WO2004011967A1

WO2004011967A1 - 回折光学素子、照明光学装置、露光装置および露光方法

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Publication number: WO2004011967A1
Application number: PCT/JP2003/009352
Authority: WO
Inventors: Akihiro Goto; Naonori Kita
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2005-01-26
Also published as: TW200405426A; AU2003252250A1

Abstract

照明瞳面において実質的に均一な4極状の照度分布を形成する回折光学素子を用いて、光量損失を抑えつつ良好な4極照明を行うことのできる照明光学装置。被照射面(13,15)を照明する照明光学装置。4極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、入射光束を4つの光束に変換するための回折光学素子(61)を備えている。回折光学素子では、第1基本回折光学素子と、第2基本回折光学素子と、第1補完回折光学素子と、第2補完回折光学素子とが同数だけ稠密配列されている。

Description

明細書回折光学素子、照明光学装置、露光装置および露光方法技術分野

本発明は、回折光学素子、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ダラフィ一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。背景技術

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。

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。

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、照明のコヒ一レンシィ σ ( σ値 =開口絞り径 /投影光学系の瞳径、あるいはひ値=照明光学系の射出側開口数ノ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。

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極状等に制限して変形照明（輪帯照明や 4極照明等）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極照明等では、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。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば照明光学装置に用いられて、照明瞳面において実質的に均一な 4極状の照度分布等を形成することのできる回折光学素子を提供することを目的とする。また、本発明は、照明瞳面において実質的に均一な 4極状の照度分布等を形成する回折光学素子を用いて、光量損失を抑えつつ良好な 4極照明等の多極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。さらに、本発明は、光量損失を抑えつつ良好な 4極照明等の多極照明等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下で、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。発明の開示

前記課題を解決するために、本発明の第 1発明では、第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子と、

前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する第 2 基本回折光学素子と、

前記第 1基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 1位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する第 1補完回折光学素子と、前記第 2基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 2位相差を持つた光振幅を発生するパ夕一ンを有する第 2補完回折光学素子とを備え、

前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子と前記第 1補完回折光学素子と前記第 2補完回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする回折光学素子を提供する。

本発明の第 2発明では、第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子と、

前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿つた直線格子パターンを有する第 2 基本回折光学素子と、

実質的に偏向作用のない単純透過部とを備え、

前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子と前記単純透過部とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする回折光学素子を提供する。

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、

4極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、入射光束を 4つの光束に変換するための第 1発明の回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。

本発明の第 4発明では、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、 4 極状の照野を第 2の所定面上に形成するために回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 4極状の照野からの光束に基づいて、前記 4極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 4極状の二次光源を形成するためのォプティカルインテグレー夕と、

前記ォプティカルインテグレー夕からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備え、

前記回折光学素子は、第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の第 1基本回折光学素子と、前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の第 2基本回折光学素子とを備え、前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第 5発明では、被照射面を照明する照明光学装置において、

2極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、入射光束を 2つの光束に変換するための回折光学素子を備え、

前記回折光学素子は、一定の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の基本回折光学素子と、該基本回折光学素子が発生する光振幅に対して所定の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する複数の補完回折光学素子とを備え、前記複数の基本回折光学素子と前記複数の補完回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第 6発明では、被照射面を照明する照明光学装置において、

前記回折光学素子は、一定の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の基本回折光学素子と、実質的に偏向作用のない複数の単純透過部とを備え、前記複数の基本回折光学素子と前記複数の単純透過部とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第 7発明では、被照射面を照明する照明光学装置において、

8極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、入射光束を 8つの光束に変換するための回折光学素子を備え、

前記回折光学素子は、第 1の方向に沿つた直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子と、前記第 1の方向とほぼ直交する第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する第 2基本回折光学素子と、前記第 1の方向とほぼ 4 5度をなす第 3の方向に沿った直線格子パターンを有する第 3基本回折光学素子と、前記第 1 の方向とほぼ 4 5度をなし且つ前記第 3の方向とほぼ直交する第 4の方向に沿つた直線格子パターンを有する第 4基本回折光学素子とを備え、前記第 1乃至前記第 4基本回折光学素子はほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第 8発明では、被照射面を照明する照明光学装置において、

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、複数極状の照野を第 2の所定面上に形成するために回折光学素子を含む照野形成手段とを備え、

前記回折光学素子は、所定の回折光学素子パターンを有する複数の基本回折光学素子をほぼ稠密に配列することにより構成され、

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光学素子または補完回折光学素子が合計 4つ以上含まれるように位置決めされていることを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第 9発明では、光束を供給するための光源手段と、

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、複数極状の照野を第 2の所定面上に形成するために回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複数極状の照野からの光束に基づいて、前記複数極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する複数極状の二次光源を形成するためのォプティカルインテグレー夕と、

前記オプティカルインテグレ一夕からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備え、

前記回折光学素子は、ほぼ正方形状の外形を有し且つ所定の回折光学素子パ夕ーンを有する複数の基本回折光学素子をほぼ稠密に配列することにより構成され、前記照野形成手段は、前記回折光学素子と前記オプティカルインテグレー夕との間の光路中に配置された光学系を有し、

前記複数極状の二次光源を構成する各面光源の大きさをとし、前記基本回折光学素子の一辺の長さを Lとし、光束の中心波長を λとし、前記光学系の焦点距離を f としたとき、

L > 2 . 5 X f Χ λ / φ

の条件を満足することを特徴とする照明光学装置を提供する。

本発明の第 1 0発明では、第 1発明または第 2発明の回折光学素子または第 5 発明または第 6発明の照明光学装置における回折光学素子とほぼ同じ光振幅を発生することを特徴とする屈折光学素子を提供する。

本発明の第 1 1発明では、被照射面を照明する照明光学装置において、所定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、入射光束を所定の断面形状の光束に変換するための第 1 0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。

本発明の第 1 2発明では、第 3発明〜第 9発明または第 1 1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。

本発明の第 1 3発明では、第 3発明〜第 9発明または第 1 1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。図面の簡単な説明

第 1図は、本発明の各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。

第 2図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。

第 3図は、第 2図における各光学素子の断面図である。

第 4図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種類のプロックの構成を概略的に示す図である。第 5図は、第 1実施形態における 4極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。

第 6図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 7図は、第 1実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に 4極状の照野が形成される原理を説明する図である。

第 8図は、第 1実施形態においてマイク口レンズァレイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。

第 9図は、第 1実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァレィを用いた場合に、ォプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズァレイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。

第 1 0図は、第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。

第 1 1図は、第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種類のブロックの構成を概略的に示す図である。

第 1 2図は、第 2実施形態における 4極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。

第 1 3図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 1 4図は、第 2実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。

第 1 5図は、第 2実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァレイを用いた場合に、ォプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズァレィの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。

第 1 6図は、第 3実施形態における基本回折光学素子および補完回折光学素子 (D l '、 D 2 '、 E l '、 E 2 ' ) の構成を概念的に示す図である。

第 1 7図は、光学素子（D l '、 D 2 '、 E l '、 E 2 ') によって構成されるブロック F 1 ' から F 4 ' の構成を概念的に示す図である。第 1 8図は、ブロック C 1〜C 4とブロック F 1 '〜F 4 ' とを組み合わせることによって合成ブロック D Q 1から D Q 4を構成する概念図である。

第 1 9図は、多数の合成プロック D Q 1から D Q 4を縦横に稠密に配列することによって構成された第 3実施形態の回折光学素子 6 3の構成を概念的に示す囪である。

第 2 0図は、第 3実施形態における 8極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 2 1図は、第 3実施形態においてマイク口レンズァレイの入射面に形成される 8極状の照野を示す図である。

第 2 2図は、第 3実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァレイを用いた場合に、ォプティカルインテグレ一夕としてのマイクロレンズァレィの入射面に形成される 8極状の照野を示す図である。

第 2 3図は、第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子に含まれる基本回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。

第 2 4図は、第 4実施形態における 2極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。

第 2 5図は、第 4実施形態における各光学素子のランダム配置を説明する図である。

第 2 6図は、第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 2 7図は、第 4実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成される 2極状の照野を示す図である。

第 2 8図は、第 4実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァィの入射面に形成される 2極状の照野を示す図である。

第 2 9図は、複数極状の二次光源を構成する各面光源の光強度プロファイルを模式的に示す図である。

第 3 0図は、第 1図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 ·インテグレー夕を用いた場合の要部構成を概略的に示す図である。

第 3 1 A図は、ブレーズ型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図である。

第 3 1 B図は、多値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図である。

第 3 1 C図は、 2値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図である。

第 3 2図は、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一チヤ一卜である。

第 3 3図は、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ヤ一卜である。

第 3 4図は、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。

第 3 5図は、第 3 4図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。

第 3 6図は、第 5実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成される 5極状の照野を示す図である。

第 3 7図は、第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 3 8図は、第 5実施形態における 5極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。

第 3 9図は、第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロック素子の構成を概略的に示す図である。

第 4 0図は、第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロック素子の変形例を概略的に示す図である。

第 4 1図は、第 6実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成される 5極状の照野を示す図である。

第 4 2図は、第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 4 3図は、第 6実施形態における 5極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。

第 4 4図は、第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロック素子の構成を概略的に示す図である。

第 4 5図は、第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるプロック素子の変形例を概略的に示す図である。

第 4 6図は、第 7実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成される 3極状の照野を示す図である。

第 4 7図は、第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 4 8図は、第 7実施形態における 3極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。

第 4 9図は、第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子に含まれるプロック素子の構成を概略的に示す図である。

第 5 0図は、第 8実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に形成される 9極状の照野を示す図である。

第 5 1図は、第 8実施形態における 9極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。第 1図は、本発明の各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。第 1図において、感光性基板であるウェハ 1 5の法線方向に沿って Z軸を、ゥェハ 1 5の面内において第 1図の紙面に平行な方向に Y軸を、ウェハ 1 5の面内において第 1図の紙面に垂直な方向に X軸をそれぞれ設定している。

第 1図の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源 1として、 1 9 3 n mの波長の光を供給する A r Fエキシマレーザー光源（または 2 4 8 n mの波長の光を供給する K r Fエキシマレーザ一光源）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、たとえば第 1図の紙面内 (Y Z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。

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。

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変倍光学系としてのァ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、ァフォーカルズームレンズ 5から射出されて、複数極照明（2極照明、 4極照明、 8極照明）用の回折光学素子 6に入射する。ァフォーカルズームレンズ 5は、発散光束形成素子としての回折光学素子 4と複数極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、第 1図に示すように、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。

こうして、回折光学素子 6には、光軸 A X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とァフォーカルズームレンズ 5とは、光源 1からの光束を光軸 A X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 A Xを中心とした多極状の光束をファ一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。回折光学素子 6を介した光束は、第 2変倍光学系としてのズームレンズ 7を介して、オプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズアレイ (またはフラィアイレンズ） 8を照明する。なお、ズームレンズ 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、ズームレンズ 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。

したがって、回折光学素子 6を介した光束は、ズームレンズ 7の後側焦点面 (ひいてはマイクロレンズアレイ 8の入射面）に、回折光学素子 4による円形状分布と回折光学素子 6自身による多極ドット状分布とのコンポリューシヨンに基づく光強度分布、すなわち光軸 A Xを中心とした複数極状の照野を形成する。このように、回折光学素子 6とズームレンズ 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 A Xを中心とした複数極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。この複数極状の照野の幅（外径と内径との差の 1 / 2 ) はァフォーカルズームレンズ 5の倍率に依存して変化し、その全体的な大きさはズームレンズ 7の焦点距離に依存して変化する。

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 1 3上において形成すべき照野の形状 (ひいてはウェハ 1 5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。

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、第 1図では、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。

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、マイクロレンズァレイ 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を中心とした複数の実質的な面光源からなる複数極状の二次光源が形成される。このように、マイクロレンズアレイ 8は、その入射面（第 2の所定面）上に形成された複数極状の照野からの光束に基づて、複数極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する複数極状の二次光源を形成するためのオプティカルインテグレー夕を構成している。

マイクロレンズァレイ 8の後側焦点面に形成された複数極状の二次光源からの光束は、必要に応じて複数極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 1 0を重畳的に照明する。マスクブラインド 1 0の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系（1 1 a， l i b ) の集光作用を受けた後、マスク 1 3を重畳的に照明する。ここで、結像光学系（1 1 a， l i b ) はマスクブラインド 1 0とマスク 1 3とを光学的にほぼ共役に結んでおり、マスク 1 3 上には結像光学系（1 1 a， l i b ) を介してマスクブラインド 1 0の矩形状の開口部の像が形成される。

マスク 1 3は、二次元的に移動可能なマスクステージ（不図示）上に支持されている。マスク 1 3のパターンを透過した光束は、投影光学系 1 4を介して、感光性基板であるウェハ 1 5上にマスクパターンの像を形成する。ウェハ 1 5は、二次元的に移動可能なウェハステージ（不図示）上に支持されている。こうして、投影光学系 1 4の光軸 A Xと直交する平面（X Y平面）内においてウェハ 1 5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、ゥェハ 1 5の各露光領域にはマスク 1 3のパターンが逐次露光される。

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 1 3上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、マイクロレンズァレイ 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 1 3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。

各実施形態において、回折光学素子 6は、照明光路に対して交換可能に構成された各種の複数極照明用の回折光学素子 6 1〜6 4を備えている。また、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、正六角形と多極ドットとのコンポリューションに基づく光強度分布、すなわち光軸 A Xを中心とした複数極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 A Xを中心とした複数の実質的な面光源からなる複数極状の二次光源が形成される。

(第 1実施形態）

第 2図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。また、第 3 図は、第 2図における各光学素子の断面図である。さらに、第 4図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種類のプロックの構成を概略的に示す図である。また、第 5図は、第 1実施形態における 4極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。さらに、第 6図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 2図を参照すると、第 1実施形態の回折光学素子 6 1は、 X方向に沿った直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子 A 1と、 Z方向に沿った直線格子パターンを有する第 2基本回折光学素子 B 1と、第 1基本回折光学素子 A 1における凸面と凹面とを反転して得られる第 1補完回折光学素子 A 2と、第 2基本回折光学素子 B 1における凸面と凹面とを反転して得られる第 2補完回折光学素子 B 2とを備えている。つまり、第 2基本回折光学素子 B 1は、第 1基本回折光学素子 A 1のパターンを XZ平面において図中反時計廻りに 90度回転させて得られるパターンを有する。また、第 2補完回折光学素子 B 2は、第 1補完回折光学素子 A 2のパターンを X Z平面において図中反時計廻りに 90度回転させて得られるパターンを有する。

第 2図中において、斜線部は凸面を、非斜線部（空白部）は凹面をそれぞれ示している。すなわち、各光学素子 A 1、 A2、：61ぉょび82は、第 3図に示すように、凸面と凹面との繰り返しからなる 2値型の回折光学素子パターンを有し、その凸面および凹面の幅 W (ひいては凸面および凹面のピッチ P (= 2 W)) は各光学素子の全体に！;つて一定であり、全体として一辺が長さ L (L=mP ： m は整数）の正方形状の外形を有する。なお、斜線部が凸面を示し且つ非斜線部 (空白部）が凹面を示す表記は、他の関連する第 10図および第 23図においても同様である。

したがって、第 1補完回折光学素子 A 2は、第 1基本回折光学素子 A 1が発生する光振幅に対して 1Z2波長（180度）の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する。また、第 2補完回折光学素子 B 2は、第 2基本回折光学素子 B 1が発生する光振幅に対して 1Z2波長（180度）の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する。さらに、各光学素子 A 1、 A2、 B 1および B 2 における凸面と凹面との段差（凸部と凹部との間の高さ寸法） dは、回折効率が最も良くなるように、すなわち位相差が λΖ2になるように、次の式（1) にしたがって設定されている。

ά = λ/ { 2 (n 1 -η 2)} (1)

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、 n lは回折光学素子 6 (61〜64) のガラス基板の使用波長における屈折率であり、 n 2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 193 nm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、段差 dは 193 nm程度に設定されることになる。

また、各光学素子 A 1、 A 2、 B 1および B 2における凸面および凹面のピッチ Pは、回折光学素子 6 (61〜64) に対して設定すべき所望の回折角 0に応じて、次の式 (2) にしたがって設定されている。

P = A/sin0 (2)

第 4図を参照すると、第 1実施形態の回折光学素子 61は、 4種類のブロック C 1〜C4を備えている。なお、第 1ブロック C 1では、 8個の第 1基本回折光学素子 A1と 8個の第 2基本回折光学素子 B 1とが X方向および Z方向の双方向に沿って交互に配列されている。また、第 2ブロック C 2では、 8個の第 1基本回折光学素子 A 1と 8個の第 2補完回折光学素子 B 2とが X方向および Z方向の双方向に沿つて交互に配列されている。

さらに、第 3ブロック C 3では、 8個の第 1補完回折光学素子 A 2と 8個の第 2基本回折光学素子 B 1とが X方向および Z方向の双方向に沿って交互に配列されている。また、第 4ブロック C4では、 8個の第 1補完回折光学素子 A2と 8 個の第 2補完回折光学素子 B 2とが X方向および Z方向の双方向に沿って交互に配列されている。こうして、各ブロック C 1〜C4は、ともに正方形状（4LX 4L) の外形を有し、互いに同じ大きさを有する。

第 5図を参照すると、第 1実施形態の回折光学素子 61は、縦横に且つ稠密に配列された多数のブロック C 1〜C 4により構成されている。ここで、各ブロック C 1〜C 4は互いにほぼ同数であり、回折光学素子 6 1の矩形状の有効領域 (有効径） 6 1 aの全体に亘つてランダム配置されている。

第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 1実施形態の回折光学素子 61を設置し、この回折光学素子 61に平行光束を入射させると、マイクロレンズァレイ 8の入射面には第 6図に示すような 4点状の光強度分布が得られる。ここで、光軸 AXを挟んで X方向に沿った 2点状の光強度分布は、第 1基本回折光学素子 A 1および第 1補完回折光学素子 A 2の作用により形成される。また、光軸 AXを挟んで Z方向に沿った 2点状の光強度分布は、第 2基本回折光学素子 B 1および第 2補完回折光学素子 B 2の作用により形成される。第 7図は、第 1実施形態においてマイクロレンズァレイの入射面に 4極状の照野が形成される原理を説明する図である。また、第 8図は、第 1実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。さらに、第 9図は、第 1実施形態において発散光束形成素子としてマイクロレンズァレイを用いた場合に、ォプティカルインテグレー夕としてのマイクロレンズァレイの入射面に形成される 4極状の照野を示す図である。なお、第 7図では、発散光束形成素子としての回折光学素子 4に代えてマイクロレンズアレイ 4 aを用いた状態を示している。

第 7図では、発散光束形成素子として正六角形状の微小レンズから構成されたマイクロレンズアレイ 4 aを用いているので、その後側焦点面には多数の光源が形成される。そして、多数の光源からの光は、ァフォ一カルズームレンズ 5の瞳面には正六角形状の光束（正六角形状の光強度分布）が形成される。なお、発散光束形成素子として回折光学素子 4が用いられている場合、前述したように、 7 フォーカルズームレンズ 5の瞳面には円形状の光束（円形状の光強度分布）が形成される。

ァフォーカルズームレンズ 5の瞳面に形成された正六角形状または円形状の光強度分布からの光束は、ァフォーカルズームレンズ 5から射出され、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子 6 1に入射する。回折光学素子 6 1に対して様々な角度成分を有する集光光束が入射すると、例えば光軸 A Xに平行な光線 a lは、回折光学素子 6 1を通過した後、光軸 AXに対して角度 ± S (— 0側は不図示）だけ回折した方向に進む。また、例えば、光軸 A Xに対して ± tだけ角度を持った光線 a 2， a 3は、回折光学素子 6 1を通過した後、光軸 A Xに対して土（0土 t ) (一（0土 t ) 側は不図示）だけ回折した方向に進む。

その後、光線 a l， a 2 , a 3は、焦点距離 f を有するズームレンズ 7を介して、マイクロレンズアレイ 8の入射面に達する。 ·'一方、マイクロレンズアレイ 4 aにおいて光線 a 1 , a 2 , a 3とは異なる微小レンズ要素を通過した光線 b 1 , b 2 , b 3も、回折光学素子 6 1およびズームレンズ 7を介して、マイクロレンズアレイ 8の入射面において光線 a 1， a 2 , a 3と同じ領域に達する。換言すれば、マイクロレンズァレイ 8の入射面では、同じ領域が光線 a 1〜 a 3と光線 b l〜b 3とで重畳的に照明される。

上述したように、回折光学素子 6 1に平行光束が入射すると、マイクロレンズアレイ 8の入射面には第 6図に示すような 4点状の光強度分布が形成される。しかしながら、実際には、回折光学素子 6 1には平行光束ではなく、錐体状（マイクロレンズアレイ 4 aの場合には正六角錐体状、回折光学素子 4の場合には円錐体状）の光束範囲によって規定される角度成分を有する光束が入射する。こうして、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 8図または第 9図に示すように、 4点状の光強度分布と円形状または正六角形状の光束とのコンポリューションからなる 4極状の照明分布（照野）が形成される。

その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面（照明瞳面）には、 4極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 4極状の二次光源が形成される。ここで、 4 極状の二次光源は 4つの円形状または正六角形状の実質的な面光源、すなわち光軸 A Xを挟んで X方向に対称的に配置された 2つの面光源と光軸 A Xを挟んで Z 方向に対称的に配置された 2つの面光源とにより構成されている。こうして、第 1実施形態では、回折光学素子 6 1の作用により、照明瞳面において実質的に均一な 4極状の二次光源が形成される。

第 1実施形態では、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、 4極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、各面光源の大きさ（4極状の二次光源に外接する円の半径一 4極状の二次光源に内接する円の半径）だけを変化させることができる。一方、ズ一ムレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、上述の距離および大きさの双方を変化させて、 4極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。

なお、上述の第 1実施形態では、各ブロック C 1〜C 4において、横方向および縦方向にそれぞれ 4個の光学素子を配列しているが、これに限定されることなく、一般的に横方向および縦方向にそれぞれ n個（n≥2 ) の光学素子を配列することにより各ブロック C 1〜C 4を構成することもできる。第 1実施形態のように 4種類の光学素子（A l , A 2 , B 1 , B 2 ) をブロック化してランダム配列することは、各光学素子（A l， A 2， B l， B 2 ) を規配列する場合に比ベて、干渉ノイズに起因する照度むらの低減に有利であることが実験的によっても計算シミュレ一ションによっても確認されている。

(第 2実施形態）

第 1実施形態では、回折光学素子 6 1の作用により、光軸 A Xを挟んで X方向に対称的に配置された 2つの面光源と光軸 A Xを挟んで Z方向に対称的に配置された 2つの面光源とからなる十字型 4極状の二次光源を形成している。これに対し、第 2実施形態では、回折光学素子 6 2の作用により、光軸 A Xを挟んで X軸に対して 4 5度をなす方向に対称的に配置された 4つの面光源からなる X型 4極状の二次光源を形成している。以下、第 1実施形態との相違点に着目して、第 2 実施形態を説明する。

第 1 0図は、第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる基本回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。また、第 1 1図は、第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子に含まれる 4種類のブロックの構成を概略的に示す図である。また、第 1 2図は、第 2実施形態における 4極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。さらに、第 1 3図は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。

第 1 0図を参照すると、第 2実施形態の回折光学素子 6 2は、 + X方向に対して + Y軸廻り（図中時計廻りを正の角度として）に + 4 5度をなす方向に沿った直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子 D 1と、 + Z方向に対して + Y 軸廻りに一 4 5度をなす方向に沿つた直線格子パターンを有する第 2基本回折光学素子 E 1と、第 1基本回折光学素子 D 1における凸面と凹面とを反転して得られる第 1補完回折光学素子 D 2と、第 2基本回折光学素子 E 1における凸面と凹面とを反転して得られる第 2補完回折光学素子 E 2とを備えている。

つまり、第 2基本回折光学素子 E 1は、第 1基本回折光学素子 D 1のパターンを X Z平面において図中反時計廻りに 9 0度回転させて得られるパタ一ンを有する。また、第 2補完回折光学素子 E 2は、第 1補完回折光学素子 D 2のパターンを X Z平面において図中反時計廻りに 9 0度回転させて得られるパターンを有する。第 2実施形態においても第 1実施形態と同様に、各光学素子 D l、 D 2、 E 1および E 2は、凸面と凹面との繰り返しからなる 2値型の回折光学素子パ夕一ンを有し、その凸面および凹面の幅 Wは各光学素子の全体に亘つて一定であり、全体として一辺が長さ L ( L =m P : mは整数）の正方形状の外形を有する。第 1 1図を参照すると、第 1実施形態の回折光学素子 6 2は、 4種類のブロック F 1〜F 4を備えている。なお、第 1ブロック F 1では、 9個の第 1基本回折光学素子 D 1と 9個の第 2基本回折光学素子 E 1とが X方向と 4 5度をなす 2つの方向に沿って交互に配列されている。また、第 2ブロック F 2では、 9個の第 1基本回折光学素子 D 1と 9個の第 2補完回折光学素子 E 2とが X方向と 4 5度をなす 2つの方向に沿つて交互に配列されている。

さらに、第 3ブロック F 3では、 9個の第 1補完回折光学素子 D 2と 9個の第 2基本回折光学素子 E 1とが X方向と 4 5度をなす 2つの方向に沿って交互に配列されている。また、第 4ブロック F 4では、 9個の第 1補完回折光学素子 D 2 と 9個の第 2補完回折光学素子 E 2とが X方向と 4 5度をなす 2つの方向に沿つて交互に配列されている。こうして、各ブロック F 1〜F 4は、互いに同じ大きさを有する。

第 1 2図を参照すると、第 2実施形態の回折光学素子 6 2は、縦横に且つ稠密に配列された多数のブロック F 1〜F 4により構成されている。ここで、各プロック F 1〜F 4は互いにほぼ同数であり、回折光学素子 6 2の矩形状の有効領域 (有効径） 6 2 aの全体に亘つてランダム配置されている。このとき、有効領域 6 2 aにおいて隙間が発生しないように、多数のブロック F 1〜F 4は所定のマ —ジンをもって配置されている。

第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 2実施形態の回折光学素子 6 2を設置し、この回折光学素子 6 2に平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8の入射面には第 1 3図に示すような X型 4点状の光強度分布が得られる。ここで、光軸 A Xを挟んで + X方向に対して + Y軸廻り (図中時計廻りを正の角度として）に + 4 5度をなす方向に沿った 2点状の光強度分布は、第 1基本回折光学素子 D 1および第 1補完回折光学素子 D 2の作用により形成される。また、光軸 A Xを挟んで + Z方向に対して + Y軸廻りに— 4 5 度をなす方向に沿った 2点状の光強度分布は、第 2基本回折光学素子 E 1および第 2補完回折光学素子 E 2の作用により形成される。

したがって、第 2実施形態において、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 1 4図または第 1 5図に示すように、 X型 4点状の光強度分布と円形状または正六角形状の光束とのコンポリューシヨンからなる 4極状の照明分布（照野）が形成される。その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面（照明瞳面）には、 4極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する X型 4極状の二次光源が形成される。こうして、第 2実施形態においても第 1実施形態と同様に、回折光学素子 6 2の作用により、照明瞳面において実質的に均一な 4極状の二次光源が形成される。また、第 2実施形態においても第 1実施形態と同様に、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、 4極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、各面光源の大きさだけを変化させることができる。一方、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、上述の距離および大きさの双方を変化させて、 4極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。さらに、各ブロック F 1〜F 4における光学素子の配列方法についても、第 1実施形態と同様に様々な変形例が可能である。

(第 3実施形態）

第 1実施形態では回折光学素子 6 1の作用により十字型 4極状の二次光源を形成し、第 2実施形態では回折光学素子 6 2の作用により X型 4極状の二次光源を形成している。これに対し、第 3実施形態では、回折光学素子 6 1の作用と回折光学素子 6 2の作用との合成により、 8極状の二次光源を形成している。以下、第 1実施形態および第 2実施形態との相違点に着目して、第 3実施形態を説明する。

第 3実施形態において 8極照明用の回折光学素子 6 3は、第 1実施形態における 4極照明用の回折光学素子 6 1に含まれる 4種類の光学素子（A l , A 2 , B 1， B 2) と、第 2実施形態における 4極照明用の回折光学素子 62に含まれる 4種類の光学素子（D l, D 2, E 1 , E 2) に類似の（D l '， D 2 ', E 1 ', E 2') とを備えている。また、第 3実施形態の回折光学素子 63は、ブロック 01〜 4と？ 1，〜F4，とを含む 4種類のブロック DQ 1〜DQ4を備えている。

第 16図は、第 3実施形態における基本回折光学素子および補完回折光学素子 (D 1 D2'、 E l '、 E 2 ') の構成を概念的に示す図である。下記で述べるようにブロック C 1〜C 4と合成するために、正方形境界と直線回折格子のパタ —ンは 45度の傾きをもってパタニングされている。第 17図は、光学素子（D 1，、 D2，、 E l，、 E 2 ') によって構成されるブロック F 1 ' から F4，の構成を概念的に示す図である。第 18図は、ブロック C 1〜C 4とブロック F 1 '〜F4，とを組み合わせることによって合成ブロック DQ 1から DQ4を構成する概念図である。第 19図は、多数の合成ブロック DQ 1から DQ4を縦横に稠密に配列することによって構成された第 3実施形態の回折光学素子 63の構成を概念的に示す図である。ここで、各合成ブロック DQ 1〜DQ4は互いにほぼ同数であり、回折光学素子 63の矩形状の有効領域の全体に亘つてランダムに配置されている。

第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 3実施形態の回折光学素子 63を設置し、この回折光学素子 63に平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8の入射面には第 20図に示すような 8点状の光強度分布が得られる。ここで、光軸 AXを挟んで X方向に沿った 2点状の光強度分布は、第 1基本回折光学素子 A 1および第 1補完回折光学素子 A 2の作用により形成される。また、光軸 AXを挟んで Z方向に沿った 2点状の光強度分布は、第 2 基本回折光学素子 B 1および第 2補完回折光学素子 B 2の作用により形成される。さらに、光軸 AXを挟んで + X方向に対して + Y軸廻り（図中時計廻りを正の角度として）に +45度をなす方向に沿った 2点状の光強度分布は、第 1基本回折光学素子 D 1 ' および第 1補完回折光学素子 D 2' の作用により形成される。また、光軸 AXを挟んで +Z方向に対して + Y軸廻りに一 45度をなす方向に沿つた 2点状の光強度分布は、第 2基本回折光学素子 E 1 ' および第 2補完回折光学素子 E 2 ' の作用により形成される。

したがって、第 3実施形態において、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 2 1図または第 2 2図に示すように、 8点状の光強度分布と円形状または正六角形状の光束とのコンボリューシヨンからなる 8極状の照明分布（照野）が形成される。その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面（照明瞳面）には、 8 極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 8極状の二次光源が形成される。こうして、第 3実施形態では、回折光学素子 6 3の作用により、照明瞳面において実質的に均一な 8極状の二次光源が形成される。

第 3実施形態では、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、 8極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、各面光源の大きさだけを変化させることができる。一方、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、上述の距離および大きさの双方を変化させて、 8極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。 (第 4実施形態）

第 1実施形態および第 2実施形態では、回折光学素子 6 1または 6 2の作用により、 4極状の二次光源を形成している。これに対し、第 4実施形態では、回折光学素子 6 4の作用により、 2極状の二次光源を形成している。以下、第 1実施形態および第 2実施形態との相違点に着目して、第 4実施形態を説明する。

第 2 3図は、第 4実施形態における 2極照明用の回折光学素子に含まれる基本回折光学素子および補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。また、第 2 4図は、第 4実施形態における 2極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。さらに、第 2 5図は、第 4実施形態における各光学素子のランダム配置を説明する図である。

第 1実施形態および第 2実施形態では、基本回折光学素子（A l , B 1 , D 1 , E 1 ) が発生する光束の位相を 0位相とすると、補完回折光学素子（A 2 , B 2 , D 2， E 2 ) が発生する光束の位相が 7T位相になるように設定している。換言すれば、補完回折光学素子（A 2 , B 2 , D 2 , E 2 ) は、基本回折光学素子（A 1， B l， D 1 , E l ) が発生する光振幅に対して 7Γ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。これに対し、第 4実施形態では、基本回折光学素子 G 1が発生する光束の位相を 0位相とすると、第 1〜第 3補完回折光学素子 G 2〜G 4が発生する光束の位相が、それぞれ 7T / 2位相、 π位相、 3 π Ζ 2位相になるように設定している。

この場合、基本回折光学素子 G 1は、たとえば第 1実施形態の基本回折光学素子 A 1と同じパターンを有する。また、第 2補完回折光学素子 G 3は、第 1実施形態の補完回折光学素子 A 2と同じパターン（基本回折光学素子 A 1を反転させたパターン) を有する。なお、簡単のために、第 2 3図では、基本回折光学素子および補完回折光学素子中に含まれる凹凸部分の本数を減らして表記してある。実際には、凹凸のペアを 1ピッチ分として、 5ピッチ以上の凹凸パターンが含まれるように光学素子の外形（大きさ）を設定することが望ましい。

一方、位相差が πΖ 2である第 1補完回折光学素子 G 2は、基本回折光学素子 G 1のパターンを、凹凸パターンのピッチ Ρの 1 Z 4だけシフ卜することにより得られる。また、位相差が 3 ττΖ 2である第 3補完回折光学素子 G 4は、基本回折光学素子 G 1のパターンを、 3 Ρ Ζ 4だけシフトすることにより得られる。すなわち、第 3補完回折光学素子 G 4は、第 1補完回折光学素子 G 2を位相的に反転させたパターンを有する。また、各光学素子 G 1〜G 4は、ともに正方形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。

第 4実施形態では、基本回折光学素子 G 1および第 1〜第 3補完回折光学素子 G 2〜G 4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。第 2 4図を参照すると、第 4実施形態の 2極照明用の回折光学素子 6 4は、縦横に且つ稠密に配列された多数の基本回折光学素子 G 1と第 1補完回折光学素子 G 2と第 2補完回折光学素子 G 3と第 3補完回折光学素子 G 4とにより構成されている。また、各素子 G 1〜G 4は互いにほぼ同数であり、回折光学素子 6 4の矩形状の有効領域（有効径） 6 4 aの全体に亘つてランダム配置されている。各素子 G 1〜G 4をランダム配置するには、第 2 5図に示すように、（3， 2 , 1， 0 ) の乱数列の 0を基本回折光学素子 G 1に対応させ、 1を第 1補完回折光学素子 G 2に対応させ、 2を第 2補完回折光学素子 G 3に対応させ、 3を第 3補完回折光学素子 G 4に対応させて乱数表を作成する。ここで乱数列としては、 0 〜 3の数字をそれぞれほぼ同数含むものを選択して使用する。そして、作成した乱数表にしたがって各素子 G 1〜G 4のパターンを配列することにより、第 2 4 図に示すような回折光学素子 6 4の構成が得られる。

第 1図の露光装置において複数極照明用の回折光学素子 6の位置に第 4実施形態の回折光学素子 6 4を設置し、この回折光学素子 6 4に平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8の入射面には第 2 6図に示すような 2点状の光強度分布が得られる。したがって、第 4実施形態において、マイクロレンズアレイ 8 の入射面には、第 2 7図または第 2 8図に示すように、 2点状の光強度分布と円形状または正六角形状の光束とのコンポリューションからなる 2極状の照明分布 (照野）が形成される。

その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面（照明瞳面）には、 2極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 2極状の二次光源が形成される。こうして、第 4実施形態では、回折光学素子 6 4の作用により、照明瞳面において実質的に均一な 2極状の二次光源が形成される。

第 4実施形態では、ァフォーカルズームレンズ 5の倍率を変化させることにより、 2極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、各面光源の大きさだけを変化させることができる。一方、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、上述の距離および大きさの双方を変化させて、 2極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。なお、第 4実施形態では、基本回折光学素子 G 1が第 1実施形態の基本回折光学素子 A 1と同じパターンを有するので、光軸 A Xを挟んで X方向に対称な 2極状の二次光源が形成されている。しかしながら、基本回折光学素子 G 1が第 1実施形態の基本回折光学素子 B 1と同じパターンを有する場合、光軸 A Xを挟んで Z方向に対称な 2極状の二次光源を形成することができる。また、基本回折光学素子 G 1が第 2実施形態の基本回折光学素子 D 1または E 1と同じパターンを有する場合、光軸 A Xを挟んで X方向に対して 4 5度をなす方向に対称な 2極状の二次光源を形成することができる。

また、第 4実施形態では、基本回折光学素子と補完回折光学素子とで合計 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（さらに補完回折光学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つの基本回折光学素子に対して位相の異なる複数の補完回折光学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。第 1実施形態〜第 3実施形態のように補完回折光学素子が 1種類の場合には、基本回折光学素子に対して補完回折光学素子の位相が πだけずれているのが望ましく、基本回折光学素子と補完回折光学素子とをランダム配列することによって最低限のランダム位相効果を達成することができる。この場合、補完回折光学素子の種類が少なく、パタンエングが楽になるという利点がある。なお、複数種類の補完回折光学素子を設定する手法は、上述の第 1実施形態〜第 3実施形態に対しても適用可能である。

上述のように照明瞳面に複数極状の二次光源を形成する場合、二次光源を構成する各面光源の光強度分布はトップハツト状であることが理想的である。しかしながら、実際には、回折により周辺（エッジ）において光強度が緩慢に低下する現象（いわゆる周辺ダレ）が起こる。特に、ライン ·アンド ·スペースパターンにおける回折の影響よりも、光学素子それ自体の周期性に依存する 1次光による周辺ダレを極力低減する必要がある。

すなわち、例えば第 1実施形態における回折素子（ブロック） C 1では、第 4 図に示すように A 1と B 1とが周期的に配置されている。 A 1は X方向に関する照明成分、 B 1は Z方向に関する照明成分を担う回折素子要素である。すなわち、例えば X方向に関してみる限り B 1要素は全く寄与せず、また Z方向についてみれば A 1要素は全く寄与しない。換言すると、例えば X方向に関して考慮する限りにおいては、 C 1素子は、 B 1部分が完全に遮光されたパターンとして考えることができる。よって、例えば X方向に関して考える場合、 C 1素子は Lの大きさを持つ A 1パターンと Lの大きさを持つ遮光部分とのワンセットが 2 Lの周期で配置された白黒タイプの回折素子として作用し、これによる付加回折成分を本質的に発生してしまう。これは Z方向についても全く同じである。

このような付加回折成分は周辺だれの要因となるので、一定値以下に抑えておく必要がある。ここで、第 29図は、複数極状の二次光源を構成する各面光源の光強度プロファイルを模式的に示す図である。同図において付加的回折成分が仮に無いとした場合には Mで示した主成分のみが最終的な面光源の分布となるのであるが、実際には Sで示した付加回折成分が、回折の分だけシフトして主成分 M に重畳し、周辺ダレの要因となる。なお、同図では、 Sは付加回折成分の + 1次成分だけを例示しており、実際には一 1次成分や高次成分も発生している。しかし、高次成分については寄与が小さいので、ここでは 1次成分のみを考慮すれば十分である。また、回折光は対称的に発生するので、ここでは絶対値のみ（例えば + 1次成分のみ）を考慮すればよい。

付加的回折成分 S (+ 1次成分）の回折角 0 は、上述した原理の 2 Lをピッチとする白黒回折素子を仮想的に考えて、次の基本式（3 a) で見積ることがでさる。

2 Lsin0 ! = λ (3 a)

ここで、 λは照明光波長である。さらに、ズームレンズ 7の焦点距離を ίとすると、付加的回折成分によるずれ量 Δχは、次式（3 b) に示すように算出される。

Δχ= f sin^ f λ/ (2 L) (3 b)

なお、上式（3 b) において、 sin0ェは式（3 a) で見積られる数式を代入して計算している。

このずれ量 Δχが小さいほど、付加的回折成分の影響は小さくなる。 Δχの許容量としては、元々の主成分である Μの面光源としての大きさ φ (直径）の 1Z 5以下であれば良好な照明が行える。この条件は、次式（3 c) で与えられる。 f λ/ (2 L) <φ/5 (3 c)

すなわち、各実施形態では、式（3 c) を変形して得られる条件式（4) を満足することが好ましい。

L>2. 5 X f X λ/φ (4)

また、各実施形態では、複数極状の二次光源における照度コントラストを良好にするために、発散光束形成素子としての回折光学素子 4を構成する各光学要素に対応する要素光束の中に少なくとも 4つの光学素子が含まれるように、回折光学素子 6 (61〜64) を位置決めすることが好ましい。なお、発散光束形成素子としてマイクロレンズアレイ 4 aを用いる場合にも、各光学要素（各微小レンズ要素）に対応する要素光束の中に少なくとも 4つの光学素子が含まれるように、回折光学素子 6 (61〜64) を位置決めすることが好ましい。

なお、上述の第 1実施形態〜第 3実施形態では、回折光学素子の全体に亘つてランダム配列された複数のプロックを備え、各プロックにおいて 2種類の光学素子が同数だけ交互に配列されている。この配列方法では、部分的な規則性が導入されているので、指向性を強めつつ且つ干渉ノイズが実質的に発生しない程度にランダム位相効果による照度むらの平均化を実現することができる。

ただし、上述の配列方法に限定されることなく、第 1実施形態〜第 3実施形態においても第 4実施形態と同様に、各光学素子を回折光学素子の全体に亘つてランダム配列することもできる。また、回折光学素子が複数のブロックを備え、各ブロックにおいて多数の光学素子をランダム配列することもできる。この場合、各種の光学素子が互いにほぼ同数であることが好ましい。また、回折光学素子が複数種類のプロックを備え、各種類のプロック毎にランダム配列の形態が異なることが好ましい。

次に、第 1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。第 34図は、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、第 35図は、第 34図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。第 34図を参照すると、マスクの中央には、 2つのブロックパターン AAP 1および AAP 2が、たとえば EB描画によって形成されている。

プロックパターン AAP 1内には、第 1から第 4のブロック素子 C 1， C 2, C 3, C 4がそれぞれ 100個づつ、ブロックの全体に亘つてランダム配列されている。ブロックパターン AAP 1におけるランダム配列の規則については、例えば第 25図と同様の乱数列が用いられている。同様に、ブロックパ夕一ン AA P 2内にも、第 1から第 4のブロック素子 C 1, C 2, C 3, C4がそれぞれ 1 00個づっランダム配列されている。ただし、ブロックパターン AAP 2におけるランダム配列の規則は、ブロックパターン A A P 1におけるランダム配列の規則とは異なる。すなわち、ブロックパターン AAP 2では、ブロックパターン A AP 1に使用した乱数列とは異なる配列の乱数列を用いてランダム配列が行われている。

また、マスクの周辺には、 3つのァライメントマ一ク amが描画されている。ァライメントマーク 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 AAP 1および AAP 2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一クするために使用される。

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 ·スペースパタ一ン L S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 xm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 A AP 1および AAP 2の露光の前後に、このパ夕一ン L S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。

第 35図に示す回折光学素子は、第 34図のマスクを用いてブロックパターン AAP 1と AAP 2とを互い違いに 4 X 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では、その有効径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。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 A A P 1および A A P 2に加えて、さらに A A P 3， A A P 4， · · 'のように内部ランダム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。そして、全てのブロック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、第 5図に示すように有効径の全体に亘つて素子 C I , C 2 , C 3 , C 4がランダム配列された回折光学素子を製造することが可能である。

ところで、全てのブロックパターンを第 3 4図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、以上において第 3 4図、第 3 5図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バタ二ング方法は、第 1実施形態のみならず、本発明の全ての実施形態に適用することが可能である。すなわち各実施形態において、第 3 4図と同様の回折光学素子のマスクを製造し、該マスクを用いて第 3 5図と同様の部分ランダムパタニングによる回折光学素子を製造することが可能である。また、本発明の全ての実施形態において、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。

なお、上述の各実施形態および各変形例において、直線格子パターンの周期 (ピッチ） Pを 0 . 1 m〜2 5 0 m程度に、基本回折光学素子および補完回折光学素子の有効径の面積を 5 m X 5 m〜l 0 0 0 m X 1 0 0 0 z m程度に、回折光学素子の有効径内における基本回折光学素子および補完回折光学素子の数を約 1 0個以上に設定することができる。

ところで、第 1図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一夕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一タであるロッド ·インテグレー夕（ロッド型インテグレー夕）を用いることもできる。第 3 0図は、第 1図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 ·インテグレー夕を用いた場合の要部構成を概略的に示す図である。第 3 0図を参照すると、マイクロレンズアレイ 8に代えてロッド ·インテグレ —夕 8 1を配置することに対応して、ズームレンズ 7とロッド ·インテグレー夕 8 1との間の光路中にインプットレンズ 8 2を配置し、ロッド 'インテグレータ 8 1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 8 3を配置している。ここで、第 3 0図に示す A面が第 1図のマイクロレンズアレイ 8の入射面に対応し、第 3 0図に示す B面が第 1図のマイクロレンズアレイ 8の射出面に対応している。

ロッド ·インテグレー夕 8 1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 ·インテグレー夕 8 1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。

したがって、回折光学素子 6 ( 6 1〜6 4 ) 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 8 2を介して、ロッド ·インテグレ一夕 8 1の入射面 8 1 aの近傍に集光する。こうして、ロッド ·インテグレ一タ 8 1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 8 1 bにおいて重畳された後、リレ一レンズ 8 3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レチクル（マスク） 1 3を重畳的に照明する。

なお、リレーレンズ 8 3およびコンデンサー光学系 9を取り外し、ロッド 'ィンテグレ一夕 8 1の射出面 8 1 bをレチクル 1 3の近傍に設置することもできる。あるいは、ズームレンズ 7およびインプットレンズ 8 2を取り外し、ロッド 'ィンテグレー夕 81の入射面 81 aを回折光学素子 6 (61〜64) の射出面の近傍に設置することもできる。あるいは、ズームレンズ 7、インプットレンズ 82、リレーレンズ 83およびコンデンサ一光学系 9を取り外し、ロッド ·インテグレ —夕 81の入射面 81 aを回折光学素子 6 (61〜64) の射出面の近傍に設置するとともに、ロッド 'インテグレ一夕 81の射出面 81 bをレチクル 13の近傍に設置することもできる。

また、第 1図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 9一 205060号公報、特開平 10— 125585号公報、特開 2000— 277421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、折り曲げミラ一 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。

この場合、整形光学系 2および折り曲げミラ一 3を介して所望の断面形状に変換された光束は、全反射ミラ一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、部分反射ミラ一を透過した一部の光束が回折光学素子 4 に入射し、部分反射ミラ一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。

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、入射ビ一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— 125585号公報、特開 2 000 -277421号公報を参照することができる。

また、上述の各実施形態では、 2値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の回折光学素子パターンを用いることもできる。以下、第 31 A図〜第 31 C図を参照して、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。

第 31 A図はブレーズ型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図であり、第 3 1 B図は多値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図であり、第 3 1 C図は 2値型の回折光学素子をその周期方向の断面で切断した断面図である。第 31 A図を参照すると、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は式（2) で与えられる。

また、断面における深さ d。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。

d₀ = AZ (n - 1) (5)

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本回折光学素子および補完回折光学素子を用いることが可能である。この場合には、基本回折光学素子および補完回折光学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夕一ンの生成に際して、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。

第 3 1 B図を参照すると、多値型の回折光学素子の切断面は、第 31A図の鋸歯状形状を 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。第 31 B図は、 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 Jま、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。

d_L=A . (L一 1) / { L · (n- 1)} (6)

このような多値型の回折光学素子パターンを有する基本回折光学素子および補完回折光学素子を用いることが可能である。この場合には、基本回折光学素子および補完回折光学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。

第 3 1 C図を参照すると、 2値型の回折光学素子の切断面は、第 3 1 B図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、第 3 1 C図に示すように、厚さ d ₂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 Z 2によって与えることができる。また、断面における深さ d ₂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（7 ) で与えられる。

ά ₂ = λ / { 2 · ( η - 1 ) } ( 7 )

また、上述の各実施形態および各変形例では、直線格子状回折光学素子パターンを所定の方位角に基づいて設定したパターンをほぼ稠密に配列することにより得られたパターンを有する基本回折光学素子を備えた回折光学素子を実現している。しかしながら、この回折光学素子と同様の光学的性能を有する光学部材として、所定の方位角に基づいて設定したプリズム状の屈折面をほぼ稠密に配列することにより得られた屈折面パターンを有する基本屈折素子を備えた屈折光学素子を実現することもできる。

具体的には、ブレーズ型の回折光学素子の回折角をマイクロ屈折素子（マイク口プリズム等）の屈折素子の屈折角に置き換えた設計も可能である。このような屈折素子を所定の方位角成分を含むように稠密配列することが可能である。ただし、完全な屈折素子として稠密配列すると、ガラスエッチング時のサグ量が大きくなりすぎるため、適当なサグ量の位置において、波長分の位相差は等価とみなした段差構造を取り入れてパタニングすることが望ましい。

上述の屈折光学素子の製造に際しては、基本屈折素子のパタニングを行った後、そのパターンをマイクロ屈折素子製造用のマスク（グレイスケールマスク等）パターンに変換し、そのマスクパターンをレジストの塗布されたガラス基板に露光し、現像およびエッチングすることになる。

次に、各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一タ（各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、直線格子状回折光学素子のピッチを設定する。そして、所望の照明方式にしたがつて所定の方位角を設定するとともに、基本回折光学素子の有効径を設定する。このとき、発散光束形成素子を構成する各光学要素に対応する要素光束の中に基本回折光学素子または補完回折光学素子が複数個含まれるように基本回折光学素子の有効径を設定する。

次いで、直線格子状回折光学素子を所定の方位角に設定して、基本回折光学素子のパターンを設定する。さらに、発生する強度分布が基本回折光学素子と同じで且つ位相が基本回折光学素子とは異なる 1つまたは複数の補完回折光学素子のパターンを設定する。こうして得られた基本回折光学素子と 1種類または複数種類の補完回折光学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夕一ンを設定する。

このとき、基本回折光学素子および補完回折光学素子の配列位置をランダム化 (全体ランダムまたは部分ランダム）する。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、基本回折光学素子のピッチおよび補完回折光学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、 A R (反射防止）コートを形成する工程などが行われる。

上述の各実施形態では、このような 2値型の回折光学素子パターンを有する基本回折光学素子および補完回折光学素子を用いている。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。

(第 5実施形態）第 1実施形態では、回折光学素子 6 1の作用により、光軸 A Xを挟んで X方向に対称的に配置された 2つの面光源と光軸 A Xを挟んで Z方向に対称的に配置された 2つの面光源とからなる十字型 4極状の照明分布（二次光源）を形成している。これに対し、第 5実施形態では、回折光学素子 6 1に含まれるブロック素子 C 1〜C 4に対して新たな単純透過部を付加したブロック素子 C 1 d〜C 4 dを採用することによって、第 1実施形態の 4極に光軸上の 1極を加えた 5極状の照明分布を形成している。すなわち、第 5実施形態は光軸上にも強度分布を有する 5極照明の実施形態である。以下、第 1実施形態との相違点に着目して、第 5実施形態を説明する。

第 3 6図は、第 5実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成される 5極状の照野を示す図である。また、第 3 7図は、第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。さらに、第 3 8図は、第 5実施形態における 5極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、第 3 9図は、第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるブロック素子の構成を概略的に示す図である。

第 3 8図に示すように、第 5実施形態における 5極照明用の回折光学素子 1 0 0は、縦横に且つ稠密に配列された多数のブロック素子 C 1 d〜C 4 dで構成されている。ブロック素子 C 1 d〜C 4 dは、ともに長方形形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、ブロック素子 C 1 d〜C 4 dは各種類についてほぼ同数含まれており、回折光学素子 1 0 0の矩形状の有効領域

(有効径） 1 0 0 aの全体に亘つてランダム配置されているか、あるいは全体を幾つかのブロックに分割したそのブロック内においてランダム配置されている。第 3 9図に示すように、ブロック素子 C 1 d〜(： 4 dは、第 1実施形態で説明したブロック C 1〜C 4をそれぞれ含んでいる。例えば、ブロック素子 C I dは、第 1実施形態のブロック C 1に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。同様に、ブロック素子 C 2 dは、ブロック C 2に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。ブロック素子 C 3 d， C 4 dは、それぞれブロック C 3 , C 4に X方向に隣接して補完単純透過部 H dを配置した素子である。ここで、単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dは入射光束を単純に透過させて直進させることを目的としており、通常は素子 Hおよび H dの内部に特別な微細パタニングを行わない。すなわち、単純透過部 Hは回折光学素子を形成するガラス基板の表面をそのまま残した単純な平面部分である。また、補完単純透過部 H dは回折光学素子を形成するガラス基板を式（1 ) で示した dの深さまで素子 H dの有効'径内においてエツチングした平面部分である。

素子 Hおよび H dの表面は単純平面状であるため、素子 Hまたは H dに入射した光は若干の回折を除き単純に透過して直進する。ただし、単純透過部 Hを透過した光束と補完単純透過部 H dを透過した光束とは、段差 dに対応して λ Z 2の光路差を有する。すなわち、単純透過部 Ηはガラス面に対し特別な加工をしない部分であり、補完単純透過部 H dは単純透過部 Hに対して所定の光路差分だけガラスを単純に且つほぼ均一にエッチングしただけの素子である。

なお、 4極成分の発散角（回折角） 0が第 1実施形態と異なる場合には、対応する発散角 0についてブロック C 1〜C 4内に含まれる素子 A 1 , A 2 , B 1 , B 2のピッチを式（2 ) に基づいて設定し、それらに素子 Hおよび H dを組み合わせることによって所望のブロック素子 C 1 d〜C 4 dを設定し、対応する回折光学素子を形成することができる。

以上のように、回折光学素子 1 0 0を用いる第 5実施形態では、ブロック C 1 〜C 4を透過した光によって所定の発散角を有する 4極成分が生成され、同時に素子 Hおよび H dを透過した光によつて光軸近傍に強度を有する 1極成分が生成され、これらの 4極成分と 1極成分との合成によって第 3 6図に示すような 5極照明を行うことができる。

すなわち、第 5実施形態の回折光学素子 1 0 0を照明光路に位置決めして平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 3 7図に示すように、十字型 4点状の光強度分布と光軸近傍の 1点状の光強度分布とからなる合計 5点状の光強度分布が形成される。しかしながら、第 1実施形態と同様に実際には、回折光学素子 1 0 0には平行光束ではなく、錐体状（マイクロレンズァレィ 4 aの場合には正六角錐体状、回折光学素子 4の場合には円錐体状）の光束範囲によって規定される角度成分を有する光束が入射する。こうして、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 3 6図に示すように、 5点状の光強度分布と円形状（または正六角形状）の光束とのコンポリューションからなる 5極状の照明分布（照野）が形成される。

その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面（照明瞳面）には、 5極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 5極状の二次光源が形成される。ここで、 5 極状の二次光源は、 5つの円形状（または正六角形状）の実質的な面光源、すなわち光軸 A Xを挟んで X方向に対称的に配置された 2つの面光源と、光軸 A Xを挟んで Z方向に対称的に配置された 2つの面光源と、光軸 A X近傍に配置された 1つの面光源とにより構成されている。こうして、第 5実施形態では、回折光学素子 1 0 0の作用により、照明瞳面において実質的に均一な 5極状の二次光源が形成される。

また、第 5実施形態では第 1実施形態と同様に、ァフォ一カルズームレンズ 5 の倍率を変化させることにより、 5極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、各面光源の大きさ（4極状の二次光源に外接する円の半径一 4極状の二次光源に内接する円の半径、および光軸上の 1極状の二次光源の直径）だけを変化させることができる。一方、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、上述の距離および大きさの双方を変化させて、 5極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。

なお、第 5実施形態では、ブロック素子 C 1 d〜C 4 dの変形例として、第 4 0図に示すようなブロック素子 C 1 d ~ C 4 dを用いることも可能である。プロック素子 C 1 dは、ブロック C 1および単純透過部 Hを X軸に平行な直線によりほぼ半分に切断し、第 4 0図に示すように互い違いに入れ替えて構成されている。ブロック素子 C 2 dもブロック素子 C 1 dと同様である。ブロック素子 C 3 dは、プロック C 3および補完単純透過部 H dを X軸に平行な直線にほぼ半分に切断し、第 4 0図に示すように互い違いに入れ替えて構成されている。ブロック素子 C 4 dもブロック素子 C 3 dと同様である。このような配置を有するブロック素子 C 1 d〜C 4 dを含む回折光学素子を用いることによって、 4極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランスが向上する。同様に、ブロック素子 C l d〜C 4 dの内部パターンをさらに細分化し、 4極成分に対応する C 1〜C 4の素子パターンを細分化した細分化要素と、光軸近傍の 1極成分に対応する H， H dの領域を細部化した細分化要素とを互い違い配列またはランダム配置することにより得られた新たなブロック素子を用いることによって、 4極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランスをさらに向上させることができる。

また、第 5実施形態では、ブロック C l， C 2と単純透過部 Hとが同じ面積を有し、ブロック C 3 , C 4と補完単純透過部 H dとが同じ面積を有するように設定することが望ましい。

(第 6実施形態）

第 2実施形態では、回折光学素子 6 2の作用により、光軸 A Xを挟んで + X方向に対して + Y軸廻りに + 4 5度をなす方向に沿った 2つの面光源と光軸 A Xを挟んで + Z方向に対して + Y軸廻りに一 4 5度をなす方向に沿った 2つの面光源とからなる X型 4極状の照明分布（二次光源）を形成している。これに対し、第 6実施形態では、回折光学素子 6 2に含まれるブロック素子 F 1〜F 4に対して新たな単純透過部を付加したブロック素子 F 1 d〜F 4 dを採用することによつて、第 2実施形態の 4極に光軸上の 1極を加えた 5極状の照明分布を形成している。以下、第 2実施形態との相違点に着目して、第 6実施形態を説明する。

第 4 1図は、第 6実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成される 5極状の照野を示す図である。また、第 4 2図は、第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。さらに、第 4 3図は、第 6実施形態における 5極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、第 4 4図は、第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子に含まれるブロック素子の構成を概略的に示す図である。

第 4 3図に示すように、第 6実施形態における 5極照明用の回折光学素子 1 0 1は、縦横に且つ稠密に配列された多数のブロック素子 F 1 d〜F 4 dで構成されている。ブロック素子 F 1 d〜F 4 dは、それぞれ第 4 3図または第 4 4図に示した外形（境界）形状を有し、互いにほぼ同じ大きさ（面積）を有する。また、ブロック素子 F 1 d〜F 4 dは各種類についてほぼ同数含まれており、回折光学素子 1 0 1の矩形状の有効領域（有効径） 1 0 1 aの全体に亘つてランダム配置されているか、あるいは全体を幾つかのブロックに分割したそのブロック内においてランダム配置されている。

第 4 4図に示すように、ブロック素子 F 1 d〜F 4 dは、第 2実施形態で説明したブロック F 1〜F 4をそれぞれ含んでいる。例えば、ブロック素子 F i dは、第 2実施形態のプロック F 1に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。同様に、ブロック素子 F 2 dは、ブロック F 2に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。ブロック素子 F 3 d， F 4 dは、それぞれブロック F 3， F 4に X方向に隣接して補完単純透過部 H dを配置した素子である。ここで、第 6実施形態にかかる単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dは、第 5実施形態における単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dと比較して境界線の形状は異なるが、エッチング深さ dの設定や素子としての作用効果は同様である。なお、 4極成分の発散角（回折角） 0が第 2実施形態と異なる場合には、対応する発散角 0についてブロック F 1〜F 4内に含まれる素子 D 1 , D 2 , E 1 , E 2のピッチを式（2 ) に基づいて設定し、それらに素子 Hおよび H dを組み合わせることによって所望のブロック素子 F 1 d〜F 4 dを設定し、対応する回折光学素子を形成することができる。

以上のように、回折光学素子 1 0 1を用いる第 6実施形態では、ブロック F 1 〜F 4を透過した光によって所定の発散角を有する 4極成分が生成され、同時に素子 Hおよび H dを透過した光によって光軸近傍に強度を有する 1極成分が生成され、これらの 4極成分と 1極成分との合成によって第 4 1図に示すような 5極照明を行うことができる。

すなわち、第 6実施形態の回折光学素子 1 0 1を照明光路に位置決めして平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 4 2図に示すように、 X型 4点状の光強度分布と光軸近傍の 1点状の光強度分布とからなる合計 5点状の光強度分布が形成される。しかしながら、第 2実施形態と同様に実際には、回折光学素子 1 0 1には平行光束ではなく、錐体状（マイクロレンズアレイ 4 aの場合には正六角錐体状、回折光学素子 4の場合には円錐体状）の光束範囲によって規定される角度成分を有する光束が入射する。こうして、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 4 1図に示すように、 5点状の光強度分布と円形状

(または正六角形状）の光束とのコンポリューシヨンからなる 5極状の照明分布

(照野）が形成される。

その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面（照明瞳面）には、 5極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 5極状の二次光源が形成される。ここで、 5 極状の二次光源は、 5つの円形状（または正六角形状）の実質的な面光源、すなわち光軸 A Xを挟んで + X方向に対して + Y軸廻りに + 4 5度をなす方向に沿つた 2つの面光源と、光軸 AXを挟んで + Z方向に対して + Y軸廻りに— 4 5度をなす方向に沿った 2つの面光源と、光軸 A X近傍に配置された 1つの面光源とにより構成されている。こうして、第 6実施形態では、回折光学素子 1 0 1の作用により、照明瞳面において実質的に均一な 5極状の二次光源が形成される。

また、第 6実施形態では第 2実施形態と同様に、ァフォーカルズームレンズ 5 の倍率を変化させることにより、 5極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、各面光源の大きさ（4極状の二次光源に外接する円の半径一 4極状の二次光源に内接する円の半径、および光軸上の 1極状の二次光源の直径) だけを変化させることができる。一方、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、上述の距離および大きさの双方を変化させて、 5極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。

なお、第 6実施形態では、ブロック素子 F 1 d〜F 4 dの変形例として、第 4 4図の F 1 d〜F 4 dに含まれる 4極成分に対応する F 1〜F 4の素子パターンを D l， D 2 , E l， E 2で示した区分化された要素に細分化し、また光軸近傍の 1極成分に対応する Hおよび H dの領域も同様の区分化された要素に細部化し、それぞれの要素を第 4 5図に示した互い違い配列に配列した新たなブロック素子を用いることによって、 4極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランスを向上させることができる。同様に、ブロック素子 F 1 d〜F 4 dの内部パターンをさらに細分化し、 4極成分に対応する F 1〜F 4の素子パターンを細分化した細分化要素と、光軸近傍の 1極成分に対応する Hおよび H dの領域を細部化した細分化要素とを互い違い配列またはランダム配置することにより得られた新たなブロック素子を用いることによって、 4極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランスをさらに向上させることができる。また、第 6実施形態では、ブロック F l， F 2と単純透過部 Hとが同じ面積を有し、ブロック F 3 , F 4と補完単純透過部 H dとが同じ面積を有するように設定することが望ましい。

(第 7実施形態）

第 4実施形態では、回折光学素子 6 4の作用により、光軸 A Xを挟んで X方向に対称に配置された 2極状の照明分布（二次光源）を形成している。これに対し、第 7実施形態では、回折光学素子 6 4に含まれる素子 G 1〜G 4に対して新たな単純透過部を付加した素子 G 1 d〜G 4 dを採用することによって、第 4実施形態の 2極に光軸上の 1極を加えた 3極状の照明分布を形成している。以下、第 4 実施形態との相違点に着目して、第 7実施形態を説明する。

第 4 6図は、第 7実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成される 3極状の照野を示す図である。また、第 4 7図は、第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。さらに、第 4 8図は、第 7実施形態における 3極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、第 4 9図は、第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子に含まれるブロック素子の構成を概略的に示す図である。

第 4 8図に示すように、第 7実施形態における 3極照明用の回折光学素子 1 0 2は、縦横に且つ稠密に配列された多数の素子 G l d〜G 4 dで構成されている。素子 G l d〜G 4 dは、ともに長方形形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、素子 G 1 d〜G 4 dは各種類についてほぼ同数含まれており、回折光学素子 1 0 2の矩形状の有効領域（有効径） 1 0 2 aの全体に亘つてランダム配置されているか、あるいは全体を幾つかのブロックに分割したそのブロック内においてランダム配置されている。

第 4 9図に示すように、素子 G l d〜G 4 dは、第 4実施形態で説明した素子 G 1〜G 4をそれぞれ含んでいる。例えば、素子 G I dは、第 4実施形態の素子 G lに X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。同様に、素子 G 2 dは、素子 G 2に X方向に隣接して単純透過部 Hを配置した素子である。素子 G 3 d , G 4 dは、それぞれ素子 G 3， G 4に X方向に隣接して補完単純透過部 H dを配置した素子である。ここで、第 7実施形態にかかる単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dは、第 5実施形態における単純透過部 Hおよび補完単純透過部 H dと同じ構成および作用を有する。

なお、 2極成分の発散角（回折角） 0が第 4実施形態と異なる場合には、対応する発散角 0について素子 G 1〜G 4のピッチを式（2 ) に基づいて設定し、それらに素子 Hおよび H dを組み合わせることによって所望の素子 G 1 d〜G 4 d を設定し、対応する回折光学素子を形成することができる。

以上のように、回折光学素子 1 0 2を用いる第 7実施形態では、素子 G 1〜G 4を透過した光によって所定の発散角を有する 2極成分が生成され、同時に素子 Hおよび H dを透過した光によって光軸近傍に強度を有する 1極成分が生成され、これらの 2極成分と 1極成分との合成によって第 4 6図に示すような X方向に沿つた 3極照明を行うことができる。

すなわち、第 7実施形態の回折光学素子 1 0 2を照明光路に位置決めして平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 4 7図に示すように、光軸 A Xを挟んで X方向に対称に配置された 2点状の光強度分布と光軸近傍の 1点状の光強度分布とからなる合計 5点状の光強度分布が形成される。しかしながら、第 4実施形態と同様に実際には、回折光学素子 1 0 2には平行光束ではなく、錐体状（マイクロレンズアレイ 4 aの場合には正六角錐体状、回折光学素子 4の場合には円錐体状）の光束範囲によって規定される角度成分を有する光束が入射する。こうして、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 4 6図に示すように、 3点状の光強度分布と円形状（または正六角形状）の光束とのコンポリュ一シヨンからなる 3極状の照明分布（照野）が形成される。

その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点面（照明瞳面）には、 3極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 3極状の二次光源が形成される。ここで、 3 極状の二次光源は、 3つの円形状（または正六角形状）の実質的な面光源、すなわち光軸 A Xを挟んで X方向に対称に配置された 2つの面光源と、光軸 A X近傍に配置された 1つの面光源とにより構成されている。こうして、第 7実施形態では、回折光学素子 1 0 2の作用により、照明瞳面において実質的に均一な 3極状の二次光源が形成される。

また、第 7実施形態では第 4実施形態と同様に、ァフォーカルズームレンズ 5 の倍率を変化させることにより、 3極状の二次光源を構成する各面光源の中心と光軸 A Xとの距離が変化することなく、各面光源の大きさ（2極状の二次光源に外接する円の半径一 2極状の二次光源に内接する円の半径、および光軸上の 1極状の二次光源の直径）だけを変化させることができる。一方、ズームレンズ 7の焦点距離を変化させることにより、上述の距離および大きさの双方を変化させて、 3極状の二次光源の全体を相似的に拡大または縮小させることができる。

なお、第 7実施形態においても、第 5および第 6実施形態と同様に、素子 G 1 d〜G 4 dの内部パターンを細分化し、 2極成分に対応する G 1〜G 4の素子パターンを細分化した細分化要素と、光軸近傍の 1極成分に対応する Hおよび H d の領域を細部化した細分化要素とを互い違い配列またはランダム配置することにより得られた新たな素子を素子 G 1 d〜G 4 dの変形例として用いることによつて、 2極照明成分と光軸近傍の 1極照成分との照明バランスを向上させることができる。また、第 7実施形態では、素子 G l , G 2と単純透過部 Hとが同じ面積を有し、素子 G 3， G 4と補完単純透過部 H dとが同じ面積を有するように設定することが望ましい。

(第 8実施形態）

第 5 0図は、第 8実施形態においてマイクロレンズアレイの入射面に形成される 9極状の照野を示す図である。また、第 5 1図は、第 8実施形態における 9極照明用の回折光学素子の基本的な作用を説明する図である。前述したように、第 3実施形態では、第 1実施形態にかかる回折光学素子 6 1の作用と第 2実施形態にかかる回折光学素子 6 2の作用との合成により、 8極状の照明分布（二次光源）を形成している。同様に、第 8実施形態では、第 5実施形態にかかる回折光学素子 1 0 0の作用と第 6実施形態にかかる回折光学素子 1 0 1の作用との合成により、第 5 1図に示すような 9点状の光強度分布と円形状（または正六角形状）の光束とのコンポリューシヨンからなる 9極状の照明分布（照野）、すなわち第 5 0図に示すような 9極状の照明分布を形成することができる。

なお、上述の各実施形態および変形例では、直線格子パターンを含む回折光学素子を用いているが、この種の回折光学素子と同様の光学的性能を有する光学部材として、回折光学素子とほぼ同じ光振幅を発生する屈折光学素子を用いることもできる。

また、上述の回折光学素子に関する各実施形態および各変形例では、 2値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、第 1から第

4実施形態の変形例と同様にブレーズ型の回折光学素子パターンまたは多値型の回折光学素子パ夕一ンを用いることが可能である。

その他にも、第 1から第 4実施形態およびその変形例に関して説明した技術内容を第 5から第 8実施形態およびその変形例に適用することが可能である。上述の各実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス (半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の各実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバィ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第 3 2図のフローチャートを参照して説明する。

先ず、第 3 2図のステップ 3 0 1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 3 0 2において、その 1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 3 0 3において、上述の各実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ 3 0 4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 3 0 5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、更に上のレィャ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。

また、上述の各実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、第 3' 3図のフローチャ一トを参照して、このときの手法の一例につき説明する。第 3 3図において、パターン形成工程 4 0 1では、上述の各実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ一工程が実行される。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一形成ェ程 4 0 2へ移行する。

次に、カラーフィルタ一形成工程 4 0 2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、カラ一フィルター形成工程 4 0 2 の後に、セル組み立て工程 4 0 3が実行される。セル組み立て工程 4 0 3では、パターン形成工程 4 0 1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 4 0 2にて得られたカラーフィルタ一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 4 0 3では、例えば、パターン形成工程 4 0 1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ェ程 4 0 2にて得られたカラーフィル夕一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。

その後、モジュール組み立て工程 4 0 4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。

なお、上述の実施形態においては、光源 1として、 1 9 3 n mの波長の光を供給する A r Fエキシマレーザー光源（または 2 4 8 n mの波長の光を供給する K r Fエキシマレーザ一光源）を用いているが、これに限定されることなく、 1 5 7 n mの波長の光を供給する F ₂レーザー光源や、 g線（4 3 6 n m) や i線 ( 3 6 5 n m) 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。

また、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。産業上の利用の可能性

以上説明したように、本発明の回折光学素子では、例えば照明光学装置に用いられて、照明瞳面において実質的に均一な複数極状（4極状、 8極状、 2極状）の照度分布を形成することができる。また、本発明の照明光学装置では、照明瞳面において実質的に均一な複数極状の照度分布を形成する回折光学素子を用いて、光量損失を抑えつつ良好な各種の複数極照明を行うことができる。

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各種の複数極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下で、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、本発明では、感光性基板上にマスクパタ一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。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子と、前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する第 2 基本回折光学素子と、

前記第 1基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 1位相差を持つた光振幅を発生するパターンを有する第 1補完回折光学素子と、

前記第 2基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 2位相差を持つた光振幅を発生するパターンを有する第 2補完回折光学素子とを備え、

前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子と前記第 1補完回折光学素子と前記第 2補完回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする回折光学素子。

2 . 第 1の方向に沿つた直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子と、前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する第 2 基本回折光学素子と、

実質的に偏向作用のない単純透過部とを備え、

前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子と前記単純透過部とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする回折光学素子。

3 . 請求の範囲第 2項に記載の回折光学素子において、

前記第 1基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 1位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する第 1補完回折光学素子と、

前記第 2基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 2位相差を持つた光振幅を発生するパターンを有する第 2補完回折光学素子と、

前記単純透過部が発生する光振幅に対して第 5位相差を持つた光振幅を発生するパターンを有する補完単純透過部とをさらに備えていることを特徴とする回折光学素子。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の回折光学素子において、

前記第 5位相差はほぼ 1 Z 2波長であることを特徴とする回折光学素子。

5 . 請求の範囲第 1項乃至第 4項のいずれか 1項に記載の回折光学素子において、

前記第 1位相差および前記第 2位相差はほぼ 1 / 2波長であることを特徴とする回折光学素子。

6 . 請求の範囲第 1項乃至第 5項のいずれか 1項に記載の回折光学素子において、

前記回折光学素子は、複数の前記第 1基本回折光学素子と複数の前記第 2基本回折光学素子と複数の前記第 1補完回折光学素子と複数の前記第 2補完回折光学素子とを備えていることを特徴とする回折光学素子。

7 . 請求の範囲第 6項に記載の回折光学素子において、

前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とは、互いにほぼ同数であることを特徴とする回折光学素子。

8 . 請求の範囲第 6項または第 7項に記載の回折光学素子において、

前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とは、前記回折光学素子の全体に亘つてランダム配列されていることを特徴とする回折光学素子。

9 . 請求の範囲第 6項または第 7項に記載の回折光学素子において、

前記回折光学素子は複数のプロックを備え、各プロックにおいて前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とがランダム配列されていることを特徴とする回折光学素子。

1 0 . 請求の範囲第 9項に記載の回折光学素子において、

各プロックにおいて前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とは互いにほぼ同数であることを特徴とする回折光学素子。

1 1 . 請求の範囲第 9項または第 1 0項に記載の回折光学素子において、前記回折光学素子は複数種類のブロックを備え、各種類のブロック毎にランダム配列の形態が異なることを特徴とする回折光学素子。

1 2 . 請求の範囲第 6項または第 7項に記載の回折光学素子において、

前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 1ブロックと、

前記第 1基本回折光学素子と前記第 2補完回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 2ブロックと、

前記第 1補完回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 3ブロックと、

前記第 1補完回折光学素子と前記第 2補完回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 4プロックとを備えていることを特徴とする回折光学素子。

1 3 . 請求の範囲第 1 2項に記載の回折光学素子において、

前記回折光学素子は複数の中プロックを備え、各中プロックにおいて前記複数の第 1ブロックと前記複数の第 2ブロックと前記複数の第 3ブロックと前記複数の第 4ブロックとがほぼ同数だけランダム配列されていることを特徴とする回折光学素子。

1 4 . 請求の範囲第 1 3項に記載の回折光学素子において、前記回折光学素子は複数種類の中ブロックを備え、各種類の中ブロック毎にランダム配列の形態が異なることを特徴とする回折光学素子。

1 5 . 請求の範囲第 1 2項に記載の回折光学素子において、

前記回折光学素子は前記複数の第 1乃至第 4プロックをほぼ同数だけ含み、かつ各ブロックは前記回折光学素子の全体に亘つてランダム配列されていることを特徴とする回折光学素子。

1 6 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 5項のいずれか 1項に記載の回折光学素子において、

前記第 1基本回折光学素子、前記第 2基本回折光学素子、前記第 1補完回折光学素子、および前記第 2補完回折光学素子は、ほぼ正方形状の外形を有することを特徴とする回折光学素子。

1 7 . 請求の範囲第 1 6項に記載の回折光学素子において、

前記第 1方向は前記ほぼ正方形状の外形を有する回折光学素子の一方の辺にほぼ平行であり、前記第 2方向は前記ほぼ正方形状の外形を有する回折光学素子の他方の辺にほぼ平行であることを特徴とする回折光学素子。

1 8 . 請求の範囲第 1項乃至第 1 7項のいずれか 1項に記載の回折光学素子において、

前記直線格子パターンは、 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回折光学素子。

1 9 . 被照射面を照明する照明光学装置において、

4極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、入射光束を 4つの光束に変換するための請求の範囲第 1項乃至第 1 8項のいずれか 1項に記載の回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。

2 0 . 請求の範囲第 1 9項に記載の照明光学装置において、

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、 4極状の照野を第 2の所定面上に形成するために回折光学素子を含む照野形成手段とをさらに備え、

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光学素子または補完回折光学素子が合計 4つ以上含まれるように位置決めされていることを特徴とする照明光学装置。

2 1 . 光束を供給するための光源手段と、

前記第 2の所定面上に形成された前記 4極状の照野からの光束に基づいて、前記 4極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する 4極状の二次光源を形成するため前記ォプティカルインテグレー夕からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備え、

前記回折光学素子は、第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の第 1基本回折光学素子と、前記第 1の方向とは異なる第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の第 2基本回折光学素子とを備え、前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置。

2 2 . 請求の範囲第 2 1項に記載の照明光学装置において、

前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子とは、ほぼ同数だけ交互に配列されていることを特徴とする照明光学装置。

2 3 . 請求の範囲第 2 1項または第 2 2項に記載の照明光学装置において、前記回折光学素子は、前記第 1基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 1位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する複数の第 1補完回折光学素子と、

前記第 2基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 2位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する複数の第 2補完回折光学素子とをさらに備え、前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置。

2 4 . 請求の範囲第 2 3項に記載の照明光学装置において、

前記第 1位相差および前記第 2位相差はほぼ 1 / 2波長であることを特徴とする照明光学装置。

2 5 . 請求の範囲第 2 3項または第 2 4項に記載の照明光学装置において、前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とは、互いにほぼ同数であることを特徴とする照明光学装置。

2 6 . 請求の範囲第 2 3項乃至第 2 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とは、前記回折光学素子の全体に亘つてランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

2 7 . 請求の範囲第 2 3項乃至第 2 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は複数のブロックを備え、各プロックにおいて前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とがランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

2 8 . 請求の範囲第 2 7項に記載の照明光学装置において、

各プロックにおいて前記複数の第 1基本回折光学素子と前記複数の第 2基本回折光学素子と前記複数の第 1補完回折光学素子と前記複数の第 2補完回折光学素子とは互いにほぼ同数であることを特徴とする照明光学装置。

2 9 . 請求の範囲第 2 7項または第 2 8項に記載の照明光学装置において、前記回折光学素子は複数種類のプロックを備え、各種類のプロック毎にランダム配列の形態が異なることを特徴とする照明光学装置。

3 0 . 請求の範囲第 2 3項乃至第 2 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記第 1補完回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 3ブロックと、前記第 1補完回折光学素子と前記第 2補完回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 4プロックとを備えていることを特徴とする照明光学装置。

3 1 . 請求の範囲第 3 0項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は複数の中プロックを備え、各中プロックにおいて前記複数の第 1ブロックと前記複数の第 2プロックと前記複数の第 3ブロックと前記複数の第 4プロックとがほぼ同数だけランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

3 2 . 請求の範囲第 3 1項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は複数種類の中プロックを備え、各種類の中プロック毎にランダム配列の形態が異なることを特徴とする照明光学装置。

3 3 . 請求の範囲第 3 0項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は前記複数の第 1乃至第 4プロックをほぼ同数だけ含み、かつ各プロック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照明光学装置。

3 4 . 請求の範囲第 2 1項乃至第 3 3項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記第 1基本回折光学素子、前記第 2基本回折光学素子、前記第 1補完回折光学素子、および前記第 2補完回折光学素子は、ほぼ正方形状の外形を有することを特徴とする照明光学装置。

3 5 . 請求の範囲第 3 4項に記載の照明光学装置において、

前記第 1方向は前記ほぼ正方形状の外形を有する回折光学素子の一方の辺にほぼ平行であり、前記第 2方向は前記ほぼ正方形状の外形を有する回折光学素子の他方の辺にほぼ平行であることを特徴とする照明光学装置。

3 6 . 請求の範囲第 2 1項乃至第 3 5項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

3 7 . 請求の範囲第 3 5項または第 3 6項に記載の照明光学装置において、前記照野形成手段は、前記回折光学素子と前記ォプティカルインテグレー夕との間の光路中に配置された光学系を有し、

前記 4極状の二次光源を構成する各面光源の大きさを Φとし、前記ほぼ正方形状の外形を有する前記基本回折光学素子の一辺の長さを Lとし、光束の中心波長を λとし、前記光学系の焦点距離を f としたとき、

L > 2 . 5 X ί λ / φ

の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。

3 8 . 被照射面を照明する照明光学装置において、

前記回折光学素子は、一定の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の基本回折光学素子と、該基本回折光学素子が発生する光振幅に対して所定の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する複数の補完回折光学素子とを備え、前記複数の基本回折光学素子と前記複数の補完回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置。

3 9 . 被照射面を照明する照明光学装置において、

3極状の光強度分布を有する二次光源を照明瞳面に形成するために、入射光束を 3つの光束に変換するための回折光学素子を備え、

前記回折光学素子は、一定の方向に沿った直線格子パターンを有する複数の基本回折光学素子と、実質的に偏向作用のない複数の単純透過部とを備え、前記複数の基本回折光学素子と前記複数の単純透過部とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置。

4 0 . 請求の範囲第 3 9項に記載の照明光学装置において、

前記基本回折光学素子が発生する光振幅に対して所定の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する複数の補完回折光学素子と、

前記単純透過部が発生する光振幅に対して第 5位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する複数の補完単純透過部とをさらに備えていることを特徴とする照明光学装置。

4 1 . 請求の範囲第 4 0項に記載の照明光学装置において、

前記第 5位相差はほぼ 1 / 2波長であることを特徴とする照明光学装置。

4 2 . 請求の範囲第 3 8項乃至第 4 1項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記所定の位相差はほぼ 1 / 2波長であることを特徴とする照明光学装置。

4 3 . 請求の範囲第 3 8項乃至第 4 2項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記複数の基本回折光学素子と前記複数の補完回折光学素子とは、互いにほぼ同数であることを特徴とする照明光学装置。

4 4 . 請求の範囲第 3 8項乃至第 4 3項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記複数の基本回折光学素子と前記複数の補完回折光学素子とは、前記回折光学素子の全体に亘つてランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置

4 5 . 請求の範囲第 3 8項乃至第 4 4項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は複数のプロックを備え、各プロックにおいて前記複数の基本回折光学素子と前記複数の補完回折光学素子とがほぼ同数だけランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

4 6 . 請求の範囲第 4 5項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は複数種類のブロックを備え、各種類のブロック毎に前記複数の基本回折光学素子と前記複数の補完回折光学素子とのランダム配列形態が異なることを特徴とする照明光学装置。

4 7 . 請求の範囲第 3 8項乃至第 4 6項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記基本回折光学素子および前記補完回折光学素子は、ほぼ正方形状の外形を有することを特徴とする照明光学装置。

4 8 . 請求の範囲第 3 8項乃至第 4 7項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記直線格子パターンは、 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照明光学装置。

4 9 . 被照射面を照明する照明光学装置において、

前記回折光学素子は、第 1の方向に沿った直線格子パターンを有する第 1基本回折光学素子と、前記第 1の方向とほぼ直交する第 2の方向に沿った直線格子パターンを有する第 2基本回折光学素子と、前記第 1の方向とほぼ 4 5度をなす第 3の方向に沿った直線格子パターンを有する第 3基本回折光学素子と、前記第 1 の方向とほぼ 4 5度をなし且つ前記第 3の方向とほぼ直交する第 4の方向に沿つた直線格子パターンを有する第 4基本回折光学素子とを備え、

前記第 1乃至前記第 4基本回折光学素子はほぼ稠密に配列されていることを特徴とする照明光学装置。

5 0 . 請求の範囲第 4 9項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は、前記第 1基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 1位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する第 1補完回折光学素子と、前記第 2基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 2位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する第 2補完回折光学素子と、前記第 3基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 3位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する第 3補完回折光学素子と、前記第 4基本回折光学素子が発生する光振幅に対して第 4位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する第 4補完回折光学素子とをさらに備え、前記第 1乃至前記第 4基本回折光学素子と前記第 1乃至前記第 4補完回折光学素子とはほぼ稠密に配列されていることを特徴とする請求の範囲 4 9に記載の照明光学装置。

5 1 . 請求の範囲第 5 0項に記載の照明光学装置において、

前記第 1位相差、前記第 2位相差、前記第 3位相差および前記第 4位相差は、ほぼ 1 Z 2波長であることを特徴とする照明光学装置。

5 2 . 請求の範囲第 5 0項または第 5 1項に記載の照明光学装置において、前記回折光学素子は、複数の前記第 1乃至前記第 4基本回折光学素子と複数の前記第 1乃至前記第 4補完回折光学素子とを備えていることを特徴とする照明光学装置。

5 3 . 請求の範囲第 5 2項に記載の照明光学装置において、前記複数の第 1乃至第 4基本回折光学素子と前記複数の第 1乃至第 4補完回折光学素子とは、互いにほぼ同数であることを特徴とする照明光学装置。

5 4 . 請求の範囲第 5 2項または第 5 3項に記載の照明光学装置において、前記複数の第 1乃至第 4基本回折光学素子と前記複数の第 1乃至第 4補完回折光学素子とは、前記回折光学素子の全体に亘つてランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

5 5 . 請求の範囲第 5 2項または第 5 3項に記載の照明光学装置において、前記回折光学素子は複数のプロックを備え、各プロックにおいて前記複数の第 1乃至第 4基本回折光学素子と前記複数の第 1乃至第 4補完回折光学素子とがランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

5 6 . 請求の範囲第 5 5項に記載の照明光学装置において、

各プックにおいて前記複数の第 1乃至第 4基本回折光学素子と前記複数の第 1乃至第 4補完回折光学素子とは互いにほぼ同数であることを特徴とする照明光学装置。

5 7 . 請求の範囲第 5 5項または第 5 6項に記載の照明光学装置において、前記回折光学素子は複数種類のプロックを備え、各種類のブロック毎にランダム配列の形態が異なることを特徴とする照明光学装置。

5 8 . 請求の範囲第 5 2項または第 5 3項に記載の照明光学装置において、前記第 1基本回折光学素子と前記第 2基本回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 1ブロックと、

前記第 1補完回折光学素子と前記第 2補完回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 4ブロックと、

前記第 3基本回折光学素子と前記第 4基本回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 5ブロックと、

前記第 3基本回折光学素子と前記第 4補完回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 6プロックと、

前記第 3補完回折光学素子と前記第 4基本回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 7ブロックと、

前記第 3補完回折光学素子と前記第 4補完回折光学素子とがほぼ同数だけ交互に配列された複数の第 8ブロックとを備えていることを特徴とする照明光学装置。

5 9 . 請求の範囲第 5 8項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は複数の中プロックを備え、各中プロックにおいて前記複数の第 1乃至第 8ブロックがそれぞれほぼ同数だけランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

6 0 . 請求の範囲第 5 9項に記載の照明光学装置において、

6 1 . 請求の範囲第 5 8項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子は前記複数の第 1乃至第 8ブロックをほぼ同数だけ含み、かつ各ブロックは前記回折光学素子の全体に亘つてランダム配列されていることを特徴とする照明光学装置。

6 2 . 被照射面を照明する照明光学装置において、

前記回折光学素子は、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光学素子または補完回折光学素子が合計 4つ以上含まれるように位置決めされていることを特徴とする照明光学装置。

6 3 . 光束を供給するための光源手段と、

前記第 2の所定面上に形成された前記複数極状の照野からの光束に基づいて、前記複数極状の照野とほぼ同じ光強度分布を有する複数極状の二次光源を形成するためのオプティカルィンテグレー夕と、

前記ォプティカルインテグレ一夕からの光束を被照射面へ導くための導光光学系とを備え、

前記回折光学素子は、ほぼ正方形状の外形を有し且つ所定の回折光学素子パ夕ーンを有する複数の基本回折光学素子をほぼ稠密に配列することにより構成され、前記照野形成手段は、前記回折光学素子と前記オプティカルインテグレー夕との間の光路中に配置された光学系を有し、前記複数極状の二次光源を構成する各面光源の大きさを Ψとし、前記基本回折光学素子の一辺の長さをとし、光束の中心波長を λとし、前記光学系の焦点距離を f としたとき、

L > 2 . 5 X f Χ λ /

の条件を満足することを特徴とする照明光学装置。

6 4. 請求の範囲第 1項乃至第 1 8項のいずれか 1項に記載の回折光学素子または請求の範囲第 3 8項乃至第 4 8項のいずれか 1項に記載の照明光学装置における回折光学素子とほぼ同じ光振幅を発生することを特徴とする屈折光学素子。

6 5 . 被照射面を照明する照明光学装置において、

所定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、入射光束を所定の断面形状の光束に変換するための請求の範囲第 6 4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。

6 6 . 請求の範囲第 1 9項乃至第 6 3項のいずれか 1項または第 6 5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。

6 7 . 請求の範囲第 1 9項乃至第 6 3項のいずれか 1項または第 6 5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。