JP2014146660A

JP2014146660A - 照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2014146660A
Application number: JP2013013471A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Inoue; 馨井上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-08-14

Abstract

【課題】被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる照明光学装置。
【解決手段】並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、第１方向に延びた第１軸上の点での屈折力が第１方向に沿って周期的に変化している第１屈折力分布を持つ第１光学部材と、第１屈折力分布と同じ周期を有する第２屈折力分布を持つ第２光学部材と、第１軸上の点での屈折力が第１方向に沿って周期的に変化している第３屈折力分布を持つ第３光学部材と、第３屈折力分布と同じ周期を有する第４屈折力分布を持つ第４光学部材とを備えている。第１光学部材と第２光学部材とは、照明光学装置の光軸と平行な所定の軸線廻りに回転可能に構成され、第３光学部材と第４光学部材とは、照明光学装置の光軸を横切る第２方向に沿って移動可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。

半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、光源から射出された光が、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（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。

二次光源からの光は、コンデンサーレンズにより集光された後、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。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは微細化されており、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。

マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するために、例えば輪帯状や複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が提案されている（特許文献１を参照）。

米国特許公開第２００６／００５５８３４号公報

マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するには、瞳強度分布を所望の形状に調整するだけでなく、最終的な被照射面としてのウェハ上の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する必要がある。ウェハ上の各点での瞳強度分布の均一性にばらつきがあると、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
該オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、第１方向に延びた第１軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第１屈折力分布を持つ第１光学部材と、
前記オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、前記第１屈折力分布と同じ周期を有する第２屈折力分布を持つ第２光学部材と、
前記オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、前記第１軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第３屈折力分布を持つ第３光学部材と、
前記オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、前記第３屈折力分布と同じ周期を有する第４屈折力分布を持つ第４光学部材とを備え、
前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記照明光学装置の光軸と平行な所定の軸線廻りに回転可能に構成され、
前記第３光学部材と前記第４光学部材とは、前記照明光学装置の前記光軸を横切る第２方向に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第２形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
該オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、第１方向に延びた第１軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第１屈折力分布を持つと共に、前記第１軸と平行な第２軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第２屈折力分布を持つ第１光学部材と、
該オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、第１方向に延びた第３軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第３屈折力分布を持つと共に、前記第３軸と平行な第４軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第４屈折力分布を持つ第２光学部材とを備え、
前記第１光学部材は、前記第１屈折力分布を持つ第１部分と前記第２屈折力分布を持つ第２部分とを備え、
前記第１屈折力分布と前記第２屈折力分布とは、前記第１軸および前記第２軸と平行な方向において異なる位相を有し、
前記第２光学部材は、前記第３屈折力分布を持つ第３部分と前記第４屈折力分布を持つ第４部分とを備え、
前記第３屈折力分布と前記第４屈折力分布とは、前記第３軸および前記第４軸と平行な方向において異なる位相を有し、
前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記照明光学装置の光軸と平行な軸線廻りに回転可能に構成されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

第３形態では、前記被照射面に設置された所定のパターンを照明するための第１形態または第２形態の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の照明光学装置では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。本発明の露光装置およびデバイス製造方法では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

第１実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。第１光学部材の機能を説明する図である。第１光学部材による照度分布がマイクロフライアイレンズの入射側の面に形成され、微小レンズを経た部分光束が被照射面上で重畳される様子を示す図である。マイクロフライアイレンズの入射側の面を光軸に沿って見た図である。照明瞳と照明領域との間の光線の対応関係を示す図である。照明領域上の各点に関する瞳強度分布について説明する図である。（ａ）は基準状態において各微小レンズの入射側の面に形成される光強度分布を、（ｂ）は第１回転状態において光軸から最も離れた微小レンズの入射側の面に形成される光強度分布を示す図である。第２実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態における第１光学部材の射出面を光軸に沿って見た図である。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。半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。

以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。図１において、被照射面１７の法線方向（光軸ＡＸの方向）に沿ってＺ軸を、被照射面１７の面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、被照射面１７の面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、第１実施形態の照明光学装置１では、光源１１から射出された光がコリメートレンズ１２により平行光束に変換され、一対の光学ユニット１３および１４を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１５に入射する。マイクロフライアイレンズ１５は、例えば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（波面分割要素）１５ａからなる光学素子であって、平行平面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ている。

マイクロフライアイレンズ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、マイクロフライアイレンズは、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（微小屈折面）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フライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。

マイクロフライアイレンズ１５として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。光学ユニット１３および１４の構成および作用については後述する。図１では、図面の明瞭化のために、マイクロフライアイレンズ１５を構成する微小レンズ１５ａの数を実際よりもはるかに少なく表示している。この点は、図３、図５および図８においても同様である。

マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面には、例えば光軸ＡＸを中心とする円形状の照野が形成される。マイクロフライアイレンズ１５における各微小レンズ１５ａの入射側の面（すなわち単位波面分割面）は、例えばＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状であって、被照射面１７上において形成すべき照明領域１７ａの形状と相似な矩形状である。

マイクロフライアイレンズ１５に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置（ひいては照明瞳の位置）には、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に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を中心とした円形状の二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ１５の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系１６を介して、被照射面１７を重畳的に照明する。こうして、被照射面１７には、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の照明領域１７ａが形成される。

第１実施形態の照明光学装置１は、光学ユニット１４を駆動する第１駆動部１８と、光学ユニット１３を駆動する第２駆動部１９と、被照射面１７上の所定の点に到達する光の角度方向の強度分布、すなわち照明光学装置１の射出瞳面（マイクロフライアイレンズ１５の直後の照明瞳面）における瞳強度分布を計測する瞳強度分布計測部２０と、瞳強度分布計測部２０の計測結果に基づいて駆動部１８および１９を制御する制御系ＣＲとを備えている。瞳強度分布計測部２０は、例えば照明光学装置１の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、被照射面１７上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学装置１の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。

第１実施形態の照明光学装置１が走査型の露光装置に適用される場合、被照射面１７上の照明領域１７ａと光学的に共役な領域として、例えばＸ方向に沿って細長い矩形状の静止露光領域が、投影光学系を介してウェハ（感光性基板）上に形成される。静止露光領域内の１点に入射する光が照明瞳（例えば投影光学系の瞳）に形成する瞳強度分布が入射点の位置に依存して大きく異なる場合、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することができない。

静止露光領域では、走査方向（スキャン方向）であるＹ方向に沿った照度分布の均一性よりも、走査方向と直交する走査直交方向すなわちＸ方向に沿った照度分布の均一性の方が重要である。また、静止露光領域においてＹ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性よりも、Ｘ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性の方が重要である。これは、静止露光領域におけるＹ方向に沿った照度ムラおよびＹ方向に沿った各点での瞳強度分布のばらつきの影響が、Ｙ方向に沿った走査露光により平均化されるからである。

したがって、第１実施形態の照明光学装置１が露光装置に、とりわけ走査型の露光装置に適用される場合、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った照度分布の均一性、および照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布の均一性を確保することが重要である。第１実施形態では、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整する瞳強度調整手段として光学ユニット１４を備え、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った照度分布を調整する照度調整手段として光学ユニット１３を備えている。

瞳強度調整用の光学ユニット１４は、照度調整用の光学ユニット１３とマイクロフライアイレンズ１５との間の光路中に配置された第１光学部材１４ａと、その後側に近接して配置された第２光学部材１４ｂとを有する。第１光学部材１４ａは、Ｚ方向に沿って直線状に延びる光軸ＡＸと直交する平面状の入射側の面と、一方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状（例えば正弦波曲面状）の射出面とを有する。第２光学部材１４ｂは、一方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状の入射側の面と、光軸ＡＸと直交する平面状の射出面とを有する。

図１に示す基準状態では、第１光学部材１４ａの射出面において凹凸を周期的に繰り返す方向および第２光学部材１４ｂの入射側の面において凹凸を周期的に繰り返す方向が、Ｘ方向と一致している。また、基準状態において、第１光学部材１４ａの凹部（または凸部）と第２光学部材１４ｂの凹部（または凸部）とがＸ方向に沿って対応するように、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとが相対的に配置されている。

第１実施形態の照明光学装置１は、第１光学部材１４ａおよび第２光学部材１４ｂを駆動する駆動部１８を備えている。駆動部１８は、制御系ＣＲからの指令にしたがって、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ回転させたり、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを光軸ＡＸの方向に沿って一体的に移動させたりする。すなわち、第１光学部材１４ａおよび第２光学部材１４ｂは、光軸ＡＸ廻りに回転可能で且つ光軸ＡＸ方向に沿って移動可能に構成されている。

照度調整用の光学ユニット１３は、コリメートレンズ１２と瞳強度調整用の光学ユニット１４との間の光路中に配置された第３光学部材１３ａと、その後側に近接して配置された第４光学部材１３ｂとを有する。第３光学部材１３ａおよび第４光学部材１３ｂは、第１光学部材１４ａおよび第２光学部材１４ｂと同様の構成を有する。具体的に、第３光学部材１３ａは、光軸ＡＸと直交する平面状の入射側の面と、一方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状の射出面とを有する。第４光学部材１３ｂは、一方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状の入射側の面と、光軸ＡＸと直交する平面状の射出面とを有する。

図１に示す基準状態では、瞳強度調整用の光学ユニット１４の場合と同様に、第３光学部材１３ａの射出面において凹凸を周期的に繰り返す方向および第４光学部材１３ｂの入射側の面において凹凸を周期的に繰り返す方向が、Ｘ方向と一致している。ただし、瞳強度調整用の光学ユニット１４の場合とは異なり、基準状態において、第３光学部材１３ａの凹部（または凸部）と第４光学部材１３ｂの凸部（または凹部）とがＸ方向に沿って対応するように、第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとが相対的に配置されている。

第１実施形態の照明光学装置１は、第３光学部材１３ａおよび第４光学部材１３ｂを駆動する駆動部１９を備えている。駆動部１９は、制御系ＣＲからの指令にしたがって、第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとを基準状態からＸ方向に沿って逆向きに同じ距離だけ移動させる。すなわち、第３光学部材１３ａおよび第４光学部材１３ｂは、Ｘ方向に沿って移動可能に構成されている。

このように、第１光学部材１４ａは、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の光路に配置されて、一方向に延びた第１軸上の点での屈折力が当該一方向に沿って周期的に変化している屈折力分布を有する。第２光学部材１４ｂは、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の光路に配置されて、第１光学部材１４ａの屈折力分布と同じ周期の屈折力分布を有する。

同様に、第３光学部材１３ａは、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の光路に配置されて、一方向に延びた第１軸上の点での屈折力が当該一方向に沿って周期的に変化している屈折力分布を有する。第４光学部材１３ｂは、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の光路に配置されて、第３光学部材１３ａの屈折力分布と同じ周期の屈折力分布を有する。

以下、説明を単純化するために、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとは互いに同じ構成を有し、第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとは互いに同じ構成を有するものとする。また、各光学部材１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは、基準状態において光軸ＡＸを中心とする円形状の外形を有するものとする。

図２は、瞳強度調整用の光学ユニットにおける第１光学部材の機能を説明する図である。図２を参照すると、第１光学部材１４ａは、その基準状態において、屈折力がＸ方向に沿って周期的に変化する屈折力分布を有する。したがって、基準状態に設定された第１光学部材１４ａに、例えば光軸ＡＸと平行な多数の光線で表される均一な光強度分布を有する平行光束３１が入射すると、第１光学部材１４ａの凹凸曲面状の射出面での屈折作用（偏向作用）により、第１光学部材１４ａから射出される光線の密度に濃淡が生じる。

この光線の密度が光エネルギー密度に対応しているため、第１光学部材１４ａの射出側の仮想面３２には、第１光学部材１４ａの凹凸曲面状の山（凸部）に対応する位置の強度が大きく且つ谷（凹部）に対応する位置の強度が小さいようなＸ方向に周期を持つ照度分布（光強度分布）３３が形成される。第１光学部材１４ａと仮想面３２とが近接している場合、第１光学部材１４ａの射出面におけるＸ方向に沿った屈折力分布の周期（すなわちＸ方向に沿って繰り返される凹凸の周期）と、仮想面３２に形成される照度分布３３のＸ方向に沿った周期とはほぼ等しい。

まず、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを光軸ＡＸ方向に沿って一体的に移動させたときの光学ユニット１４の作用を説明する。第１実施形態では、図３に示すように、第１光学部材１４ａの作用による照度分布３３がマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面またはその近傍の位置に形成され、且つ照度分布３３のＸ方向の周期とマイクロフライアイレンズ１５の複数の微小レンズ１５ａのＸ方向に沿った配列周期とが等しくなるように構成されている。この場合、各微小レンズ１５ａを経た部分光束は、コンデンサー光学系１６を介して被照射面１７上で重畳される。すなわち、被照射面１７上では互いに同じ性状を有する複数の光強度分布が重畳され、ひいては照度分布３３における一周期分の光強度分布と同じ性状を有する照度分布３４が照明領域１７ａに形成される。

このように、基準状態に設定された第１光学部材１４ａは、均一な光強度分布を持つ平行光束３１が入射すると、Ｘ方向に沿って照度が周期的に変化している照度分布３３を、第１光学部材１４ａの射出側に位置する仮想面３２に形成する。同様に、図示を省略するが、第１光学部材１４ａと同じ構成を有する第２光学部材１４ｂも、基準状態において均一な光強度分布を持つ平行光束が入射すると、第１光学部材１４ａにより得られる照度分布３３と同位相の照度分布を、第２光学部材１４ｂの射出側において仮想面３２の近傍に位置する面に形成する。

上述したように、光学ユニット１４の基準状態では、第１光学部材１４ａの凹部（または凸部）と第２光学部材１４ｂの凹部（または凸部）とがＸ方向に沿って対応している。換言すると、第１光学部材１４ａの凹部の中心点（または凸部の頂点）の位置と第２光学部材１４ｂの凹部の中心点（または凸部の頂点）の位置とがＸ方向に沿って一致している。したがって、基準状態に設定された第１光学部材１４ａおよび第２光学部材１４ｂは、その総和的な協働作用により、第１光学部材１４ａ単体により得られる照度分布３４よりも強度差の大きい（すなわち光強度の最大値と最小値との差が大きい）照度分布を照明領域１７ａに形成する。

ただし、図２の左側の図を参照すると明らかなように、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを光軸ＡＸ方向に沿って一体的に移動させると、各微小レンズ１５ａの入射側の面に形成される光強度分布の強度差が変化し、ひいては照明領域１７ａに形成される照度分布の強度差が変化する。すなわち、駆動部１８が制御系ＣＲからの指令にしたがって第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを光軸ＡＸ方向に沿って一体的に移動させることにより、その一体的な移動量に応じて、各微小レンズ１５ａの入射側の面に形成される光強度分布が調整される。

次に、第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとを基準状態からＸ方向に沿って逆向きに同じ距離だけ移動させたときの光学ユニット１３の作用を説明する。光学ユニット１３は、その基準状態において、第３光学部材１３ａの凹部（または凸部）と第４光学部材１３ｂの凸部（または凹部）とがＸ方向に沿って対応するように配置されている。換言すると、第３光学部材１３ａの凹部の中心点（または凸部の頂点）の位置と第４光学部材１３ｂの凸部の頂点（または凹部の中心点）の位置とがＸ方向に沿って一致している。したがって、光学ユニット１３は、その基準状態において無屈折力であり、通過する光束に対して屈折作用（偏向作用）を及ぼさない。

具体的に、基準状態に設定された第３光学部材１３ａは、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射すると、Ｘ方向に沿って照度が周期的に変化している照度分布を、第３光学部材１３ａの射出側において仮想面３２またはその近傍に位置する面に形成する。一方、第４光学部材１３ｂは、基準状態において均一な光強度分布を持つ平行光束が入射すると、第３光学部材１３ａにより得られる照度分布と逆位相の照度分布を、第３光学部材１３ｂの射出側において仮想面３２の近傍に位置する面に形成する。

ただし、第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとが、基準状態からＸ方向に沿って逆向きに同じ距離だけ、例えばＸ方向に沿った屈折力分布の一周期の１／４に等しい距離だけ移動すると、第３光学部材１３ａの凹部の中心点（または凸部の頂点）の位置と第４光学部材１３ｂの凹部の中心点（または凸部の頂点）の位置とがＸ方向に沿って初めて一致する状態、すなわち第１変位状態が得られる。この第１変位状態における光学ユニット１３は、基準状態における光学ユニット１４と光学的に同様の作用を奏する。

すなわち、第１変位状態における光学ユニット１３に均一な光強度分布を持つ平行光束が入射すると、例えば複数の微小レンズ１５ａのＸ方向に沿った配列周期にしたがって照度が変化している照度分布が、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成される。一方、基準状態における光学ユニット１３に均一な光強度分布を持つ平行光束が入射すると、上述したように光学ユニット１３は屈折作用を発揮しないため、Ｘ方向に沿って均一な照度分布、すなわち無限大の周期を有する照度分布が、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成される。

このことは、第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとのＸ方向に沿った相対位置が例えば基準状態と第１変位状態との間で変化すると、その変位した距離の大きさに応じて、無限大と微小レンズ１５ａの配列周期との間で周期が変化し且つ零と所定の値との間で強度差が変化する照度分布が、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成されることを意味している。すなわち、駆動部１９が制御系ＣＲからの指令にしたがって第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとを基準状態からＸ方向に沿って逆向きに同じ距離だけ移動させることにより、その変位距離の大きさに応じて、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った照度分布を調整することができる。

一般的には、光学ユニット１３の基準状態、すなわち第３光学部材１３ａおよび第４光学部材１３ｂの基準的な位置（例えばＸ方向の位置）を適宜設定し、光軸ＡＸを横切る方向（例えばＸ方向）に沿って第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとを相対移動させることにより、その基準状態および相対移動量に応じて、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った照度分布を調整することができる。

最後に、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ回転させたときの光学ユニット１４の作用を説明する。図４は、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面を光の入射側から光軸ＡＸに沿って見た図である。図４において、光軸ＡＸを中心として実線で描かれた円は光学部材１４ａ，１４ｂの外形を示し、光軸ＡＸを中心として破線で描かれた円３５はマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成される円形状の照野の外形を示している。マイクロフライアイレンズ１５を構成する複数の波面分割要素としての微小レンズ１５ａは、Ｘ方向およびＹ方向に沿って縦横に且つ稠密に配置され、その入射側の面（すなわち単位波面分割面）はＸ方向に沿って細長い矩形状である。

図５は、マイクロフライアイレンズ１５の直後の照明瞳面３６と被照射面１７上の照明領域１７ａとの間の光線の対応関係を示している。照明領域１７ａの中心点Ｐ１に垂直入射する光線Ｌ１は、マイクロフライアイレンズ１５の光軸ＡＸ上の微小レンズ１５ａを経て形成された小光源Ｋ１から光軸ＡＸの方向（Ｚ方向）に射出された光線Ｌ１に対応している。中心点Ｐ１に対してＸＺ平面に沿って最大角度で入射する光線Ｌ２，Ｌ３は、光軸ＡＸからＸ方向に最も離れた微小レンズ１５ａを経て形成された小光源Ｋ２，Ｋ３から光軸ＡＸ方向に射出された光線Ｌ２，Ｌ３に対応している。

照明領域１７ａにおいて光軸ＡＸから＋Ｘ方向に最も離れた周辺の点Ｐ２および−Ｘ方向に最も離れた周辺の点Ｐ３に垂直入射する光線Ｌ４，Ｌ５は、光軸ＡＸ上の小光源Ｋ１からＸＺ平面に沿って光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線Ｌ４，Ｌ５に対応している。周辺の点Ｐ２およびＰ３に対してＸＺ平面に沿って最大角度で入射する光線Ｌ６，Ｌ７およびＬ８，Ｌ９は、光軸ＡＸからＸ方向に最も離れた小光源Ｋ２，Ｋ３からＸＺ平面に沿って光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線Ｌ６，Ｌ７およびＬ８，Ｌ９に対応している。

このように、小光源Ｋ１〜Ｋ３が形成される照明瞳面３６における位置情報は、コンデンサー光学系１６のフーリエ変換作用により、照明領域１７ａ（すなわち被照射面１７）における角度情報に変換される。逆に、照明瞳面３６における角度情報は、コンデンサー光学系１６のフーリエ変換作用により、照明領域１７ａにおける位置情報に変換される。したがって、図示を省略するが、ＹＺ平面における照明瞳面３６と照明領域１７ａとの間の光線の対応関係は、図５に示すＸＺ平面における光線の対応関係と同様である。

図６は、照明領域１７ａ上の各点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３について説明する図である。図５を参照して説明したように、照明領域１７ａの中心点Ｐ１に垂直入射する光線Ｌ１は光軸ＡＸ上の微小レンズ１５ａから光軸ＡＸ方向に射出された光線Ｌ１に対応している。中心点Ｐ１に最大角度で入射する光線（Ｌ２，Ｌ３など）は、光軸ＡＸから最も離れた微小レンズ１５ａから光軸ＡＸ方向に射出された光線に対応している。

したがって、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１の中央領域（例えば円形状の領域）の分布は、マイクロフライアイレンズ１５において光軸ＡＸを中心とした中央領域にある複数の微小レンズ１５ａから光軸ＡＸに対して比較的小さい角度で射出された光線、すなわち中央領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面における中央領域を通過した光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ１における中央領域の分布には、中央領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の中央領域における光強度分布が反映される。

瞳強度分布Ｈ１の周辺領域（例えば輪帯状の領域）の分布は、マイクロフライアイレンズ１５において光軸ＡＸから離れた周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａから光軸ＡＸに対して比較的小さい角度で射出された光線、すなわち周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面における中央領域を通過した光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ１における周辺領域の分布には、周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の中央領域における光強度分布が反映される。

また、図５を参照して説明したように、照明領域１７ａ上の周辺の点Ｐ２，Ｐ３に垂直入射する光線（Ｌ４，Ｌ５など）は、光軸ＡＸ上の微小レンズ１５ａから光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線に対応している。周辺の点Ｐ２およびＰ３に最大角度で入射する光線（Ｌ６〜Ｌ９など）は、光軸ＡＸから最も離れた微小レンズ１５ａから光軸ＡＸに対して最大角度で射出された光線に対応している。

したがって、周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ１５ａから光軸ＡＸに対して比較的大きい角度で射出された光線、すなわち中央領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面における周辺領域を通過した光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３における中央領域の分布には、中央領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の周辺領域における光強度分布が反映される。

瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の周辺領域の分布は、周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａから光軸ＡＸに対して比較的大きい角度で射出された光線、すなわち周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面における周辺領域を通過した光線により形成されている。その結果、瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３における周辺領域の分布には、周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の周辺領域における光強度分布が反映される。

図３を参照して説明したように、基準状態に設定された光学ユニット１４に均一な光強度分布を有する平行光束が入射すると、マイクロフライアイレンズ１５の各微小レンズ１５ａの入射側の面には、Ｘ方向に沿って一周期分の凹凸曲線状の光強度分布が形成される。以下の説明では、一例として、図７（ａ）に示すように中心において強度が最も大きくＸ方向に沿って周辺に向かうにつれて正弦波状に強度が単調に減少するような凸状の光強度分布４１が、基準状態に設定された光学ユニット１４により各微小レンズ１５ａの入射側の面に形成されるものとする。すなわち、基準状態において第１光学部材１４ａの凸部の頂点と第２光学部材１４ｂの凸部の頂点と各微小レンズ１５ａの入射側の面の中心点とがＸ方向に沿って一致しているものとする。

この場合、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ徐々に回転させると、マイクロフライアイレンズ１５への入射光束の範囲内において光軸ＡＸからＹ方向に沿って最も離れた微小レンズ１５ａの入射側の面５１，５２（図４を参照）の中心点と第１光学部材１４ａの凹部の中心点と第２光学部材１４ｂの凹部の中心点とがＸ方向に沿って初めて一致する状態、すなわち第１回転状態が得られる。この第１回転状態では、図７（ｂ）に示すように中心において強度が最も小さくＸ方向に沿って周辺に向かうにつれて正弦波状に強度が単調に増大するような凹状の光強度分布４２が入射側の面５１，５２に形成される。

ただし、光学ユニット１４の回転中心である光軸ＡＸ上の微小レンズ１５ａの入射側の面５０（図４を参照）では、第１回転状態においても基準状態からの変化がほとんどなく、図７（ａ）に示す凸状の光強度分布４１とほぼ一致した光強度分布が形成される。すなわち、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとが基準状態から第１回転状態まで光軸ＡＸ廻りに相対回転すると、光軸ＡＸからＹ方向に沿って最も離れた微小レンズ１５ａの入射側の面５１，５２に形成されるＸ方向の光強度分布は凸状の光強度分布４１から凹状の光強度分布４２へ変化するが、光軸ＡＸ上の微小レンズ１５ａの入射側の面５０に形成されるＸ方向の光強度分布は凸状の光強度分布４１からほとんど変化しない。

したがって、例えば光軸ＡＸを中心としてＹ方向に沿って帯状に延びる範囲内に位置する複数の微小レンズ１５ａに着目すると、その入射側の面に形成されるＸ方向の光強度分布は、光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びる軸線からＹ方向に沿って離れるにつれて、凸状の光強度分布４１から凹状の光強度分布４２へ近づく程度が徐々に大きくなる。こうして、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとが基準状態から第１回転状態まで光軸ＡＸ廻りに相対回転すると、光軸ＡＸからＹ方向に沿って離れた周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面に形成されるＸ方向の光強度分布は凸状の光強度分布４１から凹状の光強度分布４２へ向かって比較的大きく変化するが、光軸ＡＸに近い中央領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面に形成されるＸ方向の光強度分布は凸状の光強度分布４１からあまり変化しない。

その結果、照明領域１７ａ上の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の中央領域における光強度分布が反映されるため、あまり変化しない。瞳強度分布Ｈ１の周辺領域の分布では、周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の中央領域における光強度分布が反映されるため、その光強度が減少する。

一方、照明領域１７ａ上の周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の中央領域の分布は、中央領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の周辺領域における光強度分布が反映されるため、あまり変化しない。瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３の周辺領域の分布では、周辺領域にある複数の微小レンズ１５ａの入射側の面上の周辺領域における光強度分布が反映されるため、その光強度が増大する。

このことは、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとが基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ回転すると、その回転角度の大きさに応じて、中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１と周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３とが互いに異なる態様にしたがって変化することを意味している。すなわち、駆動部１８が制御系ＣＲからの指令にしたがって第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ回転させることにより、その回転角度の大きさに応じて、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。

一般的には、光学ユニット１４の基準状態、すなわち第１光学部材１４ａおよび第２光学部材１４ｂの基準的な位置（例えばＸ方向の位置）を適宜設定し、光軸ＡＸと平行な所定の軸線廻りに第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを相対回転させることにより、その基準状態および相対回転量に応じて、照明領域１７ａにおける各点での瞳強度分布を調整することができる。

なお、上述したように、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを光軸ＡＸ方向に沿って一体的に移動させることにより、各微小レンズ１５ａの入射側の面に形成される光強度分布が調整される。したがって、駆動部１８が制御系ＣＲからの指令にしたがって第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを所要の基準状態から光軸ＡＸ廻りに相対回転させたり、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを光軸ＡＸ方向に沿って一体的に移動させたりすることにより、その相対回転量と一体的な移動量とに応じて、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布が大きな自由度で調整される。

ただし、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに相対回転させると、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った照度分布が光軸ＡＸに関して非対称に変形する。第１実施形態では、第３光学部材１３ａと第４光学部材１３ｂとが所要の基準状態からＸ方向に沿って相対移動する光学ユニット１３の照度調整作用により、第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとの光軸ＡＸ廻りの相対回転により発生する照明領域１７ａ上の照度分布の非対称変形を補償する。

第１実施形態では、瞳強度分布計測部２０が、照明光学装置１の射出瞳面（マイクロフライアイレンズ１５の直後の照明瞳面）における瞳強度分布を計測する。制御系ＣＲは、瞳強度分布計測部２０の計測結果に基づいて、駆動部１８および１９を制御する。すなわち、駆動部１８および１９は、瞳強度分布計測部２０からの出力を用いて光学部材１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの位置を変化させ、ひいては被照射面１７上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する。こうして、照明光学装置１では、光学ユニット１４の瞳強度調整作用により、被照射面１７上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。

図８は、第２実施形態にかかる照明光学装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態の照明光学装置１Ａは、第１実施形態の照明光学装置１と類似の構成を有する。しかしながら、第２実施形態では、一対の光学ユニット１３および１４に代えて、光学ユニット２１が設けられている点が、第１実施形態と相違している。したがって、図８では、図１に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施形態との相違点に着目して第２実施形態の構成および作用を説明する。

第２実施形態の照明光学装置１Ａは、瞳強度調整用の光学ユニット２１を備えている。光学ユニット２１は、コリメートレンズ１２とマイクロフライアイレンズ１５との間の光路中に配置された第１光学部材２１ａと、その後側に近接して配置された第２光学部材２１ｂとを有する。第１光学部材２１ａは、光軸ＡＸと直交する平面状の入射側の面と、図９に示すような凹凸曲面状の射出面とを有する。

具体的に、図８に示す基準状態に設定された第１光学部材２１ａの射出面は、光軸ＡＸを通ってＸ方向に沿って直線状に延びる境界線２１ｃにより、＋Ｙ方向側（図９中左側）の領域２１ｄと、−Ｙ方向側（図９中右側）の領域２１ｅとに区分されている。領域２１ｄは、その基準状態において、Ｘ方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状（例えば正弦波曲面状）に形成されている。図９においてＹ方向に沿って直線状に延びる実線は凸部の頂点を結ぶ線分であり、Ｙ方向に沿って直線状に延びる破線は凹部の中心点を結ぶ線分である。

領域２１ｅは、その基準状態において、Ｘ方向に沿って第１領域２１ｄと同じ周期にしたがって凹凸を繰り返す凹凸曲面状に形成されている。ただし、領域２１ｄにおいて凸部の頂点を結ぶ線分と領域２１ｅにおいて凹部の中心点を結ぶ線分とがＹ方向に沿って延びる直線上にあり、領域２１ｄにおいて凹部の中心点を結ぶ線分と領域２１ｅにおいて凸部の中心点を結ぶ線分とがＹ方向に沿って延びる直線上にある。すなわち、領域２１ｅの凹凸曲面は、領域２１ｄの凹凸曲面をＸ方向に沿って半周期分だけ位置ずれさせることにより得られる。

第２光学部材２１ｂは、その基準状態において、第１光学部材２１ａの射出面の面形状と補完的な面形状を有する入射側の面と、光軸ＡＸと直交する平面状の射出面とを有する。したがって、光学ユニット２１の基準状態において、第１光学部材２１ａの凹部（または凸部）と第２光学部材２１ｂの凹部（または凸部）とがＸ方向に沿って対応するように、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとが配置されている。

第２実施形態の照明光学装置１Ａは、第１光学部材２１ａおよび第２光学部材２１ｂを駆動する駆動部１９Ａを備えている。駆動部１９Ａは、制御系ＣＲからの指令にしたがって、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ回転させる。すなわち、第１光学部材２１ａおよび第２光学部材２１ｂは、光軸ＡＸ廻りに回転可能に構成されている。

このように、第１光学部材２１ａは、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の光路に配置されて、一方向に延びた第１軸上の点での屈折力が当該一方向に沿って周期的に変化している第１屈折力分布を持つと共に、第１軸と平行な第２軸上の点での屈折力が上記一方向に沿って周期的に変化している第２屈折力分布を持つ。第１光学部材２１ａは第１屈折力分布を持つ第１部分（領域２１ｄに対応）と第２屈折力分布を持つ第２部分（領域２１ｄに対応）とを有し、第１屈折力分布と第２屈折力分布とは第１軸および第２軸と平行な方向において逆位相を有する。すなわち、第１光学部材２１ａの凹凸曲面状の射出面は、領域２１ｄと領域２１ｄとの境界線２１ｃの一方の側と他方の側とで逆位相の面形状に形成されている。

第２光学部材２１ｂは、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の光路に配置されて、一方向に延びた第３軸上の点での屈折力が当該一方向に沿って周期的に変化している第３屈折力分布を持つと共に、第３軸と平行な第４軸上の点での屈折力が上記一方向に沿って周期的に変化している第４屈折力分布を持つ。第２光学部材２１ｂは第３屈折力分布を持つ第３部分（領域２１ｄと対向する領域に対応）と第４屈折力分布を持つ第４部分（領域２１ｅと対向する領域に対応）とを有し、第３屈折力分布と第４屈折力分布とは第３軸および第４軸と平行な方向において逆位相を有する。すなわち、第２光学部材２１ｂの凹凸曲面状の入射側の面は、領域２１ｄに対向する領域と領域２１ｅに対向する領域との境界線の一方の側と他方の側とで逆位相の面形状に形成されている。以下、説明を単純化するために、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとは互いに同じ構成を有するものとする。

光学ユニット２１は、その基準状態において、第１光学部材２１ａの凹部（または凸部）と第２光学部材２１ｂの凸部（または凹部）とがＸ方向に沿って対応するように配置されている。換言すると、第１光学部材２１ａの凹部の中心点（または凸部の頂点）の位置と第２光学部材２１ｂの凸部の頂点（または凹部の中心点）の位置とがＸ方向に沿って一致している。したがって、光学ユニット２１は、その基準状態において無屈折力であり、通過する光束に対して屈折作用（偏向作用）を及ぼさない。

具体的に、基準状態に設定された第１光学部材２１ａの領域２１ｄは、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、Ｘ方向に沿って照度が周期的に変化している第１照度分布を、第１光学部材２１ａの射出側に位置する仮想面上の第１領域に形成する。基準状態に設定された第１光学部材２１ａの領域２１ｅは、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、第１照度分布と逆位相の第２照度分布を仮想面上の第１領域とは異なる第２領域に形成する。

基準状態に設定された第２光学部材２１ｂにおいて第１光学部材２１ａの領域２１ｄと対向する半円状の領域２１ｆ（参照符号は不図示）は、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、Ｘ方向に沿って照度が周期的に変化している第３照度分布を、第２光学部材２１ｂの射出側において第１照度分布が形成される仮想面の近傍に位置する面上の第３領域に形成する。基準状態に設定された第２光学部材２１ｂにおいて第１光学部材２１ａの領域２１ｅと対向する半円状の領域２１ｇ（参照符号は不図示）は、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、第３照度分布と逆位相の第４照度分布を、第２光学部材２１ｂの射出側において第２照度分布が形成される仮想面の近傍に位置する面上の第３領域とは異なる第４領域に形成する。光学ユニット２１の基準状態にあるとき、すなわち第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとの位置関係が基準状態であるとき、第１照度分布と第３照度分布とは同位相であり、第２照度分布と第４照度分布とは同位相である。

第２実施形態において、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ徐々に回転させると、マイクロフライアイレンズ１５への入射光束の範囲内において光軸ＡＸからＹ方向に沿って最も離れた微小レンズ１５ａの入射側の面５１，５２（図４を参照）に対応する光学ユニット２１の領域において、第１光学部材２１ａの凸部の頂点（または凹部の中心点）と第２光学部材２１ｂの凹部の中心点（または凸部の頂点）とがＸ方向に沿って位置ずれする。その結果、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとの光軸ＡＸ廻りの比較的小さい角度範囲内の相対回転により入射側の面５１，５２に対応する光学ユニット２１の領域には回転角度に応じた屈折力が発生し、その屈折力の変化に応じて入射側の面５１，５２に形成される光強度分布は変化する。

一方、光学ユニット２１の回転中心である光軸ＡＸ上の微小レンズ１５ａの入射側の面５０（図４を参照）に近接した入射側の面５３（図４を参照）では、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとが光軸ＡＸ廻りに比較的小さい角度範囲内で相対回転しても、入射側の面５３に対応する光学ユニット２１の領域には屈折力がほとんど発生することなく、入射側の面５３に形成される光強度分布はほとんど変化しない。この点は、第１実施形態の光学ユニット１４において第１光学部材１４ａと第２光学部材１４ｂとを光軸ＡＸ廻りに相対回転させると、入射側の面５１，５２に形成される光強度分布は回転角度に応じて変化するが、入射側の面５０に形成される光強度分布はほとんど変化しないことに対応している。

したがって、光学ユニット２１においても、第１実施形態の光学ユニット１４の場合と同様に、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとが基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ回転すると、その回転角度の大きさに応じて、照明領域１７ａにおける中心点Ｐ１に関する瞳強度分布Ｈ１と周辺の点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布Ｈ２，Ｈ３とが互いに異なる態様にしたがって変化する。すなわち、駆動部１９Ａが制御系ＣＲからの指令にしたがって第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに逆向きに同じ角度だけ回転させることにより、その回転角度の大きさに応じて、照明領域１７ａにおける照度分布に影響を及ぼすことなく、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った各点での瞳強度分布を調整することができる。

一般的には、光学ユニット２１の基準状態、すなわち第１光学部材２１ａおよび第２光学部材２１ｂの基準的な位置（例えばＸ方向の位置）を適宜設定し、光軸ＡＸと平行な所定の軸線廻りに第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとを相対回転させることにより、その基準状態および相対回転量に応じて、照明領域１７ａにおける各点での瞳強度分布を調整することができる。

なお、光学ユニット２１では、第１実施形態の光学ユニット１４の場合とは異なり、第１光学部材２１ａと第２光学部材２１ｂとを基準状態から光軸ＡＸ廻りに相対回転させても、照明領域１７ａにおけるＸ方向に沿った照度分布が光軸ＡＸに関して非対称に変形することはない。したがって、第２実施形態では、第１実施形態の場合とは異なり、照度調整用の光学ユニット１３を必ずしも設ける必要はない。

なお、第１実施形態では、第１光学部材１４ａが平面状の入射側の面と凹凸曲面状の射出面とを有し、第２光学部材１４ｂが凹凸曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有する。また、第３光学部材１３ａが平面状の入射側の面と凹凸曲面状の射出面とを有し、第４光学部材１３ｂが凹凸曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有する。しかしながら、これに限定されることなく、第１光学部材１４ａが凹凸曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有したり、第２光学部材１４ｂが平面状の入射側の面と凹凸曲面状の射出面とを有したりしていても良い。また、第３光学部材１３ａが凹凸曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有したり、第４光学部材１３ｂが平面状の入射側の面と凹凸曲面状の射出面とを有したりしていても良い。

また、第２実施形態では、第１光学部材２１ａが平面状の入射側の面と凹凸曲面状の射出面とを有し、第２光学部材２１ｂが凹凸曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有する。しかしながら、これに限定されることなく、第１光学部材２１ａが凹凸曲面状の入射側の面と平面状の射出面とを有したり、第２光学部材２１ｂが平面状の入射側の面と凹凸曲面状の射出面とを有したりしていても良い。

また、第１実施形態では、光学部材１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂがマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成する照度分布のＸ方向の周期と、複数の微小レンズ１５ａのＸ方向に沿った配列周期とが等しい。しかしながら、これに限定されることなく、光学部材１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂがマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成する照度分布のＸ方向の周期が、複数の微小レンズ１５ａのＸ方向に沿った配列周期の整数倍（２倍、３倍・・・）または整数分の１倍（１／２倍、１／３倍・・・）であっても良い。

また、第２実施形態では、光学部材２１ａ，２１ｂがマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成する照度分布のＸ方向の周期と、複数の微小レンズ１５ａのＸ方向に沿った配列周期とが等しい。しかしながら、これに限定されることなく、光学部材２１ａ，２１ｂがマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成する照度分布のＸ方向の周期が、複数の微小レンズ１５ａのＸ方向に沿った配列周期の整数倍（２倍、３倍・・・）または整数分の１倍（１／２倍、１／３倍・・・）であっても良い。

図１０は、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１０において、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１０の紙面に平行な方向にＸ軸を、ウェハＷの転写面内において図１０の紙面に垂直な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。図１０に示す露光装置は、第１実施形態にかかる照明光学装置１（または第２実施形態にかかる照明光学装置１Ａ）を備えている。

なお、照明光学装置１（１Ａ）の露光装置への適用に際して、露光光（照明光）を供給する光源として、たとえば１９３ｎｍの波長のパルス光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長のパルス光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。この場合、コリメートレンズ１２の設置を省略し、光源と光学ユニット１３（２１）との間の光路中に、光の入射側から順に、ビーム送光部、空間光変調器、リレー光学系などを付設することができる。また、コンデンサー光学系１６と被照射面１７との間の光路中に、光の入射側から順に、マスクブラインド、結像光学系などを付設することができる。

ここで、空間光変調器は、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。ビーム送光部は、光源からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調器へ導くとともに、空間光変調器に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

リレー光学系は、その前側焦点位置が空間光変調器の複数のミラー要素の配列面の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面の近傍に位置しており、空間光変調器の配列面とマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面とを光学的にフーリエ変換の関係に設定する。したがって、空間光変調器およびリレー光学系を経た光は、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度をマイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に可変的に分布させる。

照明視野絞りとしてのマスクブラインドは、コンデンサー光学系１６の後側焦点位置またはその近傍に配置される。したがって、マイクロフライアイレンズ１５の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系１６を介して、マスクブラインドを重畳的に照明する。マスクブラインドの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系の集光作用を受けて、照明光学装置１（１Ａ）における被照射面１７の位置に配置されたマスクＭを重畳的に照明し、Ｘ方向に沿って細長い矩形状の照明領域１７ａを形成する。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭのパターン領域を透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。

こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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、Ｙ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＸ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。あるいは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括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のパターンが順次露光される。

本実施形態の露光装置は、照明光学装置１（１Ａ）を介した光に基づいて照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて、光学ユニット１３，１４（２１）および空間光変調器を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。

第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、照明光学装置１（１Ａ）における瞳強度分布計測部２０と同様に、例えば照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学装置１（１Ａ）による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。

瞳強度分布計測部２０，ＤＴｒ，ＤＴｗの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部２０，ＤＴｒ，ＤＴｗとして、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ１５により形成される二次光源を光源として、照明光学装置１（１Ａ）の被照射面１７に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）をケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学装置１（１Ａ）の照明瞳面と呼ぶことができる。また、この二次光源の形成面の像を照明光学装置１（１Ａ）の射出瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学装置と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。

瞳強度分布とは、照明光学装置１（１Ａ）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ１５による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ１５の入射側の面および当該入射側の面と光学的に共役な面も照明瞳面と呼ぶことができ、これらの面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。

上述したように、照明光学装置１（１Ａ）では、光学ユニット１４（２１）の瞳強度調整作用により、被照射面１７上の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、被照射面１７と光学的に共役な位置に配置されたウェハＷ上の静止露光領域内の各点での瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する照明光学装置１（１Ａ）を用いて、マスクＭの微細パターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいてはマスクＭの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハＷ上に正確に転写することができる。

本実施形態において、静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれ所要の分布に調整する動作は、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて行われる。具体的に、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果は、制御系ＣＲに供給される。制御系ＣＲは、瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗの計測結果に基づいて、例えば投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布が所望の分布になるように、照明光学装置１（１Ａ）の駆動部１８，１９（１９Ａ）に指令を出力する。駆動部１８，１９（１９Ａ）は、制御系ＣＲからの指令に基づいて光学ユニット１３，１４（２１）を駆動し、ウェハＷ上の静止露光領域内の各点に関する瞳強度分布を所要の分布に調整する。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１１は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１１に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。

その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板としてパターンの転写を行う。

図１２は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１２に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用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（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、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なパルスレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源、波長１４６ｎｍのレーザ光を供給するＫｒ₂レーザ光源、波長１２６ｎｍのレーザ光を供給するＡｒ₂レーザ光源などを用いることができる。また、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどのＣＷ（Continuous Wave）光源を用いることも可能である。また、ＹＡＧレーザの高調波発生装置などを用いることもできる。この他、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学装置に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学装置に対して本発明を適用することもできる。

１，１Ａ照明光学装置
１１光源
１２コリメートレンズ
１３，１４，２１光学ユニット
１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，２１ａ，２１ｂ光学部材
１５マイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）
１６コンデンサー光学系
１７被照射面
１７ａ照明領域
１８，１９，１９Ａ駆動部
２０，ＤＴｒ，ＤＴｗ瞳強度分布計測部
ＣＲ制御系
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

Claims

光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
該オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、第１方向に延びた第１軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第１屈折力分布を持つ第１光学部材と、
前記オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、前記第１屈折力分布と同じ周期を有する第２屈折力分布を持つ第２光学部材と、
前記オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、前記第１軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第３屈折力分布を持つ第３光学部材と、
前記オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、前記第３屈折力分布と同じ周期を有する第４屈折力分布を持つ第４光学部材とを備え、
前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記照明光学装置の光軸と平行な所定の軸線廻りに回転可能に構成され、
前記第３光学部材と前記第４光学部材とは、前記照明光学装置の前記光軸を横切る第２方向に沿って移動可能に構成されていることを特徴とする照明光学装置。
前記第１光学部材は、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、前記第１方向に沿った照度が周期的に変化している第１照度分布を前記第１光学部材の射出側に位置する第１面に形成し、
前記第２光学部材は、前記第１光学部材との位置関係が基準状態である場合、前記平行光束が入射したときに、前記第１照度分布と同位相の第２照度分布を前記第２光学部材の射出側に位置する第２面に形成し、
前記第１光学部材および前記第２光学部材を、前記軸線廻りに逆向きに回転させる第１駆動部をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
前記第１光学部材および前記第２光学部材は、前記第１方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状の入射側の面または射出面と、前記照明光学装置の光軸と直交する平面状の射出面または入射側の面とを有し、前記基準状態において前記第１光学部材の凹部と前記第２光学部材の凹部とが前記第１方向に沿って対応するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明光学装置。
前記第２光学部材は前記第１光学部材の後側に近接して配置され、前記第１光学部材は凹凸曲面状の射出面を有し、前記第２光学部材は凹凸曲面状の入射側の面を有することを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
前記第１駆動部は、前記第１光学部材と前記第２光学部材とを前記基準状態から前記照明光学装置の光軸廻りに逆向きに同じ角度だけ回転させることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記第１光学部材と前記第２光学部材とは互いに同じ構成を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記照明光学装置の光軸方向に沿って一体的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記第３光学部材は、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、前記第１方向に沿った照度が周期的に変化している第３照度分布を前記第３光学部材の射出側に位置する第３面に形成し、
前記第４光学部材は、前記第３光学部材との位置関係が基準状態である場合、前記平行光束が入射したときに、前記第３照度分布と逆位相の第４照度分布を前記第４光学部材の射出側に位置する第４面に形成し、
前記第３光学部材および前記第４光学部材を、前記第２方向に沿って逆向きに移動させる第２駆動部をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記第３光学部材および前記第４光学部材は、前記第１方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状の入射側の面または射出面と、前記照明光学装置の光軸と直交する平面状の射出面または入射側の面とを有し、前記基準状態において前記第３光学部材の凹部と前記第４光学部材の凸部とが前記第１方向に沿って対応するように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の照明光学装置。
前記第４光学部材は前記第３光学部材の後側に近接して配置され、前記第３光学部材は凹凸曲面状の射出面を有し、前記第４光学部材は凹凸曲面状の入射側の面を有することを特徴とする請求項９に記載の照明光学装置。
前記第２駆動部は、前記第３光学部材と前記第４光学部材とを前記基準状態から前記第２方向に沿って逆向きに同じ距離だけ移動させることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記第３光学部材と前記第４光学部材とは互いに同じ構成を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記第１照度分布および前記第３照度分布は、前記基準状態における前記第１方向に沿った前記複数の波面分割要素の配列周期の整数倍または整数分の１倍の周期を有することを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学装置。
光源からの光により被照射面を照明する照明光学装置において、
並列的に配置された複数の波面分割要素を有するオプティカルインテグレータと、
該オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、第１方向に延びた第１軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第１屈折力分布を持つと共に、前記第１軸と平行な第２軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第２屈折力分布を持つ第１光学部材と、
該オプティカルインテグレータの入射側の光路に配置されて、第１方向に延びた第３軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第３屈折力分布を持つと共に、前記第３軸と平行な第４軸上の点での屈折力が前記第１方向に沿って周期的に変化している第４屈折力分布を持つ第２光学部材とを備え、
前記第１光学部材は、前記第１屈折力分布を持つ第１部分と前記第２屈折力分布を持つ第２部分とを備え、
前記第１屈折力分布と前記第２屈折力分布とは、前記第１軸および前記第２軸と平行な方向において異なる位相を有し、
前記第２光学部材は、前記第３屈折力分布を持つ第３部分と前記第４屈折力分布を持つ第４部分とを備え、
前記第３屈折力分布と前記第４屈折力分布とは、前記第３軸および前記第４軸と平行な方向において異なる位相を有し、
前記第１光学部材と前記第２光学部材とは、前記照明光学装置の光軸と平行な軸線廻りに回転可能に構成されていることを特徴とする照明光学装置。
前記第１光学部材および前記第２光学部材を、前記軸線廻りに逆向きに回転させる第１駆動部をさらに備えていることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学装置。
前記第１駆動部は、前記第１光学部材と前記第２光学部材とを前記照明光学装置の光軸廻りに逆向きに同じ角度だけ回転させることを特徴とする請求項１５に記載の照明光学装置。
前記第１光学部材の前記第１部分は、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、前記第１方向に沿って照度が周期的に変化している第１照度分布を前記第１光学部材の射出側に位置する第１面上の第１領域に形成し、
前記第１光学部材の前記第２部分は、前記平行光束が入射したときに、前記第１照度分布と逆位相の第２照度分布を前記第１面上の前記第１領域とは異なる第２領域に形成し、
前記第２光学部材の前記第３部分は、均一な光強度分布を持つ平行光束が入射したときに、前記第１方向に沿って照度が周期的に変化している第３照度分布を前記第２光学部材の射出側に位置する第２面上の第３領域に形成し、
前記第２光学部材の前記第４部分は、前記平行光束が入射したときに、前記第３照度分布と逆位相の第４照度分布を前記第２面上の前記第３領域とは異なる第４領域に形成することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記第１照度分布および前記第３照度分布は、基準状態における前記第１方向に沿った前記複数の波面分割要素の配列周期の整数倍または整数分の１倍の周期を有することを特徴とする請求項１７に記載の照明光学装置。
前記第１光学部材と前記第２光学部材との位置関係が基準状態であるとき、前記第１照度分布と前記第３照度分布とは同位相であり、前記第２照度分布と前記第４照度分布とは同位相であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の照明光学装置。
前記第１光学部材および前記第２光学部材は、前記第１方向に沿って凹凸を周期的に繰り返す凹凸曲面状の入射側の面または射出面と、前記光軸と直交する平面状の射出面または入射側の面とを有し、前記基準状態において前記第１光学部材の凹部と前記第２光学部材の凸部とが前記第１方向に沿って対応するように配置され、
前記凹凸曲面状の入射側の面または射出面は、前記第１部分と前記第２部分との境界線または前記第３部分と前記第４部分との境界線に対応する線の一方の側と他方の側とで逆位相の面形状に形成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。
前記第２光学部材は前記第１光学部材の後側に近接して配置され、前記第１光学部材は凹凸曲面状の射出面を有し、前記第２光学部材は凹凸曲面状の入射側の面を有することを特徴とする請求項２０に記載の照明光学装置。
前記第１光学部材と前記第２光学部材とは互いに同じ構成を有することを特徴とする請求項１４乃至２１のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記被照射面に形成される照明領域は、基準状態における前記第１方向に沿って細長い矩形状であることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記オプティカルインテグレータにより波面分割された複数の光束を前記被照射面で重畳させるコンデンサー光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記被照射面または前記被照射面と光学的に共役な面上の所定の点に到達する光の角度方向の強度分布を計測する瞳分布計測部を備え、
前記第１駆動部または前記第２駆動部は、前記瞳分布計測部からの出力を用いて前記光学部材の位置を変化させることを特徴とする請求項２乃至２４のいずれか１項に記載の照明光学装置。
前記被照射面に設置された所定のパターンを照明するための請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを基板に露光することを特徴とする露光装置。
前記所定のパターンの像を前記基板上に形成する投影光学系をさらに備え、前記被照射面に形成される照明領域は所定方向に沿って細長い矩形状であり、前記所定方向と直交する方向に沿って前記所定のパターンおよび前記基板を移動させつつ前記所定のパターンを前記基板に投影露光することを特徴とする請求項２６に記載の露光装置。
請求項２６または２７に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。