WO2004011968A1

WO2004011968A1 - 回折光学素子、屈折光学素子、照明光学装置、露光装置および露光方法

Info

Publication number: WO2004011968A1
Application number: PCT/JP2003/009353
Authority: WO
Inventors: Akihiro Goto
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: AU2003252251A1; TW200406647A

Abstract

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。複数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、入射光束を所定の断面形状の光束に変換するための回折光学素子6(61～69)を備えている。回折光学素子6は、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲に対応して取り出され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。

Description

明細書回折光学素子、屈折光学素子、照明光学装置、露光装置および露光方法技術分野

本発明は、回折光学素子、屈折光学素子、照明光学装置、露光装置および露光方法に関し、特に半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマィクロデバィスをリソグ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。

コンデンサ一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 =開口絞り径ノ投影光学系の瞳径、あるいはひ値=照明光学系の射出側開口数 Ζ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極状に制限して変形照明（輪帯照明や 4極照明）を行うために、フライアイレンズにより形成された比較的大きな二次光源からの光束を輪帯状や 4極状の開口部を有する開口絞りによって制限している。換言すると、従来技術における輪帯照明や 4極照明では、二次光源からの光束の相当部分が開口絞りで遮蔽され、照明（露光）に寄与することがない。その結果、開口絞りにおける光量損失により、マスクおよびウェハ上での照度が低下し、露光装置としてのスループットも低下するという不都合がめった。

この不都合を解消するために、本出願人は、たとえば特開 2 0 0 0 - 1 8 2 9 3 3号公報において、光量損失を実質的に発生させることなく輪帯状や 4極状などの各種の照明分布を発生させる技術を提案している。しかしながら、この公報では、第 8図および第 9図を参照して輪帯状や 4極状の光強度分布を発生させる回折光学素子について言及しているが、その具体的な構成についての詳細な説明が十分に開示されていない。

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各種の複数極状の照度分布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、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各種の複数極状の照度分布を形成することのできる屈折光学素子を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、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または屈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、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲に対応して取り出され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、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲に対応して取り出され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と、実質的に偏向作用のない単純透過部とを有する基本回折光学素子を備えていることを特徴とする回折光学素子を提供する。

第 1発明および第 2発明の好ましい態様によれば、前記所定の方位角範囲の中心は、前記仮想的なリング状回折光学素子パターンの中心と一致している。また、前記仮想的なリング状回折光学素子パターンは、 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が好ましい。さらに、前記回折光学素子は、前記基本回折光学素子を複数個備えていることが好ましい。

また、第 1発明および第 2発明の好ましい態様によれば、前記回折光学素子は、 n種類（nは 1以上の整数）の補完回折光学素子を備え、第 i補完回折光学素子

( i = l〜n ) は、前記基本回折光学素子が発生する光振幅に対して i番目の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する。この場合、前記回折光学素子は、複数の補完回折光学素子を備え、前記 i番目の位相差はほぼ等間隔で変化していることが好ましい。また、この場合、前記基本回折光学素子と前記第 i補完回折光学素子との前記 i番目の位相差は、ほぼ i Z ( n + 1 ) 波長であることが好ましい。

さらに、第 1発明および第 2発明の好ましい態様によれば、前記回折光学素子は、複数の前記基本回折光学素子と、複数の前記第 i補完回折光学素子とを備えている。この場合、前記複数の基本回折光学素子と前記複数の第 i補完回折光学素子とはすべての iについてほぼ同数であることが好ましい。また、前記複数の基本回折光学素子と前記複数の第 i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が好ましい。あるいは、前記回折光学素子は複数のプロックを備え、各ブ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第 i補完回折光学素子とがランダム配列されていることが好ましい。この場合、各ブ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第 i補完回折光学素子とはすべての iについてほぼ同数であることが好ましい。また、前記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が好ましい。

また、第 1発明および第 2発明の好ましい態様によれば、前記基本回折光学素子は、前記仮想的なリング状回折光学素子パターンから第 1の方位角範囲に対応して取り出され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第 1方位基本回折光学素子と、前記第 1の方位角範囲とは異なる第 2の方位角範囲に対応して前記仮想的なリング状回折光学素子パターンから取り出され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第 2方位基本回折光学素子とを有する。この場合、前記第 1方位基本回折光学素子が発生する光振幅に対して i番目の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有する第 1方位第 i補完回折光学素子と、前記第 2方位基本回折光学素子が発生する光振幅に対して：) '番目（j = l〜m) の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方位第 j補完回折光学素子とを有することが好ましい。また、前記回折光学素子および前記補完回折光学素子は矩形形状の外形を有することが好ましい。

本発明の第 3発明では、仮想的な回転対称屈折面から所定の方位角範囲に対応して取り出された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てい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 4発明では、仮想的な回転対称屈折面から所定の方位角範囲に対応して取り出された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夕一ンと、実質的に偏向作用のない単純透過部とを有する基本屈折素子を備えていることを特徴とする屈折光学素子を提供する。

第 3発明および第 4発明の好ましい態様によれば、前記所定の方位角範囲の中心は、前記仮想的な回転対称屈折面の中心と一致している。また、前記屈折光学素子は、前記基本屈折素子を複数個備えていることが好ましい。さらに、前記基本屈折素子は、前記仮想的な回転対称屈折面から第 1の方位角範囲に対応して取り出された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第 1方位基本屈折素子と、前記第 1の方位角範囲とは異なる第 2の方位角範囲に対応して前記仮想的な回転対称屈折面から取り出された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第 2方位基本屈折素子とを有することが好ましい。また、前記基本屈折素子はともに矩形形状の外形を有することが好ましい。

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、複数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、入射光束を所定の断面形状の光束に変換するための第 1発明または第 2発明の回折光学素子または第 3発明または第 4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。

第 5発明の好ましい態様によれば、光束を供給するための光源手段と、前記光源手段からの光束を、光軸に対して様々な角度成分を有する光束に変換して、第 1の所定面へ入射させるための角度光束形成手段と、前記第 1の所定面に入射した前記様々な角度成分を有する光束に基づいて、複数極状の照野を第 2の所定面上に形成するために前記回折光学素子または前記屈折光学素子を含む照野形成手段と、前記第 2の所定面上に形成された前記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からの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系とを備えている。この場合、前記角度光束形成手段は、複数の光学要素からなる光学部材を有し、前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、前記光学部材の各光学要素に対応する要素光束の中に基本回折光学素子または補完回折光学素子または基本屈折素子が複数個含まれるように位置決めされていることが好ましい。

また、第 5発明の好ましい態様によれば、前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、第 1の複数極状の二次光源を形成するための第 1回折光学素子または第 1屈折光学素子と、前記第 1の複数極状の二次光源とは異なる第 2の複数極状の二次光源を形成するための第 2回折光学素子または第 2屈折光学素子とを有する。さらに、前記複数極状の二次光源は、 2極状の二次光源、 4極状の二次光源、または 8極状の二次光源であることが好ましい。

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

本発明の第 7発明では、第 5発明の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。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実施形態においてマイクロレンズァ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 3図は、第 1実施形態において 2極状の照野および 2極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 4 A図は、発散光束形成素子としての回折光学素子により第 1変倍光学系の瞳面に形成される円形状の光束を示す図である。

第 4 B図は、発散光束形成素子としてのマイクロレンズァレイにより第 1変倍光学系の瞳面に形成される正六角形状の光束を示す図である。

第 5図は、第 1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 6図は、第 1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の構成を概略的に示す図である。

第 7図は、第 1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補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。

第 8図は、第 1実施形態において基本回折光学素子を構成するために、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲を取り出す様子を示す図である。

第 9図は、第 8図の線 L 1に沿った断面図である。

第 1 0図は、第 8図のリング状回折光学素子パターンから取り出された部分パターンを示す図である。

第 1 1図は、第 1 0図の部分パターンを稠密に配列して基本回折光学素子を構成する規則を示す図である。

第 1 2図は、第 1実施形態において補完回折光学素子を構成するために、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲を取り出す様子を示す図である。

第 1 3図は、第 1 2図の線 L 1に沿った断面図である。

第 1 4図は、基本回折光学素子と補完回折光学素子とのランダム配置を説明する図である。

第 1 5図は、第 2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 1 6図は、第 2実施形態において X方向に沿った 2極状の照野および 2極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 1 7図は、第 2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 1 8図は、第 2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の構成を概略的に示す図である。

第 1 9図は、第 2実施形態において部分パターンを稠密に配列して基本回折光学素子を構成する規則を示す図である。

第 2 0図は、第 3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。

第 2 1図は、第 3実施形態において十字型の 4極状の照野および 4極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 2 2図は、第 3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 2 3図は、第 3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説明する図である。

第 2 4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 X型 4極状の照野を示す図である。

第 2 5図は、第 4実施形態において X型の 4極状の照野および 4極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 2 6図は、第 4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 2 7図は、第 4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説明する図である。

第 2 8図は、第 4実施形態の基本回折光学素子を構成する 2つの補助素子の構成を説明する図である。

第 2 9図は、第 4実施形態の第 1変形例における 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の構成を説明する図である。

第 3 0図は、第 4実施形態の第 1変形例における 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 3 1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 8極状の照野を示す図である。

第 3 2図は、第 5実施形態において 8極状の照野および 8極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 3 3図は、第 5実施形態における 8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 4図は、第 1実施形態の第 1変形例において部分パターンを稠密に配列して基本回折光学素子を構成する規則を示す図である。

第 3 5図は、第 1実施形態の第 1変形例における 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 3 6図は、第 1実施形態の第 2変形例における 2極照明用の回折光学素子に含まれる第 1補完回折光学素子の構成を示す図である。

第 3 7図は、第 1実施形態の第 2変形例における 2極照明用の回折光学素子に含まれる第 3補完回折光学素子の構成を示す図である。

第 3 8図は、第 1実施形態の第 2変形例における 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 3 9図は、第 1実施形態の第 2変形例における各素子のランダム配置を説明する図である。

第 4 0図は、第 3実施形態の第 1変形例における 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 4 1図は、第 4実施形態の第 2変形例における 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 4 2図は、基本回折光学素子および補完回折光学素子において隣接する部分パターンとの間で位相変化が起るようなパターンの例を示す図である。

第 4 3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 4 4図は、第 4 3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 4 5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 4 6 A図は、ブレーズ型の回折光学素子をその回転中心を含む断面で切断した断面図である。

第 4 6 B図は、多値型の回折光学素子をその回転中心を含む断面で切断した断面図である。

第 4 6 C図は、 2値型の回折光学素子をその回転中心を含む断面で切断した断面図である。

第 4 7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 4 8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トである。

第 4 9図は、第 6実施形態においてマイク口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。

第 5 0図は、第 6実施形態において Z方向に沿った 3極状の照野および 3極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 5 1図は、第 6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 5 2図は、第 6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 5 3図は、第 6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基本回折光学素子および補完回折光学素子の変形例を概略的に示す図である。

第 5 4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 5極状の照野を示す図である。

第 5 5図は、第 7実施形態において 5極状の照野および 5極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 5 6図は、第 7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 5 7図は、第 7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 5 8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 5極状の照野を示す図である。

第 5 9図は、第 8実施形態において 5極状の照野および 5極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。

第 6 0図は、第 8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 6 1図は、第 8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 6 2図は、本発明に利用可能な仮想的なリング状回折光学素子パターンの一例として、リング間隔が非等間隔でパワーを有する回折光学素子パターンを概略的に示す図である。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、ウェハ 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エキシマレーザ一光源（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（ァフォーカルズームレンズ：結像型ズームレンズ） 5に入射し、その瞳面に円形状の光束を形成する。この円形状の光束からの光は、第 1変倍光学系 5から射出されて、複数極照明用の回折光学素子 6に入射する。第 1変倍光学系 5は、発散光束形成素子としての回折光学素子 4と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と第 1変倍光学系 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を中心とした部分円弧状の光束をファーフィールドに形成する機能を有する。回折光学素子 6の詳細な構成および作用については後述する。

回折光学素子 6を介した光束は、第 2変倍光学系（ズームレンズ） 7を介して、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 (またはフライアイレンズ） 8を照明する。なお、第 2変倍光学系 7は、回折光学素子 6とマイクロレンズアレイ 8の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。換言すると、第 2変倍光学系 7は、回折光学素子 6とマイクロレンズアレイ 8の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。

したがって、回折光学素子 6を介した光束は、第 2変倍光学系 7の後側焦点面 (ひいてはマイクロレンズアレイ 8の入射面）に、回折光学素子 4による円形状分布と回折光学素子 6自身による部分円弧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と第 2変倍光学系 7とは、回折光学素子 6の入射面（第 1の所定面）に入射した様々な角度成分を有する光束に基づいて、光軸 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 Z 2 ) は第 1変倍光学系 5の倍率に依存して変化し、その全体的な大きさは第 2変倍光学系 7の焦点距離に依存して変化する。

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、マイクロレンズァ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いて、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、コンデンサ一光学系 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（l l 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（l l 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 9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、正六角形とリング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実施形態においてマイクロレンズァ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。また、第 3図は、第 1実施形態において 2極状の照野および 2極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 4 A図は発散光束形成素子としての回折光学素子により第 1変倍光学系の瞳面に形成される円形状の光束を、第 4 B図は発散光束形成素子としてのマイクロレンズアレイにより第 1変倍光学系の瞳面に形成される正六角形状の光束を示す図である。

また、第 5図は、第 1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 6図は、第 1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の構成を概略的に示す図である。また、第 7図は、第 1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補完回折光学素子の構成を概略的に示す図である。

第 5図に示すように、第 1実施形態における 2極照明用の回折光学素子 6 1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 A 9 0と補完回折光学素子 A 9 0 dとで構成されている。基本回折光学素子 A 9 0および補完回折光学素子 A 9 0 d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。また、基本回折光学素子 A 9 0と補完回折光学素子 A 9 0 dとは同数であり、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。

なお、基本回折光学素子 A 9 0および補完回折光学素子 A 9 0 dは、第 6図および第 7図に示すような 2値型の回折光学素子パターンを有する。ここで、 2値型の回折光学素子パターンとは、例えば合成石英等の透明基板上にの加工技術によって凸面と凹面とを繰り返しパタニングすることにより構成される位相型回折光学素子パターン等であり、図中において斜線部が凸面を、非斜線部（空白部）が凹面をそれぞれ示している。なお、斜線部が ώ面を示し且つ非斜線部（空白部）が凹面を示す表記は、第 1 8図においても同様である。これに関連して、第 3 6図、第 3 7図および第 4 2図では、黒色部が凸面を示し且つ空白部が凹面を示している。以下、基本回折光学素子 A 9 0の構成について説明する。第 8図は、第 1実施形態において基本回折光学素子を構成するために、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲を取り出す様子を示す図である。また、第 9図は、第 8図の線 L 1に沿った断面図である。さらに、第 1 0図は、第 8図のリング状回折光学素子パターンから取り出された部分パターンを示す図である。また、第 1 1図は、第 1 0図の部分パターンを稠密に配列して基本回折光学素子を構成する規則を示す図である。

基本回折光学素子 A 9 0は、第 8図に示すような仮想的な 2値型のリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲を取り出して稠密に再配列することによって構成されている。まず、基本回折光学素子 A 9 0の具体的な構成の説明に先立って、第 8図に示すリング状回折光学素子 Aの構成および作用について説明する。リング状回折光学素子 Aは、第 9図に示すように、点〇を中心とする半径 r丄の（円形）領域 1と半径 r；および r；円で囲まれる（輪帯）領域 i ( i = 2 , 3 · · ) とから構成される。

ここで、円形領域 1の直径および輪帯領域 iの幅 r；一 r i は全て Wに等しい。つまり、リング状回折光学素子 Aの点〇を通る任意の直線に沿った断面図において、深さ d、ピッチ P (= 2 W)、線幅 Wは均一である。リング状回折光学素子 Aでは、第 9図に示すように、中心 Oから順番につけた領域の指標 i ( i = 1 , 2 , 3 · · ) が偶数の領域が凹面となるよう構成され、奇数の領域が凸面となるよう構成されている。

ところで、リング状回折光学素子 A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 λ / 2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 (η 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 (61〜69) 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 1 93 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 193nm程度に設定されることになる。

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 2値型のリング状回折光学素子 Aを設置し、このリング状回折光学素子 Aに平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8の入射面では、第 3図において破線 cで示すような円周状の光強度分布が得られる。ここで、円周状の光強度分布 cの光軸 O (光軸 AXとリング状回折光学素子 Aの中心とを一致させている）からの距離 r cは、リング状回折光学素子 Aの半径方向の回折角を 0とし、第 2変倍光学系 7 の焦点距離を f Lとすると、次の式（2) で表される。なお、回折の理論より、式（2) 中の sin0は、次の式（3) で表される。

r c = f L · s\n9 (2)

sinG== /P (3)

以上のように、複数極照明用の回折光学素子 6の位置に単純な 2値型リング状回折光学素子 Aを設置し且つ平行光束を入射させると、マイクロレンズアレイ 8 の入射面には円周状の照明分布が形成される。第 1実施形態では、リング状回折光学素子 Aから所定の方位角成分のみを抜き出して稠密に再配列することにより、円周状の照明分布から所定の方位角成分のみを抜き出して得られる第 3図に示すような 2円弧状の照明分布 I L 1— 90を形成するための回折光学素子 61を実現する。

第 3図を参照すると、照明分布 I L 1_90は円弧 c l c 2と円弧 c 3 c 4とから構成され、この一対の円弧は光軸〇を通る直線 L 1と 2とで囲まれた方位角範囲 ΔΦで規定されている。ここで、直線 L 2は X軸に対して回転角度 φすなわち方位角 Φを有し、直線 L 1は X軸に対して回転角度（Φ + Δφ) すなわち方位角 (Φ + Δ Φ) を有する。そして、たとえば Φ + ΔΦΖ2 = 90度に設定されている。なお、第 3図における直線 L I, L 2、方位角範囲 Δ Φおよび方位角 Φ は、第 2図および第 8図における直線 L 1， L 2、方位角範囲 Δφおよび方位角 Φと対応している。

このように第 3図と第 8図とを対比すると、第 3図における照明分布 I L 1— 90は、第 8図のリング状回折光学素子 Αのうち、直線 L 1と L 2とで囲まれた方位角範囲 ΔΦの部分によって形成されることが理解される。したがって、リング状回折光学素子 Aのうち、方位角範囲 ΔΦの必要部分のみを抜き出して稠密に再配列することによって、光エネルギーの損失を良好に抑えつつ所定の照明分布 I L 1—90を得ることができる。

具体的には、第 8図において、直線 L 1および L 2に加えて図中水平な直線 L 3および L4を設定する。そして、第 8図および第 10図を参照して理解されるように、直線 L 1および L 2と直線 L 3との交点 P 1および P 2と、直線し 1および L 2と直線 L 4との交点 P 3および P 4とで囲まれた範囲に対応する部分パターン F 1を得る。また、第 10図に示すように、パ夕一ン F 1を光軸 Oに関して Z方向に反転したパターン F 2を得る。さらに、パターン F 1を直線 M 1 M2 によって 2等分したパターン F 1 1と F 1 2とをそれぞれ得る。

こうして、第 6図に示す基本回折光学素子 A 90は、第 1 0図に示す 4つのパターン F l, F 2, F 1 1, F 1 2を、第 1 1図に示す配列規則にしたがって稠密に配列して得られる。そして、上述したように、回折光学素子 6の位置に基本回折光学素子 A 90を設置し且つ平行光束を入射させると、マイクロレンズァレィ 8の入射面には 2円弧状の照明分布 I L 1—90が形成される。

なお、第 8図において点 P l、 P 2、 P 3、 P 4の設定により部分パターン F 1を抜き出す操作では、部分パターン F 1とその反転パターン F 2とを稠密配列するときにリング状回折光学素子パターンの凸面と凹面とが同位相で接合されるように、直線 L 3および L 4の設定について配慮している。すなわち、第 8図の直線 L 2上で半径が増大する方向に沿って説明すると、直線 L 4と L 2との交点である点 P 3はリング状回折光学素子パターンにおいて凸面が開始する位置に設定されている。また、直線 L 3と L 2との交点である点 P 2は、リング状回折光学素子パターンにおいて凸面が終了する位置に設定されている。対称性により、直線 1と L 3との交点 P 1は点 P 2の設定と同様であり、直線 L 1と L 4との交点 P 4は点 P 3の設定と同様である。

上述のように直線 L 3および L 4を設定することにより、切断された部分パターン F l、 F 2、 F l l、 F 12を滑らかに（凸面と凹面とを同位相に）接続することができ、第 6図に示すように最終的に接合部分の目立たない基本回折光学素子 A 90を構成することが可能になる。この部分パターンの滑らかな接続によつて、製造時に発生する誤差を極力抑えることが可能になり、散乱ロスやフレアの少ない好適な照明を行うことが可能になる。

なお、上述した部分パターンの接合方法は一例であり、点 P 3および P 4は必ずしも凸面の開始位置でなくてもよいし、点 P 1および P 2は必ずしも凸面の終了位置でなくてもよい。また、部分パターン F l、 F 2等を滑らかに接合して最終的な基本回折光学素子 A 90を得るような点 P 1〜P 4の設定方法は他にも可能である。さらに、それぞれ 1個の部分パターン F 1、？ 1 1ぉょび 12と、 2個の部分パターン F 2とを用いて基本回折光学素子 A 90を構成する例について説明したが、これよりも多い数の部分パターン F 1、 F 2、 F l l、 F 12を用いた稠密配列により基本回折光学素子 A 90を構成することも可能である。また、部分パターンの抜出しの方法すなわち切断の方法は、上述した部分パ夕 —ン F l、 F 2、 F l l、 F 12に限定されることなく、所定の方位角成分を有してさえいれば、他の切断方法にしたがってさらにコンパク卜な基本回折光学素子 A90を構成することも可能である。ここで、 2値型のリング状回折光学素子 Aは回折光が原点 Oに関して対称的に発生する特性を有するため、所定の方位角成分の部分パターンを抜き出す際には、光軸対称な一対の要素（F l， F 2) のうち一方の要素（たとえば F 1) だけを用いてコンパクト化することも可能である。

第 12図は、第 1実施形態において補完回折光学素子を構成するために、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲を取り出す様子を示す図である。また、第 1 3図は、第 1 2図の線 L 1に沿った断面図である。さらに、第 1 4図は、基本回折光学素子と補完回折光学素子とのランダム配置を説明する図である。

次に、補完回折光学素子 A 9 0 dの構成について説明する。第 7図に示す補完回折光学素子 A 9 0 dは、第 6図に示す基本回折光学素子 A 9 0の凸面と凹面とを反転させることによって構成することが可能である。このパタニングは、第 8 図に示す 2値型リング状回折光学素子 Aに代えて、第 1 2図に示す 2値型リング状回折光学素子 A dを用いることによって可能となる。第 9図と第 1 3図とを参照すると、第 1 2図に示す 2値型リング状回折光学素子 A dは、第 8図に示す 2 値型リング状回折光学素子 Aの位相を反転して得られることが理解される。

こうして、第 1 2図に示す 2値型リング状回折光学素子 A dについて、基本回折光学素子 A 9 0のパタニングの場合と同様に直線 L 1〜L 4を設定し、部分パターン F l , F 2 , F l l、 F 1 2を設定する。そして、第 1 1図に示す規則にしたがって部分パターンを稠密再配列することによって、第 7図に示す補完回折光学素子 A 9 0 dを得ることができる。

なお、基本回折光学素子 A 9 0や補完回折光学素子 A 9 0 dは、予めパタニングされたレチクル原版を用いてレジストの塗布されたガラス基板に露光し、ガラスエッチングすることによって製造可能である。その際、レチクルとしては、 2 値位相の凸面を遮光部分とし且つ凹面を透過部分とする明暗レチクルを用いることができる。また、露光プロセスによっては、 2値位相の凸面を透過部分とし且つ凹面を遮光部分とする明暗レチクルを用いることもできる。

レチクル原版のパタニングに際しては、その用途に供するレチクルパタニング C A Dシステムを利用することが望ましい。その際、当該 C A Dシステムがパタ —ンの遮光部と透過部とを反転する機能を有する場合には、第 1 2図に示す 2値型リング状回折光学素子 A dを仮想設定する必要はなく、第 6図の基本回折光学素子 A 9 0のパターンに対応するレチクルパターンの遮光部と透過部とを反転させることによって、補完回折光学素子 A 9 0 dのレチクルパターンを得ることがでさる。上述したように、こうして形成された基本回折光学素子 A 90と補完回折光学素子 A 90 dとを同数だけランダム配置することによって、第 5図に示すような 2極照明用の回折光学素子 61を製造することができる。実際には、第 14図に示すように、（1、 0) の乱数列の 0を基本回折光学素子 A 90に対応させ且つ 1を補完回折光学素子 A90 d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および 1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基本回折光学素子 A 90のパターンと補完回折光学素子 A 90 dのパターンとが配列されたレチクルを製造し、そのレチクルを用いて素子パターンをガラス基板に焼き付けて現像し、 dの深さにエツチングすることによって回折光学素子 61を製造することができる。なお、回折光学素子 61の両面には、 ARコート（反射防止コート）を施すことが望ましい。なお、具体的な数値例では、 2値型リング状回折光学素子 Aおよび Adにおいて、たとえば幅 W=l. 5 m, ピッチ P=3 m、方位角 Φ = 80度、方位角範囲 Δ φ = 20度に設定することができる。また、直線 L 3および L 4については、ひいては点 P I, Ρ 2、 Ρ 3、 Ρ 4の設定については、基本回折光学素子 A 90および補完回折光学素子 A 90 dが正方形状の外形を有するように行うことができる。

第 1実施形態では、基本回折光学素子 A 90と補完回折光学素子 A 90 dとが同数だけランタ'ム配置された回折光学素子 61に平行光束が入射すると、マイク口レンズアレイ 8の入射面には第 3図に示すような 2円弧状の照明分布（c 1 c 2, c 3, c 4) が形成される。一方、発散光束形成素子としての回折光学素子 4の作用により、第 1変倍光学系 5の瞳面には、第 4 A図に示すような円形状の光束 I L 0が形成される。

したがって、実際には、回折光学素子 61には平行光束ではなく角度成分を有する光束が入射するので、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、第 2図に示すように、 2円弧状の照明分布（c 1 c 2， c 3， c 4) と円形状の光束 I L 0とのコンポリューシヨンからなる 2極状の照明分布 I L 2— 90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極状の照明分布 I L 2— 9 0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 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 2極状の照度分布を形成することができる。

そして、第 1変倍光学系 5の倍率を変化させることにより、 2極状の照明分布 I L 2 _ 9 0の光軸〇からの距離 r cが変化することなく、 2極状の照明分布 I L 2— 9 0の幅（2極状の照明分布 I L 2— 9 0に外接する円の半径— 2極状の照明分布 I L 2一 9 0に内接する円の半径） Wだけを変化させることができる。一方、第 2変倍光学系 7の焦点距離を変化させることにより、距離 r cおよび幅 Wの双方を変化させて、 2極状の照明分布 I L 2— 9 0を相似的に拡大または縮小させることができる。

なお、発散光束形成素子としての回折光学素子 4に代えて、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ァレイ (またはフライアイレンズ）を用いる場合、第 1変倍光学系 5の瞳面には、第 4 B図に示すように正六角形状の光束 I L 0 dが形成される。この場合、マイクロレンズアレイ 8の入射面には、 2円弧状の照明分布（c 1 c 2， c 3 c 4 ) と正六角形状の光束 I L 0 dとのコンポリュ一ションからなる 2極状の照明分布が形成される。

ところで、第 1実施形態では、基本回折光学素子 A 9 0と補完回折光学素子 A 9 0 dとを同数だけランダム配置することにより回折光学素子 6 1を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、 1つまたは複数の基本回折光学素子 A 9 0により回折光学素子 6 1を構成しても、照明瞳面において実質的に均一な 2極状の照度分布を形成することができる。また、基本回折光学素子 A 9 0 と補完回折光学素子 A 9 0 dとが同数でなくても、あるいは基本回折光学素子 A 9 0と補完回折光学素子 A 9 0 dとがランダム配置されていなくても、照明瞳面において実質的に均一な 2極状の照度分布を形成することができる。

ただし、照明瞳面における照度分布の均一性のためには、複数の光学素子を用いて回折光学素子 6 1を構成することが望ましい。また、ウェハ共役面における干渉ノイズの影響を低減するには、基本回折光学素子 A 9 0と補完回折光学素子 A 9 0 dとを用いて回折光学素子 6 1を構成することが望ましく、基本回折光学素子 A 9 0と補完回折光学素子 A 9 0 dとを同数だけランダム配置することがさらに望ましい。

(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、 Z方向に沿って 2つの照明分布を有する 2極状の照明分布 I L 2 _ 9 0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、 X方向に沿って 2つの照明分布を有する 2極状の照明分布 I L 2— 0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 5図は、第 2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。また、第 1 6図は、第 2実施形態において X方向に沿った 2極状の照野および 2極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 1 7図は、第 2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。また、第 1 8図は、第 2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の構成を概略的に示す図である。さらに、第 1 9図は、第 2実施形態において部分パターンを稠密に配列して基本回折光学素子を構成する規則を示す図である。

第 1 7図に示すように、第 2実施形態における 2極照明用の回折光学素子 6 2 は、縦横に且つ稠密に配列された多数の基本回折光学素子 A Oと補完回折光学素子 A O dとで構成されている。基本回折光学素子 A Oおよび補完回折光学素子 A O d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。また、基本回折光学素子 A Oと補完回折光学素子 A O dとは同数であり、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。

第 2実施形態の回折光学素子 6 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 1 6図に示すように、 2円弧状の照明分布 I L 1—0が形成される。照明分布 I L 1一 0は円弧 c 1 d c 2 d と円弧 c 3 d c 4 dとから構成され、この一対の円弧は光軸 Oを通る直線 L 1 d と L 2 dとで囲まれた方位角範囲 Δ φで規定されている。ここで、直線 L i dは X軸に対して回転角度 Φすなわち方位角 Φを有し、直線 2 dは X軸に対して回転角度（Φ— ΔΨ) すなわち方位角（Ψ— ΔΦ) を有する。そして、たとえば一△ 2 = 0度に設定されている。なお、第 16図における直線 L 1 d, L 2 d、方位角範囲 Δ Φおよび方位角 φは、第 15図における直線 L 1 d， L2 d、方位角範囲△ Φおよび方位角 Φと対応している。

したがって、第 2実施形態では、マイクロレンズアレイ 8の入射面において、第 15図に示すように、 2円弧状の照明分布（c 1 d c 2 d， c 3 d c 4d) と円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d) とのコンポリューションからなる 2極状の照明分布 I L 2— 0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極状の照明分布 I L 2— 0とほぼ同じ光強度分布を有する X方向に沿った 2極状の二次光源が形成される。

また、第 2実施形態では、第 1実施形態と同様に、第 1変倍光学系 5の倍率および第 2変倍光学系 7の焦点距離を変化させることにより、 2極状の照明分布 I L 2— 0の光軸〇からの距離 r cおよび 2極状の照明分布 I L 2— 0の幅 Wをそれぞれ適宜変化させて、所望のパターンを露光するための最適照明条件を実現することが可能である。なお、基本回折光学素子 AOは、第 18図に示すような 2 値型の回折光学素子パターンを有する。

具体的には、基本回折光学素子 AOは、方位角範囲 Δ(ί>が第 1実施形態と同じ場合には、第 6図に示す基本回折光学素子 A 90を XZ面内において 90度回転させて得られるパターンを有する。同様に、補完回折光学素子 A 0 dは、図示を省略したが、第 7図に示す補完回折光学素子 A 90 dを XZ面内において 90度回転させて得られるパターンを有する。なお、方位角範囲 ΔΦが第 1実施形態と異なる場合には、対応する方位角範囲 Δφについて基本回折光学素子 A 90および補完回折光学素子 A 90 dを形成し、それらを XZ面内でそれぞれ 90度回転することによって基本回折光学素子 A 0および補完回折光学素子 A 0 dを形成することができる。

あるいは、第 1実施形態と同様の手順にしたがって、基本回折光学素子 AOおよび補完回折光学素子 A O dを形成することもできる。すなわち、第 8図の直線 L 1および L 2に代えて第 1 6図の直線 L 1 dおよび L 2 dを設定し、第 1 2図の直線 L 1および L 2に代えて第 1 6図の直線 L 1 dおよび L 2 dを設定し、必要な方位角成分に対応する部分パ夕一ンを限定して抜き出す。そして、抜き出した部分パターン F 1， F 2 , F l l , F 1 2を、例えば第 1 9図に示す配列規則にしたがつて稠密配列することにより、基本回折光学素子 A 0および補完回折光学素子 A O dのパターンを求めることができる。

(第 3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および 6 2の作用により、 Z方向 2極状の照明分布 I L 2一 9 0および X方向 2極状の照明分布 I L 2 _ 0をそれぞれ形成している。これに対し、第 3実施形態では、回折光学素子 6 3の作用により、十字型 4極状の照明分布（I L 2— 9 0， I L 2 _ 0 ) 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 2 0図は、第 3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。また、第 2 1図は、第 3実施形態において十字型の 4極状の照野および 4極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 2 2図は、第 3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。また、第 2 3図は、第 3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説明する図である。

第 2 0図に示すように、第 3実施形態における 4極照明用の回折光学素子 6 3 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 A 0 _ 9 0と補完回折光学素子 A 0— 9 0 dとで構成されている。基本回折光学素子 A 0— 9 0および補完回折光学素子 A 0— 9 0 dは、ともに矩形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、基本回折光学素子 A 0— 9 0と補完回折光学素子 A O— 9 0 dとは同数であり、回折光学素子 6 3の矩形状の有効領域（有効径） 6 3 aの全体に亘つてランダム配置されている。第 3実施形態の回折光学素子 6 3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 2 1図に示すように、 Z方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1一 9 0と X方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1—0とが形成される。照明分布 I L 1—9 0は円弧 c 1 c 2と円弧 c 3 c 4とから構成され、この一対の円弧は光軸 Oを通る直線 L 1と L 2とで囲まれた方位角範囲 Δ Φで規定されている。一方、照明分布 I L 1— 0は円弧 c 1 d c 2 dと円弧 c 3 d c 4 dとから構成され、この一対の円弧は光軸 Oを通る直線 L 1 dと L 2 dとで囲まれた方位角範囲 Δ φで規定されている。

ここで、直線 L 2は X軸に対して回転角度 φ 1すなわち方位角 φ 1を有し、直線 L 1は X軸に対して回転角度（Φ 1 +Δ Φ) すなわち方位角 (φ l +Δ φ) を有する。そして、たとえば φ 1 +Δ ΦΖ2 = 9 0度に設定されている。また、直線 L 1 dは X軸に対して回転角度 φ 2すなわち方位角 φ 2を有し、直線 1 dは X軸に対して回転角度（Φ 2— Δ φ) すなわち方位角（Φ 2— Δ Φ) を有する。そして、たとえば Φ 2— Δ φ/2 = 0度に設定されている。なお、第 2 1図における直線 L 1, 1 2， L i d, L 2 d、方位角範囲 Δ φ、および方位角 Φ 1、 Φ 2は、第 2 0図における直線 L 1， 1 2, L 1 d, L 2 d、方位角範囲△ Φ、および方位角 1、 Φ 2と対応している。

したがって、第 3実施形態では、マイクロレンズアレイ 8の入射面において、第 2 0図に示すように、 2円弧状の照明分布（c 1 c 2， c 3 c 4) と円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d) とのコンポリューシヨンに基づく 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と、 2円弧状の照明分布（c 1 d c 2 d, c 3 d c 4 d) と円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d) とのコンポリューションに基づく 2極状の照明分布 I L 2— 0とからなる十字型 4極状の照明分布（I L 2— 9 0， I L 2_0) 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極状の照明分布（I L 2— 9 0, I L 2— 0) とほぼ同じ光強度分布を有する十字型 4極状の二次光源が形成される。

また、第 3実施形態では、第 1実施形態および第 2実施形態と同様に、第 1変倍光学系 5の倍率および第 2変倍光学系 7の焦点距離を変化させることにより、各照明分布の光軸 Oからの距離 r cおよび幅 Wをそれぞれ適宜変化させて、所望のパターンを露光するための最適照明条件を実現することが可能である。

なお、第 3実施形態の基本回折光学素子 A 0— 9 0は、第 2 3図に示すように、第 1実施形態の基本回折光学素子 A 9 0と第 2実施形態の基本回折光学素子 A 0 とを X方向に沿って隣接配置することにより構成されている。ここで、基本回折光学素子 A 9 0の部分が Z方向 2極状の照明分布 I L 2— 9 0を形成し、基本回折光学素子 A Oの部分が X方向 2極状の照明分布 I L 2一 0を形成する。その結果、基本回折光学素子 A 0— 9 0により、 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と I L 2— 0とが合成され、所望の十字型 4極照明を行うことができる。

このとき、基本回折光学素子 A 9 0と基本回折光学素子 A Oとを互いに同じ大きさを有する正方形状に設定することが望ましい。同じ面積に設定することにより、 X方向と Z方向とで光強度の均一性を確保することができる。また、正方形状に設定することにより、基本回折光学素子 A 9 0を X Z面内において 9 0度回転させることにより基本回折光学素子 A 0を得ることができる。基本回折光学素子 A 9 0と基本回折光学素子 A Oとを互いに同じ大きさを有する正方形状に設定することは、 2値型のリング状回折光学素子 Aから所定の方位角成分を抜き出す際の切断線 L 3および L 4の位置と、基本回折光学素子に含まれる部分パターン F l、 F 2の数とを適切に設定することによって可能である。通常、基本回折光学素子 A 9 0と基本回折光学素子 A Oとを同じ大きさを有する正方形状に設定することは可能であるが、設計の簡易性のために、照明ムラが許容される範囲内で両者の面積が異なる設計を行うこともできる。

同様に、第 3実施形態の補完回折光学素子 A 0— 9 0 dは、第 2 3図に示すように、第 1実施形態の補完回折光学素子 A 9 0 dと第 2実施形態の補完回折光学素子 A 0 dとを X方向に沿って隣接配置することにより構成されている。ここで、補完回折光学素子 A 9 0 dの部分が Z方向 2極状の照明分布 I L 2一 9 0を形成し、補完回折光学素子 A O dの部分が X方向 2極状の照明分布 I L 2 _ 0を形成する。その結果、補完回折光学素子 A O 9 0 dにより、 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と I L 2— 0とが合成され、所望の十字型 4極照明を行うことができる _c また、補完回折光学素子 A 9 0 dと補完回折光学素子 A O dとを互いに同じ大きさを有する正方形状に設定することが望ましいことは、基本回折光学素子の場合と同様である。

なお、第 3実施形態では、基本回折光学素子 A 9 0と A Oとを X方向に沿って隣接配置することにより基本回折光学素子 A O一 9 0を構成し、補完回折光学素子 A 9 0 dと A O dとを X方向に沿って隣接配置することにより補完回折光学素子 A 0— 9 0 dを構成している。しかしながら、これに限定されることなく、 Z 方向に沿って隣接配置することにより基本回折光学素子 A O一 9 0および補完回折光学素子 A O— 9 0 dを構成することもできる。また、上述の配列方法に限定する必要はなく、所定の方位角成分を有してさえいれば、他の配列方法によって 4極照明の変形例を構成することも可能である。

(第 4実施形態）

第 3実施形態では、回折光学素子 6 3の作用により、 Z方向 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と X方向 2極状の照明分布 I L 2— 0とからなる十字型 4極状の照明分布（I L 2— 9 0 , I L 2— 0 ) 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、 X軸および Z軸に対してたとえば 4 5 度の方向に位置する 4つの照明分布からなる X型 4極状の照明分布を形成している。以下、第 3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 4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 X型 4極状の照野を示す図である。また、第 2 5図は、第 4実施形態において X型の 4極状の照野および 4極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 2 6図は、第 4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。また、第 2 7図は、第 4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説明する図である。さらに、第 2 8図は、第 4実施形態の基本回折光学素子を構成する 2つの補助素子の構成を説明する図である。

第 2 6図に示すように、第 4実施形態における 4極照明用の回折光学素子 6 4 は、二次元的に稠密配列された多数の基本回折光学素子 A Xと補完回折光学素子 A X dとで構成されている。基本回折光学素子 A Xおよび補完回折光学素子 A X dは、ともに菱形が 2つ並んだ形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、基本回折光学素子 A Xと補完回折光学素子 A X dとは同数であり、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。このとき、有効領域 6 4 aにおいて隙間が発生しないように、基本回折光学素子 A Xおよび補完回折光学素子 A X dは所定のマージンをもって配置されている。

第 4実施形態の回折光学素子 6 4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 2 5図に示すように、 X軸および Z軸に対してたとえば 4 5度の方向に位置する 4つの円弧状の照明分布 I L 1一 Xが形成される。照明分布 I L 1—Xは光軸〇を通る 2つの直線で囲まれた方位角範囲△ Φで規定されている。そして、たとえば φ 1 +△ φ / 2 = 4 5度、 2 + Δ φ / 2 = 1 3 5度に設定されている。

したがって、第 4実施形態では、マイクロレンズアレイ 8の入射面において、第 2 4図に示すように、 4つの円弧状の照明分布 I L 1— Xと円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d ) とのコンポリューシヨンに基づく X型で 4極状の照明分布 I L 2— X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極状の照明分布 I L 2— X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。

また、第 4実施形態では、第 1実施形態〜第 3実施形態と同様に、第 1変倍光学系 5の倍率および第 2変倍光学系 7の焦点距離を変化させることにより、各照明分布の光軸 Oからの距離 r cおよび幅 Wをそれぞれ適宜変化させて、所望のパターンを露光するための最適照明条件を実現することが可能である。

なお、第 2 7図に示すように、第 4実施形態の基本回折光学素子 A Xは、補助素子 A + 4 5と A— 4 5とから構成されている。また、補完回折光学素子 A X d は、補助素子 A + 4 5 dと A— 4 5 dとから構成されている。第 2 8図を参照すると、補助素子 A + 4 5は、第 1実施形態の基本回折光学素子 A 9 0を X Z面内において φ方向に一 45度回転させて得られる素子である。また、補助素子 Α— 45は、基本回折光学素子 A 90を XZ面内において Φ方向に +45度回転させて得られる素子である。

このような補助素子 A+ 45と A— 45とを第 2 7図に示すように X方向に沿つて隣接配置することによって、基本回折光学素子 AXが構成されている。ここで、補助素子 A +45の部分が方位角 φ = 45度および 22 5度に対応する 2極状の照明分布 I LXを形成し、補助素子 Α—45の部分が方位角 φ= 1 3 5度および 3 1 5度に対応する 2極状の照明分布 I LXを形成する。その結果、基本回折光学素子 ΑΧにより、 2つの 2極状の照明分布 I LXが合成され、所望の X型 4極照明を行うことができる。

このとき、補助素子 A + 45および A— 45の元になる基本回折光学素子 A 9 0をほぼ正方形状に設定することが望ましい。これは、 2値型のリング状回折光学素子 Aから所定の方位角成分を抜き出す際の切断線 L 3および L 4の位置と、基本回折光学素子 A 90に含まれる部分パターン F 1、 F 2の数とを適切に設定することによって可能である。通常、基本回折光学素子 A 90を完全な正方形状に設定することは可能であるが、設計の簡易性のために、照明ムラが許容される範囲内で多少長方形状になる設計を行うこともできる。

同様に、補助素子 A + 45 dは、第 1実施形態の補完回折光学素子 A 90 dを XZ面内において φ方向に一 45度回転させて得られる素子である。また、補助素子 A— 45 dは、補完回折光学素子 A 90 dを XZ面内において φ方向に +4 5度回転させて得られる素子である。そして、補助素子 A+ 45 dの部分が方位角 φ = 45度および 225度に対応する 2極状の照明分布 I LXを形成し、補助素子 Α— 45 dの部分が方位角 φ= 1 3 5度および 3 1 5度に対応する 2極状の照明分布 I LXを形成する。その結果、補完回折光学素子 A Xdにより、 2つの 2極状の照明分布 I LXが合成され、所望の X型 4極照明を行うことができる。また、補助素子 A+45 dおよび A— 45 dの元になる補完回折光学素子 AX d をほぼ正方形状に設定することが望ましいことは、基本回折光学素子 AXの場合と同様である。なお、第 4実施形態では、補助素子 A+ 45と A— 45とを X方向に沿って隣接配置することにより基本回折光学素子 AXを構成し、補助素子 A+45 dと A -45 dを X方向に沿って隣接配置することにより補完回折光学素子 AX dを構成している。しかしながら、これに限定されることなく、 Z方向に沿って隣接配置することにより基本回折光学素子 AXおよび補完回折光学素子 AX dを構成することもできる。また、上述の配列方法に限定する必要はなく、所定の方位角成分を有してさえいれば、他の配列方法によって 4極照明の変形例を構成することも可能である。

(第 4実施形態の第 1変形例）

第 4実施形態では、 2つの補助素子を単純に隣接配置することにより基本回折光学素子 AXおよび補完回折光学素子 AXdを構成している。これに対し、第 4 実施形態の第 1変形例では、同じ 2つの補助素子を他の配列方法にしたがって配列することにより、基本回折光学素子 AXおよび補完回折光学素子 AX dと光学的に等価な基本回折光学素子 AAXおよび補完回折光学素子 AAXdを構成している。以下、第 4実施形態との相違点に着目して、その第 1変形例を説明する。第 29図は、第 4実施形態の第 1変形例における 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の構成を説明する図である。また、第 30図は、第 4 実施形態の第 1変形例における 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 30図に示すように、第 4実施形態の第 1変形例における 4極照明用の回折光学素子 65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 A AXと補完回折光学素子 AAXdとで構成されている。基本回折光学素子 A AXおよび補完回折光学素子 A AXdは、ともにほぼ正方形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、基本回折光学素子 A AXと補完回折光学素子 A AXdとは同数であり、回折光学素子 65の矩形状の有効領域 (有効径） 65 aの全体に亘つてランダム配置されている。

第 29図に示す配列方法では、 X方向に沿った線および Z方向に沿った線により補助素子 A+45を 4等分して 4つの三角形状の部分素子 P 1〜P 4を得る。同様に、 X方向に沿った線および Z方向に沿った線により補助素子 A— 45を 4 等分して 4つの三角形状の部分素子 P 5〜P 8を得る。そして、 4つの三角形状の部分素子 P 1〜P 4を再配列することにより長方形状の中間素子 AM+ 45を得るとともに、 4つの三角形状の部分素子 P 5〜 P 8を再配列することにより長方形状の中間素子 AM— 45を得る。最後に、この 2つの中間素子 AM+45と AM— 45とを Z方向に沿って隣接配置することにより、基本回折光学素子 AA Xが構成される。

基本回折光学素子 AAXは、補助素子 A+45のパターンおよび A— 45のパターンを過不足なく保有している。したがって、基本回折光学素子 AAXにおいても、基本回折光学素子 AXの場合と同様に、補助素子 A+ 45に対応する部分が方位角 Φ = 45度および 225度に対応する 2極状の照明分布 I LXを形成し、補助素子 Α— 45に対応する部分が方位角 ψ= 135度および 31 5度に対応する 2極状の照明分布 I LXを形成する。その結果、基本回折光学素子 ΑΑΧにより、 2つの 2極状の照明分布 I LXが合成され、所望の X型 4極照明を行うことができる。

同様に、補完回折光学素子 A 90 dから生成した補助素子 A+45 dおよび A 一 45 dに対して第 29図に示す配列方法と同じ配列方法を適用することにより、補完回折光学素子 AAXdを構成することができる。補完回折光学素子 A 90 d は、補助素子 A+45 dのパターンおよび A— 45 dのパターンを過不足なく保有しているので、補完回折光学素子 AXdの場合と同様に、 2つの 2極状の照明分布 I LXを合成して所望の X型 4極照明を行うことができる。

なお、第 4実施形態の第 1変形例においても第 4実施形態と同様に、補助素子 A+45および A— 45の元になる基本回折光学素子 A 90や、補助素子 A+4 5 dおよび A— 45 dの元になる補完回折光学素子 A 90 dをほぼ正方形状に設定することが望ましい。これは、 2値型のリング状回折光学素子 Aや Adから所定の方位角成分を抜き出す際の切断線 L 3および L 4の位置と、回折光学素子 A 90や A 90 dに含まれる部分パターン F 1、 F 2の数とを適切に設定することによって可能である。通常、回折光学素子 A90や A90 dを完全な正方形状に設定することは可能であるが、設計の簡易性のために、照明ムラが許容される範囲内で多少長方形状になる設計を行うこともできる。

(第 5実施形態）

第 3実施形態および第 4実施形態の第 1変形例では、回折光学素子 63および 65の作用により、十字型 4極状の照明分布および X型 4極状の照明分布をそれぞれ形成している。これに対し、第 5実施形態では、回折光学素子 66の作用により、 8極状の照明分布を形成している。以下、第 3実施形態および第 4実施形態の第 1変形例との相違点に着目して、第 5実施形態を説明する。

第 31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 8極状の照野を示す図である。また、第 32図は、第 5実施形態において 8極状の照野および 8極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 33図は、第 5実施形態における 8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 33図に示すように、第 5実施形態における 8極照明用の回折光学素子 66 では、第 3実施形態における多数の基本回折光学素子 AO一 90および補完回折光学素子 AO— 90 d、並びに第 4実施形態の第 1変形例における多数の基本回折光学素子 AAXおよび補完回折光学素子 AAXdが、縦横に且つ稠密に配列されている。ここで、基本回折光学素子 AO一 90および補完回折光学素子 AO— 90 dは、ともに短辺が aで長辺が 2 aの長方形状の外形（境界）を有し、互いに同じ大きさを有する。

また、基本回折光学素子 A AXおよび補完回折光学素子 AAXdは、ともに一辺が（Z"2 X a) の正方形状の外形（境界）を有し、互いに同じ大きさを有する。換言すれば、基本回折光学素子 A 0— 90と補完回折光学素子 AO一 90 dと基本回折光学素子 AAXと補完回折光学素子 AAXdとは互いに同じ面積（大きさ）を有する。さらに、基本回折光学素子 A 0_ 90と補完回折光学素子 AO— 9 O dとは同数であり、基本回折光学素子 A AXと補完回折光学素子 AAXdとは同数であり、回折光学素子 66の矩形状の有効領域（有効径） 66 aの全体に亘つてランダム配置されている。

以上のように、基本回折光学素子 AO 90および補完回折光学素子 AO 9 0 dの第 1組と、基本回折光学素子 A A Xおよび補完回折光学素子 A A X dの第 2組とでは、 Z方向に沿った配列ピッチが異なる。このため、第 3 3図に示すように、組毎に列を作り、第 1組と第 2組とを X方向に沿って交互に配置している。なお、有効領域 6 6 aにおいて隙間が発生しないように、基本回折光学素子 A O —9 0および補完回折光学素子 A 0— 9 0 dの第 1組は所定のマージンをもって配置されている。

第 5実施形態の回折光学素子 6 6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 2図に示すように、 Z方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1— 9 0、と X方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1—0と、 X軸および Z軸に対してたとえば 4 5度の方向に位置する 4つの円弧状の照明分布 I L 1一 Xとが形成される。ここで、 2円弧状の照明分布 I L 1—9 0および I L 1—0は第 3実施形態で形成される 4極状の照明分布に対応し、 4つの円弧状の照明分布 I L 1—Xは第 4実施形態およびその第 1変形例で形成される 4極状の照明分布に対応している。

したがって、第 5実施形態では、マイクロレンズアレイ 8の入射面において、第 3 1図に示すように、 8つの円弧状の照明分布（ I L 1—9 0， I L 1— 0， I L 1— X) と円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d ) とのコンポリューションに基づく 8極状の照明分布が形成される。その結果、マイクロレンズアレイ 8の後側焦点齒（照明瞳面）には、 8極状の照明分布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。

また、第 5実施形態では、第 1実施形態〜第 4実施形態と同様に、第 1変倍光学系 5の倍率および第 2変倍光学系 Ίの焦点距離を変化させることにより、各照明分布の光軸〇からの距離 r cおよび幅 Wをそれぞれ適宜変化させて、所望のパ夕一ンを露光するための最適照明条件を実現することが可能である。また、上述の配列方法に限定する必要はなく、所定の方位角成分を有してさえいれば、他の配列方法によって 8極照明の変形例を構成することも可能である。

(第 1実施形態の第 1変形例）

第 3 4図は、第 1実施形態の第 1変形例において部分パターンを稠密に配列して基本回折光学素子を構成する規則を示す図である。また、第 3 5図は、第 1実施形態の第 1変形例における 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 1実施形態では、第 1 1図に示すように、 4種類の部分パターン F 1と F 2と F 1 1と F 1 2とを用いて基本回折光学素子 A 9 0を構成している。これに対し、第 1実施形態の第 1変形例では、 2種類の部分パターン F 1と F 2 とを用いて基本回折光学素子 AA 9 0を構成している。以下、第 1実施形態との相違点に着目して、第 1実施形態の第 1変形例を説明する。

第 1実施形態の第 1変形例では、 2つの部分パターン F 1と 2つの部分パターン F 2とを第 3 4図に示す配列規則にしたがって稠密配列することにより、全体的に平行四辺形の外形を有する基本回折光学素子 A A 9 0が形成されている。同様に、第 1実施形態の第 1変形例における補完回折光学素子 AA 9 0 dも、第 3 4図に示す配列規則にしたがって稠密配列され、全体的に平行四辺形の外形を有することになる。この変形例では、 2種類の部分パターンだけを用いて基本回折光学素子 AA 9 0および補完回折光学素子 AA 9 0 dが構成されるので、パ夕ニング手順において素子の配列工数が減るという特徴がある。

第 3 5図に示すように、第 1実施形態の第 1変形例における 2極照明用の回折光学素子 6 7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 AA 9 0 と補完回折光学素子 AA 9 0 dとにより構成されている。基本回折光学素子 AA 9 0および補完回折光学素子 A A 9 0 dは、ともに平行四辺形状の外形 (境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、基本回折光学素子 AA 9 0と補完回折光学素子 AA 9 0 dとは同数であり、回折光学素子 6 7の矩形状の有効領域（有効径） 6 7 aの全体に亘つてランダム配置されている。

さらに、有効領域 6 7 aにおいて隙間が発生しないように、基本回折光学素子 AA 9 0および補完回折光学素子 AA 9 0 dは所定のマージンをもって配置されている。なお、第 2実施形態についても、第 1実施形態の第 1変形例に対応する変形例が可能である。

(第 1実施形態の第 2変形例）

第 1実施形態では、 1種類の基本回折光学素子 A 9 0と 1種類の補完回折光学素子 A 9 0 dとを稠密配列することにより 2極照明用の回折光学素子 6 1を構成している。これに対し、第 1実施形態の第 2変形例では、照明均一性をさらに高めるために、 1種類の基本回折光学素子 A 9 0と 3種類の補完回折光学素子 A 9 0 d l〜A 9 0 d 3とを稠密配列することにより 2極照明用の回折光学素子 6 8 を構成している。以下、第 1実施形態との相違点に着目して、第 1実施形態の第 2変形例を説明する。

第 3 6図は、第 1実施形態の第 2変形例における 2極照明用の回折光学素子に含まれる第 1補完回折光学素子の構成を示す図である。また、第 3 7図は、第 1 実施形態の第 2変形例における 2極照明用の回折光学素子に含まれる第 3補完回折光学素子の構成を示す図である。さらに、第 3 8図は、第 1実施形態の第 2変形例における 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。また、第 3 9図は、第 1実施形態の第 2変形例における各素子のランダム配置を説明する図である。

第 1実施形態では、基本回折光学素子 A 9 0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 9 0 dが発生する光束の位相が π位相になるように設定している。換言すれば、補完回折光学素子 A 9 0 dは、基本回折光学素子 A 9 0が発生する光振幅に対して兀の位相差を持つ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 2変形例では、基本回折光学素子 A 9 0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 A 9 0 d 1〜A 9 0 d 3が発生する光束の位相が、それぞれ π / 2位相、 π位相、 3 兀/ 2位相になるように設定している。

この場合、当然に、基本回折光学素子 A 9 0は第 6図に示すパターンを有し、第 2補完回折光学素子 A 9 0 d 2は第 7図に示すパターンを有する。一方、位相差が π / 2である第 1補完回折光学素子 A 9 0 d 1を得るには、第 9図に示す断面図と第 1 3図に示す断面図との中間の位相関係を有する仮想的なリング状回折光学素子パターンを設定する。そして、第 8図や第 1 2図と同じ位置関係にある切断線 L l， L 2 , L 3 , L 4を設定し、所定の方位角成分のパターンを抜き出す。こうして、第 3 6図に示すようなパターンを有する第 1補完回折光学素子 A 90 d 1を得ることができる。

さらに具体的には、第 36図に示すパターンを作成するには、第 9図の断面パ夕一ンを両側から原点〇の側（両外側から中心側）に向かって W/ 2分だけ凹凸の周期をずらしたリング状回折光学素子 RP—と、原点 Oから外側（中心から外側）に向かって WZ2分だけ凹凸の周期をずらしたリング状回折光学素子 RP + とを使用している。すなわち、第 1補完回折光学素子 A90 d 1をパタニングする配列規則は第 1 1図に示す規則と同じであるが、同図の部分パターン F l， F 1 1， F 12についてはリング状回折光学素子 RP—に関して切断線 L 1, L 2, L 3, L 4を設定して所定の方位角成分のパターンを抜き出すが、第 1 1図の部分パターン F 2についてはリング状回折光学素子 RP +について同じ切断線によつて抜き出したパターンを Z方向に反転したパターンとして設定している。

このような設定によって部分パ夕一ン F 1と F 1 1と F 12と F 2とが不連続性なく滑らかに接続され、第 36図に示すような最終結果が得られる。また、仮想的なリング状回折光学素子の半径方向に対応する辺 Q 1Q4において、第 36 図のパターンと第 6図のパターンとを比較すると PZ4の位相差を読み取ることができ、光振幅として T / 2の位相差が得られていることがわかる。

一方、位相差が 3 πΖ2である第 3補完回折光学素子 A90 d 3を得るには、第 1補完回折光学素子 A 90 d 1の場合と同様に、リング状回折光学素子 RP— とリング状回折光学素子 RP +とを用いる。ただし、第 1補完回折光学素子 A 9 0 d 1の場合とは異なり、部分パターン F 1 , F 1 1 , F 12についてはリング状回折光学素子 RP +を用い、部分パターン F 2についてはリング状回折光学素子 RP—を用いる。

その結果、部分パターン F 1と F 1 1と F 12と F 2とが不連続性なく滑らかに接続され、第 37図に示すような最終結果が得られる。また、仮想的なリング状回折光学素子の半径方向に対応する辺 Q 1 Q4において、第 37図のパターンと第 6図のパターンとを比較すると 3 P / 4の位相差を読み取ることができ、光振幅として 3 π Z 2の位相差が得られていることがわかる。

第 1実施形態の第 2変形例では、基本回折光学素子 A 90および第 1〜第 3補完回折光学素子 A 9 0 d 1〜A 9 0 d 3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 3 8図に示すように、第 1実施形態の第 2変形例における 2極照明用の回折光学素子 6 8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 A 9 0と第 1補完回折光学素子 A 9 0 d 1と第 2補完回折光学素子 A 9 0 d 2と第 3補完回折光学素子 A 9 0 d 3とにより構成されている。各素子 A 9 0および A 9 0 d l〜A 9 0 d 3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。また、各素子 A 9 0および A 9 0 d 1〜A 9 0 d 3は互いにほぼ同数であり、回折光学素子 6 8の矩形状の有効領域（有効径） 6 8 aの全体に亘ってランダム配置されている。

各素子 A 9 0および A 9 0 d l〜A 9 0 d 3をランダム配置するには、第 3 9 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 A 9 0に対応させ、 1を第 1補完回折光学素子 A 9 0 d lに対応させ、 2を第 2補完回折光学素子 A 9 0 d 2に対応させ、 3を第 3補完回折光学素子 A 9 0 d 3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 A 9 0および A 9 0 d 1〜A 9 0 d 3のパターンを配列することにより、第 3 8図に示すような回折光学素子 6 8の構成が得られる。

以上のように、第 1実施形態の第 2変形例では、回折光学素子 6 8の作用により、規則的な干渉ノィズを格段に低減した良好な Z方向 2極照明を行うことが可能である。なお、各素子の配列方法としては、回折光学素子 6 8の有効径 6 8 a の全体に亘つてランダムである必要はなく、照明むらの許容される範囲内において規則性を一部導入した部分ランダム配置を行ってもよい。

(第 2実施形態の第 1変形例）

第 2実施形態では、 1種類の基本回折光学素子 A 0と 1種類の補完回折光学素子 AO dとを稠密配列することにより 2極照明用の回折光学素子 62を構成している。これに対し、第 2実施形態の第 1変形例では、第 1実施形態の第 2変形例と同様に、照明均一性をさらに高めるために、 1種類の基本回折光学素子 AOと 3種類の補完回折光学素子 AO d 1〜A0 d 3とを稠密配列することにより 2極照明用の回折光学素子を構成している。以下、第 2実施形態および第 1実施形態の第 2変形例との相違点に着目して、第 2実施形態の第 1変形例を説明する。第 2実施形態の第 1変形例では、第 1実施形態の第 2変形例における手法にしたがって、基本回折光学素子 AOに対して相対的に冗/ 2、 π、 3 C/2だけ位相シフトした 3つの補完回折光学素子 AO d 1、 A0 d 2、 A 0 d 3を設定することができる。この場合、いずれの素子でも発生する強度分布は同じであるが、位相のみが互いに異なる。この 4種類の素子 AOおよび AO d 1〜A0 d 3を有効径内においてほぼ同数だけランダム配置することによって構成された回折光学素子を用いることにより、規則的な干渉ノイズを格段に低減した良好な X方向 2 極照明を行うことが可能である。

また、第 2実施形態の第 1変形例においても第 1実施形態の第 2変形例と同様に、（3， 2, 1， 0) の乱数列の 0を基本回折光学素子 AOに対応させ、 1を第 1補完回折光学素子 A 0 d 1に対応させ、 2を第 2補完回折光学素子 A 0 d 2 に対応させ、 3を第 3補完回折光学素子 AO d 3に対応させて乱数表を作成する。そして、作成した乱数表にしたがって各素子 AOおよび AO d 1〜A0 d 3のパターンを配列することにより、所望の回折光学素子が得られる。なお、第 2実施形態の第 1変形例においても、回折光学素子の有効径の全体に亘つてランダム配置をする必要はなく、照明むらの許容される範囲内において規則性を一部導入した部分ランダム配置を行ってもよい。

(第 3実施形態の第 1変形例）

第 40図は、第 3実施形態の第 1変形例における 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 3実施形態では、第 1実施形態および第 2 実施形態で得られる各素子を利用して、素子 AOと A 90とで基本回折光学素子 AO 90を構成し、素子 A90 dと AO dとで基本回折光学素子 AO 90 d を構成している。

これに対し、第 3実施形態の第 1変形例では、第 4 0図に示すように、第 1実施形態の第 2変形例および第 2実施形態の第 1変形例で得られる各素子を利用して、素子 A Oと A 9 0とで基本回折光学素子 A 0— 9 0を構成し、素子 A 9 0 d 1と A O d 1とで第 1補完回折光学素子 A 0— 9 0 d 1を構成し、素子 A 0 d 2 と A 9 0 d 2とで第 2補完回折光学素子 A 0— 9 0 d 2を構成し、素子 A 9 0 d 3と A O d 3とで第 3補完回折光学素子 A 0— 9 0 d 3を構成している。

第 3実施形態とその第 1変形例との違いは、素子の位相が 2種類から 4種類になったことである。いずれのブロック素子 A 0— 9 0ぉょび八0— 9 0 (1 1〜八 0— 9 0 d 3も発生する強度分布は同じであるが、位相のみ互いに異なる。この 4種類のブロック素子 A O— 9 0および A O— 9 0 d 1〜A 0— 9 0 d 3を有効径内においてほぼ同数だけランダム配置することによって構成された回折光学素子を用いることにより、規則的な干渉ノィズを格段に低減した良好な十字型 4極照明を行うことが可能である。

各ブロック素子をランダム配置するには、（3， 2， 1 , 0 ) の乱数列の 0を基本回折光学素子 A 0— 9 0に対応させ、 1〜3を第 1〜第 3補完回折光学素子 A O— 9 0 d 1〜A 0— 9 0 d 3にそれぞれ対応させて乱数表を作成し、作成した乱数表にしたがって各プロック素子を配列することにより所望の回折光学素子が得られる。なお、各ブロック素子の配列方法としては、回折光学素子の有効径の全体に亘つてランダムである必要はなく、照明むらの許容される範囲内において規則性を一部導入した部分ランダム配置を行ってもよい。

また、 2つの素子のブロック化については、第 4 0図に示す手法に制限されることなく、多様なブロック化が可能である。具体的には、素子 A Oと、素子 A 9 0 d 1、素子 A 9 0 d 2または素子 A 9 0 d 3を組み合わせたプロック化が可能である。同様に、素子 A 9 0と、素子 A 0 d 1、素子 A 0 d 2または素子 A 0 d 3を組み合わせたブロック化が可能である。

(第 4実施形態の第 2変形例）

第 4実施形態では、第 2 6図に示すように、 1種類の基本回折光学素子 A Xと 1種類の補完回折光学素子 AX dとにより回折光学素子を構成している。これに対し、第 4実施形態の第 2変形例では、 1種類の基本回折光学素子（ブロック素子） AXと 3種類の補完回折光学素子（ブロック素子） AXd l〜AXd 3とにより回折光学素子を構成している。

第 4実施形態の第 2変形例では、第 1実施形態の第 2変形例における手法にしたがって、基本回折光学素子 AXに対して相対的に ττΖ2、 7t、 3 πΖ2だけ位相シフトした 3つの補完回折光学素子 AXd 1、 AXd 2、 AX d 3を設定することができる。この場合、いずれのブロック素子でも発生する強度分布は同じであるが、位相のみが互いに異なる。この 4種類のブロック素子 AXおよび AXd l〜AXd 3を有効径内においてほぼ同数だけランダム配置することによって構成された回折光学素子を用いることにより、規則的な干渉ノイズを格段に低減した良好な X型 4極照明を行うことが可能である。

各ブロック素子をランダム配置するには、（3， 2, 1， 0) の乱数列の 0を基本回折光学素子 A Xに対応させ、 1〜 3を第 1〜第 3補完回折光学素子 A X d l〜AXd 3にそれぞれ対応させて乱数表を作成し、作成した乱数表にしたがつて各ブロック素子を配列することにより所望の回折光学素子が得られる。なお、各プロック素子の配列方法としては、回折光学素子の有効径の全体に亘ってランダムである必要はなく、照明むらの許容される範囲内において規則性を一部導入した部分ランダム配置を行ってもよい。また、 2つの素子のブロック化については、第 27図および第 28図に示すブロック化に制限されることなく多様なプロック化が可能である。

(第 4実施形態の第 3変形例）

第 4実施形態の第 1変形例では、第 30図に示すように、 1種類の基本回折光学素子 A AXと 1種類の補完回折光学素子 A AX dとにより回折光学素子を構成している。これに対し、第 4実施形態の第 3変形例では、 1種類の基本回折光学素子（ブロック素子） A AXと 3種類の補完回折光学素子（ブロック素子） AA Xd l〜AAXd 3とにより回折光学素子を構成している。

第 4実施形態の第 3変形例では、第 1実施形態の第 2変形例における手法にしたがって、基本回折光学素子 AAXに対して相対的に 7c/2、 π、 3 π/2だけ位相シフトした 3つの補完回折光学素子 A AXd 1、 AAXd 2、 AAXd 3を設定することができる。この場合、いずれのブロック素子でも発生する強度分布は同じであるが、位相のみが互いに異なる。この 4種類のブロック素子 AAXおよび A AXd l〜AAXd 3を有効径内においてほぼ同数だけランダム配置することによつて構成された回折光学素子を用いることにより、規則的な干渉ノイズを格段に低減した良好な X型 4極照明を行うことが可能である。

各ブロック素子をランダム配置するには、（3， 2, 1, 0) の乱数列の 0を基本回折光学素子 AAXに対応させ、 1〜 3を第 1〜第 3補完回折光学素子 A A Xd l〜AAXd 3にそれぞれ対応させて乱数表を作成し、作成した乱数表にしたがって各プロック素子を配列することにより所望の回折光学素子が得られる。なお、各ブロック素子の配列方法としては、回折光学素子の有効径の全体に亘ってランダムである必要はなく、照明むらの許容される範囲内において規則性を一部導入した部分ランダム配置を行ってもよい。また、 2つの素子のブロック化については、第 29図に示すブロック化に制限されることなく多様なブロック化が可能である。

(第 5実施形態の第 1変形例）

第 41図は、第 5実施形態の第 1変形例における 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 5実施形態では、第 33図に示すように、 2種類の基本回折光学素子 AAXおよび A 0— 90と 2種類の補完回折光学素子八八（1ぉょび八0— 90 dとにより回折光学素子を構成している。

これに対し、第 5実施形態の第 1変形例では、第 4 1図に示すように、 2種類の基本回折光学素子 AAXおよび A 0— 90と 6種類の補完回折光学素子 A AX d l〜AAXd 3および A 0— 90 d 1〜A0— 90 d 3とにより回折光学素子 69を構成している。ここで、 3つの補完回折光学素子 AAXd l〜AAXd 3 は第 4実施形態の第 3変形例で得られる補完回折光学素子と同じであり、 3つの補完回折光学素子 A 0— 90 d l〜A0— 90 d 3は第 3実施形態の第 1変形例で得られる補完回折光学素子と同じである。第 5実施形態の第 1変形例では、第 4 1図に示すように、 4種類のブロック素子 A 0— 9 0および A 0— 9 0 d l〜A 0— 9 0 d 3を有効径 6 9 a内においてほぼ同数だけランダム配置するとともに、 4種類のブロック素子 A A Xおよび A A X d l〜AA X d 3を有効径 6 9 a内においてほぼ同数だけランダム配置することによって構成された回折光学素子 6 9を用いることにより、規則的な干渉ノィズを格段に低減した良好な 8極照明を行うことが可能である。

具体的には、ブロック素子 A 0— 9 0および A 0— 9 0 d 1〜A 0— 9 0 d 3 の第 1組と、ブロック素子 AA Xおよび AA X d：!〜 AA X d 3の第 2組とでは、 Z方向に沿った配列ピッチが異なる。このため、第 4 1図に示すように、組毎に列を作り、第 1組と第 2組とを X方向に沿って交互に配置している。なお、有効領域 6 9 aにおいて隙間が発生しないように、ブロック素子 A 0— 9 0および A 0— 9 0 d 1〜A 0— 9 0 d 3の第 1組は所定のマ一ジンをもって配置されている。

また、素子配列の方法としては、列方向または行方向について完全にランダムである必要はなく、照明むらの許容される範囲内において規則性を一部導入した部分ランダム配置を行ってもよい。

なお、上述の各変形例では、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。また、上述の各実施形態や各変形例では、基本回折光学素子および補完回折光学素子の内部パターンが隣接する部分パターンとの間で滑らかに接合（位相接合）された場合について説明した。しかしながら、干渉ノイズを最大限低減することを目的とした回折光学素子を実現したい場合には、第 4 2図に示すように、部分パターン F l、 F 1 1 , F 1 2 , F 2等の間で位相接合を行うことなく、隣接する部分パターンとの間で位相変化が起るようなパターンを複数種類だけ形成し、これらの素子を回折光学素子の有効径内においてランダム配置することも可能である。この場合、各部分パターン F l、 F 1 1 , F 1 2 , F 2への位相の付与についてもランダムに設定することが望ましい。

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 4 3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 4 4図は、第 4 3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 4 3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 AA P 1および AA P 2が、たとえば E B描画によって形成されている。

ブロックパターン A A P 1内には、基本回折光学素子 A 9 0および補完回折光学素子 A 9 0 dがそれぞれ 2 5 0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 A A P 1におけるランダム配列の規則については、第 1 4図に示す全乱数列のうちの一部が用いられている。同様に、ブロックパターン AA P 2内にも、基本回折光学素子 A 9 0および補完回折光学素子 A 9 0 d がそれぞれ 2 5 0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 A A P 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 AA P 2では、第 1 4 図の全乱数列のうちブロックパターン A A P 1に使用した部分とは異なる部分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 a mが描画されている。ァライメントマーク a m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 AA P 1および AA P 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） G Pが描画されている。切断用ガイドパターン G Pは、回折光学素子を所定の形状に切断するための切断線をマークするために使用される。

また、マスクには、線幅およびエッチング深さを制御するための制御用規則パターンとして、たとえばライン 'アンド 'スペースパターン L Sが形成されている。すなわち、パターン L Sは、その内部に線幅 2 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、プロックパターン A A P 1および A A P 2の露光の前後に、このパターン 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 4 4図に示す回折光学素子は、第 4 3図のマスクを用いてブロックパターン AA P 1と AA P 2とを互い違いに 4 X 1 2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つ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つのプロックパターン 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 , - · 'のように内部配列の異なる別のブロックパ夕一ンを適宜用意することが好ましい。この場合、第 1 4図の全乱数列を全て網羅するようにブロックを設定し、その全てのブロックを順次回折光学素子上に露光し、現像およびエツ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って素子 A 9 0および A 9 0 d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 4 3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 4 3図、第 4 4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 4 3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 4 4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、仮想的なリング状回折光学素子の半径方向断面の周期（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 π！〜 1 0 0 0 m x 1 0 0 0 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。

また、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ー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ー夕であるロッド ·インテグレー夕（ロッド型インテグレ一タ）を用いることもできる。第 4 5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 ·インテグレ一タを用いた場合の要部構成を概略的に示す図である。第 4 5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、第 2変倍光学系 7とロッド ·インテグレ一夕 8 1との間の光路中にィンプットレンズ 8 2を配置し、ロッド ·ィンテグレー夕 8 1とコンデンサ一光学系 9との間の光路中にリレ一レンズ 8 3を配置している。ここで、第 4 5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 4 5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 ·ィンテグレー夕 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 9 ) 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、ィンプットレンズ 8 2を介して、ロッド 'ィンテグレータ 8 1の入射面 81 aの近傍に集光する。こうして、ロッド 'インテグレー夕 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 81 bにおいて重畳された後、リレーレンズ 83およびコンデンサー光学系 9を介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク） 13を重畳的に照明する。

なお、リレ一レンズ 83およびコンデンサ一光学系 9を取り外し、ロッド 'ィンテグレー夕 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。あるいは、第 2変倍光学系 7およびインプットレンズ 82を取り外し、ロッド ' インテグレ一夕 81の入射面 81 aを回折光学素子 6 (61〜69) の射出面の近傍に設置することもできる。あるいは、第 2変倍光学系 7、インプットレンズ 82、リレ一レンズ 83およびコンデンサー光学系 9を取り外し、ロッド ·インテグレ一夕 81の入射面 81 aを回折光学素子 6 (61〜69) 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 1 3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、折り曲げミラー 3と回折光学素子 4との間の光路中に光遅延系を付設した場合について簡単に説明する。

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、部分反射ミラーを透過した一部の光束が回折光学素子 4 に入射し、部分反射ミラーで反射された残部の光束が全反射ミラーに入射する。全反射ミラーで反射された光束は、部分反射ミラーに入射し、部分反射ミラーを透過した一部の光束が回折光学素子 4に入射し、部分反射ミラーで反射された残部の光束が全反射ミラーに入射する。

こうして、光遅延系では、全反射ミラーと部分反射ミラーとの間で繰り返される多重反射により、入射ビームを順次光遅延された多数のビーム群に変換する。その結果、光遅延系の作用により、ウェハ共役面における干渉ノイズを低減することができる。なお、光遅延系のさらに詳細な構成および作用については、たとえば特開平 9一 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、上述の各実施形態および各変形例では、仮想的なリング状回折光学素子パターンとして、 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 46 A図〜第 46 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 46 A図はブレーズ型の回折光学素子をその回転中心を含む断面で切断した断面図であり、第 46 B図は多値型の回折光学素子をその回転中心を含む断面で切断した断面図であり、第 46 C図は 2値型の回折光学素子をその回転中心を含む断面で切断した断面図である。第 46 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同心円上の位置を規定するリングの半径 r_mは、次式（4) で与えられる。

r_m= Km · λ) ² + 2 · m · f · λ} ^1/2 (4)

ここで、 λは光の波長であり、 f は焦点距離であり、 mは任意の整数である。この半径 r _mで規定される同心円のゾーンプレートパターンの断面が第 46 A図に示されている。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。

d 0 = λ / ( η - 1 ) (5)

このようなブレーズ型の回折光学素子パターンを仮想的なリング状回折光学素子パターンとして、基本回折光学素子および補完回折光学素子を決定す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ターンの生成に際して、透過率が徐々に変化するグレイスケールマスクを使用することが可能である。第 46 B図を参照すると、多値型の回折光学素子の切断面は、第 46A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、各階段の境界を示すリング半径 r_kは、式（4) で示される r_mと r_m+1との範囲を各階段のステップ領域にしたがって分割することによって容易に規定することができる。第 46 B図は、 L = 8の 8値位相型フレネルゾーンプレートの場合を示している。断面における深さは、基板の屈折率を nとし、基板が配置されている気体の屈折率を 1として、次式（6) で与えられる。

d_L=A · (L- 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仮想的なリング状回折光学素子パターンとして、基本回折光学素子および補完回折光学素子を決定す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夕一ンとなる。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 46 C図を参照すると、 2値型の回折光学素子の切断面は、第 46 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 46 C図に示すように、厚さ d₂の方向について凸領域部分と凹領域部分との 2種類の段差で示される矩形状のパターンとなる。各矩形領域の境界を示すリング半径 r_mは、すでに説明した次の式（7) によって与えることができる。また、断面における深さ d₂は、基板の屈折率を nとし、基板が配置されている気体の屈折率を 1として、次式（8) で与えられる。

r_m= { (m · A)V4+m - f · λ} ^1/2 (7)

ά₂ = λ/ { 2 · (η - 1)} (8)

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を仮想的なリング状回折光学素子パターンとして、基本回折光学素子および補完回折光学素子を決定している。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。また、上述の各実施形態および各変形例では、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲に対応して取り出され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、仮想的な回転対称屈折面から所定の方位角範囲に対応して取り出された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（コーンプリズム等）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から部分パターン F 1， F 2等に対応する所定の方位角成分を切り出して、第 1 1図の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ー夕（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、仮想的なリング状回折光学素子のゾーンプレートのピッチを設定する。そして、所望の照明方式にしたがって所定の方位角範囲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、仮想的なリング状回折光学素子から所定の方位角範囲を抜き出し、抜き出した部分パターンを稠密配列（このとき必要に応じて部分パターンを分割する）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ィンテグレートした回折光学素子のパターンを設定する。

このとき、基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夕一ンを焼き付けする。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。

(第 6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、 Z方向に沿って 2つの照明分布を有する 2極状の照明分布 I L 2— 9 0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 1に含まれる基本回折光学素子 A 9 0および補完回折光学素子 A 9 0 dに対して新たな単純透過部を付加した基本回折光学素子および補完回折光学素子を採用することによって、 Z方向に沿って 3つの照明分布を有する 3極状の照明分布 I L 2— 9 0—Cを形成している。すなわち、第 6 実施形態は、光軸上にも強度分布を有する 3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 6実施形態を説明する。

第 4 9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 3極状の照野を示す図である。また、第 5 0図は、第 6実施形態において Z方向に沿つた 3極状の照野および 3極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 5 1図は、第 6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 5 2図は、第 6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 5 1図に示すように、第 6実施形態における 3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基本回折光学素子 A 9 0 _Cと補完回折光学素子 A 9 0— C dとで構成されている。基本回折光学素子 A 9 0— Cおよび補完回折光学素子 A 9 0—C 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、基本回折光学素子 A 9 0—Cと補完回折光学素子 A 9 0— C dとは同数であり、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。基本回折光学素子 A 9 0—Cは、第 5 2図に示すような 2値型の回折光学素子パターンを有する。具体的には、円弧部分の方位角範囲 Δ Φが第 1実施形態と同じ場合、基本回折光学素子 A 9 0— Cは、第 6図に示す第 1実施形態の基本回折光学素子 A 9 0と単純透過部 Cとを X方向に沿って互いに隣接させて配置したパ夕一ンを有する。同様に、補完回折光学素子 A 9 0 _C dは、第 7図に示す第 1 実施形態の補完回折光学素子 A 9 0 dと補完単純透過部 C dとを X方向に沿って互いに隣接させて配置したパターンを有する。

ここで、単純透過部 Cおよび補完単純透過部 C 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 Cおよび C 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 C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って、この平面部分は素子 A 9 0の斜線部で示した凸部分と同じ X Z面高さにある。また、補完単純透過部 C 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 C dの有効径内においてエッチングした平面部分であって、この平面部分は素子 A 9 0の空白部で示した凹部分と同じ X Z面高さにある。すなわち、素子 Cの面と素子 C dの面とは、式（1 ) で示した段差 dを有する関係にある。

素子 Cおよび C dの表面は単純平面状であるため、素子 Cまたは C 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 Cを透過した光束と補完単純透過部 C 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 C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 C dは単純透過部 C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、方位角範囲 Δ Φが第 1実施形態と異なる場合には、対応する方位角範囲 △ Φについて素子 A 9 0および A 9 0 dを形成し、これらの素子 A 9 0および A 9 0 dに素子 Cおよび C dをそれぞれ組み合わせることによって、所望の基本回折光学素子 A 9 0— Cおよび補完回折光学素子 A 9 0— C dを形成することがでさる。

以上のように、回折光学素子 1 0 0を用いる第 6実施形態では、素子 A 9 0および A 9 0 dを透過した光によって所定の方位角成分を有する円弧状の 2極成分が生成され、同時に素子 Cおよび C 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 2極成分と 1極成分との合成によって第 4 9 図に示すような 3極照明を得ることができる。

すなわち、第 6実施形態の回折光学素子 1 0 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 5 0図に示すように、 2円弧状の照明分布 I L 1— 9 0と光軸近傍の点状の照明分布 I L 1— C とが形成される。 2円弧状の照明分布 I L 1—9 0は素子 A 9 0および A 9 0 d に対応して生成される円弧状の 2極成分であり、点状の照明分布 I L 1 _Cは素子 Cおよび C dに対応して生成される 1極成分である。以下、 2円弧状の照明分布 I L 1— 9 0と点状の照明分布 I L 1— Cとを合わせて、 2円弧及び点状の照明分布 I L 1— 9 0— Cと呼ぶことにする。

こうして、第 1図の光学系において回折光学素子 6に代えて回折光学素子 1 0 0を用いる第 6実施形態では、第 1実施形態と同様に、マイクロレンズアレイ 8 の入射面において、第 4 9図に示すように、 2円弧及び点状の照明分布 I L 1— 9 0— Cと、円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d ) とのコンポリュ一シヨンからなる 3極状の照明分布 I L 2— 9 0— Cが形成される。ここで、 3極状の照明分布 I L 2 9 0 Cは、 2円弧状の照明分布 I L 1 9 0と円形状の光束 I L 0とのコンポリューシヨンによる 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と、光軸近傍の点状の照明分布 I L 1— Cと円形状の光束 I L 0とのコンポリュ一ションによる 1極状の照明分布 I L 2— Cとの合成分布である。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極状の照明分布 I L 2 _ 9 0— Cとほぼ同じ光強度分布を有する Z方向に沿った 3極状の二次光源が形成される。

また、第 6実施形態では、第 1実施形態と同様に、第 1変倍光学系 5の倍率および第 2変倍光学系 7の焦点距離を変化させることにより、 3極状の照明分布 I L 2— 9 0 _Cのうちの 2極状の照明分布 I L 2— 9 0の光軸 Oからの距離 r c 並びに 2極状の照明分布 I L 2— 9 0の幅 Wおよび 1極状の照明分布 I L 2— C の幅 Wをそれぞれ適宜変化させて、所望のパターンを露光するための最適照明条件を実現することが可能である。

なお、基本回折光学素子 A 9 0 _Cおよび補完回折光学素子 A 9 0 _C dの変形例として、第 5 3図に示すような基本回折光学素子 A 9 0— C sおよび補完回折光学素子 A 9 0— C d sを用いることも可能である。第 5 3図に示す変形例では、基本回折光学素子 A 9 0— C sは、素子 A 9 0— Cの A 9 0および Cを X軸に平行な直線によりほぼ半分に切断し、第 5 3図に示すように互い違いに入れ替えた素子である。同様に、補完回折光学素子 A 9 0— C d sは、素子 A 9 0— C (1の 9 0 dおよび C dを X軸に平行な直線によりほぼ半分に切断し、第 5 3図に示すように互い違いに入れ替えた素子である。このような配置を有する基本回折光学素子 A 9 0 _C sおよび補完回折光学素子 A 9 0一 C d sを含む回折光学素子を用いることによって、 2極状の照明分布 I L 2 _ 9 0と光軸近傍の 1極状の照明分布 I L 2— Cとの照明バランスが向上する。同様に、基本回折光学素子 A 9 0—Cおよび補完回折光学素子 A 9 0—C dの内部パターンをさらに細分化し、 2極成分に対応する A 9 0 , A 9 0 d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 C , C 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によって、 2極状の照明分布 I L 2 9 0と光軸近傍の 1極状の照明分布 I L 2— Cとの照明バランスをさらに向上させることができる。

なお、第 6実施形態では、基本回折光学素子 A 90と単純透過部 Cとが同じ面積を有し、補完回折光学素子 A 90 dと補完単純透過部 C 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。この場合、光軸上の 1極状の照明分布 I L 2 —Cに含まれる実質的な光エネルギ一は、 2極状の照明分布 I L 2— 90に含まれる実質的な光エネルギーの総和とほぼ等しくなる。

(第 7実施形態）

第 3実施形態では、回折光学素子 63の作用により、十字型 4極状の照明分布 (I L 2— 90, I L 2— 0) 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 63に含まれる基本回折光学素子 A 90, A 0および補完回折光学素子 A 90 d, AO dに対して新たな単純透過部を付加した基本回折光学素子および補完回折光学素子を採用することによって、 5つの照明分布を有する 5極状の照明分布（ I L 2— 90, I L 2— 0， I L 2— C) を形成している。すなわち、第 7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 3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 54図は、第 7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 5極状の照野を示す図である。また、第 55図は、第 7実施形態において 5極状の照野および 5極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 56図は、第 7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 57図は、第 7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 56図に示すように、第 7実施形態における 5極照明用の回折光学素子 10 1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 A 0_90一 Cと補完回折光学素子 A 0— 90— Cdとで構成されている。基本回折光学素子 A 0_ 90一 Cおよび補完回折光学素子 AO一 90一 Cdは、ともにほぼ正方形形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、基本回折光学素子 A0— 90—Cと補完回折光学素子 A 0— 90— Cdとは同数であり、回折光学素子 101の矩形状の有効領域（有効径） 101 aの全体に亘つてランダム配置されるか、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。

円弧部分の方位角範囲 Δ φが第 3実施形態と同じ場合、基本回折光学素子 A 0 — 90— Cは、第 57図に示すように、第 3実施形態の基本回折光学素子（A9 0， AO) と単純透過部 Cとを互い違いに配置したパターンを有する。同様に、補完回折光学素子 A 0— 9 O—Cdは、第 57図に示すように、第 3実施形態の補完回折光学素子 (A90 d, AO d) と補完単純透過部 Cdとを互い違いに配置したパターンを有する。ここで、第 7実施形態にかかる単純透過部 Cおよび補完単純透過部 C dは、第 6実施形態における単純透過部 Cおよび補完単純透過部 C dと同じ構成および作用を有する。

なお、方位角範囲 ΔΦが第 3実施形態と異なる場合には、対応する方位角範囲 △ Φについて素子 (A90, AO) および（A90 d， AO d) を形成し、これらの素子（A90, AO) および（A90 d, AO d) に素子 Cおよび Cdをそれぞれ組み合わせることによって、所望の基本回折光学素子 A 0— 90—Cおよび補完回折光学素子 A 0— 90— C dを形成することができる。

以上のように、回折光学素子 101を用いる第 7実施形態では、素子（A90， AO) および（A90 d, AO d) を透過した光によって所定の方位角成分を有する円弧状の 4極成分（2つの 2極成分）が生成され、同時に素子 Cおよび Cd 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 54図に示すような 5極照明を得ることができる。

すなわち、第 7実施形態の回折光学素子 1 01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 55図に示すように、 Z方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1—90と X方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1—0と光軸近傍の点状の照明分布 I L 1一 Cとが形成される _c Z方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1 90は素子 A 90および A 90 dに対応して生成される円弧状の 2極成分であり、 X方向に沿った 2円弧状の照明分布 I L 1—0は素子 A Oおよび A O dに対応して生成される円弧状の 2極成分であり、点状の照明分布 I L 1— Cは素子 Cおよび C dに対応して生成される 1極成分である。以下、 2円弧状の照明分布 I L 1— 9 0と 2円弧状の照明分布 I L 1—0と点状の照明分布 I L 1 _Cとを合わせて、 4円弧及び点状の照明分布 I L 1— 0— 9 0— Cと呼ぶことにする。

こうして、第 1図の光学系において回折光学素子 6に代えて回折光学素子 1 0 1を用いる第 7実施形態では、第 3実施形態と同様に、マイクロレンズアレイ 8 の入射面において、第 5 4図に示すように、 4円弧及び点状の照明分布 I L 1— 0— 9 0— Cと、円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d ) とのコンポリュ一ションからなる 5極状の照明分布 I L 2— 0— 9 0— Cが形成される。ここで、 5極状の照明分布 I L 2— 0— 9 0— Cは、 2円弧状の照明分布 I L 1—9 0と円形状の光束 I L 0とのコンポリューションによる 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と、 2円弧状の照明分布 I L 1—0と円形状の光束 I L 0とのコンポリュ一シヨンによる 2極状の照明分布 I L 2— 0と、光軸近傍の点状の照明分布 I L 1— Cと円形状の光束 I L 0とのコンボリュ一ションによる 1極状の照明分布 I L 2— Cとの合成分布である。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極状の照明分布 I L 2— 0— 9 0—C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。

また、第 7実施形態では、第 3実施形態と同様に、第 1変倍光学系 5の倍率および第 2変倍光学系 7の焦点距離を変化させることにより、 5極状の照明分布 I L 2 _ 0 _ 9 0—Cのうちの 2極状の照明分布 I L 2— 9 0， I L 2— 0の光軸 0からの距離 r c並びに 2極状の照明分布 I L 2— 9 0， I L 2— 0の幅 Wおよび 1極状の照明分布 I L 2 _Cの幅 Wをそれぞれ適宜変化させて、所望のパターンを露光するための最適照明条件を実現することが可能である。

なお、第 7実施形態においても第 6実施形態と同様に、基本回折光学素子 A O — 9 0 __Cおよび補完回折光学素子 A 0— 9 0— C dの内部パターンをさらに細分化し、 2極成分に対応する A 9 0 , A 9 0 d , A O , A O d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 C , C 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によって、 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と 2極状の照明分布 I L 2— 0と光軸近傍の 1極状の照明分布 I L 2一 C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、基本回折光学素子 A 9 0， A Oと単純透過部 Cとが同じ面積を有し、補完回折光学素子 A 9 0 d， A O dと補完単純透過部 C 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。この場合、光軸上の 1極状の照明分布 I L 2— Cに含まれる実質的な光エネルギーは、 2極状の照明分布 I L 2— 9 0と I L 2— 0とに含まれる実質的な光エネルギーの総和とほぼ等しくなる。

(第 8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、 X字型 4極状の照明分布 I L 2— Xを形成している。これに対し、第 8実施形態では、回折光学素子 6 4 に含まれる基本回折光学素子 A + 4 5， A— 4 5および補完回折光学素子 A + 4 5 d， A - 4 5 dに対して新たな単純透過部を付加した基本回折光学素子および補完回折光学素子を採用することによって、 5つの照明分布を有する 5極状の照明分布（I L 2— X， I L 2— C ) を形成している。すなわち、第 8実施形態も第 7実施形態と同様に、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 4実施形態との相違点に着目して、第 8実施形態を説明する。

第 5 8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 5極状の照野を示す図である。また、第 5 9図は、第 8実施形態において 5極状の照野および 5極状の二次光源が形成される原理を説明する図である。さらに、第 6 0図は、第 8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 6 1図は、第 8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 6 0図に示すように、第 8実施形態における 5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基本回折光学素子 AX—Cと補完回折光学素子 AX— C dとで構成されている。基本回折光学素子 AX_Cおよび補完回折光学素子 AX— Cdは、ともにほぼ正方形形状の外形（境界）を有し、互いにほぼ同じ大きさを有する。また、基本回折光学素子 AX_Cと補完回折光学素子 AX— Cdとは同数であり、回折光学素子 1 02の矩形状の有効領域（有効径） 102 aの全体に亘つてランダム配置されるか、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。

円弧部分の方位角範囲△ Φが第 4実施形態と同じ場合、基本回折光学素子 A X — Cは、第 6 1図に示すように、第 4実施形態の基本回折光学素子（A+45, A— 45) と単純透過部 Cとを互い違いに配置したパターンを有する。同様に、補完回折光学素子 AX— Cdは、第 61図に示すように、第 4実施形態の補完回折光学素子（A+45 d， A-45 d) と補完単純透過部 C dとを互い違いに配置したパターンを有する。ここで、第 8実施形態にかかる単純透過部 Cおよび補完単純透過部 C dは、第 6実施形態における単純透過部 Cおよび補完単純透過部 C dと同じ構成および作用を有する。

なお、方位角範囲 Δφが第 4実施形態と異なる場合には、対応する方位角範囲 Δφについて素子（A+45， A— 45) および（A + 45 d， A- 45 d) を形成し、これらの素子（A+45, A— 45) および（A+45 d, A— 45 d) に素子 Cおよび Cdをそれぞれ組み合わせることによって、所望の基本回折光学素子 AX— Cおよび補完回折光学素子 AX— C dを形成することができる。以上のように、回折光学素子 102を用いる第 8実施形態では、素子（A+4 5， A— 45) および（A+ 45 d, A- 45 d) を透過した光によって所定の方位角成分を有する円弧状の 4極成分が生成され、同時に素子 Cおよび Cd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 58図に示すような 5極照明を得ることができる。

すなわち、第 8実施形態の回折光学素子 102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 59図に示すように、 4円弧状の照明分布 I L 1—Xと光軸近傍の点状の照明分布 I L 1— Cとが形成される。 4円弧状の照明分布 I L 1— Xは素子（A + 4 5 , A— 4 5， A + 4 5 d , A - 4 5 d ) に対応して生成される円弧状の 4極成分であり、点状の照明分布 I L 1—Cは素子 Cおよび C dに対応して生成される 1極成分である。以下、 4円弧状の照明分布 I L 1— Xと点状の照明分布 I L 1— Cとを合わせて、 4円弧及び点状の照明分布 I L 1— X— Cと呼ぶことにする。

こうして、第 1図の光学系において回折光学素子 6に代えて回折光学素子 1 0 2を用いる第 8実施形態では、第 4実施形態と同様に、マイクロレンズアレイ 8 の入射面において、第 5 9図に示すように、 4円弧及び点状の照明分布 I L 1— X— Cと、円形状の光束 I L 0 (または正六角形状の光束 I L 0 d ) とのコンポリューションからなる 5極状の照明分布 I L 2— X— Cが形成される。ここで、 5極状の照明分布 I L 2— X— Cは、 4円弧状の照明分布 I L 1— Xと円形状の光束 I L 0とのコンポリューションによる 4極状の照明分布 I L 2— Xと、光軸近傍の点状の照明分布 I L 1— Cと円形状の光束 I L 0とのコンポリューションによる 1極状の照明分布 I L 2— Cとの合成分布である。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極状の照明分布 I L 2— X— C 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。

また、第 8実施形態では、第 4実施形態と同様に、第 1変倍光学系 5の倍率および第 2変倍光学系 7の焦点距離を変化させることにより、 5極状の照明分布 I L 2— X—Cのうちの 4極状の照明分布 I L 2— Xの光軸 Oからの距離 r c並びに 4極状の照明分布 I L 2 _Xの幅 Wおよび 1極状の照明分布 I L 2— Cの幅 W をそれぞれ適宜変化させて、所望のパターンを露光するための最適照明条件を実現することが可能である。

なお、第 8実施形態においても第 6実施形態および第 7実施形態と同様に、基本回折光学素子 A X—Cおよび補完回折光学素子 A X一 C 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 A X (すなわち A + 4 5， A— 4 5 ) および AX d (すなわち A + 4 5 d , A— 4 5 d ) 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 C , C 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によって、 4極状の照明分布 I L 2一と光軸近傍の 1極状の照明分布 I L 2一 Cとの照明バランスを向上させることができる。また、第 8実施形態では、基本回折光学素子 A + 4 5， A— 4 5と単純透過部 Cとが同じ面積を有し、補完回折光学素子 A + 4 5 d , A— 4 5 dと補完単純透過部 C 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。この場合、光軸上の 1極状の照明分布 I L 2一 Cに含まれる実質的な光エネルギーは、 4極状の照明分布 I L 2— Xに含まれる実質的な光エネルギーの総和とほぼ等しくなる。

また、第 5実施形態では回折光学素子 6 6の作用により 8極状の照明分布を形成しているが、この第 5実施形態に対して第 6実施形態〜第 8実施形態と同様の手法を適用することにより、 9極状の照明分布を形成することができることは明らかである。

また、上述の第 6実施形態〜第 8実施形態では、仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲に対応して取り出され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と、実質的に偏向作用のない単純透過部と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、第 1から第 5実施形態に関する変形例と同様に仮想的な回転対称屈折面から所定の方位角範囲に対応して取り出された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と、実質的に偏向作用のない単純透過部と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。

また、第 1から第 8実施形態および変形例で説明した回折光学素子の表面パ夕 —ン形状から該回折光学素子の透過光複素振幅を算出することが可能であるが、その算出結果に基づいて、回折光学素子とほぼ同様の光複素振幅を発生するように表面形状を設定した屈折光学素子を実現し、該回折光学素子の代わりに使用することも可能である。

また、上述の各実施形態および変形例では、第 8図に示すようなリング間隔が等間隔のリング状回折光学素子パターンに基づいて基本回折光学素子を構成しているが、これに限定されることなく、たとえば第 6 2図に示すようなリング間隔が非等間隔でパワーを有するリング状回折光学素子パターン（フレネルゾーンプレート：第 4 6 C図を参照）に基づいて基本回折光学素子を構成することもできる。この場合には、例えば第 3図の 2円弧状の照明分布 I L 1—9 0として、円弧線状の光強度分布ではなく、半径方向に所定の幅を有する円弧帯状の光強度分布を発生させることができる。

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、仮想的なリング状回折光学素子パターンとして、 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 5実施形態に関する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ターンを用いることが可能である。

その他にも、第 1から第 5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 6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、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき第 4 7図のフローチヤ一トを参照して説明する。

先ず、第 4 7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一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 4 8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 4 8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ー工程が実行される。この光リソグラフィ一工程によって、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、次のカラ一フィルター形成ェ程 4 0 2へ移行する。

次に、カラ一フィルター形成工程 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一フィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程 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一形成工程 4 0 2にて得られたカラーフィル夕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ターとの間に液晶を注入して、液晶パネル

(液晶セル）を製造する。

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エキシマレ一ザ一光源（または 2 4 8 n mの波長の光を供給する K r Fエキシマレ一ザ一光源）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一夕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（または屈折光学素子）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各種の複数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（または屈折光学素子）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ーンを忠実に転写することのできる本発明の露光装置および露光方法を用いて、良好なマイクロデバイスを製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲に対応して取り出され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ていることを特徵とする回折光学素子。

2 . 仮想的なリング状回折光学素子パターンから所定の方位角範囲に対応して取り出され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と、実質的に偏向作用のない単純透過部とを有する基本回折光学素子を備えていることを特徴とする回折光学素子。

3 . 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の回折光学素子において、

前記所定の方位角範囲の中心は、前記仮想的なリング状回折光学素子パ夕一ンの中心と一致していることを特徴とする回折光学素子。

4 . 請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれか 1項に記載の回折光学素子において、

前記仮想的なリング状回折光学素子パターンは、 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。

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、

前記回折光学素子は、前記基本回折光学素子を複数個備えてい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、 n種類（nは 1以上の整数）の補完回折光学素子を備え、第 i補完回折光学素子（ i = 1〜n ) は、前記基本回折光学素子が発生する光振幅に対して i番目の位相差を持った光振幅を発生するパターンを有することを特徴とする回折光学素子。

7 . 請求の範囲第 6項に記載の回折光学素子において、

前記回折光学素子は、複数の補完回折光学素子を備え、

前記 i番目の位相差はほぼ等間隔で変化していることを特徴とする回折光学素子。

8 . 請求の範囲第 7項に記載の回折光学素子において、

前記基本回折光学素子と前記第 i補完回折光学素子との前記 i番目の位相差は、ほぼ i / ( n + 1 ) 波長であることを特徴とする回折光学素子。

9 . 請求の範囲第 6項乃至第 8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、複数の前記基本回折光学素子と、複数の前記第 i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。

1 0 . 請求の範囲第 9項に記載の回折光学素子において、

前記複数の基本回折光学素子と前記複数の第 i補完回折光学素子とはすべての iについてほぼ同数であることを特徴とする回折光学素子。

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、前記複数の基本回折光学素子と前記複数の第 i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。

1 2 . 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のブロックを備え、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第 i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 3 . 請求の範囲第 1 2項に記載の回折光学素子において、

各ブ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第 i補完回折光学素子とはすべての iについてほぼ同数であることを特徴とする回折光学素子。

1 4 . 請求の範囲第 1 2項または第 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回折光学素子。

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

前記基本回折光学素子は、前記仮想的なリング状回折光学素子パターンから第 1の方位角範囲に対応して取り出され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第 1方位基本回折光学素子と、前記第 1の方位角範囲とは異なる第 2の方位角範囲に対応して前記仮想的なリング状回折光学素子パ夕一ンから取り出され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 —ンを有する第 2方位基本回折光学素子とを有することを特徴とする回折光学素子。

1 6 . 請求の範囲第 1 5項に記載の回折光学素子において、

前記第 1方位基本回折光学素子が発生する光振幅に対して i番目の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方位第 i補完回折光学素子と、前記第 2方位基本回折光学素子が発生する光振幅に対して j番目（ j = 1〜m) の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方位第 j補完回折光学素子と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項乃至第 1 6項のいずれか 1項に記載の回折光学素子において、

前記基本回折光学素子および前記補完回折光学素子は矩形形状の外形を有することを特徴とする回折光学素子。

1 8 . 仮想的な回転対称屈折面から所定の方位角範囲に対応して取り出された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ていることを特徴とする屈折光学素子。

1 9 . 仮想的な回転対称屈折面から所定の方位角範囲に対応して取り出された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と、実質的に偏向作用のない単純透過部とを有する基本屈折素子を備えていることを特徴とする屈折光学素子。

2 0 . 請求の範囲第 1 8項または第 1 9項に記載の屈折光学素子において、前記所定の方位角範囲の中心は、前記仮想的な回転対称屈折面の中心と一致していることを特徴とする屈折光学素子。

2 1 . 請求の範囲第 1 8項乃至第 2 0項のいずれか 1項に記載の屈折光学素子において、

前記屈折光学素子は、前記基本屈折素子を複数個備えていることを特徴とする屈折光学素子。

2 2 . 請求の範囲第 1 8項乃至第 2 1項のいずれか 1項に記載の屈折光学素子において、

前記基本屈折素子は、前記仮想的な回転対称屈折面から第 1の方位角範囲に対応して取り出された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夕ーンを有する第 1方位基本屈折素子と、前記第 1の方位角範囲とは異なる第 2の方位角範囲に対応して前記仮想的な回転対称屈折面から取り出された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第 2方位基本屈折素子とを有することを特徴とする屈折光学素子。

2 3 . 請求の範囲第 1 8項乃至第 2 2項のいずれか 1項に記載の屈折光学素子において、

前記基本屈折素子はともに矩形形状の外形を有することを特徴とする屈折光学素子。

2 4 . 被照射面を照明する照明光学装置において、

複数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、入射光束を所定の断面形状の光束に変換するための請求の範囲第 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または請求の範囲第 1 8項乃至第 2 3項のいずれか 1項に記載の屈折光学素子を備えていることを特徴とする照明光学装置。

2 5 . 請求の範囲第 2 4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、複数極状の照野を第 2の所定面上に形成するために前記回折光学素子または前記屈折光学素子を含む照野形成手段と、

前記第 2の所定面上に形成された前記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前記ォプティカルインテグレー夕からの光束を前記被照射面へ導くための導光光学系とを備えていることを特徴とする照明光学装置。

2 6 . 請求の範囲第 2 5項に記載の照明光学装置において、

前記角度光束形成手段は、複数の光学要素からなる光学部材を有し、

前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、前記光学部材の各光学要素に対応する要素光束の中に基本回折光学素子または補完回折光学素子または基本屈折素子が複数個含まれるように位置決めされていることを特徴とする照明光学装置。

2 7 . 請求の範囲第 2 4項乃至第 2 6項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記回折光学素子または前記屈折光学素子は、第 1の複数極状の二次光源を形成するための第 1回折光学素子または第 1屈折光学素子と、前記第 1の複数極状の二次光源とは異なる第 2の複数極状の二次光源を形成するための第 2回折光学素子または第 2屈折光学素子とを有することを特徴とする照明光学装置。

2 8 . 請求の範囲第 2 4項乃至第 2 7項のいずれか 1項に記載の照明光学装置において、

前記複数極状の二次光源は、 2極状の二次光源、 3極状の二次光源、 4極状の二次光源、 5極状の二次光源、 8極状の二次光源、または 9極状の二次光源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 4項乃至第 2 8項のいずれか 1項に記載の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたマスクのパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。

3 0 . 請求の範囲第 2 4項乃至第 2 8項のいずれか 1項に記載の照明光学装置を介してマスクを照明し、照明された前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。