たとえば特開２０００−１８２９３３号公
報において、光量損失を実質的に発生させることなく輪
帯状の二次光源を形成する技術を提案している。図１１
は、特開２０００−１８２９３３号公報に開示された従
来の照明光学装置の要部構成を概略的に示す図である。
図１１を参照すると、従来の照明光学装置では、プリズ
ム部材（または回折光学素子）１０１ｂを用いて、光源
（不図示）からの光束を輪帯状の光束に変換する。

【０００７】プリズム部材１０１ｂにより形成された輪
帯状の光束は、レンズ群１０２および１０３を有する集
光光学系を介して、第１オプティカルインテグレータと
しての第１フライアイレンズ１０４に、光軸ＡＸに対し
てほぼ対称に斜め方向から入射する。第１フライアイレ
ンズ１０４を介した光束は、リレー光学系１０５を介し
て、第２オプティカルインテグレータとしての第２フラ
イアイレンズ１０６に入射する。

【０００８】ここで、図１２に示すように、プリズム部
材１０１ｂの入射面ＰＬ１に光軸ＡＸを中心とした円形
状の光束が入射すると、集光光学系（１０２，１０３）
の瞳面ＰＬ２には光軸ＡＸを中心としたリング状（幅の
ない円環状）の光束が形成される。一方、第１フライア
イレンズ１０４は、図１３に示すように、縦横に且つ稠
密に配列された正六角形状（光軸ＡＸに垂直な面内にお
ける断面形状）の正屈折力を有する多数のレンズエレメ
ント１０４ａから構成されている。

【０００９】したがって、図１２に示すように、第１フ
ライアイレンズ１０４の１つのレンズエレメント１０４
ａを介した光束は、第２フライアイレンズ１０６の入射
面ＰＬ３において正六角形状の光束を形成する。そし
て、最終的に第２フライアイレンズ１０６の入射面ＰＬ
３に形成される輪帯状の照野は、この正六角形状の光束
を光軸ＡＸを中心とした仮想的な円Ｃ１上に重畳させた
ものとなる。さらに、第２フライアイレンズ１０６の後
側焦点面ＰＬ４には、第２フライアイレンズ１０６の入
射面ＰＬ３に形成される輪帯状の照野とほぼ同じ光強度
分布を有する輪帯状の実質的な面光源（多数の光源から
なる全体的に輪帯状の面光源）からなる二次光源が形成
される。

【００１０】第２フライアイレンズ１０６の入射面ＰＬ
３に形成される輪帯状の照野は、プリズム部材１０１ｂ
に入射する光束の照度分布が均一であり且つその入射光
束の断面形状が円形状である場合、図１４に示すような
照度分布を呈する。図１４を参照すると、第２フライア
イレンズ１０６の入射面ＰＬ３において光軸ＡＸを中心
としたほぼ輪帯状の照野が形成されるが、輪帯状の照野
の周方向に沿った６点において照度ピークを有する不均
一な（光軸ＡＸに関して３回回転対称の）照度分布とな
っていることがわかる。

【００１１】以下、図１５を参照して、第２フライアイ
レンズ１０６の入射面ＰＬ３に形成される輪帯状の照野
の照度分布が不均一になる原因を説明する。図１５
（ａ）において、参照符号Ｃ１は、第２フライアイレン
ズ１０６の入射面ＰＬ３に形成された輪帯状の照野内に
設定した光軸ＡＸを中心とする仮想的な円を示してい
る。ここで、理解を容易にするために、仮想円Ｃ１上に
おける照度分布のみに着目するものとする。

【００１２】第１フライアイレンズ１０４の後側焦点面
に形成された多数の光源からの光束が図１５（ａ）に示
す仮想円Ｃ１上に重畳されるとき、各光束が仮想円Ｃ１
上の照度分布に影響を与える度合いは、第１フライアイ
レンズ１０４を構成するレンズエレメント１０４ａの有
効領域の形状に依存する。つまり、仮想円Ｃ１上におけ
る照度分布は、レンズエレメント１０４ａの断面形状に
光学的に対応する正六角形によって切り取られる仮想円
Ｃ１の接線を仮想円Ｃ１に沿って積分したものとなる。

【００１３】例えば、１つのレンズエレメント１０４ａ
を介した光束が、その断面形状に光学的に対応する正六
角形状の光束Ｌ１を第２フライアイレンズ１０６の入射
面ＰＬ３に形成し、他のレンズエレメント１０４ａを介
した光束が、その断面形状に光学的に対応する正六角形
状の光束Ｌ２を第２フライアイレンズ１０６の入射面Ｐ
Ｌ３に形成する。このとき、正六角形状の光束Ｌ１によ
って切り取られる接線が最も長くなり、正六角形状の光
束Ｌ２によって切り取られる接線が最も短くなる。

【００１４】したがって、切り取られる接線が最長とな
る光束Ｌ１の中心位置Ｐ１において光量が最も大きくな
り、この位置Ｐ１に図１４に示す照度分布のピーク
（山）が現れる。また、切り取られる接線が最短となる
光束Ｌ２の中心位置Ｐ２において光量が最も小さくな
り、この位置Ｐ２に図１４に示す照度分布の谷が現れ
る。一般的には、図１５（ｂ）に示すように、仮想円Ｃ
１の中心すなわち光軸ＡＸにレンズエレメント１０４ａ
の有効領域形状を示す正六角形Ｆの中心を重ね合わせた
場合、正六角形Ｆの対角線Ｄ１０、Ｄ１１およびＤ１２
にそれぞれ直交し且つ仮想円Ｃ１の中心ＡＸを通る３つ
の線分（図中破線で示す線分）と仮想円Ｃ１との６つの
交点位置Ｐｍにおいて図１４に示す照度分布のピークが
現れる。

【００１５】このように、従来技術では、被照射面と光
学的に共役な第２フライアイレンズ１０６の入射面ＰＬ
３に形成される輪帯状の照野の照度分布が不均一になる
ため、被照射面における照度分布が不均一になり、ひい
ては微細なパターンを忠実に露光することができなくな
る。また、照明瞳面である第２フライアイレンズ１０６
の後側焦点面ＰＬ４に形成される輪帯状の二次光源の照
度分布も不均一になるため、微細なパターンを忠実に露
光することができなくなる。

【００１６】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば照明光学装置に用いられて、被照射
面および照明瞳面において実質的に均一な輪帯状の照度
分布を形成することのできる、回折光学素子および屈折
光学素子を提供することを目的とする。

【００１７】また、本発明は、被照射面および照明瞳面
において実質的に均一な輪帯状の照度分布を形成するこ
とのできる回折光学素子または屈折光学素子を含み、光
量損失を抑えつつ良好な輪帯照明を行うことのできる照
明光学装置を提供することを目的とする。

【００１８】また、本発明は、光量損失を抑えつつ良好
な輪帯照明を行う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。

【００１９】

【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、互いにほぼ同じ形状を有す
るリング状回折格子が形成された第１基本回折素子と第
２基本回折素子とを備え、前記第１基本回折素子では、
その外形形状の中心に対して前記リング状回折格子の中
心が第１方向に沿って偏芯しており、前記第２基本回折
素子では、その外形形状の中心に対して前記リング状回
折格子の中心が前記第１方向とは異なる第２方向に沿っ
て偏芯していることを特徴とする回折光学素子を提供す
る。

【００２０】第１発明の好ましい態様によれば、前記第
１方向と前記第２方向とは互いにほぼ直交する。また、
前記第１方向に沿った偏芯量と前記第２方向に沿った偏
芯量とはほぼ等しいことが好ましい。この場合、前記第
１基本回折素子および前記第２基本回折素子は、一辺が
長さＬの正方形状の外形を有し、前記偏芯量Δは、０．
２８Ｌ＜Δ＜０．３Ｌの条件を満足することが好まし
い。

【００２１】また、第１発明の好ましい態様によれば、
前記第１基本回折素子と前記第２基本回折素子とはほぼ
同数である。また、前記第１基本回折素子と前記第２基
本回折素子とはほぼ交互に隣接配列されていることが好
ましい。

【００２２】さらに、第１発明の好ましい態様によれ
ば、前記第１基本回折素子および前記第２基本回折素子
には、複数の同心円によって規定された円形状および輪
帯状の領域が形成され、前記第１基本回折素子は、前記
円形状または輪帯状の領域のうち、前記同心円の中心か
ら偶数番目の領域に凸面が形成された第１基準素子と、
前記同心円の中心から奇数番目の領域に凸面が形成され
た第１補完素子とを有し、前記第２基本回折素子は、前
記円形状または輪帯状の領域のうち、前記同心円の中心
から偶数番目の領域に凸面が形成された第２基準素子
と、前記同心円の中心から奇数番目の領域に凸面が形成
された第２補完素子とを有する。

【００２３】この場合、前記第１基準素子と前記第１補
完素子とはほぼ同数であり、前記第２基準素子と前記第
２補完素子とはほぼ同数であることが好ましい。また、
この場合、前記第１基準素子と前記第２基準素子とを隣
接配置して一組の基準ブロックとし、前記第１補完素子
と前記第２補完素子とを隣接配置してもう一組の補完ブ
ロックとし、該基準ブロックおよび補完ブロックをそれ
ぞれほぼ同数だけ含み、かつ基準ブロックおよび補完ブ
ロックの空間的配置をランダム配置とすることが好まし
い。また、前記円形状の領域の直径の寸法と前記輪帯状
の各領域の輪帯幅の寸法とはほぼ等しいことが好まし
い。

【００２４】また、第１発明の好ましい態様によれば、
前記第１基本回折素子は、第１基準素子とｎ種類（ｎは
１以上の整数）の第１補完素子とを有し、前記第２基本
回折素子は、第２基準素子とｎ種類の第２補完素子とを
有し、第ｉ位相（ｉ＝１〜ｎ）の第１補完素子および第
２補完素子は、前記第１基準素子および前記第２基準素
子が発生する光振幅に対してｉ番目の位相差を持った光
振幅を発生するパターンを有する。この場合、前記第１
基本回折素子および前記第２基本回折素子は、それぞれ
複数種類の補完素子を有し、前記ｉ番目の位相差はほぼ
等間隔で変化していることが好ましい。また、この場
合、前記第１基準素子と前記第ｉ位相の第１補完素子と
の前記ｉ番目の位相差および前記第２基準素子と前記第
ｉ位相の第２補完素子との前記ｉ番目の位相差は、ほぼ
ｉ／（ｎ＋１）波長であることが好ましい。

【００２５】さらに、第１発明の好ましい態様によれ
ば、前記回折光学素子は、複数の前記第１基準素子と、
複数の前記第２基準素子と、複数の前記第ｉ位相の第１
補完素子と、複数の前記第ｉ位相の第２補完素子とを備
えている。この場合、前記複数の前記第１基準素子と、
前記複数の第２基準素子と、前記複数の第ｉ位相の第１
補完素子と、前記複数の第ｉ位相の第２補完素子とはす
べてのｉについてほぼ同数であることが好ましい。ま
た、前記複数の前記第１基準素子と前記複数の第２基準
素子と前記複数の第ｉ位相の第１補完素子と前記複数の
第ｉ位相の第２補完素子とは、前記回折光学素子の全体
に亘ってランダム配列されていることが好ましい。ある
いは、

【００２６】また、第１発明の好ましい態様によれば、
前記回折光学素子は複数のブロックパターンを備え、各
ブロックパターンにおいて前記複数の前記第１基準素子
と前記複数の第２基準素子と前記複数の第ｉ位相の第１
補完素子と前記複数の第ｉ位相の第２補完素子とがラン
ダム配列されている。この場合、各ブロックパターンに
おいて前記複数の前記第１基準素子と前記複数の第２基
準素子と前記複数の第ｉ位相の第１補完素子と前記複数
の第ｉ位相の第２補完素子とはすべてのｉについてほぼ
同数であることが好ましい。また、前記複数種類のブロ
ックパターンにおいて、各種類のブロックパターン毎に
ランダム配列の形態が異なることが好ましい。さらに、
第１発明では、前記リング状回折格子は、２値型の回折
光学素子パターン、ブレーズ型の回折光学素子パター
ン、および多値型の回折光学素子パターンのうちのいず
れか１つのパターンを有することが好ましい。

【００２７】本発明の第２発明では、互いにほぼ同じ頂
角を有する円錐プリズムからなる第１基本屈折素子と第
２基本屈折素子とを備え、前記第１基本屈折素子では、
その外形形状の中心に対して前記円錐プリズムの中心軸
線が第１方向に沿って偏芯しており、前記第２基本屈折
素子では、その外形形状の中心に対して前記円錐プリズ
ムの中心軸線が前記第１方向とは異なる第２方向に沿っ
て偏芯するように構成されていることを特徴とする屈折
光学素子を提供する。

【００２８】第２発明の好ましい態様によれば、前記第
１方向と前記第２方向とは互いにほぼ直交する。また、
前記第１方向に沿った偏芯量と前記第２方向に沿った偏
芯量とはほぼ等しいことが好ましい。さらに、前記第１
基本屈折素子と前記第２基本屈折素子とはほぼ同数であ
ることが好ましい。また、前記第１基本屈折素子と前記
第２基本屈折素子とはほぼ交互に隣接配列されているこ
とが好ましい。

【００２９】本発明の第３発明では、被照射面を照明す
る照明光学装置において、輪帯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、入射光束を円環
状の光束に変換するための第１発明の回折光学素子また
は第２発明の屈折光学素子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。

【００３０】第３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、輪帯状の照野を第２の所定面上
に形成するために前記回折光学素子または前記屈折光学
素子を含む照野形成手段と、前記第２の所定面上に形成
された前記輪帯状の照野からの光束に基づいて、前記輪
帯状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する輪帯状の二次
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。

【００３１】この場合、前記角度光束形成手段は、複数
の光学要素からなる光学部材を有し、前記回折光学素子
および前記屈折光学素子は、前記光学部材の各光学要素
に対応する要素光束の中に基本回折素子または基本屈折
素子が複数個含まれるように位置決めされていることが
好ましい。あるいは、前記角度光束形成手段は、複数の
光学要素からなる光学部材を有し、前記回折光学素子ま
たは前記屈折光学素子は、前記光学部材の各光学要素に
対応する要素光束中に、前記第１基本回折素子および前
記第２基本回折素子あるいは前記第１基本屈折素子およ
び前記第２基本屈折素子が含まれるように位置決めされ
ていることが好ましい。

【００３２】本発明の第４発明では、第３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。

【００３３】本発明の第５発明では、第３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。

【００３４】本発明の第６発明では、入射光束を所定の
射出光束に変換する回折光学素子を含む回折光学装置に
おいて、前記回折光学素子の入射側光路および射出側光
路の少なくとも一方に配置される光透過性保護部材を備
え、該光透過性保護部材は蛍石または酸化物結晶で形成
されることを特徴とする回折光学装置を提供する。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の典型的な形態によれば、
外形形状の中心に対して第１方向に偏芯してリング状回
折格子が形成された第１基本回折素子と、外形形状の中
心に対して第２方向に偏芯してリング状回折格子が形成
された第２基本回折素子とにより、回折光学素子が構成
されている。この場合、後述するように、第１基本回折
素子の強度分布特性と第２基本回折素子の強度分布特性
とでは、光強度分布における山および谷の方位角への依
存性が異なることになる。

【００３６】このため、本発明の回折光学素子の強度分
布特性では、光強度の分布において山と谷とが互いに埋
め合い、強度分布の方位角への依存性が弱くなって、強
度分布の形態が平坦になる。その結果、本発明の回折光
学素子を備えた照明光学装置では、上述の回折光学素子
の強度分布特性に基づいて、被照射面および照明瞳面に
おいて実質的に均一な輪帯状の照度分布を形成すること
ができ、ひいては光量損失を抑えつつ良好な輪帯照明を
行うことができる。

【００３７】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、光量損失を抑えつつ良好な輪帯照明を行うこと
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。

【００３８】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Ｗの法線方向に
沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面に平
行な方向にＹ軸を、ウェハＷの面内において図１の紙面
に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

【００３９】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（または２４８ｎｍ
の波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザー光源）を
備えている。光源１からＺ方向に沿って射出された平行
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、整形光学系２に入射する。整形光学系２は、たとえ
ば図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負屈折力を有す
るレンズと正屈折力を有するレンズとから構成されてい
る。

【００４０】整形光学系２を介して所定の矩形状の断面
を有する光束に整形された平行光束は、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。具体的には、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。

【００４１】したがって、回折光学素子４を介して回折
された光束は、第１変倍光学系（アフォーカルズームレ
ンズ）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、第１変倍光学系５か
ら射出されて、輪帯照明用の回折光学素子６に入射す
る。第１変倍光学系５は、発散光束形成素子としての回
折光学素子４と輪帯照明用の回折光学素子６とを光学的
にほぼ共役な関係に維持しながら、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。ただし、図１に示すように、回折光学素子６は、回
折光学素子４と光学的に共役な面から光源側にわずかに
位置ずれしている。

【００４２】こうして、回折光学素子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と第１変倍光学系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、回折光学素子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。回折光学素子６は、平行光束を入射させた場合にこ
の光束を回折して光軸ＡＸを中心としたリング状の光束
をファーフィールドに形成する機能を有する。回折光学
素子６の詳細な構成および作用については後述する。

【００４３】回折光学素子６を介した光束は、第２変倍
光学系（ズームレンズ）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（またはフラ
イアイレンズ）８を照明する。なお、第２変倍光学系７
は、回折光学素子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、
第２変倍光学系７は、回折光学素子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。

【００４４】したがって、回折光学素子６を介した光束
は、第２変倍光学系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、回折光学素子４による円
形状分布と回折光学素子６自身によるリング状分布との
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を中心とした輪帯状の照野を形成する。このよう
に、回折光学素子６と第２変倍光学系７とは、回折光学
素子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を中心とした輪
帯状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。この輪帯状の照野の幅（外径と内径との差の１／
２）は第１変倍光学系５の倍率に依存して変化し、その
全体的な大きさは第２変倍光学系７の焦点距離に依存し
て変化する。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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、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Ａ
Ｘを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光
源が形成される。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）上に形成された輪帯状
の照野からの光束に基づいて、輪帯状の照野とほぼ同じ
光強度分布を有する輪帯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。

【００４８】マイクロレンズアレイ８の後側焦点面に形
成された輪帯状の二次光源からの光束は、必要に応じて
輪帯状の光透過部を有する開口絞りを介して制限され、
コンデンサー光学系９の集光作用を受けた後、照明視野
絞りとしてのマスクブラインド１０を重畳的に照明す
る。マスクブラインド１０の矩形状の開口部（光透過
部）を介した光束は、結像光学系（１１ａ，１１ｂ）の
集光作用を受けた後、マスクＭを重畳的に照明する。こ
こで、結像光学系（１１ａ，１１ｂ）はマスクブライン
ド１０とマスクＭとを光学的にほぼ共役に結んでおり、
マスクＭ上には結像光学系（１１ａ，１１ｂ）を介して
マスクブラインド１０の矩形状の開口部の像が形成され
る。

【００４９】マスクＭは、二次元的に移動可能なマスク
ステージＭＳ上に支持されている。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。
ウェハＷは、二次元的に移動可能なウェハステージＷＳ
上に支持されている。こうして、投影光学系ＰＬの光軸
ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを
二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露
光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスク
Ｍのパターンが逐次露光される。

【００５０】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。

【００５１】なお、本実施形態では、発散光束形成素子
としての回折光学素子４に代えて、たとえば縦横に且つ
稠密に配列された多数の正六角形状の微小レンズ（また
はレンズエレメント）から構成されたマイクロレンズア
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、マイクロレンズアレイ８の入射面には、
正六角形とリング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を中心とした輪帯状の照野が
形成され、マイクロレンズアレイ８の後側焦点面には光
軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二
次光源が形成される。

【００５２】図２は、本実施形態における輪帯照明用の
回折光学素子の全体構成を概略的に示す図である。ま
た、図３は、本実施形態における輪帯照明用の回折光学
素子に含まれる第１基本回折素子の構成を概略的に示す
図である。図４は、本実施形態における輪帯照明用の回
折光学素子に含まれる第１基本回折素子および第２基本
回折素子の断面を概略的に示す図である。さらに、図５
は、本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子に含
まれる第２基本回折素子の構成を概略的に示す図であ
る。

【００５３】図２を参照すると、本実施形態における輪
帯照明用の回折光学素子６は、縦横に且つ稠密に配列さ
れた多数の第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）と第２基本回
折素子（Ｂ，Ｂｄ）とで構成されている。第１基本回折
素子（Ａ，Ａｄ）は、図３に示すように、一辺の長さが
Ｌの正方形状の外形（境界）を有し、その外形形状の中
心Ｓ₀に対して＋Ｘ方向に偏芯量Δ＝０．２９Ｌだけ偏
芯した点Ａ₀を中心として、等間隔のリング状位相回折
格子が形成されている。

【００５４】図４を参照して本実施形態における輪帯照
明用の回折光学素子６の断面形状を説明する。図４
（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第１基本回折素子Ａ及びＡ
ｄの点Ａ ₀を通る直線における断面図である。まず図４
（ａ）を参照すると、第１基本回折素子のひとつである
素子Ａは点Ａ₀を中心とする半径ｒ₁の（円形）領域１と
半径ｒ_iおよびｒ_i-1で囲まれる（輪帯）領域ｉ（ｉ＝
２，３・・）とから構成される。同図のように円形領域
１の直径はＷである。また輪帯領域ｉの幅ｒ_i−ｒ_i-1は
全てＷに等しい。つまり素子Ａは点Ａ₀を通る直線の局
所的断面図が深さｄ、ピッチＰ（＝２Ｗ）、線幅Ｗが均
一な１次元位相回折素子となるように構成されている。
図４（ａ）に示したように素子Ａは中心Ａ₀から順番に
つけた領域の指標ｉ（ｉ＝１，２，３・・）が偶数の領
域が凸面（図３（ａ）で斜線部）となるよう構成されて
いる。この意味で第１基本回折素子Ａを第１基準素子Ａ
と呼ぶことにする。図４（ｂ）はもう一方の第１基本回
折素子Ａｄの断面図である。図４（ｂ）の第１基本回折
素子Ａｄは、図４（ａ）に示した第１基準素子Ａの断面
に対して、深さ方向の凸面と凹面の順番が逆転している
点のみが異なる。すなわち第１基本回折素子Ａｄは中心
Ａ₀から順番につけた領域の指標ｉ（ｉ＝１，２，３・
・）が奇数の領域が凸面（図３（ｂ）で斜線部）となる
よう構成されている。この意味で第１基本回折素子Ａｄ
を第１補完素子Ａｄと呼ぶことにする。

【００５５】図５を参照すると、第２基本回折素子
（Ｂ，Ｂｄ）は、第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）と同様
の構成を有する。しかしながら、第１基本回折素子
（Ａ，Ａｄ）では外形形状の中心Ｓ₀に対して＋Ｘ方向
に偏芯量Δ＝０．２９Ｌだけ偏芯した点Ａ₀を中心とし
て等間隔のリング状位相回折格子が形成されているのに
対し、第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）では外形形状の中
心Ｓ₀に対して＋Ｚ方向に偏芯量Δ＝０．２９Ｌだけ偏
芯した点Ｂ₀を中心として等間隔のリング状位相回折格
子が形成されている点だけが相違する。

【００５６】すなわち、第２基本回折素子は、中心Ｂ₀
から順番につけた領域の指標ｉ（ｉ＝１，２，３・・）
が偶数の領域が凸面（図５（ａ）で斜線部）となるよう
構成されている第２基準素子Ｂと、該指標ｉ（ｉ＝１，
２，３・・）が奇数の領域が凸面（図５（ｂ）で斜線
部）となるよう構成されている第２補完素子Ｂｄとを有
する。

【００５７】本実施形態では、一例として、正方形状の
各素子Ａ，Ａｄ，Ｂ，Ｂｄの一辺の長さＬを２５０μｍ
に設定し、図４または図５に示すリング状位相回折格子
のピッチＰを３μｍに設定している。この場合、偏芯量
Δ＝０．２９Ｌは、７２．５μｍである。また、リング
状位相回折格子の段差（凸部と凹部との間の高さ寸法）
ｄを、位相差がλ／２になるように、次の式（１）で設
定している。ｄ＝λ／［２（ｎ１−ｎ２）］（１）

【００５８】ここで、λは照明光（露光光）の波長すな
わち使用波長であり、ｎ１は回折光学素子６のガラス基
板の使用波長における屈折率であり、ｎ２は照明光路の
雰囲気を形成する媒体の使用波長における屈折率であ
る。具体的に、使用波長λを１９３ｎｍとし、ガラス基
板の屈折率を１．５とし、媒体としての空気または不活
性ガスの屈折率を１．０とすると、リング状位相回折格
子の段差ｄは１９３ｎｍ程度に設定されることになる。

【００５９】再び図２を参照すると、本実施形態の回折
光学素子６は、第１基準素子Ａと第１補完素子Ａｄと第
２基準素子Ｂと第２補完素子Ｂｄとを同数だけ含んでい
る。また、第１基準素子Ａを２つと第２基準素子Ｂを２
つの計４つを一組の基準ブロックとし、第１補完素子Ａ
ｄを２つと第２補完素子Ｂｄを２つの計４つを一組の補
完ブロックとし、基準ブロックおよび補完ブロックをそ
れぞれ同数だけ含んでいる。また、基準ブロックおよび
補完ブロックの空間的配置位置はコンピュータによって
発生した乱数によって決定している。具体的には０と１
による乱数列をいくつか発生しておき、そのうち０の数
と１の数が同数になる乱数列を選択し、０を基準ブロッ
ク、１を補完ブロックとして順次割り当てて行けばよ
い。なお、基準ブロックと補完ブロックの数は完全に同
じでなくてもよく、数％のずれは許容される。

【００６０】図６は、本実施形態における輪帯照明用の
回折光学素子の強度分布特性を説明する第１の図であ
る。また、図７は、本実施形態における輪帯照明用の回
折光学素子の強度分布特性を説明する第２の図である。
上述したように、各素子Ａ、Ａｄ、ＢおよびＢｄには等
間隔（等ピッチＰ）のリング状位相回折格子が形成され
ているので、各素子の大きさが無限に大きければ、発散
角θ＝sin^-1（λ／Ｐ）で定まるコーンの全方位に同じ
強さの光を発生する。

【００６１】しかしながら、実際には、多数の素子を縦
横に且つ稠密に配列（インテグレート）して回折光学素
子６を構成するために、各素子の外形は有限の大きさの
正方形によって規定されているので、方位角φ（図６を
参照）について強度分布が発生することになる。本実施
形態では、リング状位相回折格子の中心Ａ₀およびＢ₀を
正方形状の境界（外形）の中心Ｓ₀からそれぞれ偏芯さ
せることによって、方位角φについての強度分布の最適
化（均一化）を図っている。

【００６２】図６を参照すると、第１基準素子Ａに形成
されたリング状位相回折格子の中心Ａ₀を通り且つ正方
形状の境界Ｓで切り取られた直線状の破線Ｄが示され、
この破線Ｄと＋Ｘ軸とのなす角度が方位角φとして規定
されている。ここで、破線Ｄは、ある方位角φについて
の回折光強度の見積りを行うための補助線である。すな
わち、破線Ｄの長さが、方位角φに発散してゆく回折光
の強度ウエイトに対応している。

【００６３】図７を参照すると、（ａ）は第１基本回折
素子（Ａ，Ａｄ）の強度分布特性（φ特性）を、（ｂ）
は第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）の強度分布特性を、
（ｃ）は輪帯照明用の回折光学素子６全体の強度分布特
性をそれぞれ示している。なお、図７（ａ）〜（ｃ）に
おいて、横軸φは方位角（度：deg）を示し、縦軸Ｉは
φ方向の光強度を示している。

【００６４】図７（ａ）を参照すると、第１基本回折素
子（Ａ，Ａｄ）の強度分布特性では、方位角φが０度か
ら増大するにつれてφ方向の光強度Ｉが大きくなり、点
線Ｄが正方形状の境界Ｓの第１頂点（図６中の左下の頂
点）に達した時点で最大Ｉ_ma _xとなる。その後、方位角
φの増大に伴って光強度Ｉが減少して最小Ｉ_minとなっ
た後に増大し、点線Ｄが正方形状の境界Ｓの第２頂点
（図６中の右上の頂点）に達した時点で極大Ｉ₁（Ｉ₁＜
Ｉ_max）となる。さらに、方位角φの増大に伴って光強
度Ｉが減少し、方位角φが９０度に達した時点で極小Ｉ
₂（Ｉ₂＞Ｉ_min）となる。

【００６５】次いで、方位角φが９０度から増大するに
つれてφ方向の光強度Ｉが大きくなり、点線Ｄが正方形
状の境界Ｓの第３頂点（図６中の右下の頂点）に達した
時点で極大Ｉ₁となる。その後、方位角φの増大に伴っ
て光強度Ｉが減少して最小Ｉ_m _inとなった後に増大し、
点線Ｄが正方形状の境界Ｓの第４頂点（図６中の左上の
頂点）に達した時点で最大Ｉ_maxとなる。さらに、方位
角φの増大に伴って光強度Ｉが減少し、方位角φが１８
０度に達した時点で極小Ｉ₂となる。

【００６６】以上のように、第１基本回折素子（Ａ，Ａ
ｄ）の強度分布特性では、方位角φの０度〜９０度の変
化に伴う光強度Ｉの変化は、方位角φの１８０度〜９０
度の変化に伴う光強度Ｉの変化と同じである。そして、
図示を省略したが、方位角φの１８０度〜３６０度の変
化に伴う光強度Ｉの変化は、方位角φの０度〜１８０度
の変化に伴う光強度Ｉの変化と同じである。

【００６７】一方、図７（ｂ）を参照すると、第２基本
回折素子（Ｂ，Ｂｄ）の強度分布特性では、方位角φが
０度から増大するにつれてφ方向の光強度Ｉが大きくな
り、点線Ｄが正方形状の境界Ｓの第１頂点（図５中の右
上の頂点）に達した時点で極大Ｉ₁となる。その後、方
位角φの増大に伴って光強度Ｉが減少して最小Ｉ_minと
なった後に増大し、点線Ｄが正方形状の境界Ｓの第２頂
点（図５中の左下の頂点）に達した時点で最大Ｉ_maxと
なる。さらに、方位角φの増大に伴って光強度Ｉが減少
し、方位角φが９０度に達した時点で極小Ｉ₂となる。

【００６８】次いで、方位角φが９０度から増大するに
つれてφ方向の光強度Ｉが大きくなり、点線Ｄが正方形
状の境界Ｓの第３頂点（図５中の右下の頂点）に達した
時点で最大Ｉ_maxとなる。その後、方位角φの増大に伴
って光強度Ｉが減少して最小Ｉ_minとなった後に増大
し、点線Ｄが正方形状の境界Ｓの第４頂点（図５中の左
上の頂点）に達した時点で極大Ｉ₁となる。さらに、方
位角φの増大に伴って光強度Ｉが減少し、方位角φが１
８０度に達した時点で極小Ｉ₂となる。

【００６９】以上のように、第２基本回折素子（Ｂ，Ｂ
ｄ）の強度分布特性においても、方位角φの０度〜９０
度の変化に伴う光強度Ｉの変化は、方位角φの１８０度
〜９０度の変化に伴う光強度Ｉの変化と同じである。そ
して、図示を省略したが、方位角φの１８０度〜３６０
度の変化に伴う光強度Ｉの変化は、方位角φの０度〜１
８０度の変化に伴う光強度Ｉの変化と同じである。こう
して、第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）の強度分布特性
は、第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）の強度分布特性が方
位角φについて９０度だけずれたものとなる。

【００７０】上述したように、輪帯照明用の回折光学素
子６は、第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）と第２基本回折
素子（Ｂ，Ｂｄ）とを同数だけ含んでいる。したがっ
て、回折光学素子６の強度分布特性は、図７（ｃ）に示
すように、第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）の強度分布特
性と第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）の強度分布特性とを
平均して得られる特性となる。

【００７１】この場合、第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）
の強度分布特性と第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）とでは
光強度Ｉの分布における山（ピーク：最大または極大）
および谷（最小または極小）の方位角φへの依存性が異
なるため、回折光学素子６の強度分布特性では光強度Ｉ
の分布において山と谷とが互いに埋め合い、強度分布の
方位角φへの依存性が弱くなって、強度分布の形態が平
坦になっていることがわかる。

【００７２】なお、回折光学素子６の強度分布特性の均
一性すなわち強度分布の方位角φへの依存性を、次の式
（２）で示す強度均一性コントラストＣで評価すること
ができる。Ｃ＝（Ｉ_max−Ｉ_min）／（Ｉ_max＋Ｉ_min）（２）

【００７３】図７（ｃ）に示す回折光学素子６の強度分
布特性における強度均一性コントラストＣは約４％であ
る。因みに、リング状位相回折格子の中心と正方形状の
境界の中心とを偏芯させない従来の回折素子では強度均
一性コントラストＣが約１７％であり、リング状位相回
折格子の中心と正方形状の境界の中心とを偏芯させた第
１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）や第２基本回折素子（Ｂ，
Ｂｄ）では強度均一性コントラストＣが約７％である。

【００７４】以上のように、本実施形態では、輪帯照明
用の回折光学素子６が、外形形状の中心Ｓ₀に対して＋
Ｘ方向に偏芯した点Ａ₀を中心としてリング状位相回折
格子が形成された第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）と、外
形形状の中心Ｓ₀に対して＋Ｚ方向に偏芯した点Ｂ₀を中
心としてリング状位相回折格子が形成された第２基本回
折素子（Ｂ，Ｂｄ）とで構成されている。この場合、第
１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）の強度分布特性と第２基本
回折素子（Ｂ，Ｂｄ）の強度分布特性とでは、光強度Ｉ
の分布における山および谷の方位角φへの依存性が異な
ることになる。

【００７５】このため、回折光学素子６の強度分布特性
では、光強度Ｉの分布において山と谷とが互いに埋め合
い、強度分布の方位角φへの依存性が弱くなって、強度
分布の形態が平坦になる。その結果、本実施形態の照明
光学装置では、上述の回折光学素子６の強度分布特性に
基づいて、被照射面および照明瞳面において実質的に均
一な輪帯状の照度分布を形成することができ、ひいては
光量損失を抑えつつ良好な輪帯照明を行うことができ
る。

【００７６】特に、本実施形態では、第１基本回折素子
（Ａ，Ａｄ）における偏芯方向と第２基本回折素子
（Ｂ，Ｂｄ）における偏芯方向とが直交している。この
ため、第１基本回折素子（Ａ，Ａｄ）の強度分布特性と
第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）の強度分布特性とが、方
位角φについて９０度だけずれることになる。その結
果、被照射面および照明瞳面における輪帯状の照度分布
は、光軸ＡＸに関して４回回転対称になる。

【００７７】一方、前述の従来技術では、図１３に示す
ように、被照射面および照明瞳面に形成される輪帯状の
照度分布が光軸ＡＸに関して６回回転対称になる。この
ため、被照射面であるマスク上およびウェハ上の直交す
る二方向に関して照明条件が異なることになり、ウェハ
上に転写されるパターンの線幅が直交する二方向で異な
ってしまう。これに対し、本実施形態では、被照射面お
よび照明瞳面に形成される輪帯状の照度分布が完全に均
一でなくても光軸ＡＸに関して４回回転対称になるの
で、直交する二方向での線幅差、いわゆるＶＨ線幅差を
低減することができる。

【００７８】また、本実施形態では、第１基本回折素子
（Ａ，Ａｄ）における偏芯量と第２基本回折素子（Ｂ，
Ｂｄ）における偏芯量とが同じであり、第１基本回折素
子（Ａ，Ａｄ）と第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）とが同
数である。その結果、回折光学素子６の強度分布特性で
は光強度Ｉの分布において山と谷とを最も効率的に埋め
合い、強度均一性コントラストＣの最小化を、ひいては
輪帯状の照度分布における均一性の最適化を図ることが
できる。

【００７９】さらに、本実施形態では、互いに補完的な
形状のリング状位相回折格子が形成された第１基準素子
Ａと第１補完素子Ａｄとで第１基本回折素子（Ａ，Ａ
ｄ）が構成され、互いに補完的な形状のリング状位相回
折格子が形成された第２基準素子Ｂと第２補完素子Ｂｄ
とで第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）が構成され、かつ前
述した基準ブロックおよび補完ブロックがほぼ同数でか
つ空間的にランダムに配置されているために、輪帯状の
照度分布における干渉縞の影響を良好に抑えることがで
きる。

【００８０】ところで、本実施形態では、ＡｒＦエキシ
マレーザー光を用いているので、回折光学素子６に入射
する矩形状の光束は、一辺方向に沿ってガウス型の光強
度分布を有し、他辺方向に沿ってトップハット型の光強
度分布を有する。しかしながら、本実施形態では、第１
基準素子Ａおよび第２基準素子Ｂの組と第１補完素子Ａ
ｄおよび第２補完素子Ｂｄの組とを交互に隣接配列して
いるので、回折光学素子６への入射光束に上述のような
光強度分布があっても、被照射面および照明瞳面におい
て比較的均一な照度分布を形成することができる。

【００８１】なお、上述の実施形態では、第１基本回折
素子（Ａ，Ａｄ）および第２基本回折素子（Ｂ，Ｂｄ）
が正方形状の外形を有するが、これに限定されることな
く、各素子Ａ，Ａｄ，Ｂ，Ｂｄの外形形状を、たとえば
正六角形や他の適当な形状に設定することもできる。ま
た、上述の実施形態では、輪帯照明用の回折光学素子６
を用いて輪帯状の照度分布を形成しているが、回折光学
素子６に代えて屈折光学素子を用いることにより同じく
輪帯状の照度分布を形成する変形例も可能である。ま
た、上述の実施形態では外形に対する偏芯の種類（方向
及び偏芯量セット）を２種類としたが、この偏芯の種類
は３種類以上であってもかまわない。さらに、外形形状
と偏芯の種類の組み合わせがｎ種類ある場合、第１から
第ｎまでの各基本回折素子の方位角φに対する強度分布
の山と谷が埋め合い、かつ、輪帯状の強度分布が光軸Ａ
Ｘに対して４の倍数の回転対称性を持つように設計する
他の変形例も可能である。この場合ｎ種類の基本回折素
子は同数含まれ、かつ回折素子全体の有効径内における
各基本回折素子間の位置関係はランダムに配置されるこ
とが望ましい。

【００８２】図８は、本実施形態における輪帯照明用の
回折光学素子に代えて使用可能な屈折光学素子の全体構
成を概略的に示す図である。図８を参照すると、回折光
学素子に代えて使用可能な屈折光学素子６０は、互いに
同じ頂角を有する円錐プリズムからなる多数の第１基本
屈折素子６０ａと多数の第２基本屈折素子６０ｂとから
構成されている。第１基本屈折素子６０ａでは、その正
方形状の外形形状の中心に対して円錐プリズムの中心軸
線が第１方向に沿って偏芯しており、第２基本屈折素子
６０ｂでは、その正方形状の外形形状の中心に対して円
錐プリズムの中心軸線が第２方向に沿って偏芯するよう
に構成されている。

【００８３】すなわち、各素子６０ａおよび６０ｂで
は、円錐プリズムの底面が上述の中心軸線に平行な６つ
の面により正方形状にカットされている。ここで、円錐
プリズムの底面を正方形状にカットするのは、図示した
ように円錐プリズムの底面を縦横に且つ稠密に配列させ
るためである。なお、図８の変形例においても、上述の
実施形態と同様に、第１基本屈折素子６０ａにおける偏
芯方向と第２基本屈折素子６０ｂにおける偏芯方向とが
互いにほぼ直交し、第１基本屈折素子６０ａにおける偏
芯量と第２基本屈折素子６０ｂにおける偏芯量とがほぼ
等しいことが好ましい。

【００８４】また、第１基本屈折素子６０ａと第２基本
屈折素子６０ｂとがほぼ同数であり、第１基本屈折素子
６０ａと第２基本屈折素子６０ｂとがほぼ交互に隣接配
列されていることが好ましい。さらに、第１基本屈折素
子６０ａおよび第２基本屈折素子６０ｂにおいて円錐プ
リズムの底面の形状は正方形に限定されることなく、た
とえば正六角形や他の適当な形状であってもよい。

【００８５】上述の実施形態では、図２に示すように、
４つの基準素子からなる基準ブロック（Ａ，Ｂ，Ｂ，
Ａ）と４つの補完素子からなる補完ブロック（Ａｄ，Ｂ
ｄ，Ｂｄ，Ａｄ）とをそれぞれ同数だけ含むように構成
し、基準ブロックおよび補完ブロックの空間的配置位置
をコンピュータによって発生した乱数によって決定して
いる。しかしながら、図２に示す構成に限定されること
なく、回折光学素子の全体構成について様々な変形例が
可能である。

【００８６】図１６は、回折光学素子の全体構成にかか
る第１変形例を概略的に示す図である。第１変形例の回
折光学素子６ａでは、図１６に示すように、第１基準素
子Ａまたは第１補完素子Ａｄが配置されるべき第１領域
Ｒ１と第２基準素子Ｂまたは第２補完素子Ｂｄが配置さ
れるべき第２領域Ｒ２とが市松状に、すなわち直交二方
向に沿って交互に隣接配列されている。そして、多数の
第１領域Ｒ１に対する第１基準素子Ａおよび第１補完素
子Ａｄの割り当ておよび多数の第２領域Ｒ２に対する第
２基準素子Ｂおよび第２補完素子Ｂｄの割り当ては、コ
ンピュータによって発生した乱数によって決定してい
る。

【００８７】具体的には、多数の第１領域Ｒ１に対する
第１基準素子Ａおよび第１補完素子Ａｄの割り当てに際
して、０および１による乱数列をいくつか発生してお
き、そのうち０の数と１の数とがほぼ同数になる乱数列
を選択し、０を第１基準素子Ａ、１を第１補完素子Ａｄ
として順次割り当てて行けばよい。同様に、多数の第２
領域Ｒ２に対する第２基準素子Ｂおよび第２補完素子Ｂ
ｄの割り当てに際して、０および１による乱数列をいく
つか発生しておき、そのうち０の数と１の数とがほぼ同
数になる乱数列を選択し、０を第２基準素子Ｂ、１を第
２補完素子Ｂｄとして順次割り当てて行けばよい。

【００８８】第１変形例では、回折光学素子６ａに含ま
れる第１基準素子Ａと第１補完素子Ａｄとはほぼ同数で
あり、回折光学素子６ａに含まれる第２基準素子Ｂと第
２補完素子Ｂｄとはほぼ同数である。また、第１基準素
子Ａまたは第１補完素子Ａｄが割り当てられる第１領域
Ｒ１と第２基準素子Ｂまたは第２補完素子Ｂｄが割り当
てられる第２領域Ｒ２とは同数である。したがって、回
折光学素子６ａに含まれる第１基準素子Ａと第１補完素
子Ａｄと第２基準素子Ｂと第２補完素子Ｂｄとはほぼ同
数である。こうして、第１変形例では、図２に実施形態
におけるブロック単位のランダム性よりもさらに高いラ
ンダム性を有する配置により、輪帯状の照度分布におけ
る干渉縞の影響をさらに良好に抑えることができる。

【００８９】図１７は、回折光学素子の全体構成にかか
る第２変形例を概略的に示す図である。また、図１８
は、第２変形例における基準素子および３種類の補完素
子に形成されたリング状回折格子の中央部分の断面を概
略的に示す図である。上述の実施形態では、基準素子
（Ａ，Ｂ）が発生する光束の位相を０位相とすると、補
完素子（Ａｄ，Ｂｄ）が発生する光束の位相がπ位相に
なるように設定している。換言すれば、補完素子（Ａ
ｄ，Ｂｄ）は、基準素子（Ａ，Ｂ）が発生する光振幅に
対してπの位相差を持った光振幅を発生するように設定
されている。

【００９０】これに対し、第２変形例では、基準素子
（Ａ，Ｂ）が発生する光束の位相を０位相とすると、第
１位相の補完素子（Ａｄ１，Ｂｄ１）が発生する光束の
位相がπ／２位相になるように設定し、第２位相の補完
素子（Ａｄ２，Ｂｄ２）が発生する光束の位相がπ位相
になるように設定し、第３位相の補完素子（Ａｄ３，Ｂ
ｄ３）が発生する光束の位相が３π／２位相になるよう
に設定している。すなわち、第２変形例における第２位
相の第１補完素子Ａｄ２は上述の実施形態における第１
補完素子Ａｄと同じパターンを有し、第２変形例におけ
る第２位相の第２補完素子Ｂｄ２は上述の実施形態にお
ける第２補完素子Ｂｄと同じパターンを有することにな
る。

【００９１】具体的には、リングパターンの中心点Ａ₀
（Ｂ₀）を通る直線における断面図である図１８を参照
すると、位相差がπである第２位相の補完素子（Ａｄ
２，Ｂｄ２）は、基準素子（Ａ，Ｂ）を、リング中心Ａ
₀（Ｂ₀）を通る断面図において凹凸パターンを反転させ
たリングパターンに基づいて設定される。また、位相差
がπ／２である第１位相の補完素子（Ａｄ１，Ｂｄ１）
は、基準素子（Ａ，Ｂ）のリングパターンを、リング中
心Ａ₀（Ｂ₀）を通る断面図において、凹凸パターンのピ
ッチＰの１／４だけ中心から外側へシフトしたリングパ
ターンに基づいて設定される。さらに、第３位相の補完
素子（Ａｄ３，Ｂｄ３）は、基準素子（Ａ，Ｂ）のパタ
ーンを、リング中心Ａ₀（Ｂ₀）を通る断面図において、
凹凸パターンのピッチＰの１／４だけ中心から内側へシ
フトしたリングパターンに基づいて設定される。すなわ
ち、第１位相の補完素子（Ａｄ１，Ｂｄ１）は、第３位
相の補完素子（Ａｄ３，Ｂｄ３）を位相的に反転させた
パターンを有する。

【００９２】第２変形例では、基準素子（Ａ，Ｂ）、第
１位相の補完素子（Ａｄ１，Ｂｄ１）、第２位相の補完
素子（Ａｄ２，Ｂｄ２）および第３位相の補完素子（Ａ
ｄ３，Ｂｄ３）がそれぞれ発生する光束の強度分布（光
の発散方向や強さ）は同じであるが、その強度分布を規
定する光振幅の位相部分のみが異なっている。このよう
に、強度分布が同じで且つ位相が互いに異なる４種類の
光束をランダムに混合することによって、規則的な干渉
ノイズを格段に低減することが可能になる。

【００９３】第２変形例の回折光学素子６ｂでは、図１
７に示すように、第１基準素子Ａ、第１位相の第１補完
素子Ａｄ１、第２位相の第１補完素子Ａｄ２または第３
位相の第１補完素子Ａｄ３が配置されるべき第１領域Ｒ
１と、第２基準素子Ｂ、第１位相の第２補完素子Ｂｄ
１、第２位相の第２補完素子Ｂｄ２または第３位相の第
２補完素子Ｂｄ３が配置されるべき第２領域Ｒ２とが、
市松状に（すなわち直交二方向に沿って交互に）隣接配
列されている。そして、多数の第１領域Ｒ１に対する第
１素子（Ａ，Ａｄ１，Ａｄ２，Ａｄ３）の割り当ておよ
び多数の第２領域Ｒ２に対する第２素子（Ｂ，Ｂｄ１，
Ｂｄ２，Ｂｄ３）の割り当ては、コンピュータによって
発生した乱数によって決定している。

【００９４】具体的には、多数の第１領域Ｒ１に対する
第１素子（Ａ，Ａｄ１，Ａｄ２，Ａｄ３）の割り当てに
際して、０，１，２，３による乱数列をいくつか発生し
ておき、そのうち０の数と１の数と２の数と３の数とが
ほぼ同数になる乱数列を選択し、０を第１基準素子Ａ、
１を第１位相の第１補完素子Ａｄ１、２を第２位相の第
１補完素子Ａｄ２、３を第３位相の第１補完素子Ａｄ３
として順次割り当てて行けばよい。同様に、多数の第２
領域Ｒ２に対する第２素子（Ｂ，Ｂｄ１，Ｂｄ２，Ｂｄ
３）の割り当てに際して、０，１，２，３による乱数列
をいくつか発生しておき、そのうち０の数と１の数と２
の数と３の数とがほぼ同数になる乱数列を選択し、０を
第２基準素子Ｂ、１を第１位相の第２補完素子Ｂｄ１、
２を第２位相の第２補完素子Ｂｄ２、３を第３位相の第
２補完素子Ｂｄ３として順次割り当てて行けばよい。

【００９５】第２変形例では、回折光学素子６ｂに含ま
れる第１基準素子Ａと第１位相の第１補完素子Ａｄ１と
第２位相の第１補完素子Ａｄ２と第３位相の第１補完素
子Ａｄ３とはほぼ同数であり、回折光学素子６ｂに含ま
れる第２基準素子Ｂと第１位相の第２補完素子Ｂｄ１と
第２位相の第２補完素子Ｂｄ２と第３位相の第２補完素
子Ｂｄ３とはほぼ同数である。また、第１領域Ｒ１と第
２領域Ｒ２とは同数である。したがって、回折光学素子
６ｂに含まれる各素子ＡとＡｄ１とＡｄ２とＡｄ３とＢ
とＢｄ１とＢｄ２とＢｄ３とはほぼ同数である。

【００９６】こうして、第２変形例においても第１変形
例と同様に、図２の実施形態におけるブロック単位のラ
ンダム性よりもさらに高いランダム性を有する配置によ
り、輪帯状の照度分布における干渉縞の影響をさらに良
好に抑えることができる。また、第２変形例では、強度
分布が同じで且つ位相が互いに異なる４種類（上述の実
施形態および第１変形例では２種類）の光束をランダム
に混合することによって、規則的な干渉ノイズを格段に
低減することが可能になる。

【００９７】なお、第２変形例では、基準素子（Ａ，
Ｂ）と３種類の補完素子（Ａｄ１，Ａｄ２，Ａｄ３，Ｂ
ｄ１，Ｂｄ２，Ｂｄ３）とで合計４種類の位相をランダ
ム配置する場合について説明したが、これに限定される
ことなく、さらに位相の種類を増加して（さらに補完素
子の種類数を増加して）、さらに均一な照明を行うこと
ができる。一般に、１つの基準素子に対して位相の異な
る複数の補完素子を設定する場合、干渉ノイズの低減効
果を向上させるために、位相差はほぼ等間隔で変化する
ことが好ましい。

【００９８】次に、上述の実施形態を参照して、部分ラ
ンダム配置について具体的に説明する。図１９は、回折
光学素子をリソグラフィにより製造するために用いられ
るマスクの構成を概略的に示す図である。また、図２０
は、図１９のマスクを用いてガラス基板上に生成された
回折光学素子を示す図である。図１９を参照すると、マ
スクの中央には、２つのブロックパターンＡＡＰ１およ
びＡＡＰ２が、たとえばＥＢ（電子ビーム）描画によっ
て形成されている。

【００９９】ブロックパターンＡＡＰ１内には、基準ブ
ロック（Ａ，Ｂ，Ｂ，Ａ）および補完ブロック（Ａｄ，
Ｂｄ，Ｂｄ，Ａｄ）が、たとえば２５０個づつ、ブロッ
クパターンの全体に亘ってランダム配列されている。ブ
ロックパターンＡＡＰ１におけるランダム配列の規則に
ついては、たとえばコンピュータによって発生した乱数
によって決定されている。同様に、ブロックパターンＡ
ＡＰ２内にも、基準ブロック（Ａ，Ｂ，Ｂ，Ａ）および
補完ブロック（Ａｄ，Ｂｄ，Ｂｄ，Ａｄ）が、たとえば
２５０個づつランダム配列されている。ただし、ブロッ
クパターンＡＡＰ２におけるランダム配列の規則は、ブ
ロックパターンＡＡＰ１におけるランダム配列の規則と
は異なる。

【０１００】また、マスクの周辺には、３つのアライメ
ントマークａｍが描画されている。アライメントマーク
ａｍは、レジストの塗布されたガラス基板上に縮小投影
露光によってブロックパターンＡＡＰ１およびＡＡＰ２
を露光する際の位置基準となる。さらに、マスクには、
一対の切断用ガイドパターン（ガイド窓）ＧＰが描画さ
れている。切断用ガイドパターンＧＰは、回折光学素子
を所定の形状に切断するための切断線をマークするため
に使用される。

【０１０１】また、マスクには、線幅およびエッチング
深さを制御するための制御用規則パターンとして、たと
えばライン・アンド・スペースパターンＬＳが形成され
ている。すなわち、パターンＬＳは、その内部に線幅２
μｍ程度の直線状のライン・アンド・スペースパターン
を含んだテストパターンであり、ブロックパターンＡＡ
Ｐ１およびＡＡＰ２の露光の前後に、このパターンＬＳ
を回折光学素子の有効径の外側に焼き付け、線幅制御と
エッチング深さ制御のために用いられる。

【０１０２】図２０に示す回折光学素子６ｃは、図１９
のマスクを用いてブロックパターンＡＡＰ１とＡＡＰ２
とを互い違いに、たとえば４×１２回露光し、現像およ
びエッチングして得られたものである。こうして生成さ
れた回折光学素子６ｃでは、その有効径（有効領域）の
全体に亘って素子がランダム配置されておらず、いわゆ
る部分ランダム配置されている。このような部分ランダ
ム配置では、互い違い配列された各ブロックパターン内
において素子がランダム配置されていること、およびエ
キシマレーザの干渉性が有限であることから、所定の光
学性能を発揮することができる。また、一枚または比較
的少数枚のレチクル原版（マスク）で回折光学素子を簡
易に且つ安価に製造することができる。

【０１０３】なお、干渉ノイズについてより高い低減効
果を達成するためには、２つのブロックパターンＡＡＰ
１およびＡＡＰ２に加えて、さらにＡＡＰ３，ＡＡＰ
４，・・・のように内部配列の異なる別のブロックパタ
ーンを適宜用意することが好ましい。この場合、全ての
ブロックパターンを順次回折光学素子上に露光し、現像
およびエッチングすることによって、その有効径の全体
に亘って素子が部分ランダム配置された回折光学素子を
製造することが可能である。

【０１０４】ところで、全てのブロックパターンを図１
９のマスク上に配置しきれない場合には、他の１つまた
は複数のマスク上に残りのブロックパターンを描画し、
マスクを順次交換しながら全てのブロックパターンをガ
ラス基板上に露光することにより回折光学素子を製造す
ることが可能である。なお、以上において図１９および
図２０を一例として説明した部分的ランダム配置による
回折光学素子のパタニング方法は、上述の実施形態のみ
ならず、上述の第１変形例や第２変形例などにも同様に
適用することが可能である。

【０１０５】なお、上述の実施形態および各変形例にお
いて、リング状回折格子の半径方向断面の周期（ピッ
チ）Ｐを０．１μｍ〜２５０μｍ程度に、基準素子およ
び補完素子の有効径（有効領域）の面積を５μｍ×５μ
ｍ〜１０００μｍ×１０００μｍ程度に、回折光学素子
の有効径内における基準素子および補完素子の数を約１
０個以上に設定することができる。

【０１０６】また、図１に示す露光装置では、複数極状
の二次光源を形成するために波面分割型のオプティカル
インテグレータであるマイクロレンズアレイ８を用いて
いるが、この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であるロッド・インテ
グレータ（ロッド型インテグレータ）を用いることもで
きる。図２１は、図１の露光装置においてマイクロレン
ズアレイに代えてロッド・インテグレータを用いた場合
の要部構成を概略的に示す図である。

【０１０７】図２１を参照すると、マイクロレンズアレ
イ８に代えてロッド・インテグレータ８１を配置するこ
とに対応して、第２変倍光学系７とロッド・インテグレ
ータ８１との間の光路中にインプットレンズ８２を配置
し、ロッド・インテグレータ８１とコンデンサー光学系
９との間の光路中にリレーレンズ８３を配置している。
ここで、図２１に示すＡ面が図１のマイクロレンズアレ
イ８の入射面に対応し、図２１に示すＢ面が図１のマイ
クロレンズアレイ８の射出面に対応している。

【０１０８】ロッド・インテグレータ８１は、石英ガラ
スや蛍石のような硝子材料からなる内面反射型のガラス
ロッドであり、内部と外部との境界面すなわち内面での
全反射を利用して集光点を通りロッド入射面に平行な面
に沿って内面反射数に応じた数の光源を形成する。ここ
で、形成される光源のほとんどは虚像であるが、中心
（集光点）の光源のみが実像となる。すなわち、ロッド
・インテグレータ８１に入射した光束は内面反射により
角度方向に分割され、集光点を通りその入射面に平行な
面に沿って多数の光源からなる二次光源が形成される。

【０１０９】したがって、回折光学素子６を通過した光
束はＡ面に複数極状の照野を形成した後に、インプット
レンズ８２を介して、ロッド・インテグレータ８１の入
射面８１ａの近傍に集光する。こうして、ロッド・イン
テグレータ８１によりその入射側に形成された複数極状
の二次光源からの光束は、その射出面８１ｂにおいて重
畳された後、リレーレンズ８３およびコンデンサー光学
系９を介して、所定のパターンが形成されたマスク（レ
チクル）Ｍを重畳的に照明する。

【０１１０】なお、リレーレンズ８３およびコンデンサ
ー光学系９を取り外し、ロッド・インテグレータ８１の
射出面８１ｂをマスクＭの近傍に設置することもでき
る。あるいは、第２変倍光学系７およびインプットレン
ズ８２を取り外し、ロッド・インテグレータ８１の入射
面８１ａを回折光学素子６の射出面の近傍に設置するこ
ともできる。あるいは、第２変倍光学系７、インプット
レンズ８２、リレーレンズ８３およびコンデンサー光学
系９を取り外し、ロッド・インテグレータ８１の入射面
８１ａを回折光学素子６の射出面の近傍に設置するとと
もに、ロッド・インテグレータ８１の射出面８１ｂをマ
スクＭの近傍に設置することもできる。

【０１１１】また、図１に示す露光装置において、光源
１と発散光束形成素子としての回折光学素子４との間の
光路中に、たとえば特開平９−２０５０６０号公報、特
開平１０−１２５５８５号公報、特開２０００−２７７
４２１号公報などに開示された光遅延系を付設すること
もできる。以下、折り曲げミラー３と回折光学素子４と
の間の光路中に光遅延系を付設した場合について簡単に
説明する。

【０１１２】この場合、整形光学系２および折り曲げミ
ラー３を介して所望の断面形状に変換された光束は、全
反射ミラーと部分反射ミラーとから構成された光遅延系
に入射する。光遅延系では、部分反射ミラーを透過した
一部の光束が回折光学素子４に入射し、部分反射ミラー
で反射された残部の光束が全反射ミラーに入射する。全
反射ミラーで反射された光束は、部分反射ミラーに入射
し、部分反射ミラーを透過した一部の光束が回折光学素
子４に入射し、部分反射ミラーで反射された残部の光束
が全反射ミラーに入射する。

【０１１３】こうして、光遅延系では、全反射ミラーと
部分反射ミラーとの間で繰り返される多重反射により、
入射ビームを順次光遅延された多数のビーム群に変換す
る。その結果、光遅延系の作用により、ウェハ共役面に
おける干渉ノイズを低減することができる。なお、光遅
延系のさらに詳細な構成および作用については、たとえ
ば特開平９−２０５０６０号公報、特開平１０−１２５
５８５号公報、特開２０００−２７７４２１号公報を参
照することができる。

【０１１４】また、上述の実施形態では、２値型（２値
バイナリー型）の回折光学素子パターンを用いている
が、これに限定されることなく、ブレーズ型の回折光学
素子パターンまたは多値型（多段バイナリー型）の回折
光学素子パターンを用いることもできる。以下、図２２
を参照して、ブレーズ型の回折光学素子パターン、多値
型の回折光学素子パターン、および２値型の回折光学素
子パターンについて一般的に説明する。

【０１１５】図２２（ａ）はブレーズ型のリング状回折
光学素子をリングパターンの中心Ａ ₀（Ｂ₀）を通る周期
方向の断面で切断した断面図であり、図２２（ｂ）は多
値型のリング状回折光学素子をリングパターンの中心Ａ
₀（Ｂ₀）を通る周期方向の断面で切断した断面図であ
り、図２２（ｃ）は２値型のリング状回折光学素子をリ
ングパターンの中心Ａ₀（Ｂ₀）を通る周期方向の断面で
切断した断面図である。図２２（ａ）を参照すると、ブ
レーズ型の回折光学素子の切断面は鋸歯状となってお
り、鋸歯状にステップが発生するピッチＰは、回折光学
素子に対して設定すべき所望の回折角θに応じて、次の
式（３）にしたがって設定されている。Ｐ＝λ／sinθ （３）

【０１１６】また、断面における深さｄ₀は、基板の屈
折率をｎとし、基板が配置されている気体の屈折率を１
として、次式（４）で与えられる。ｄ₀＝λ／（ｎ−１）（４）

【０１１７】本発明では、このようなブレーズ型の回折
光学素子パターンを有する基準素子および補完素子を用
いることが可能である。この場合には、基準素子および
補完素子のパターンは凸面と凹面との２値型ではなく、
断面形状が高さ方向に変化するパターンとなる。このよ
うな高さ方向の異なるパターンの生成に際して、透過率
が徐々に変化するグレイスケールマスクを使用すること
が可能である。

【０１１８】図２２（ｂ）を参照すると、多値型の回折
光学素子の切断面は、図２２（ａ）の鋸歯状形状をＬ段
（Ｌ≧３）の階段型形状に近似した形状となっている。
そして、各階段の境界は、ピッチＰの範囲を各階段のス
テップ領域にしたがってＬ分割することによって容易に
規定することができる。図２２（ｂ）は、Ｌ＝８の８値
位相型回折光学素子の場合を示している。断面における
深さｄ_Lは、基板の屈折率をｎとし、基板が配置されて
いる気体の屈折率を１として、次式（５）で与えられ
る。ｄ_L＝λ・（Ｌ−１）／｛Ｌ・（ｎ−１）｝（５）

【０１１９】本発明では、このような多値型の回折光学
素子パターンを有する基準素子および補完素子を用いる
ことが可能である。この場合には、基準素子および補完
素子のパターンは凸面と凹面との２値型ではなく、断面
形状が階段形状となり、高さ方向に変化するパターンと
なる。このような高さ方向の異なるパターンの生成に際
して、透過率がステップ的かつ多段階に変化するグレイ
スケールマスクを使用することが可能である。

【０１２０】図２２（ｃ）を参照すると、２値型の回折
光学素子の切断面は、図２２（ｂ）の階段型近似におい
てＬ＝２とした場合の形状となっている。すなわち、２
値型の回折光学素子の切断面は、図２２（ｃ）に示すよ
うに、厚さｄ₂の方向について凸領域部分と凹領域部分
との２種類の段差で示される矩形状のパターンとなる。
各矩形領域の境界は、Ｐ／２によって与えることができ
る。また、断面における深さｄ₂は、基板の屈折率をｎ
とし、基板が配置されている気体の屈折率を１として、
次式（６）で与えられる。ｄ₂＝λ／｛２・（ｎ−１）｝（６）

【０１２１】上述の実施形態および各変形例では、この
ような２値型の回折光学素子パターンを有する基準素子
および補完素子を用いている。すなわち、図２２（ｃ）
は、実質的に図４（ａ）に対応する図である。この場
合、いわゆる白黒型（透過部と遮光部のみの）マスクを
使用することが可能である。なお、回折光学素子をパタ
ニングする基板の材料としては、たとえば合成石英、水
晶、螢石等を使用することが可能である。

【０１２２】なお、上述の実施形態では、２値型のリン
グ状回折格子の中心に関して対称的に回折光が発生する
ため、外形形状の中心Ｓ₀に対して＋Ｘ方向に偏芯した
点Ａ₀を中心としてリング状回折格子が形成された第１
基準素子Ａ、および外形形状の中心Ｓ₀に対して＋Ｚ方
向に偏芯した点Ｂ₀を中心としてリング状回折格子が形
成された第２基準素子Ｂの２種類の基準素子を用いてい
る。しかしながら、ブレーズ型や多値型のリング状回折
格子では、その中心に関して一方の側にしか回折光が発
生しないため、第１基準素子Ａおよび第２基準素子Ｂ
に、外形形状の中心Ｓ ₀に対して−Ｘ方向に偏芯した点
Ｃ₀を中心としてリング状回折格子が形成された第３基
準素子Ｃ、および外形形状の中心Ｓ₀に対して−Ｚ方向
に偏芯した点Ｄ₀を中心としてリング状回折格子が形成
された第４基準素子Ｄを加えて、合計４種類の基準素子
を用いることが必要になる。

【０１２３】すなわち、上述の実施形態および第１変形
例においてブレーズ型や多値型のリング状回折格子を採
用する場合、基準素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と補完素子
（Ａｄ，Ｂｄ，Ｃｄ，Ｄｄ）とで回折光学素子が構成さ
れることになる。また、上述の第２変形例においてブレ
ーズ型や多値型のリング状回折格子を採用する場合、基
準素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と補完素子（Ａｄ１〜Ａｄ
３，Ｂｄ１〜Ｂｄ３，Ｃｄ１〜Ｃｄ３，Ｄｄ１〜Ｄｄ
３）とで回折光学素子が構成されることになる。なお、
ブレーズ型や多値型の補完素子のパターン設定手法は、
図２２（ａ），（ｂ）に関して、図４や図１８を用いて
説明した原理と同様の原理によって、リング中心Ａ
₀（Ｂ₀）を通る断面パターンについて位相差を与えたパ
ターンを設定する手法を用いることが可能である。

【０１２４】次に、上述の実施形態における回折光学素
子の典型的な製造工程について簡単に説明する。まず、
所定の光源から最終段（最もマスク側）のオプティカル
インテグレータ（実施形態ではマイクロレンズアレイ
８）までに含まれるリレーレンズの焦点距離と光束の有
効径と光源の波長と発散光束形成素子の発散角との関係
から、基準素子に形成すべきリング状回折格子のピッチ
を設定する。そして、発散光束形成素子（図１の実施形
態では回折光学素子４）を構成する各光学要素に対応す
る要素光束の中に基準素子または補完素子が複数個含ま
れるように基準素子および補完素子の有効径を設定す
る。

【０１２５】次いで、発生する強度分布が基準素子と同
じで且つ位相が基準素子とは異なる１つまたは複数の補
完素子のパターンを設定する。こうして得られた基準素
子と１種類または複数種類の補完素子とをそれぞれほぼ
同数だけ有効径内にインテグレートした回折光学素子の
パターンを設定する。このとき、基準素子および補完素
子の配列位置をランダム化（部分ランダムを含む）す
る。

【０１２６】こうしてパタニングした回折光学素子につ
いて波動光学的シミュレーションを行い、基準素子のピ
ッチおよび補完素子の位相および該位相の種類などを最
適化する。次いで、最適化された回折光学素子のパター
ンにしたがってレチクル（マスク）を製造し、このレチ
クルを用いてレジストの塗布されたガラス基板にパター
ンを焼き付けする。その後、現像工程、エッチング工
程、ＡＲ（反射防止）コートを形成する工程などが行わ
れる。

【０１２７】なお、図１に示した露光装置において、回
折光学素子４および回折光学素子６をカバーガラスによ
って保護する構成としても良い。図２３を参照すると、
回折光学素子６（または回折光学素子４）は、この回折
光学素子６（または回折光学素子４）を保持するホルダ
６２によって保持されており、このホルダ６２には、一
対のカバーガラス６１ａ，６１ｂが固定されている。こ
れら一対のカバーガラス６１ａ，６１ｂは、回折光学素
子６（４）への異物付着を抑え、かつこれら一対のカバ
ーガラス６１ａ，６１ｂによって形成される空間内のク
リーン度を外側空間よりも高めて、その内側空間内に位
置する回折光学素子６（４）の寿命を延ばす作用を持っ
ている。

【０１２８】ここで、回折光学素子６（４）から射出さ
れる多数の光束のフルエンスが高い場合には、射出側カ
バーガラス６１ｂにコンパクションダメージを与え照明
ムラを生じる恐れがあるため、このカバーガラスを蛍石
（ＣａＦ₂）で形成することが好ましい。なお、このカ
バーガラスを、水晶などの結晶石英（ＳｉＯ₂）、チタ
ン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、三酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₃）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）およびサファイア
（Ａｌ₂Ｏ₃）などの酸化物結晶材料で形成しても良い。
また、照明ムラを重視する場合には、上述の実施形態の
通り、カバーガラスを省略する構成をとっても良い。ま
た、回折光学素子６（４）だけではなく、上述の屈折光
学素子６０も、上述と同様に一対のカバーガラス６１
ａ，６１ｂで保護する構成としても良い。なお、回折光
学素子４（６）の材料として、蛍石または酸化物結晶を
用いても良い。

【０１２９】上述の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９のフローチャートを参
照して説明する。

【０１３０】先ず、図９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３０３
において、上述の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。

【０１３１】また、上述の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１０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１０において、パターン
形成工程４０１では、上述の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。

【０１３２】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。

【０１３３】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。

【０１３４】なお、上述の実施形態では、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（または２４８ｎｍの波長の光を供給するＫ
ｒＦエキシマレーザー光源）を用いているが、これに限
定されることなく、１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ
₂レーザー光源や、ｇ線（４３６ｎｍ）やｉ線（３６５
ｎｍ）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。

【０１３５】さらに、上述の実施形態では、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。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の回折光学
素子は、外形形状の中心に対して第１方向および第２方
向にそれぞれ偏芯してリング状回折格子が形成された第
１基本回折素子と第２基本回折素子とで構成されている
ので、その強度分布特性では光強度の分布において山と
谷とが互いに埋め合い、強度分布の方位角への依存性が
弱くなって、強度分布の形態が平坦になる。

【０１３７】その結果、本発明の回折光学素子では、た
とえば照明光学装置に用いられて、被照射面および照明
瞳面において実質的に均一な輪帯状の照度分布を形成す
ることができる。また、本発明の回折光学素子を備えた
照明光学装置では、上述の回折光学素子の強度分布特性
に基づいて、被照射面および照明瞳面において実質的に
均一な輪帯状の照度分布を形成することができ、ひいて
は光量損失を抑えつつ良好な輪帯照明を行うことができ
る。

【０１３８】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、光量損失を抑えつつ良好な輪帯照明を行うこと
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】本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子
の全体構成を概略的に示す図である。

【図３】本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子
に含まれる第１基本回折素子の構成を概略的に示す図で
ある。

【図４】本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子
に含まれる第１基本回折素子および第２基本回折素子の
断面を概略的に示す図である。

【図５】本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子
に含まれる第２基本回折素子の構成を概略的に示す図で
ある。

【図６】本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子
の強度分布特性を説明する第１の図である。

【図７】本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子
の強度分布特性を説明する第２の図である。

【図８】本実施形態における輪帯照明用の回折光学素子
に代えて使用可能な屈折光学素子の全体構成を概略的に
示す図である。

【図９】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１０】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。

【図１１】特開２０００−１８２９３３号公報に開示さ
れた従来の照明光学装置の要部構成を概略的に示す図で
ある。

【図１２】従来の照明光学装置の各面における光束の断
面形状を示す図である。

【図１３】第１フライアイレンズの構成を概略的に示す
図である。

【図１４】第２フライアイレンズの入射面に形成される
輪帯状の照野の照度分布のシミュレーション結果を示す
図である。

【図１５】第２フライアイレンズの入射面に形成される
照度分布が不均一になる原因を説明するための図であ
る。

【図１６】回折光学素子の全体構成にかかる第１変形例
を概略的に示す図である。

【図１７】回折光学素子の全体構成にかかる第２変形例
を概略的に示す図である。

【図１８】第２変形例における基準素子および３種類の
補完素子に形成されたリング状回折格子のリング中心Ａ
₀（Ｂ₀）を通る中央部分の断面を概略的に示す図であ
る。

【図１９】回折光学素子をリソグラフィにより製造する
ために用いられるマスクの構成を概略的に示す図であ
る。

【図２０】図１９のマスクを用いてガラス基板上に生成
された回折光学素子を示す図である。

【図２１】図１の露光装置においてマイクロレンズアレ
イに代えてロッド・インテグレータを用いた場合の要部
構成を概略的に示す図である。

【図２２】（ａ）はブレーズ型のリング状回折光学素子
をリングパターンの中心Ａ₀（Ｂ₀）を通る周期方向の断
面で切断した断面図であり、（ｂ）は多値型のリング状
回折光学素子をリングパターンの中心Ａ₀（Ｂ₀）を通る
周期方向の断面で切断した断面図であり、（ｃ）は２値
型のリング状回折光学素子をリングパターンの中心Ａ₀
（Ｂ₀）を通る周期方向の断面で切断した断面図であ
る。

【図２３】回折光学素子をカバーガラスで覆う場合の構
成を概略的に示す断面図である。

【符号の説明】

１光源２整形光学系４回折光学素子（発散光束形成素子）５第１変倍光学系（アフォーカルズームレンズ）６輪帯照明用の回折光学素子７第２変倍光学系（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１０マスクブラインド（照明視野絞り）１１結像光学系６０屈折光学素子ＭマスクＭＳマスクステージＰＬ投影光学系ＷウェハＷＳウェハステージ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｇ０２Ｂ 27/00 ＶＦターム(参考） 2H042 CA12 2H049 AA03 AA04 AA13 AA14 AA33 AA37 AA50 AA60 AA63 AA65 2H052 BA02 BA03 BA09 BA12 2H097 BA10 CA12 CA13 LA10 LA11 LA12 LA17 LA20 5F046 BA03 CB13 CB23 DA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いにほぼ同じ形状を有するリング状回
折格子が形成された第１基本回折素子と第２基本回折素
子とを備え、前記第１基本回折素子では、その外形形状の中心に対し
て前記リング状回折格子の中心が第１方向に沿って偏芯
しており、前記第２基本回折素子では、その外形形状の中心に対し
て前記リング状回折格子の中心が前記第１方向とは異な
る第２方向に沿って偏芯していることを特徴とする回折
光学素子。
【請求項２】前記第１方向と前記第２方向とは互いに
ほぼ直交することを特徴とする請求項１に記載の回折光
学素子。
【請求項３】前記第１方向に沿った偏芯量と前記第２
方向に沿った偏芯量とはほぼ等しいことを特徴とする請
求項１または２に記載の回折光学素子。
【請求項４】前記第１基本回折素子および前記第２基
本回折素子は、一辺が長さＬの正方形状の外形を有し、前記偏芯量Δは、０．２８Ｌ＜Δ＜０．３Ｌの条件を満足することを特徴とする請求項３に記載の回
折光学素子。
【請求項５】前記第１基本回折素子と前記第２基本回
折素子とはほぼ同数であることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項６】前記第１基本回折素子と前記第２基本回
折素子とはほぼ交互に隣接配列されていることを特徴と
する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回折光学素
子。
【請求項７】前記第１基本回折素子および前記第２基
本回折素子には、複数の同心円によって規定された円形
状および輪帯状の領域が形成され、前記第１基本回折素子は、前記円形状または輪帯状の領
域のうち、前記同心円の中心から偶数番目の領域に凸面
が形成された第１基準素子と、前記同心円の中心から奇
数番目の領域に凸面が形成された第１補完素子とを有
し、前記第２基本回折素子は、前記円形状または輪帯状の領
域のうち、前記同心円の中心から偶数番目の領域に凸面
が形成された第２基準素子と、前記同心円の中心から奇
数番目の領域に凸面が形成された第２補完素子とを有す
ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記
載の回折光学素子。
【請求項８】前記第１基準素子と前記第１補完素子と
はほぼ同数であり、前記第２基準素子と前記第２補完素
子とはほぼ同数であることを特徴とする請求項７に記載
の回折光学素子。
【請求項９】前記第１基準素子と前記第２基準素子と
を隣接配置して一組の基準ブロックとし、前記第１補完
素子と前記第２補完素子とを隣接配置してもう一組の補
完ブロックとし、該基準ブロックおよび補完ブロックを
それぞれほぼ同数だけ含み、かつ基準ブロックおよび補
完ブロックの空間的配置をランダム配置とすることを特
徴とする請求項７に記載の回折光学素子。
【請求項１０】前記円形状の領域の直径の寸法と前記
輪帯状の各領域の輪帯幅の寸法とはほぼ等しいことを特
徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の回折光
学素子。
【請求項１１】前記第１基本回折素子は、第１基準素
子とｎ種類（ｎは１以上の整数）の第１補完素子とを有
し、前記第２基本回折素子は、第２基準素子とｎ種類の
第２補完素子とを有し、第ｉ位相（ｉ＝１〜ｎ）の第１補完素子および第２補完
素子は、前記第１基準素子および前記第２基準素子が発
生する光振幅に対してｉ番目の位相差を持った光振幅を
発生するパターンを有することを特徴とする請求項１乃
至６のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１２】前記第１基本回折素子および前記第２
基本回折素子は、それぞれ複数種類の補完素子を有し、前記ｉ番目の位相差はほぼ等間隔で変化していることを
特徴とする請求項１１に記載の回折光学素子。
【請求項１３】前記第１基準素子と前記第ｉ位相の第
１補完素子との前記ｉ番目の位相差および前記第２基準
素子と前記第ｉ位相の第２補完素子との前記ｉ番目の位
相差は、ほぼｉ／（ｎ＋１）波長であることを特徴とす
る請求項１２に記載の回折光学素子。
【請求項１４】前記回折光学素子は、複数の前記第１
基準素子と、複数の前記第２基準素子と、複数の前記第
ｉ位相の第１補完素子と、複数の前記第ｉ位相の第２補
完素子とを備えていることを特徴とする請求項１１乃至
１３のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項１５】前記複数の前記第１基準素子と、前記
複数の第２基準素子と、前記複数の第ｉ位相の第１補完
素子と、前記複数の第ｉ位相の第２補完素子とはすべて
のｉについてほぼ同数であることを特徴とする請求項１
４に記載の回折光学素子。
【請求項１６】前記複数の前記第１基準素子と前記複
数の第２基準素子と前記複数の第ｉ位相の第１補完素子
と前記複数の第ｉ位相の第２補完素子とは、前記回折光
学素子の全体に亘ってランダム配列されていることを特
徴とする請求項１４または１５に記載の回折光学素子。
【請求項１７】前記回折光学素子は複数のブロックパ
ターンを備え、各ブロックパターンにおいて前記複数の
前記第１基準素子と前記複数の第２基準素子と前記複数
の第ｉ位相の第１補完素子と前記複数の第ｉ位相の第２
補完素子とがランダム配列されていることを特徴とする
請求項１４または１５に記載の回折光学素子。
【請求項１８】各ブロックパターンにおいて前記複数
の前記第１基準素子と前記複数の第２基準素子と前記複
数の第ｉ位相の第１補完素子と前記複数の第ｉ位相の第
２補完素子とはすべてのｉについてほぼ同数であること
を特徴とする請求項１７に記載の回折光学素子。
【請求項１９】前記複数種類のブロックパターンにお
いて、各種類のブロックパターン毎にランダム配列の形
態が異なることを特徴とする請求項１７または１８に記
載の回折光学素子。
【請求項２０】前記リング状回折格子は、２値型の回
折光学素子パターン、ブレーズ型の回折光学素子パター
ン、および多値型の回折光学素子パターンのうちのいず
れか１つのパターンを有することを特徴とする請求項１
乃至１９のいずれか１項に記載の回折光学素子。
【請求項２１】互いにほぼ同じ頂角を有する円錐プリ
ズムからなる第１基本屈折素子と第２基本屈折素子とを
備え、前記第１基本屈折素子では、その外形形状の中心に対し
て前記円錐プリズムの中心軸線が第１方向に沿って偏芯
しており、前記第２基本屈折素子では、その外形形状の中心に対し
て前記円錐プリズムの中心軸線が前記第１方向とは異な
る第２方向に沿って偏芯するように構成されていること
を特徴とする屈折光学素子。
【請求項２２】前記第１方向と前記第２方向とは互い
にほぼ直交することを特徴とする請求項２１に記載の屈
折光学素子。
【請求項２３】前記第１方向に沿った偏芯量と前記第
２方向に沿った偏芯量とはほぼ等しいことを特徴とする
請求項２１または２２に記載の屈折光学素子。
【請求項２４】前記第１基本屈折素子と前記第２基本
屈折素子とはほぼ同数であることを特徴とする請求項２
１乃至２３のいずれか１項に記載の屈折光学素子。
【請求項２５】前記第１基本屈折素子と前記第２基本
屈折素子とはほぼ交互に隣接配列されていることを特徴
とする請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載の屈折
光学素子。
【請求項２６】被照射面を照明する照明光学装置にお
いて、輪帯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、入射光束を円環状の光束に変換するための
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の回折光学素子
または請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の屈折
光学素子を備えていることを特徴とする照明光学装置。
【請求項２７】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、輪帯状の照野を第２の所定面上に形
成するために前記回折光学素子または前記屈折光学素子
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輪帯状の照野から
の光束に基づいて、前記輪帯状の照野とほぼ同じ光強度
分布を有する輪帯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２６に記載の照明光学装置。
【請求項２８】前記角度光束形成手段は、複数の光学
要素からなる光学部材を有し、前記回折光学素子および前記屈折光学素子は、前記光学
部材の各光学要素に対応する要素光束の中に基本回折素
子または基本屈折素子が複数個含まれるように位置決め
されていることを特徴とする請求項２７に記載の照明光
学装置。
【請求項２９】前記角度光束形成手段は、複数の光学
要素からなる光学部材を有し、前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、前記光学
部材の各光学要素に対応する要素光束中に、前記第１基
本回折素子および前記第２基本回折素子あるいは前記第
１基本屈折素子および前記第２基本屈折素子が含まれる
ように位置決めされていることを特徴とする請求項２７
に記載の照明光学装置。
【請求項３０】請求項２６乃至２９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３１】請求項２６乃至２９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。
【請求項３２】入射光束を所定の射出光束に変換する
回折光学素子を含む回折光学装置において、前記回折光学素子の入射側光路および射出側光路の少な
くとも一方に配置される光透過性保護部材を備え、該光透過性保護部材は蛍石または酸化物結晶で形成され
ることを特徴とする回折光学装置。