JP2023164083A - 照明光学系、露光装置、および物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被照明面での照度均一性の向上に有利な技術を提案する。【解決手段】光源からの光束を用いて被照明面を照明する照明光学系は、第１方向に周期的に配列された複数の第１光学要素を含み、前記光源からの光束で複数の二次光源を形成するインテグレータと、前記複数の二次光源からの光束を用いて前記被照明面を照明するためのレンズと、第２方向に周期的に配列された複数の第２光学要素を含み、前記複数の第２光学要素の各々によって前記光源からの光束を発散させて前記インテグレータに入射させるように、前記光源と前記インテグレータとの間の光路上に配置された光発散部材と、を備え、前記第１方向と前記第２方向とがなす角度が０度より大きく４５度より小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、照明光学系、露光装置、および物品の製造方法に関する。

半導体素子などのデバイスを製造するフォトリソグラフィ工程では、一般的に、原版（マスク又はレチクル）に形成されたパターンを、感光剤を塗布した基板（シリコン基板やガラス基板）に転写する露光装置が用いられている。露光装置では、基板に転写するパターンの微細化が進み、露光条件の僅かな変化であっても、不良率を増加させ、歩留まりを低下させる要因となる。そのため、原版を被照明面として照明する照明光学系においては、被照明面（照明領域）での不均一な照度分布に起因して、基板に形成されるパターンの線幅が不均一になることを低減するために、良好な照度均一性を達成することが望ましい。これを達成するため、露光装置では、ロッドレンズ（あるいはライトパイプ）やフライアイレンズといったオプティカルインテグレータを備えた照明光学系が用いられうる。

特許文献１には、円筒形マイクロレンズのアレイを含む光結合器（オプティカルインテグレータ）を有する照明光学系が開示されている。光結合器に入射した光は、複数の光束に分割され、その射出面に複数の二次光源を形成する。そして、複数の二次光源からの光束は、コンデンサーレンズによって集光され、原版の被照明面を重畳的に照明する。これにより、被照明面での照度均一性を向上させることができる。

また、特許文献１に記載された照明光学系では、光結合器の入射面近傍に、微小要素を配列した光散乱板が配置されている。光結合器に入射する光束の角度を光散乱板によって増大させることにより、被照明面での照度均一性を更に向上させることができる。その一方で、光散乱板を設けると、光結合器と光散乱板との間の相互作用によって被照明面での照度均一性が低下することがある。特許文献１では、そのような照度均一性の低下を避けるため、光結合器におけるマイクロレンズの配列周期を光散乱板の微小要素の配列周期の素数としたり、光結合器と光散乱板との距離を光散乱板のタルボット距離と異ならせたりといった提案がなされている。

特許第４９３３６７１号公報

近年、露光装置では、基板上に転写するパターンの更なる微細化などに伴い、照明光学系において、被照明面での照度均一性の更なる向上が求められている。

そこで、本発明は、被照明面での照度均一性の向上に有利な技術を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明光学系は、光源からの光束を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、第１方向に周期的に配列された複数の第１光学要素を含み、前記光源からの光束で複数の二次光源を形成するインテグレータと、前記複数の二次光源からの光束を用いて前記被照明面を照明するためのレンズと、第２方向に周期的に配列された複数の第２光学要素を含み、前記複数の第２光学要素の各々によって前記光源からの光束を発散させて前記インテグレータに入射させるように、前記光源と前記インテグレータとの間の光路上に配置された光発散部材と、を備え、前記第１方向と前記第２方向とがなす角度が０度より大きく４５度より小さい、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被照明面での照度均一性の向上に有利な技術を提案することができる。

露光装置の構成例を示す概略図 オプティカルインテグレータの構成例を示す概略断面図（ＸＺ平面） オプティカルインテグレータの構成例を示す概略断面図（ＸＹ平面） 光発散部材およびオプティカルインテグレータの構成例を示す概略断面図 光発散部材の発散角度分布の一例を示す図 光発散部材に用いられるＣＧＨの一例を示す図 光発散部材とオプティカルインテグレータと間の光伝搬を模式的に示した図 オプティカルインテグレータにおける要素レンズの配列方向と一次元光発散部材における光学要素の配列方向とが平行である例を示す図 オプティカルインテグレータにおける要素レンズの配列方向と一次元光発散部材における光学要素の配列方向とが非平行である例を示す図 オプティカルインテグレータにおける要素レンズの配列方向と二次元光発散部材における光学要素の配列方向とが平行である例を示す図 オプティカルインテグレータにおける要素レンズの配列方向と二次元光発散部材における光学要素の配列方向とが非平行である例を示す図 角度θを変化させたときの被照明面上における積算照度分布のＰＶ値の変化についてのシミュレーション結果を示す図 オプティカルインテグレータにおける要素レンズの配列方向と光発散部材における光学要素の配列方向とが非平行である例を示す図 第２実施形態のオプティカルインテグレータの構成例を示す概略断面図（ＸＺ平面） 第２実施形態のオプティカルインテグレータの構成例を示す概略断面図（ＸＹ平面） 第２実施形態において、オプティカルインテグレータにおける要素レンズの配列方向と二次元光発散部材における光学要素の配列方向とが平行である例を示す図 第２実施形態において、オプティカルインテグレータにおける要素レンズの配列方向と二次元光発散部材における光学要素の配列方向とが非平行である例を示す図

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

本明細書及び添付図面では、基板の表面（上面）に平行な方向をＸＹ平面とするＸＹＺ座標系で方向を示す。ＸＹＺ座標系におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれに平行な方向をＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向とし、Ｘ軸周りの回転、Ｙ軸周りの回転及びＺ軸周りの回転のそれぞれを、θＸ、θＹ及びθＺとする。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に関する制御及び駆動（移動）は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向に関する制御又は駆動（移動）を意味する。また、θＸ軸、θＹ軸、θＺ軸に関する制御又は駆動は、それぞれ、Ｘ軸に平行な軸周りの回転、Ｙ軸に平行な軸周りの回転、Ｚ軸に平行な軸周りの回転に関する制御又は駆動を意味する。

＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態の露光装置ＥＸの構成例を示す概略図である。露光装置ＥＸは、半導体素子などのデバイスの製造工程に用いられ、基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置ＥＸは、本実施形態では、原版１８と基板２１とを走査方向に移動させながら基板２１を露光（走査露光）して、原版１８のパターンを基板上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナ）である。但し、露光装置ＥＸは、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を採用することも可能である。

露光装置ＥＸは、図１に示すように、光源１からの光で原版１８（レチクルまたはマスク）を照明する照明光学系ＩＬと、原版１８のパターンを基板２１（ウエハまたはガラスプレート）に投影する投影光学系２０とを有する。また、露光装置ＥＸは、原版１８を保持して移動する原版ステージ１９と、基板２１を保持して移動する基板ステージ２２と、制御部ＣＮＴとを有する。

光源１は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザや波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザなどを含み、原版１８を照明するための光（露光光）を射出する。また、光源１は超高圧水銀ランプやＬＥＤ（発光ダイオード）であってもよい。

照明光学系ＩＬは、引き回し光学系２と、射出角度保存光学素子４と、回折光学素子５と、コンデンサーレンズ６と、プリズムユニット８と、ズームレンズユニット９とを含む。また、照明光学系ＩＬは、オプティカルインテグレータ１００（インテグレータ）と、開口絞り１１と、コンデンサーレンズ１２と、視野絞り１３と、マスキングユニット１５と、結像光学系１６と、折り曲げミラー１７とを含む。

引き回し光学系２は、光源１からの光を、折り曲げミラー３を介して、射出角度保存光学素子４へ導く。射出角度保存光学素子４は、回折光学素子５の光源側に設けられ、フライアイレンズ、マイクロレンズアレイやファイバー束などのオプティカルインテグレータを含む。射出角度保存光学素子４は、光源１からの光を、その発散角度を一定に維持しながら回折光学素子５に導く。射出角度保存光学素子４は、光源１の出力変動が回折光学素子５によって形成される光強度分布（パターン分布）に及ぼす影響を低減する。

回折光学素子５は、照明光学系ＩＬの瞳面とフーリエ変換の関係にある面に配置されている。回折光学素子５は、投影光学系２０の瞳面と共役な面である照明光学系ＩＬの瞳面や照明光学系ＩＬの瞳面と共役な面に、光源１からの光の光強度分布を回折作用により変換して所望の光強度分布を形成する。回折光学素子５は、回折パターン面に所望の回折パターンが得られるように計算機で設計された計算機生成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）で構成されていてもよい。本実施形態では、投影光学系２０の瞳面に形成される光源形状を有効光源形状と称する。なお、「有効光源」とは、被照明面および被照明面の共役面における光強度分布または光角度分布を意味する。

照明光学系ＩＬには、複数の回折光学素子５が設けられていてもよい。例えば、複数の回折光学素子５のそれぞれはターレット（不図示）の複数のスロットに対応する１つに取り付けられ（搭載され）、任意の回折光学素子５を照明光学系ＩＬの光路に配置する。複数の回折光学素子５は、それぞれ、異なる有効光源形状を形成する。これらの有効光源形状は、小円形形状（比較的小さな円形形状）、大円形形状（比較的大きな円形形状）、輪帯形状、二重極形状、四重極形状、その他の形状を含む。輪帯形状、二重極形状または四重極形状の有効光源形状で被照明面を照明する方法は、変形照明と呼ばれる。

射出角度保存光学素子４からの光は、回折光学素子５で回折され、コンデンサーレンズ６に導かれる。コンデンサーレンズ６は、回折光学素子５で回折された光を集光し、回折面７に回折パターン（光強度分布）を形成する。回折面７は、回折光学素子５と光学的にフーリエ変換の関係にある面である。照明光学系ＩＬの光路に配置される回折光学素子５を交換することで、回折面７に形成される光強度分布の形状を変更することができる。

回折面７に形成された光強度分布は、プリズムユニット８およびズームレンズユニット９を通過し、折り曲げミラー１０を介して、オプティカルインテグレータ１００に導かれる。プリズムユニット８は、回折面７に形成された光強度分布を、輪帯率などを調整してズームレンズユニット９に導く。ズームレンズユニット９は、回折面７に形成された光強度分布を、ほぼ相似形を維持しながら拡大または縮小してオプティカルインテグレータ１００に導く。オプティカルインテグレータ１００は、光源１（具体的にはズームレンズユニット９）からの光束を分割して射出し、その射出面に複数（多数）の二次光源を形成する。

また、本実施形態の照明光学系ＩＬでは、光源１（具体的にはズームレンズユニット９）とオプティカルインテグレータ１００との間の光路上に光発散部材２００が配置される。光発散部材２００は、オプティカルインテグレータ１００の入射面近傍に配置されており、光源１（具体的にはズームレンズユニット９）からの光束を発散させてオプティカルインテグレータ１００に入射させる。オプティカルインテグレータ１００および光発散部材２００の詳細な構成については後述する。なお、「光束の発散」とは、光束の散乱もしくは拡散として理解されてもよく、この場合、光発散部材２００は、光散乱部材もしくは光拡散部材として理解されてもよい。

開口絞り１１は、オプティカルインテグレータ１００の射出面の近傍、即ち、照明光学系ＩＬの瞳面に配置されている。コンデンサーレンズ１２は、オプティカルインテグレータ１００により形成された複数の二次光源からの光束を集光して、コンデンサーレンズ１２の被照明面である中間照明面１４を重畳的に照明する。光束をオプティカルインテグレータ１００に入射してコンデンサーレンズ１２で集光すると、中間照明面１４は、ほぼ矩形形状の光強度分布で照明される。また、結像光学系１６は、複数のレンズを含み、中間照明面１４に形成された光強度分布を、折り曲げミラー１７を介して、照明光学系ＩＬの被照明面である原版１８に投影する。つまり、コンデンサーレンズ１２および結像光学系１６は、オプティカルインテグレータ１００により形成された複数の二次光源からの光束を用いて原版１８（被照明面）を照明するためのレンズ（レンズ群）を構成する。なお、原版１８と中間照明面１４とは、光学的に共役な関係となっている。

マスキングユニット１５は、中間照明面１４に配置されている。マスキングユニット１５は、原版ステージ１９に保持された原版１８の照明範囲を規定するために配置され、原版ステージ１９および基板ステージ２２に同期して走査される。図１において、マスキングユニット１５の走査方向は、Ｚ方向であり、原版１８および基板２１の走査方向は、Ｘ方向である。

視野絞り１３は、中間照明面１４およびマスキングユニット１５から照明光学系ＩＬの光軸方向（Ｘ方向）に離れた位置に設けられている。視野絞り１３は、コンデンサーレンズ１２の被照明面である中間照明面１４の走査方向（視野絞り１３の位置におけるＺ方向）の照明範囲を規定する。視野絞り１３は、中間照明面１４から照明光学系ＩＬの光軸方向に離れた位置に設けられているため、視野絞り１３によって一部を遮光された光は、中間照明面１４において、走査方向に略台形形状の光強度分布を有する。これにより、露光装置ＥＸにおいて、光源１がパルス光源である場合に、走査速度またはパルス発振のタイミングがずれた場合に生じる露光むらの影響を低減することができる。

ここで、本実施形態では、視野絞り１３は、中間照明面１４の近傍に配置されているが、被照明面である原版１８の近傍に配置されていてもよい。また、本実施形態では、視野絞り１３は、中間照明面１４より光源側に配置されているが、これに限定されるものではなく、中間照明面１４より原版１８側に配置されていてもよい。さらに、視野絞り１３は、走査方向の開口幅を、走査方向に直交する方向（非走査方向（Ｙ方向））ごとに変更可能な可変視野絞りであってもよい。視野絞り１３の走査方向の開口幅を変更することで、照明領域に形成される光強度分布の走査方向の長さを変更することができる。これにより、走査露光時の非走査方向に関する積算露光量のむらを補正することができる。

投影光学系２０は、複数の光学部材（レンズやミラーなどの光学素子）を含み、原版１８のパターンを基板２１に投影する。原版１８のパターンの解像力は、投影光学系２０の開口数（ＮＡ）および有効光源形状に依存する。原版１８は、投影光学系２０の物体面に配置され、基板２１は、投影光学系２０の像面に配置されている。また、制御部ＣＮＴは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部とメモリ等の記憶部とを有するコンピュータによって構成され、露光装置１００の各部を制御することにより、基板２１の走査露光を制御する。

上記のように構成された露光装置ＥＸでは、走査露光において、光源１から射出された光は、照明光学系ＩＬによって、原版ステージ１９に保持された原版１８を照明する。そして、照明光学系ＩＬによって照明された原版１８のパターンは、投影光学系２０によって、基板ステージ２２に保持された基板２１に結像される。この際、原版１８と基板２１とを投影光学系２０の結像倍率比に応じた速度比で走査することによって、原版１８のパターンを基板２１に転写することができる。

［オプティカルインテグレータの構成］
以下、照明光学系ＩＬにおけるオプティカルインテグレータ１００の構成例について説明する。図２～図３は、オプティカルインテグレータ１００の構成例を示す概略断面図である。図２は、ＸＺ平面におけるオプティカルインテグレータ１００の断面を示し、図３は、ＸＹ平面におけるオプティカルインテグレータ１００の断面を示している。

オプティカルインテグレータ１００は、走査方向（Ｚ方向、第３方向）と非走査方向（Ｙ方向、第１方向）とに周期的に配列された複数の光学要素（第１光学要素）を含む。非走査方向は、走査方向（Ｚ方向）に交差する方向でありうるが、本実施形態では、走査方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｙ方向）として規定されうる。また、本実施形態のオプティカルインテグレータ１００は、図２～図３に示すように、入射側光学素子である入射側インテグレータ１０１～１０２と、射出側光学素子である射出側インテグレータ１０３～１０４とで構成されている。

入射側インテグレータ１０１と射出側インテグレータ１０３とからなる組は、走査方向（Ｚ方向）に周期的に配列された複数の光学要素（第１光学要素）を含むインテグレータとして構成される。入射側インテグレータ１０１および射出側インテグレータ１０３は、走査方向（Ｚ方向）のみに曲率を有する複数のシリンドリカル要素レンズ１０１ｅおよび１０３ｅが複数の光学要素として走査方向に配列されたシリンドリカルレンズアレイである。入射側インテグレータ１０１の各シリンドリカル要素レンズ１０１ｅと、射出側インテグレータ１０３の各シリンドリカル要素レンズ１０３ｅとは、それぞれ対応関係にある。

一方、入射側インテグレータ１０２と射出側インテグレータ１０４とからなる組は、非走査方向（Ｙ方向）に周期的に配列された複数の光学要素（第１光学要素）を含むインテグレータとして構成される。入射側インテグレータ１０２および射出側インテグレータ１０４は、非走査方向（Ｙ方向）のみに曲率を有する複数のシリンドリカル要素レンズ１０２ｅおよび１０４ｅが複数の光学要素として非走査方向に配列されたシリンドリカルレンズアレイである。入射側インテグレータ１０２の各シリンドリカル要素レンズ１０２ｅと、射出側インテグレータ１０４の各シリンドリカル要素レンズ１０４ｅとは、それぞれ対応関係にある。なお、以下では、オプティカルインテグレータ１００におけるシリンドリカル要素レンズを、単に「要素レンズ」と表記することがある。

オプティカルインテグレータ１００に入射した入射光束は、入射側インテグレータ１０１～１０２によって、それぞれ走査方向と非走査方向とに、複数（多数）の光束に分割される。具体的には、当該入射光束は、入射側インテグレータ１０１～１０２の各要素レンズ１０１ｅ～１０２ｅによって、各要素レンズ１０１ｅ～１０２ｅに入射した位置に従った角度をもって集光、射出される。そして、各要素レンズ１０１ｅ～１０２ｅにそれぞれ対応する射出側インテグレータ１０３～１０４の各要素レンズ１０３ｅ～１０４ｅに入射する。射出側インテグレータ１０３～１０４の作用によって、入射側インテグレータ１０１～１０２への入射角度に関わらず、入射側インテグレータの各要素レンズの同じ位置に入射した光は、射出側インテグレータから同一の角度で射出する。このようにして、オプティカルインテグレータ１００の射出面（の近傍）には、複数の（多数）の二次光源が形成される。即ち、オプティカルインテグレータ１００は、波面分割型オプティカルインテグレータとして機能する。

オプティカルインテグレータ１００（射出側インテグレータ１０４）の射出面の近傍には、開口絞り１１が配置されている。開口絞り１１の位置は、コンデンサーレンズ１２の瞳面に相当する。オプティカルインテグレータ１００を射出して開口絞り１１を通過した光束は、図１に示すように、コンデンサーレンズ１２で集光され、中間照明面１４を重畳的に照明し、ケーラー照明を構成する。これによって、中間照明面１４には高い照度均一性を有する照明分布が形成される。

ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、投影光学系２０の良像領域を小さくして投影光学系２０の設計および製造難易度やコストを低減するために、原版１８を矩形の照明領域で照明する。原版１８の共役面である中間照明面１４に形成される照明領域の大きさは、オプティカルインテグレータ１００の射出面に形成される二次光源から発散される光の最大角度で決定される。従って、中間照明面１４に矩形の照明領域を形成するためには、前述の二次光源からの光束の発散角を走査方向と非走査方向とで異ならせることが必要である。

本実施形態では、オプティカルインテグレータ１００の走査方向の焦点距離と非走査方向の焦点距離とを異ならせている。具体的には、オプティカルインテグレータ１００の走査方向の焦点距離ｆｓを非走査方向の焦点距離ｆｎよりも長くしている。ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置における矩形の照明領域の走査方向と非走査方向とのアスペクト比は、典型的には１：２から１：１０の間であるが、適宜好適なアスペクト比が選択されうる。

ここで、矩形の照明領域を形成するための構成は、各要素レンズの焦点距離を走査方向と非走査方向とで異ならせる構成に限定されるものではない。例えば、入射側インテグレータ１０１～１０２の各要素レンズの幅を走査方向と非走査方向とで異ならせる構成としてもよいし、各要素レンズの幅および焦点距離の両方を走査方向と非走査方向とで異ならせる構成としてもよい。また、図２～図３に示したオプティカルインテグレータ１００は、シリンドリカル要素レンズを配列したシリンドリカルレンズアレイで構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、一枚の基板に複数の円筒面が一体的に形成されたシリンドリカルレンズアレイで構成されてもよい。円筒面は、非球面形状であってもよいし、円筒面と同様の屈折力を有する回折面であってもよい。

［光発散部材の構成／機能］
以下、照明光学系ＩＬにおける光発散部材２００の構成および機能について、図４を参照しながら説明する。図４は、光発散部材２００およびオプティカルインテグレータ１００の構成例を示す概略断面図であり、ＸＺ平面における断面を示している。

光発散部材２００は、周期的に配列された複数の光学要素（第２光学要素）２０１を含み、複数の光学要素２０１の各々によってズームレンズユニット９からの光束の角度分布を拡げて（即ち、発散させて）オプティカルインテグレータ１００に入射させる。光発散部材２００における複数の光学要素２０１は、複数の微小要素として、一方向（第２方向）と当該一方向に交差（直交）する方向（第４方向）とに周期的に配列されている。ここで、図４の例では、光発散部材２００は、オプティカルインテグレータ１００の入射面近傍に配置されているが、これに限定されず、結像系を介してオプティカルインテグレータ１００の入射面もしくはその近傍と共役な面に配置されていてもよい。

光発散部材２００を設ける第一の目的は、オプティカルインテグレータ１００を構成する材料を破壊する可能性がある高い光エネルギー密度が射出側インテグレータ１０３～１０４に生じることを回避することである。図２～図３を用いて前述したように、オプティカルインテグレータ１００では、入射側インテグレータ１０１～１０２によって集光された光束が射出側インテグレータ１０３～１０４の近傍または内部に焦点を結ぶ。これによって射出側インテグレータ１０３～１０４には高い光エネルギー密度が発生することになる。オプティカルインテグレータ１００に入射する光束の角度分布が大きくなれば、それに伴い、射出側インテグレータ１０３～１０４での光束が広がるため、射出側インテグレータ１０３～１０４での光エネルギー密度を低減することができる。

光発散部材２００を設ける第二の目的は、オプティカルインテグレータ１００による重畳効果を高め、被照明面でより照度均一性の高い照明分布を形成することである。オプティカルインテグレータ１００に入射する光束の角度分布が小さい場合、オプティカルインテグレータ１００に入射した光束は、オプティカルインテグレータ１００の各要素レンズのほぼ同じ位置を通過して射出されることになる。このとき、各要素レンズの製造誤差等によって、面形状の微細なズレや僅かなキズ等があると、中間照明面１４に形成される照度分布は、それらを反映した分布となってしまう。オプティカルインテグレータ１００に入射する光束の角度分布が大きくなれば、オプティカルインテグレータ１００の各要素レンズにおける様々な位置を通過して光束が射出される。つまり、オプティカルインテグレータ１００の各要素レンズにおける光束の通過範囲が広がる。その結果、前述の製造誤差の影響が平均化されて、中間照明面１４に形成される照度分布において高い照度均一性を得ることができる。

理想的には、光発散部材２００は、入射側インテグレータ１０１～１０２の各要素レンズ１０１ｅ～１０２ｅを射出した光束が、射出側インテグレータ１０３～１０４の対応する各要素レンズ１０３ｅ～１０４ｅの全面を照らすように構成されるとよい。つまり、入射側インテグレータ１０１～１０２の各要素レンズから射出された光束が、射出側インテグレータ１０３～１０４の対応する各要素レンズの全面に入射するように、光発散部材２００の発散角度（散乱角度、開口数）が決定または選択されるとよい。

一方で、オプティカルインテグレータ１００に入射する光束の角度が大きくなりすぎると、入射側インテグレータ１０１～１０２の各要素レンズを射出した光が、射出側インテグレータ１０３～１０４の対応しない要素レンズに入射してしまう。その結果、被照明面における照度均一性の低下を招いたり、照明効率を低下させたりする可能性がある。

ここで、光発散部材２００における光束の発散角度について説明する。入射側インテグレータ１０１～１０２の各要素レンズを射出した光束を、射出側インテグレータ１０３～１０４の対応する各要素レンズの全面に入射させることができる上限の開口数を入射許容ＮＡと規定する。当該開口数は、オプティカルインテグレータ１００に入射する光束の角度を示す指標である。このとき、オプティカルインテグレータ１００の各要素レンズの直径（幅）をＤ、入射側インテグレータ１０１～１０２の各要素レンズの焦点距離をｆとすると、入射許容ＮＡ＝Ｄ／２×１／ｆとなる。

オプティカルインテグレータ１００に入射する光束の開口数は、入射側インテグレータの各要素レンズを射出した光が射出側インテグレータの対応する各要素レンズのなるべく広い範囲を照らしつつ、入射許容ＮＡを超えないように設定されることが望ましい。従って、光発散部材２００に入射する光束の開口数をＮＡｉとしたとき、光発散部材２００の発散開口数ＮＡｓｃは、以下の（式１）を満たすように設定されるとよい。発散開口数ＮＡｓｃは、光発散部材２００における光束の発散角度を示す指標である。
０．５×Ｄ／２×１／ｆ－ＮＡｉ＜ＮＡｓｃ＜Ｄ／２×１／ｆ－ＮＡｉ （式１）

前述のとおり、矩形の照明領域を形成するためには、オプティカルインテグレータ１００の要素レンズの焦点距離を走査方向と非走査方向とで異ならせるか、要素レンズの径（幅）を走査方向と非走査方向とで異ならせるか、あるいはその両方が必要となる。つまり、（式１）における径Ｄおよび／または焦点距離ｆが走査方向と非走査方向とで異なるように、光発散部材２００の開口数ＮＡｓｃを走査方向と非走査方向とで異ならせるとよい。

図５は、本実施形態の光発散部材２００の発散角度分布（散乱角度分布）を示している。本実施形態の光発散部材２００は、図５に示すように、実質的に矩形の発散角度分布を有している。

従来では、光発散部材（光散乱部材）の作製方法として、例えば、研削あるいは荒摺、もしくはエッチング等によってランダムな表面を形成する方式や、内部に散乱材を分散させる方式が用いられている。しかしながら、このような従来の作製方法では、通常、等方的に大きな発散角度分布を生成するため、図５に示すような矩形の発散角度分布を形成することは困難である。

そのため、本実施形態の光発散部材２００は、例えば図４に示すように、複数の光学要素２０１として、微小要素である複数の凹面マイクロレンズの周期的な配列を一枚の基板（プレート）に一体的に形成することによって構成されうる。凹面マイクロレンズの周期は、例えば０．１ｍｍから１ｍｍの間であり、研削やエッチング等の技術を用いて形成されうる。また、図５のような矩形の発散角度分布を形成するには、互いに交差（例えば直交）する２つの方向（第２方向、第４方向）に複数の凹面マイクロレンズが周期的に配列している必要がある。そして、複数の凹面マイクロレンズにおける焦点距離および／または径（幅）が当該２つの方向で異なっている必要がある。

ここで、光発散部材２００における複数の光学要素２０１としては、複数の凹面マイクロレンズに限られるものではなく、例えば、複数の凸面マイクロレンズが用いられてもよい。この場合には、各凸面マイクロレンズの焦点において光強度分布が離散的になってしまうため、各凸面マイクロレンズの焦点より十分離れた位置にオプティカルインテグレータ１００を配置することが望ましい。光発散部材２００は、入射した光束を回折することで発散させる回折光学素子であってもよい。

また、本実施形態の光発散部材２００にＣＧＨ（Computer Generated Hologram）が用いられてもよい。ＣＧＨは、例えば図６に示すような位相分布を有する単位回折セル２０２を各光学要素２０１として規則的に配列したホログラム素子であり、図５に示すような矩形の発散角度分布を生成することができる。ＣＧＨの単位回折セルの大きさ（配列周期）は、例えば０．１ｍｍから数ｍｍ程度であり、石英等の基板上に既知のモールディング技術やリソグラフィ技術等を用いて位相分布が形成される。位相分布のピクセルサイズは、例えば０．１μｍから数μｍである。

さらに、光発散部材２００の発散角度分布は、図５に示すような矩形の発散角度分布に限定されず、一方向のみに発散角度分布をもつものであってもよい。ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、走査方向の照度分布は走査露光によって平均化されるため、特に非走査方向の照度分布の均一性が重要となる。従って、光発散部材２００は、非走査方向のみに光を発散させるものであってもよい。その具体的な構成としては、非走査方向に曲率をもつマイクロシリンドリカルレンズアレイや、非走査方向のみに光を回折させる一次元ＣＧＨがあるが、これらに限定されず、適宜好適な発散手段が用いられうる。

ところで、前述したように単位構造が一定周期で配列された光発散部材２００を用いる場合、要素レンズが一定周期で配列されたオプティカルインテグレータ１００との相互作用によって、被照明面での照度不均一が低下することがある。

図７は、光発散部材２００の各光学要素２０１とオプティカルインテグレータ１００の入射側インテグレータ１０１と間の光伝搬を模式的に示した図である。図７では、光発散部材２００の各光学要素２０１として、凹面マイクロレンズが用いられているが、これに限定されず、前述したように、凸面マイクロレンズが用いられてもよいし、ＣＧＨの単位回折セルが用いられてもよい。また、光発散部材２００として回折光学素子が用いられてもよい。

光発散部材２００における複数の光学要素２０１は、図７に破線で示すように、互いに異なる発散光束（散乱光束）を生成する。図７では、オプティカルインテグレータ１００（入射側インテグレータ１０２）における要素レンズ（第１光学要素）の配列周期（Ｐ１）をＰｆｉで示し、光発散部材２００における光学要素２０１（第２光学要素）の配列周期（Ｐ２）をＰｓｃで示している。入射側インテグレータ１０２の入射面には、光発散部材２００における光学要素２０１の配列周期Ｐｓｃに応じて明部と暗部とが周期的に繰り返される照度分布（以下、周期的な照度分布と表記することがある）が生成される。

オプティカルインテグレータ１００の入射面に生成される周期的な照度分布は、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列周期で分割されて被照明面上に重ね合わされることになる。そのため、配列周期Ｐｓｃと配列周期Ｐｆｉとの比を表すＰｓｃ／Ｐｆｉ（即ち、Ｐ１／Ｐ２）が１／２、１／３、２／５のような有理数となる場合には、被照明面上に同じ照度分布が繰り返し重ね合わされる。つまり、被照明面上に周期的な照度分布が形成されやすくなる。ここで、既約分数としたときのＰｓｃ／Ｐｆｉの分子は、入射側インテグレータ１０１の入射面上で何個の要素レンズ１０１ｅごとに同じ照度分布が繰り返すかを表している。そのため、Ｐｓｃ／Ｐｆｉの既約分数形における分子ができるだけ大きくなるように、ＰｓｃとＰｆｉとが選択されることが望ましい。望ましくはＰｓｃ／Ｐｆｉの既約分数形における分子は１０以上である。

一方、Ｐｓｃ／Ｐｆｉが無理数となる場合には、いずれの要素レンズ１０１ｅにおいても同じ照度分布が繰り返されない。そのため、より望ましくはＰｓｃ／Ｐｆｉが無理数であるとよい。但し、Ｐｓｃ／Ｐｆｉを無理数としたとしても、ＰｓｃとＰｆｉとが近い値である場合には、光発散部材２００によって形成される照度分布がオプティカルインテグレータ１００によって十分に分割されて重畳されずに被照明面に不均一が生じることがある。従って、光発散部材２００における光学要素２０１の配列周期Ｐｓｃは、オプティカルインテグレータ１００の要素レンズの配列周期Ｐｆｉよりも小さいことが望ましい。望ましくはＰｓｃは、Ｐｆｉの５分の１以下であり、より望ましくはＰｆｉの１０分の１以下である。

ここまで光発散部材２００が入射側インテグレータ１０１～１０２の光源側に配置されている場合について説明した。但し、光発散部材２００が入射側インテグレータ１０１～１０２の被照明面側に配置されている場合においても同様に、被照明面において周期的な照度分布を発生させることになる。これについて説明する。入射側インテグレータ１０１～１０２の要素レンズに入射した光は、要素レンズ上の入射位置によって決まった角度で射出される。即ち、要素レンズ上の照度分布が角度分布に変換されて射出される。入射側インテグレータ１０１～１０２の要素レンズから射出された光の角度分布は、射出側インテグレータ１０３～１０４およびコンデンサーレンズ１２によって、再び被照明面上での照度分布に変換される。入射側インテグレータ１０１～１０２の被照明面側に光発散部材２００が配置されている場合、光発散部材２００における光学要素２０１の配列周期に応じた周期で、入射側インテグレータ１０１～１０２から射出された光の角度分布に変調をもたらす。従って、入射側インテグレータ１０１～１０２の被照明面側に光発散部材２００が配置されている場合においても、同様に、被照明面上において周期的な照度分布を発生させることができる。

光発散部材２００とオプティカルインテグレータ１００との相互作用によって被照明面に生じる周期的な照度分布を抑制するための一つの方法としては、光発散部材２００の光学要素２０１の配列に不規則性を導入することである。例えば、光発散部材２００の光学要素２０１がマイクロレンズである場合には、その光学要素２０１の配列周期を不規則としたり、曲率を不規則としたり、することが考えられる。また、光発散部材２００の光学要素２０１がＣＧＨである場合には、互いに異なる構成を有する複数種類の単位回折セルを不規則に配置することが考えられる。しかしながら、光発散部材２００にこのような不規則性を導入することは、光発散部材２００の製造性を低下させることとなりうる。

そこで、本実施形態の照明光学系ＩＬでは、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを非平行としている。具体的には、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向（第１方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向（第２方向）とのなす角度が、０度より大きく４５度より小さいとの条件を満たす。これにより、単一種類の光学要素２０１の周期的な配列で構成された光発散部材２００を用いたとしても、オプティカルインテグレータ１００と光発散部材２００との相互作用により被照明面に生成される周期的な照度分布を低減することができる。なお、以下の説明において、「２つの方向を平行にする」は、「２つの方向のなす角度を０度にする」という意味として定義される。また、「２つの方向を非平行にする」は、「２つの方向のなす角度を０度より大きく４５度より小さい角度にする」という意味として定義される。

［一次元光発散部材を用いる例］
以下、光発散部材２００として、一方向（第２方向）のみに光を発散（散乱）させる一次元光発散部材を用いる例を説明する。以下、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを非平行にすることで、被照明面に発生される周期的な照度分布が低減されることについて、図８～図９を参照しながら説明する。

図８は、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向（Ｙ方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが「平行」である例を示している。一方、図９は、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向（Ｙ方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが「非平行」である例を示している。図８～図９の（ａ）は、オプティカルインテグレータ１００（入射側インテグレータ１０１～１０２）を光発散部材２００側（－Ｚ方向側）から見た図を示している。また、図８～図９の（ｂ）は、被照明面上に形成される照度分布３００を示しており、図８～図９の（ｃ）は、被照明面上に形成される照度分布の積算照度分布３０１を示している。

ここでは、前述したように、光発散部材２００として、一方向（第２方向）のみに光を発散させる一次元光発散部材が用いられる。このような光発散部材２００では、当該一方向に直交する方向に沿って伸張する形状をそれぞれ有する複数の光学要素２０１が、当該一方向に配列周期Ｐｓｃで周期的に配列されうる。そして、このような光発散部材２００を用いる場合、入射側インテグレータ１０１の入射面における光束（光束径φ）の光強度分布２０２には、当該一方向に周期Ｐｓｃで明部と暗部とが繰り返される周期的な照度不均一性２０３が形成される。

入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向（Ｙ方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを平行にすると、図８（ａ）に示すように、照度不均一性２０３の周期方向が要素レンズ１０２ｅの配列方向に一致する。このとき、被照明面上に形成される照度分布３００は、オプティカルインテグレータ１００によって光強度分布２０２を分割・重畳したものであるから、図８（ｂ）に示すように、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０３を反映した分布となる。

前述したように、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置においては、走査方向の照度分布は走査露光によって平均化されるため、走査方向の照度分布（具体的には、走査方向の積算照度に関する非走査方向の分布（積算照度分布））の均一性が重要となる。図８（ｃ）は、被照明面上の積算照度分布３０１を示している。入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが平行である場合、積算照度分布３０１は、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０３を反映した不均一な分布となる。

それに対し、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを非平行にすると、照度不均一性２０３の周期方向は、要素レンズ１０２ｅの配列方向（Ｙ方向）に対して非平行となる。具体的には、入射側インテグレータ１０２に対して光発散部材２００を角度θだけ回転させると、図９（ａ）に示すように、照度不均一性２０３の周期方向が、要素レンズ１０２ｅの配列方向（Ｙ方向）に対して角度θだけ回転する。この場合、周期的な照度不均一性２０３が形成される要素レンズ上の位置が、入射側インテグレータ１０２における複数の要素レンズ１０２ｅで互いに異なることとなる。そのため、光強度分布２０２を分割・重畳したものである被照明面上の照度分布３００では、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０３が少しずつずれて重ね合わされることで平均化され、図９（ｂ）に示すように照度がほぼ均一になる。その結果、図９（ｃ）に示すように、非走査方向において積算照度がほぼ均一な積算照度分布３０１を得ることができる。ここで、角度θは、前述したとおり、０度より大きく４５度より小さい角度である。

次に、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０３を非走査方向にわたって十分に平均化し、被照明面上での照度均一性を更に向上させるための追加条件について説明する。追加条件は、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向（第１方向、Ｙ方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向（第２方向）とのなす角度θが、ａｒｃｔａｎ（Ｐｆｉｙ／φ）以上であることを含みうる。「Ｐｆｉｙ」は、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列周期（Ｙ方向）を示しており、ＰｆｉｙをＰ１で表す場合には、追加条件は、角度θがａｒｃｔａｎ（Ｐ１／φ）以上であることを含みうる。この追加条件は、図９（ａ）に示すように、光強度分布２０２（即ち、光束（光束径φ））における端部Ａと端部Ｂとの非走査方向（Ｙ方向）の距離ｄが、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列周期Ｐｆｉ以上であることを意味する。端部Ａおよび端部Ｂは、照度不均一性２０３の周期方向と直交する方向における光強度分布２０２の両端部として規定される。この追加条件により、被照明面上での照度均一性を更に向上させることができる。

［二次元光発散部材を用いる例］
以下、光発散部材２００として、互いに交差（直交）する２つの方向に光を発散させる二次元光発散部材を用いる例を説明する。光発散部材２００として二次元発散部材を用いる場合、基本的には、一次元光発散部材を用いる場合と同様の機能・効果が当該２つの方向の各々で得られる。そのため、以下で説明する事項以外は、一次元光発散部材を用いる例での上記説明が引き継がれうる。

図１０は、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが「平行」である例を示している。一方、図１１は、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが「非平行」である例を示している。図１０～図１１の（ａ）は、オプティカルインテグレータ１００（入射側インテグレータ１０１～１０２）を光発散部材２００側（－Ｚ方向側）から見た図を示している。また、図１０～図１１の（ｂ）は、被照明面上に形成される照度分布３０２を示しており、図１０～図１１の（ｃ）は、被照明面上に形成される照度分布の積算照度分布３０３を示している。

ここでは、前述したように、光発散部材２００として、互いに交差（直交）する２つの方向に光を発散させる二次元光発散部材が用いられる。このような光発散部材２００では、一方向（第２方向）と当該一方向に直交する方向（第４方向）に複数の光学要素２０１が周期的に配列されうる。当該一方向における光学要素２０１の配列周期（Ｐ２）はＰｓｃ_１であり、当該一方向に直交する方向における光学要素２０１の配列周期（Ｐ４）はＰｓｃ_２である。この場合、オプティカルインテグレータ１００の入射面における光束（光束径φ）の光強度分布には、当該一方向に周期Ｐｓｃ_１、当該一方向に垂直な方向に周期Ｐｓｃ_２で、明部が二次元的に配置される周期的な照度不均一性２０４が形成される。なお、図１０～図１１では、照度不均一性２０４を矩形の配列で模式的に示しているが、実際の照度不均一性２０４は、光発散部材２００の具体的な構成や設計値、光発散部材２００とオプティカルインテグレータ１００との距離等によって異なりうる。

また、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列周期は、非走査方向（第１方向、Ｙ方向）にＰｆｉｙ、走査方向（第３方向、Ｚ方向）にＰｆｉｚである。つまり、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列周期（Ｐ１）がＰｆｉｙであり、入射側インテグレータ１０１における要素レンズ１０１ｅの配列周期（Ｐ３）がＰｆｉｚである。

オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを平行にすると、図１０（ａ）に示すように、照度不均一性２０４の周期方向が要素レンズ配列方向に一致する。このとき、被照明面上における照度分布３０２は、オプティカルインテグレータ１００の入射面での光強度分布２０２を分割・重畳したものであるから、図１０（ｂ）に示すように、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０４を反映した分布となる。その結果、積算照度分布３０３も、非走査方向（Ｙ方向）において不均一な分布になりうる。

それに対し、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを非平行にすると、照度不均一性２０４の周期方向は、要素レンズの配列方向に対して非平行となる。具体的は、オプティカルインテグレータ１００に対して光発散部材２００を角度θだけ回転させると、図１１（ａ）に示すように、照度不均一性２０４の周期方向が、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向に対して角度θだけ回転する。この場合、周期的な照度不均一性２０４が形成される要素レンズ上の位置が、オプティカルインテグレータにおける複数の要素レンズで互いに異なることとなる。そのため、被照明面上の照度分布３０２では、図１１（ｂ）に示すように、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０４が少しずつずれて重ね合わされることにより平均化される。その結果、図１１（ｃ）に示すように、非走査方向において積算照度がほぼ均一な積算照度分布３０３を得ることができる。ここで、角度θは、前述したとおり、０度より大きく４５度より小さい角度である。

次に、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０４を非走査方向にわたって十分に平均化し、被照明面上での照度均一性を更に向上させるための追加条件について説明する。追加条件は、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向（第１方向、Ｙ方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向（第２方向）とのなす角度θが、ａｒｃｔａｎ（Ｐｆｉｙ／φ）以上であることを含む。Ｐｆｉｙは、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列周期（Ｙ方向）であり、ＰｆｉｙをＰ１で表す場合には、追加条件は、角度θがａｒｃｔａｎ（Ｐ１／φ）以上であることを含みうる。

また、追加条件は、角度θが、ａｒｃｔａｎ（Ｐｆｉｚ／φ）以上であることを含んでもよい。角度θは、射側インテグレータ１０１における要素レンズ１０１ｅの配列方向（第３方向、Ｚ方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向（第４方向）とのなす角度として理解されてもよい。Ｐｆｉｚは、入射側インテグレータ１０１における要素レンズ１０１ｅの配列周期（Ｚ方向）であり、ＰｆｉｚをＰ３で表す場合には、追加条件は、角度θがａｒｃｔａｎ（Ｐ３／φ）以上であることを含みうる。

さらに、追加条件は、上記の代わりに、角度θがａｒｃｔａｎ（ＰＬ／φ）以上であることを含んでもよい。ＰＬは、入射側インテグレータ１０１における要素レンズ１０１ｅの配列周期、および、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列周期のうち大きい方の配列周期を表している。

［他の追加条件］
次に、被照明面上での照度均一性を更に向上させるための他の追加条件について説明する。図１２は、角度θを変化させたときの被照明面上における積算照度分布のＰＶ（Peak to Valley）値の変化についてのシミュレーション結果を示している。図１２は、縦軸が常用対数である片対数グラフであり、横軸が角度θ、縦軸が積算照度分布のＰＶ値である。角度θは、二次元光発散部材として構成された光発散部材２００における光学要素の２つの配列方向が、入射側インテグレータ１０２における要素レンズ１０２ｅの配列方向（非走査方向）とそれぞれ成す２つの角度のうち小さい方の角度として定義されうる。また、図１２のシミュレーション条件は、光束径φを５０ｍｍ、光発散部材２００におけるＹ方向、Ｚ方向の光学要素２０１の配列周期をともに０．５ｍｍ、入射側インテグレータ１０１～１０２における要素レンズの配列周期をともに３．９ｍｍとした。この条件におけるａｒｃｔａｎ（Ｐｆｉ／φ）は４．５度であり、図１２の例では、角度θが４．５度以上である場合に、被照明面上における積算照度分布のＰＶ値が最小値付近まで低減していることが分かる。

ここで、図１２の例では、角度θが７．１度、１４．０度および１８．４度のときに、角度θがａｒｃｔａｎ（Ｐｆｉ／φ）以上であるにも関わらず、積算照度分布のＰＶ値が極大値になっている。このように積算照度分布のＰＶ値が極大値となる角度θでは、ｔａｎθが有理数となっており、角度θが７．１度、１４．０度および１８．４度のとき、ｔａｎθはそれぞれ１／８、１／４および１／３となる。ｔａｎθが有理数で且つ光発散部材２００における光学要素２０１の２つの配列周期Ｐｓｃ_１およびＰｓｃ_２が等しい場合、光強度分布２０２の周期的な照度不均一性２０４をＺ方向またはＹ方向に平行移動させたとしても同じ照度分布が繰り返し現れる。つまり、被照明面上にける積算照度分布の均一性を低下させてしまう。従って、角度θは、ｔａｎθが無理数となるように決定されるとよい。一方、ｔａｎθが有理数の場合であっても、ｔａｎθが小さい場合には、同じ照度分布が現れる繰り返し周期が大きくなるため、被照明面上における積算照度分布の均一性を低下させにくい。例えば、ｔａｎθは１／１０以下であるとよい。

また、非走査方向に関して、ｍおよびｎの各々をゼロを除く整数としたとき、ｍ×Ｐｓｃ_１÷ｃｏｓθ＝ｎ×Ｐｆｉｙ±αを満たす場合には、被照明面上における積算照度分布の均一性を低下させてしまう。即ち、オプティカルインテグレータ１００の入射面において、入射側インテグレータ１０２の要素レンズ１０２ｅのＹ方向の配列ｎ個おきに、要素レンズ１０２ｅと周期的な照度不均一性２０４との相対的な関係がＹ方向に繰り返すことになる。その結果、被照明面上の同じ位置に繰り返し不均一な照度分布が重ね合わされ、被照明面上における積算照度分布の均一性を低下させることとなる。従って、ｍ×Ｐｓｃ_１÷ｃｏｓθがｎ×Ｐｆｉｙ±αの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。ＰｆｉｙをＰ１で表し、Ｐｓｃ_１をＰ２で表す場合には、ｍ×Ｐ２÷ｃｏｓθがｎ×Ｐ１±αの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。ここで、「α」は、「ｎ×Ｐｆｉｙ」の近傍における除外範囲を規定するための値であり、任意の値に事前に設定されうる。例えば、「α」は、０～２の範囲内の所定値（例えば０．５、１、２など）に設定されうる。

同様に、走査方向に関して、ｍ’およびｎ’の各々をゼロを除く整数としたとき、ｍ’×Ｐｓｃ_２÷ｃｏｓθ＝ｎ’×Ｐｆｉｚ±βを満たす場合には、被照明面上における積算照度分布の均一性を低下させてしまう。従って、ｍ’×Ｐｓｃ_２÷ｃｏｓθがｎ’×Ｐｆｉｚ±βの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。ＰｆｉｚをＰ３で表し、Ｐｓｃ_２をＰ４で表す場合には、ｍ’×Ｐ４÷ｃｏｓθがｎ’×Ｐ３±βの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。ここで、「β」は、「ｎ×Ｐｆｉｚ」の近傍における除外範囲を規定するための値であり、任意の値に事前に設定されうる。例えば、「β」は、０～２の範囲内の所定値（例えば０．５、１、２など）に設定されうる。

ところで、光発散部材２００が二次元光発散部材である場合、その発散角度分布は、例えば図５に示すような矩形の発散角度分布であることは前述のとおりである。そして、矩形の発散角度分布を構成する複数の辺のうち少なくとも１つの辺が延びる方向が、光発散部材２００の光学要素２０１の配列方向（第２方向または第４方向）と平行である場合を想定する。この場合、実際にオプティカルインテグレータ１００から射出される光束の角度分布は、矩形を角度θだけ回転させた分布となってしまう。そのため、走査方向および非走査方向への発散角度が大きくなってしまうことになり、オプティカルインテグレータ１００の入射許容ＮＡに対する余裕が少なくなってしまう、あるいは入射許容ＮＡを超えてしまう可能性がある。その結果、被照明面上における積算照度分布の均一性を低下させたり、照明効率を低下させたりしてしまう。

従って、光発散部材２００における矩形の発散角度分布を構成する複数の辺のうち少なくとも１つの辺が延びる方向が、オプティカルインテグレータ１００の要素レンズの配列方向（第１方向または第３方向）と平行であるとよい。即ち、光発散部材２００における矩形の発散角度分布は、それを構成する複数の辺のうち少なくとも１つの辺が延びる方向と、光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが角度－θをなすように設計されるとよい。

図１３は、光発散部材２００における矩形の発散角度分布の少なくとも１つの辺が延びる方向と、光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが角度－θをなすように設計した例を示している。図１３では、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが非平行である場合を示している。なお、図１３では、説明を分かり易くするため、矩形の発散角度分布の少なくとも１つの辺が延びる辺が、光学要素２０１の配列方向に対して角度－θだけ回転している例を模式的に示しているが、実際の照度不均一性２０４は図１３の例と異なることがある。例えば、実際の照度不均一性２０４は、光発散部材２００の具体的な構成や設計値、光発散部材２００と入射側インテグレータ１０１～１０２との距離等により、図１３の例と異なりうる。

図１３では、光発散部材２００における光学要素２０１の２つの配列方向のうち、非走査方向（Ｙ方向）となす角が小さい方向が、非走査方向に対して角度θをなす配列方向となっている。つまり、光発散部材２００における矩形の発散角度分布の少なくとも１つの辺が延びる方向が走査方向（Ｚ方向）または非走査方向（Ｙ方向）と平行となる。しかしながら、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０４の配列方向は、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と非平行である。そのため、光強度分布２０２を入射側インテグレータ１０１～１０２によって分割・重畳した結果である被照明面上の照度分布は、光強度分布２０２の周期的な照度不均一性２０４が少しずつずれて重ね合わされる。従って、矩形の発散角度分布の少なくとも１つの辺が延びる方向が走査方向（Ｚ方向）または非走査方向（Ｙ方向）と平行であっても、図１１（ｃ）を用いて説明したように、被照明面（原版１８）上における積算照度分布の均一性を向上させることができる。

上述したように、本実施形態の照明光学系ＩＬは、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とのなす角度が０度より大きく４５度より小さいとの条件を満たすように構成される。これにより、非照明面（例えば原版１８）上での照度均一性を向上させることができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態について説明する。上記の第１実施形態では、露光装置ＥＸが、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である場合について説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置であっても、基本的な考え方は同様である。従って、本実施形態では、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置ＥＸ（照明光学系ＩＬ）の構成について説明する。なお、本実施形態は、第１実施形態を基本的に引き継ぐものであり、以下で言及する事項以外は、第１実施形態で説明したとおりである。露光装置ＥＸの装置構成についても第１実施形態で説明したとおりである。

図１４～図１５は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置ＥＸに用いられうるオプティカルインテグレータ１００の構成例を示す概略断面図である。図１４は、ＸＺ平面におけるオプティカルインテグレータ１００の断面を示し、図１５は、ＸＹ平面におけるオプティカルインテグレータ１００の断面を示している。本実施形態のオプティカルインテグレータ１００は、光軸に垂直な面において矩形の断面を有する複数の角柱要素レンズ１００ｅ（複数の第１光学要素）が周期的に配列されたレンズアレイである。複数の角柱要素レンズ１００ｅは、Ｚ方向とＹ方向とに、それぞれ周期Ｐｆｚおよび周期Ｐｆｙで周期的に配列される。本実施形態のオプティカルインテグレータ１００の作用は、シリンドリカルレンズアレイで構成された第１実施形態のオプティカルインテグレータ１００と基本的に同様である。なお、以下では、角柱要素レンズ１００ｅを、単に要素レンズ１００ｅと表記することがある。

本実施形態のオプティカルインテグレータ１００では、Ｚ方向の焦点距離とＹ方向の焦点距離とが同一であるため、各要素レンズ１００ｅの入射面の形状は、被照明面における照明領域の形状と相似となる。ステップ・アンド・リピート方式の露光装置ＥＸにおける露光領域は、典型的には矩形形状であるため、本実施形態では、オプティカルインテグレータ１００の各要素レンズ１００ｅにおけるＺ方向の幅をＹ方向の幅よりも長くしている。ここで、本実施形態の露光装置ＥＸ（照明光学系ＩＬ）では、必ずしも複数の角柱要素レンズで構成されたオプティカルインテグレータが用いられる必要はなく、シリンドリカルレンズアレイで構成されたオプティカルインテグレータが用いられてもよい。

図１６は、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが「平行」である例を示している。一方、図１７は、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とが「非平行」である例を示している。図１６～図１７の（ａ）は、オプティカルインテグレータ１００を光発散部材２００側（－Ｚ方向側）から見た図を示している。また、図１６～図１７の（ｂ）は、被照明面上に形成される照度分布３０４を示している。

本実施形態では、光発散部材２００として、互いに交差（直交）する２つの方向に光を発散させる二次元光発散部材が用いられる。このような光発散部材２００では、一方向（第２方向）と当該一方向に直交する方向（第４方向）に複数の光学要素２０１が周期的に配列されうる。当該一方向における光学要素２０１の配列周期（Ｐ２）はＰｓｃ_１であり、当該一方向に直交する方向における光学要素２０１の配列周期（Ｐ４）はＰｓｃ_２である。この場合、オプティカルインテグレータ１００の入射面における光束（光束径φ）の光強度分布には、当該一方向に周期Ｐｓｃ_１、当該一方向に垂直な方向に周期Ｐｓｃ_２で、明部が二次元的に配置される周期的な照度不均一性２０５が形成される。図１６～図１７では、周期的な照度不均一性２０５を矩形の配列で模式的に示している。

オプティカルインテグレータ１００における要素レンズ１００ｅの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを平行にすると、図１６（ａ）に示すように、照度不均一性２０５の周期方向が要素レンズ１００ｅの配列方向に一致する。このとき、被照明面上に形成される照度分布３０４は、オプティカルインテグレータ１００によって光強度分布２０２を分割・重畳したものであるから、図１６（ｂ）に示すように、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０４を反映した分布となる。

それに対し、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズ１００ｅの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とを非平行にすると、照度不均一性２０５の周期方向が、要素レンズ１００ｅの配列方向に対して非平行となる。具体的には、オプティカルインテグレータ１００に対して光発散部材２００を角度θだけ回転させると、図１７（ａ）に示すように、照度不均一性２０５の周期方向が、要素レンズ１００ｅの配列方向に対して角度θだけ回転する。この場合、周期的な照度不均一性２０５が形成される要素レンズ上の位置が、複数の要素レンズ１００ｅで互いに異なることとなる。そのため、光強度分布２０２を分割・重畳したものである被照明面上の照度分布３０４では、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０５が少しずつずれて重ね合わされることにより平均化され、図１７（ｂ）に示すように照度がほぼ均一になる。ここで、角度θは、第１実施形態で説明したとおり、０度より大きく４５度より小さい角度である。

次に、光強度分布２０２における周期的な照度不均一性２０５を被照明面上で十分に分散・平均化し、被照明面上での照度均一性を更に向上させるための追加条件について説明する。追加条件は、オプティカルインテグレータ１００の要素レンズ１００ｅの配列方向（第１方向）と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向（第２方向）とのなす角度θが、ａｒｃｔａｎ（Ｐｆｚ／φ）以上であることを含みうる。「Ｐｆｚ」は、被照明面における矩形の照明領域の長手方向に対応するＺ方向における要素レンズ１００ｅの配列周期（Ｚ方向）を示しており、ＰｆをＰ１で表す場合には、追加条件は、角度θがａｒｃｔａｎ（Ｐ１／φ）以上であることを含みうる。この追加条件は、光強度分布２０２（即ち、光束（光束径φ））における両端部のＺ方向の距離が、要素レンズ１００ｅの配列周期Ｐｆｚ以上であることを意味する。当該両端部は、照度不均一性２０３の周期Ｐｓｃ_１の方向における光強度分布２０２の両端部として規定される。この追加条件により、被照明面上での照度均一性を更に向上させることができる。

また、ｔａｎθが有理数で且つ光発散部材２００における光学要素２０１の２つの配列周期Ｐｓｃ_１およびＰｓｃ_２が等しい場合、光強度分布２０２の周期的な照度不均一性２０５をＺ方向またはＹ方向に平行移動させたとしても同じ照度分布が繰り返し現れる。つまり、被照明面上における照度分布の均一性を低下させてしまう。従って、角度θは、ｔａｎθが無理数となるように決定されるとよい。一方、ｔａｎθが有理数の場合であっても、ｔａｎθが小さい場合には、同じ照度分布が現れる繰り返しの周期が大きくなるため、被照明面上における照度分布の照度均一性を低下させにくい。例えば、ｔａｎθは１／１０以下であるとよい。

また、ｍ、ｎ、ｍ’およびｎ’の各々をゼロを除く整数としたとき、ｍ×Ｐｓｃ_１÷ｃｏｓθ＝ｎ×Ｐｆｙ±α、または、ｍ’×Ｐｓｃ_２÷ｃｏｓθ＝ｎ’×Ｐｆｚ±βを満たす場合には、被照明面上における照度分布の均一性を低下させてしまう。即ち、オプティカルインテグレータ１００の入射面において、要素レンズ１００ｅのＹ方向もしくはＺ方向の配列ｎ個おきに、要素レンズ１００ｅと周期的な照度不均一性２０５との相対的な関係がＹ方向もしくはＺ方向に繰り返すことになる。その結果、被照明面上の同じ位置に繰り返し不均一な照度分布が重ね合わされ、被照明面上における照度分布の均一性を低下させることとなる。

従って、ｍ×Ｐｓｃ_１÷ｃｏｓθがｎ×Ｐｆｙ±αの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。ＰｆｙをＰ１で表し、Ｐｓｃ_１をＰ２で表す場合には、ｍ×Ｐ２÷ｃｏｓθがｎ×Ｐ１±αの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。同様に、ｍ’×Ｐｓｃ_３÷ｃｏｓθがｎ’×Ｐｆｚ±βの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。ＰｆｚをＰ３で表し、Ｐｓｃ_２をＰ４で表す場合には、ｍ’×Ｐ４÷ｃｏｓθがｎ’×Ｐ３±βの範囲外であるとの条件を満たすように角度θが決定されるとよい。ここで、「α」は、「ｎ×Ｐｆｙ」の近傍における除外範囲を規定するための値であり、任意の値に事前に設定されうる。同様に、「β」は、「ｎ×Ｐｆｚ」の近傍における除外範囲を規定するための値であり、任意の値に事前に設定されうる。例えば、「α」および「β」の各々は、０～２の範囲内の所定値（例えば０．５、１、２など）に設定されうる。

上述したように、本実施形態では、露光装置ＥＸがステップ・アンド・リピート方式として構成された場合について説明した。このような露光装置ＥＸの照明光学系ＩＬにおいても、オプティカルインテグレータ１００における要素レンズの配列方向と光発散部材２００における光学要素２０１の配列方向とのなす角度が０度より大きく４５度より小さいとの条件を満たすように構成される。これにより、非照明面（例えば原版１８）上での照度均一性を向上させることができる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、潜像パターンが形成された基板を加工（現像）する工程と、加工された基板から物品を製造する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

＜実施形態のまとめ＞
本明細書の開示は、以下の照明光学系、露光装置、および物品の製造方法を含む。

（項目１）
光源からの光束を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、
第１方向に周期的に配列された複数の第１光学要素を含み、前記光源からの光束で複数の二次光源を形成するインテグレータと、
前記複数の二次光源からの光束を用いて前記被照明面を照明するためのレンズと、
第２方向に周期的に配列された複数の第２光学要素を含み、前記複数の第２光学要素の各々によって前記光源からの光束を発散させて前記インテグレータに入射させるように、前記光源と前記インテグレータとの間の光路上に配置された光発散部材と、
を備え、
前記第１方向と前記第２方向とがなす角度が０度より大きく４５度より小さい、ことを特徴とする照明光学系。

（項目２）
前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期をＰ１、前記インテグレータに入射する光束の径をφとしたとき、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度がａｒｃｔａｎ（Ｐ１／φ）以上である、ことを特徴とする項目１に記載の照明光学系。

（項目３）
前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期をＰ１、前記複数の第２光学要素における前記第２方向の配列周期をＰ２としたとき、Ｐ１／Ｐ２が無理数である、ことを特徴とする項目１又は２に記載の照明光学系。

（項目４）
前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度をθとしたとき、ｔａｎθが無理数である、ことを特徴とする項目１乃至３のいずれか１項目に記載の照明光学系。

（項目５）
前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期をＰ１、前記複数の第２光学要素における前記第２方向の配列周期をＰ２、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度をθとし、ｍおよびｎの各々をゼロを除く整数、αを０～２の所定値としたとき、ｍ×Ｐ２÷ｃｏｓθがｎ×Ｐ１±αの範囲外である、ことを特徴とする項目１乃至４のいずれか１項目に記載の照明光学系。

（項目６）
前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期は、前記複数の第２光学要素における前記第２方向の配列周期より大きい、ことを特徴とする項目１乃至５のいずれか１項目に記載の照明光学系。

（項目７）
前記複数の第１光学要素は、前記第１方向と、前記第１方向に交差する第３方向とに周期的に配列され、
前記複数の第２光学要素は、前記第２方向と、前記第２方向に交差する第４方向とに周期的に配列されている、ことを特徴とする項目１乃至６のいずれか１項目に記載の照明光学系。

（項目８）
前記複数の第１光学要素における前記第３方向の配列周期をＰ３、前記インテグレータに入射する光束の径をφとしたとき、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度がａｒｃｔａｎ（Ｐ３／φ）以上である、ことを特徴とする項目７に記載の照明光学系。

（項目９）
前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期および前記第２方向の配列周期のうち大きい方の配列周期をＰＬ、前記インテグレータに入射する光束の径をφとしたとき、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度がａｒｃｔａｎ（ＰＬ／φ）以上である、ことを特徴とする項目７又は８に記載の照明光学系。

（項目１０）
前記複数の第１光学要素における前記第３方向の配列周期をＰ３、前記複数の第２光学要素における前記第４方向の配列周期をＰ２、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度をθとし、ｍ’およびｎ’の各々をゼロを除く整数、βを０～２の所定値としたとき、ｍ’×Ｐ４÷ｃｏｓθがｎ’×Ｐ３±βの範囲外である、ことを特徴とする項目７乃至９のいずれか１項目に記載の照明光学系。

（項目１１）
前記光発散部材は、回折光学素子である、ことを特徴とする項目１乃至１０のいずれか１項目に記載の照明光学系。

（項目１２）
前記光発散部材は、矩形の発散角度分布を有する、ことを特徴とする項目１乃至１１のいずれか１項目に記載の照明光学系。

（項目１３）
前記光発散部材における前記矩形の発散角度分布を構成する複数の辺のうち少なくとも１つの辺が延びる方向は、前記第１方向と平行である、ことを特徴とする項目１２に記載の照明光学系。

（項目１４）
基板を露光する露光装置であって、
原版を被照明面として照明する項目１乃至１３のいずれか１項目に記載の照明光学系と、
前記照明光学系により照明された前記原版のパターンの像を前記基板上に投影する投影光学系と、
を備えることを特徴とする露光装置。

（項目１５）
項目１４に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
前記露光工程で露光された前記基板を加工する加工工程と、
前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造する製造工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

ＩＬ：照明光学系、１００：オプティカルインテグレータ、１０１～１０２：入射側インテグレータ、１０３～１０４：射出側インテグレータ、１０１ｅ～１０４ｅ：要素レンズ（第１光学要素）、２００：光発散部材、２０１：光学要素（第２光学要素）

Claims (15)

1. 光源からの光束を用いて被照明面を照明する照明光学系であって、
   第１方向に周期的に配列された複数の第１光学要素を含み、前記光源からの光束で複数の二次光源を形成するインテグレータと、
   前記複数の二次光源からの光束を用いて前記被照明面を照明するためのレンズと、
   第２方向に周期的に配列された複数の第２光学要素を含み、前記複数の第２光学要素の各々によって前記光源からの光束を発散させて前記インテグレータに入射させるように、前記光源と前記インテグレータとの間の光路上に配置された光発散部材と、
   を備え、
   前記第１方向と前記第２方向とがなす角度が０度より大きく４５度より小さい、ことを特徴とする照明光学系。
2. 前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期をＰ１、前記インテグレータに入射する光束の径をφとしたとき、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度がａｒｃｔａｎ（Ｐ１／φ）以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期をＰ１、前記複数の第２光学要素における前記第２方向の配列周期をＰ２としたとき、Ｐ１／Ｐ２が無理数である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
4. 前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度をθとしたとき、ｔａｎθが無理数である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
5. 前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期をＰ１、前記複数の第２光学要素における前記第２方向の配列周期をＰ２、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度をθとし、ｍおよびｎの各々をゼロを除く整数、αを０～２の所定値としたとき、ｍ×Ｐ２÷ｃｏｓθがｎ×Ｐ１±αの範囲外である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
6. 前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期は、前記複数の第２光学要素における前記第２方向の配列周期より大きい、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
7. 前記複数の第１光学要素は、前記第１方向と、前記第１方向に交差する第３方向とに周期的に配列され、
   前記複数の第２光学要素は、前記第２方向と、前記第２方向に交差する第４方向とに周期的に配列されている、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系。
8. 前記複数の第１光学要素における前記第３方向の配列周期をＰ３、前記インテグレータに入射する光束の径をφとしたとき、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度がａｒｃｔａｎ（Ｐ３／φ）以上である、ことを特徴とする請求項７に記載の照明光学系。
9. 前記複数の第１光学要素における前記第１方向の配列周期および前記第２方向の配列周期のうち大きい方の配列周期をＰＬ、前記インテグレータに入射する光束の径をφとしたとき、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度がａｒｃｔａｎ（ＰＬ／φ）以上である、ことを特徴とする請求項７に記載の照明光学系。
10. 前記複数の第１光学要素における前記第３方向の配列周期をＰ３、前記複数の第２光学要素における前記第４方向の配列周期をＰ２、前記第１方向と前記第２方向とがなす前記角度をθとし、ｍ’およびｎ’の各々をゼロを除く整数、βを０～２の所定値としたとき、ｍ’×Ｐ４÷ｃｏｓθがｎ’×Ｐ３±βの範囲外である、ことを特徴とする請求項７に記載の照明光学系。
11. 前記光発散部材は、回折光学素子である、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
12. 前記光発散部材は、矩形の発散角度分布を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
13. 前記光発散部材における前記矩形の発散角度分布を構成する複数の辺のうち少なくとも１つの辺が延びる方向は、前記第１方向と平行である、ことを特徴とする請求項１２に記載の照明光学系。
14. 基板を露光する露光装置であって、
    原版を被照明面として照明する請求項１に記載の照明光学系と、
    前記照明光学系により照明された前記原版のパターンの像を前記基板上に投影する投影光学系と、
    を備えることを特徴とする露光装置。
15. 請求項１４に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程で露光された前記基板を加工する加工工程と、
    前記加工工程で加工された前記基板から物品を製造する製造工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。