WO2007072639A1

WO2007072639A1 - オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法

Info

Publication number: WO2007072639A1
Application number: PCT/JP2006/322767
Authority: WO
Inventors: Osamu Tanitsu
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2007-06-28
Also published as: TW200730876A; US20140226211A1; EP1970943A1; KR20080053500A; US8611013B2; US20100245796A1; EP1970943A4; JPWO2007072639A1; US20090002664A1

Abstract

　照明光学装置の変形照明に際して光量損失を小さく抑えることのできるオプティカルインテグレータ。本発明にかかる波面分割型のオプティカルインテグレータ（４）は、入射光に屈折作用を付与するための複数の屈折面領域（４ａ，４ｂ）と、複数の屈折面領域に対応するように設けられて入射光の進行方向を変えるための複数の偏向面領域（４ｃ，４ｄ）とを備えている。複数の屈折面領域は、第１方向（－Ｘ方向）の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第１屈折面領域（４ａ）と、第２方向（＋Ｘ方向）の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第２屈折面領域（４ｂ）とを有する。

Description

明細書

オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、オプティカルインテグレータ、照明光学装置、露光装置、およびデバイスの製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造する際に使用される露光装置の照明光学装置に好適なオプティカルインテグレータに関するものである。

背景技術

[0002] この種の典型的な露光装置にぉレ、ては、光源から射出された光束が、波面分割型のオプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズに入射し、その後側焦点面またはその近傍に多数の光源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またはその近傍に配置された開口絞りを介して制限された後、コンデンサーレンズに入射する。開口絞りは、所望の照明条件 (露光条件）に応じて、二次光源の形状または大きさを所望の形状または大きさに制限する。

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

[0004] 従来技術では、ウェハ上における照度均一性の向上を図るために、マスクを照明する照明光学装置において 2つのフライアイレンズをタンデム配置した構成、すなわちダブル'フライアイ構成が提案されている（たとえば特許文献 1を参照）。

[0005] 特許文献 1 :米国再発行特許発明第 34， 634号明細書発明が解決しょうとする課題

[0006] 近年、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）の形状を輪帯状や複数極状 (2極状、 4極状など）に設定することにより、二次光源の形状を輪帯状や複数極状に制限して、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる変形照明の技術が注目されている。ダブル'フライアイ構成の従来技術では、第 1フライアイレンズ (光源側のフライアイレンズ)の作用により、第 2フライアイレンズの入射面上に矩形状の照野が形成され、第 2フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍に同じく矩形状の二次光源が形成される。

[0007] この場合、変形照明（輪帯照明や複数極照明）を行うには、第 2フライアイレンズにより形成された比較的大きな矩形状の二次光源からの光束を輪帯状や複数極状の開口部を有する開口絞りによって制限することになる。すなわち、従来技術では、変形照明に際して二次光源からの光束の相当部分が開口絞りで遮蔽されて照明（露光 )に寄与することがなぐ開口絞りにおける光量損失に起因してマスクおよびウェハ上での照度が低下し、ひレ、ては露光装置としてのスループットも低下する。

[0008] 本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば照明光学装置の変形照明に際して光量損失を小さく抑えることのできるオプティカルインテグレータを提供することを目的とする。また、本発明は、変形照明に際して光量損失を小さく抑えることのできるオプティカルインテグレータを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することのできる照明光学装置を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の照明条件でマスクを照明する照明光学装置を用いて、所望の照明条件の下で良好な露光を行うことのできる露光装置およびデバイスの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 前記課題を解決するために、本発明の第 1形態では、波面分割型のオプティカルインテグレータにおレ、て、

入射光に屈折作用を付与するための複数の屈折面領域を備え、

前記複数の屈折面領域は、第 1方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 1屈折面領域と、前記第 1方向とは異なる第 2方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 2屈折面領域とを有することを特徴とするオプティカルインテグレータを提供する。

[0010] 本発明の第 2形態では、入射光に基づいて所定形状のファーフィールドパターンを形成する波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、

前記入射光を波面分割するための複数の波面分割領域を備え、

前記複数の波面分割領域は、第 1方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 1波面分割領域と、前記第 1方向とは異なる第 2方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 2波面分割領域とを有することを特徴とするオプティカルインテグレータを提供する。

[0011] 本発明の第 3形態では、入射光に基づいて所定形状のファーフィールドパターンを形成する波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、

入射光に屈折作用を付与するための複数の屈折面領域と、前記複数の屈折面領域に対応するように設けられて入射光の進行方向を変えるための複数の偏向面領域とを備え、

前記ファーフィールドパターンは、前記屈折面領域および前記偏向面領域を通過した光束により形成され、且つ輪帯状の領域に局在し、

前記ファーフィールドパターンを形成する光束の偏光方向は、前記輪帯状の領域の周方向に設定されることを特徴とするオプティカルインテグレータを提供する。

[0012] 本発明の第 4形態では、波面分割型のオプティカルインテグレータの製造方法において、

光透過性基板を準備する工程と、

該光透過性基板の表面に複数の波面分割領域を形成する工程とを備え、前記複数の波面分割領域を形成する工程は、

第 1方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 1波面分割領域を形成する工程と、前記第 1方向とは異なる第 2方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 2波面分割領域を形成する工程とを備えることを特徴とするオプティカルインテグレータの製造方法を提供する。

[0013] 本発明の第 5形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された第 1形態〜第 3形態のォプティカルインテグレータまたは第 4形態の製造方法で製造されたオプティカルインテグレータ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。

[0014] 本発明の第 6形態では、所定のパターンを照明するための第 5形態の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。本発明の第 7形態では、第 6形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法を提供する。発明の効果

[0015] たとえば照明光学装置の 2極照明に際して、本発明の典型的な形態にしたカォプティカルインテグレータを用いる場合、円弧状の各第 1屈折面領域を介して各第 1 偏向面領域へ導かれた光束および各第 1屈折面領域とは逆向きの円弧状の各第 2 屈折面領域を介して各第 2偏向面領域へ導かれた光束は、各第 1偏向面領域および各第 2偏向面領域の逆向きの偏向作用を受けて、輪帯状領域の一部分に対応するような円弧状の 2つの実質的な面光源からなるほぼ所望形状の 2極状の二次光源を形成する。その結果、ほぼ所望形状の二次光源力の光束は、光量損失することなぐあるいは開口絞りの開口部でわずかに光量損失するだけで被照射面へ導かれる。

[0016] したがって、本発明の照明光学装置では、変形照明に際して光量損失を小さく抑えることのできるォプティカノレインテグレータを用いて、所望の照明条件で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置では、所望の照明条件でパターンを照明する照明光学装置を用いて、良好な照明条件の下で良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを高スループットで製造することができる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明の実施形態に力かる露光装置の構成を概略的に示す図である。

[図 2]シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。

[図 3]本実施形態に力かる 2極照明用のマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す図であって、（a)は光源側から見た図であり、（b)はマスク側から見た図である。

[図 4] (a)は図 3 (a)の HA_Aに沿った断面図であり、 (b)は図 3 (a)の,線 B— Bに沿つた断面図である。

園 5]本実施形態においてシリンドリカルマイクロフライアイレンズの後側に形成される 2極状の二次光源を概略的に示す図である。

園 6]第 1変形例の 2極照明用マイクロフライアイレンズの構成および作用について説明する図である。

園 7]第 2変形例の 2極照明用マイクロフライアイレンズの構成および作用について説明する図である。

園 8]第 3変形例の 2極照明用マイクロフライアイレンズの構成および作用について説明する図である。

園 9]第 4変形例の 4極照明用マイクロフライアイレンズを光源側から見た図である。園 10]第 4変形例の 4極照明用マイクロフライアイレンズをマスク側から見た図である園 11]第 4変形例の 4極照明用マイクロフライアイレンズの断面図である。

園 12]第 4変形例の 4極照明用マイクロフライアイレンズを用いて形成される十字型 4 極状の二次光源を概略的に示す図である。

園 13]十字型の二重 4極状の二次光源および X字型の二重 4極状の二次光源を概略的に示す図である。

園 14]第 5変形例の 3極照明用マイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す図であって、（a)は光源側から見た図であり、（b)はマスク側から見た図である。

園 15]第 5変形例の 3極照明用マイクロフライアイレンズを用いて形成される 3極状の二次光源および中心極を規定する開口絞りの構成を概略的に示す図である。

園 16]第 6変形例の 5極照明用マイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す図であって、（a)は光源側から見た図であり、（b)はマスク側から見た図である。

園 17]第 6変形例の 5極照明用マイクロフライアイレンズを用いて形成される 5極状の二次光源を概略的に示す図である。

園 18]3極照明または 5極照明において中心極の円形面光源を形成する別の手法を説明する図である。

[図 19]第 7変形例の周方向偏光状態を伴う 4極照明用マイクロフライアイレンズを光源側から見た図である。

[図 20]第 7変形例の周方向偏光状態を伴う 4極照明用マイクロフライアイレンズをマスク側から見た図である。

[図 21]第 7変形例の周方向偏光状態を伴う 4極照明用マイクロフライアイレンズの断面図である。

[図 22]第 7変形例の周方向偏光状態を伴う 4極照明用マイクロフライアイレンズを用いて形成される十字型 4極状の二次光源を概略的に示す図である。

[図 23]実施形態ならびに各変形例に力かる変形照明用のマイクロフライアイレンズの製造方法に力かる実施形態について説明するフローチャートである。

[図 24]マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。

[図 25]マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである符号の説明

1 光源

3 偏光状態切換部

5 ァフォー力ノレレンズ

7 円錐アキシコン系

8 ズームレンズ

10 開口絞り

11 コンデンサー光学系

12 マスクブラインド

13 結像光学系

M マスク PL 投影光学系

W ウェハ

発明を実施するための最良の形態

[0019] 本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図 1は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図 1において、感光性基板であるウェハ Wの法線方向に沿つて Z軸を、ウェハ Wの面内におレ、て図 1の紙面に平行な方向に Y軸を、ウェハ Wの面内において図 1の紙面に垂直な方向に X軸をそれぞれ設定している。図 1を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光 (照明光)を供給するための光源 1を備えている。

[0020] 光源 1として、たとえば 193nmの波長の光を供給する ArFエキシマレーザ光源や 2 48nmの波長の光を供給する KrFエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源 1から射出された光は、整形光学系 2により所要の断面形状の光束に拡大され、光軸自動追尾部 2a〜2cを経た後、偏光状態切換部 3および複数極照明（2極照明、 4 極照明など）用のマイクロフライアイレンズ 4を介して、ァフォーカルレンズ 5に入射する。複数極照明用のマイクロフライアイレンズ 4の詳細な構成および作用については後述する。

[0021] 光軸自動追尾部は、 2軸以上の回転軸を持つ 1つ以上の光路偏向ミラー 2aと、光源 1からの光の光軸に対する角度ずれを検出するための角度ずれ検出部 2bと、当該角度ずれ検出部 2bからの出力に基づいて、角度ずれを補正するように光路偏向ミラ一 2aを回転 (傾斜)させる駆動部 2cとを備え、後述するマイクロフライアイレンズ 4に入射する光の角度ずれを所定の許容値内におさめる機能を有する。

[0022] 偏光状態切換部 3は、光源側から順に、光軸 AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する 1/4波長板 3a と、光軸 AXを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する直線偏光の偏光方向を変化させる 1/2波長板 3bと、照明光路に対して挿脱自在なデボラライザ (非偏光化素子） 3cとを備えている。偏光状態切換部 3は、デボラライザ 3cを照明光路から退避させた状態で、光源 1からの光を所望の偏光方向を有する直線偏光の光に変換してマイクロフライアイレンズ 4へ入射させる機能を有し、デボラライザ 3cを照明光路中に設定した状態で、光源 1からの光を実質的に非偏光の光に変換してマイクロフライアイレンズ 4へ入射させる機能を有する。

[0023] ァフォーカルレンズ 5は、前側レンズ群 5aの前側焦点位置とマイクロフライアイレンズ 4の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群 5bの後側焦点位置と図中破線で示す所定面 6の位置とがほぼ一致するように設定されたァフォーカル系（無焦点光学系）である。複数極照明用のマイクロフライアイレンズ 4は、後述するように、波面分割型のオプティカルインテグレータとして機能するとともに、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ァフォーカルレンズ 5の瞳面に複数極状（2極状、 4極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。

[0024] したがって、マイクロフライアイレンズ 4に入射したほぼ平行光束は、ァフォーカルレンズ 5の瞳面に複数極状の光強度分布を形成した後、複数極状の角度分布でァフォ一カルレンズ 5から射出される。ァフォーカルレンズ 5の前側レンズ群 5aと後側レンズ群 5bとの間の光路中においてその瞳面またはその近傍には、円錐アキシコン系 7が配置されてレ、る。円錐アキシコン系 7の構成および作用につレ、ては後述する。

[0025] ァフォーカルレンズ 5を介した光束は、 σ値（σ値 =照明光学装置のマスク側開口数/投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ 8を介して、シリンドリカル

2に示すように、光源側に配置された第 1フライアイ部材 9aとマスク側に配置された第 2フライアイ部材 9bとから構成されている。第 1フライアイ部材 9aの光源側の面および第 2フライアイ部材 9bの光源側の面には、 X方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群 9aaおよび 9baがそれぞれピッチ piで形成されている。

[0026] 一方、第 1フライアイ部材 9aのマスク側の面および第 2フライアイ部材 9bのマスク側の面には、 Z方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群 9abおよび 9bbがそれぞれピッチ p2 (p2 >pl)で形成されている。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の X 方向に関する屈折作用（すなわち XY平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸 A Xに沿って入射した平行光束は、第 1フライアイ部材 9aの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群 9aaによって X方向に沿ってピッチ piで波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第 2フライアイ部材 9bの光源側に形成されたシリンドリカノレレンズ群 9baのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリ

[0027] 一方、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の Z方向に関する屈折作用（すなわち YZ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸 AXに沿って入射した平行光束は、第 1フライアイ部材 9aのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群 9abによって Z 方向に沿ってピッチ _P2で波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第 2フライアィ部材 9bのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群 9bbのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の後側焦点面上に集光する。

[0028] このように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9は、シリンドリカルレンズ群が両側面に配置された第 1フライアイ部材 9aと第 2フライアイ部材 9bとにより構成されている力 X方向に piのサイズを有し Z方向に p2のサイズを有する多数の矩形状の微小屈折面が縦横に且つ稠密に一体形成されたマイクロフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9では、微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑え、たとえばエッチングカ卩ェにより一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく ί卬免ることができる。

[0029] 所定面 6の位置はズームレンズ 8の前側焦点位置の近傍に配置され、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の入射面はズームレンズ 8の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ 8は、所定面 6とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはァフォーカルレンズ 5の瞳面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。

[0030] したがって、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の入射面上には、ァフォーカルレンズ 5の瞳面と同様に、たとえば光軸 ΑΧを中心とした複数極状の照野が形成される。この複数極状の照野の全体形状は、ズームレンズ 8の焦点距離に依存して相似的に変化する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9における波面分割単位としての矩形状の微小屈折面は、マスク Μ上において形成すべき照野の形状（ひいてはゥェハ w上にぉレ、て形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状である。

[0031] シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳）には、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 AXを中心とした複数極状の実質的な面光源からなる二次光源が形成される。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り 10に入射する。

[0032] 開口絞り 10は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の後側焦点面またはその近傍に形成される複数極状の二次光源に対応した複数極状の開口部 (光透過部）を有する。開口絞り 10は、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いること力 Sできる。開口絞り 10は、後述する投影光学系 PLの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。

[0033] 開口絞り 10により制限された二次光源からの光は、コンデンサー光学系 11を介して、マスクブラインド 12を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド 12には、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の波面分割単位である矩形状の微小屈折面の形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド 12の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系 13の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスク Mを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系 13は、マスクブラインド 12の矩形状開口部の像をマスク M上に形成することになる。

[0034] マスクステージ MS上に保持されたマスク Mのパターンを透過した光束は、投影光学系 PLを介して、ウェハステージ WS上に保持されたウェハ（感光性基板) W上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系 PLの光軸 AXと直交する平面 (X Y平面）内においてウェハステージ WSを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはゥェハ Wを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハ Wの各露光領域にはマスク Mのパターンが順次露光される。 [0035] なお、複数極照明用のマイクロフライアイレンズ 4に代えて、たとえば輪帯照明用のマイクロフライアイレンズや円形照明用のマイクロフライアイレンズのように適当な特性を有するマイクロフライアイレンズを照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。マイクロフライアイレンズの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。

[0036] 円錐アキシコン系 7は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第 1プリズム部材 7aと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第 2プリズム部材 7bとから構成されている。そして、第 1 プリズム部材 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第 1プリズム部材 7aおよび第 2プリズム部材 7bのうち少なくとも一方の部材が光軸 AXに沿って移動可能に構成され、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状の屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、理解を容易にするために、輪帯状または 4極状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系 7の作用およびズームレンズ 8の作用を説明する。

[0037] ここで、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系 7は平行平面板として機能し、形成される輪帯状または 4極状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第 1プリズム部材 7aの凹円錐状屈折面と第 2プリズム部材 7bの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状または 4極状の二次光源の幅 (輪帯状の二次光源の外径と内径との差の 1Z2； 4極状の二次光源に外接する円の直径 (外径）と内接する円の直径（内径）との差の 1Z2)を一定に保ちつつ、輪帯状または 4極状の二次光源の外径 (内径）が変化する。すなわち、輪帯状または 4極状の二次光源の輪帯比（内径 Z外径)および大きさ（外径）が変化する。

[0038] ズームレンズ 8は、輪帯状または 4極状の二次光源の全体形状を相似的に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ 8の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状または 4極状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ 8の作用により、輪帯状または 4極状の二次光源の輪帯比が変化することなぐその幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系 7およびズームレンズ 8の作用により、輪帯状または 4極状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。

[0039] 図 3は、本実施形態に力かる 2極照明用のマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す図であって、（a)は光側から見た図であり、（b)はマスク側から見た図である。図 4 (a)は図 3 (a)の線 A—Aに沿った断面図であり、図 4 (b)は図 3 (a)の線 B— B に沿った断面図である。本実施形態の 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4は、たとえば蛍石（CaF ：フッ化カルシウム）により形成された単一の光学部材 (光透過部材）として構成されている。

[0040] マイクロフライアイレンズ 4の入射側（光源側）には、図 3 (a)に示すように、 X方向

(第 1方向）の向きに中央が突出した円弧状の外形形状を有する多数の第 1屈折面領域 4aと、 +X方向（第 2方向）の向きに中央が突出した円弧状の外形形状を有する多数の第 2屈折面領域 4bとが形成されている。ここで、第 1屈折面領域 4aおよび第 2 屈折面領域 4bの円弧状の外形形状は、輪帯状の領域の周方向に沿った一部分の領域の外形形状に対応している。

[0041] さらに詳細には、第 1屈折面領域 4aおよび第 2屈折面領域 4bの円弧状の外形形状は、図 5を参照して後述するように、輪帯状の領域の中心から同じ距離だけ間隔を隔てて互いに平行な 2つの線分（図 5の 20e, 20fに対応）と輪帯状の領域の内側の円（図 5の 20dに対応）と輪帯状の領域の外側の円（図 5の 20cに対応）とにより規定される円弧状の外形形状に対応している。ただし、上記 2つの線分と 2つの円とにより規定される円弧状の外形形状を忠実に各屈折面領域 4a, 4bに適用する場合、内側の円弧の曲率と外側の円弧の曲率とが僅かに異なるため、屈折面領域 4a, 4bを図 3 (a)に示すように X方向に沿って稠密配置することはできない。

[0042] 本実施形態では、構成の理解を容易にするために、各屈折面領域 4a， 4bの円弧状の外形形状は、輪帯状の領域の周方向に沿った一部分の領域の外形形状に忠実に対応するものではなぐ輪帯状の領域の一部分としての円弧状から、内側の円弧の曲率を外側の円弧の曲率に一致させて得られる円弧状の外形形状、または外側の円弧の曲率を内側の円弧の曲率に一致させて得られる円弧状の外形形状を有するものとする。ちなみに、輪帯状の領域から得られる忠実な円弧状の外形形状を各屈折面領域 4a, 4bに適用する場合、 X方向に沿って互いに隣り合う 2つの屈折面領域間の微小な三日月状の領域を、たとえばクロムのような遮光性物質で覆われた遮光領域として形成することになる。

[0043] 各屈折面領域 4a, 4bは、凸面形状 (または凹面形状)を有し、入射光に屈折作用を付与する機能を有する。一般に、各屈折面領域 4a， 4bの面形状として、たとえば球面の一部、回転対称非球面の一部、回転非対称非球面（トーリック面など）の一部などを含む様々な面形状を適用することができる。本実施形態では、説明の単純化のために、各屈折面領域 4a, 4bは、図 4 (a)および (b)に示すように、たとえば光軸 A Xに平行な各中心軸線に関して対称な球面状の凸面形状を有するものとする。

[0044] また、本実施形態では、説明の単純化のために、第 1屈折面領域 4aの球面曲率と第 2屈折面領域 4bの球面曲率とが互いに等しく且つ第 1屈折面領域 4aの外形形状と第 2屈折面領域 4bの外形形状とが互いに等しく設定されているものとする。すなわち、第 1屈折面領域 4aの外形形状と第 2屈折面領域 4bの外形形状とは、 Z方向（第 3 方向）に関して対称であり、ひいては X方向に沿って互いに逆向きである。この場合、第 1屈折面領域 4aと第 2屈折面領域 4bとは連続的に形成されることになり、第 1屈折面領域 4aと第 2屈折面領域 4bとの間において X方向に延びる境界線は実際には現れないが、図 3 (a)では図面の明瞭化のために第 1屈折面領域 4aと第 2屈折面領域 4 bとの境界線を図示している。第 1屈折面領域 4aと第 2屈折面領域 4bとが連続的に形成され、第 1屈折面領域 4aと第 2屈折面領域 4bとの間に段差がない構成では、マイク口フライアイレンズ 4を素抜けする（そのまま直進して透過する）不要光の発生を低減する（抑える）ことができる。

[0045] 一方、マイクロフライアイレンズ 4の射出側（マスク側）には、図 3 (b)に示すように、多数の第 1屈折面領域 4aに対応するように X方向に沿って稠密配置された円弧状の外形形状を有する多数の第 1偏向面領域 4cと、多数の第 2屈折面領域 4bに対応するように X方向に沿って稠密配置された円弧状の外形形状を有する多数の第 2偏向面領域 4dとが形成されている。各偏向面領域 4c， 4dは、 X方向に沿って傾斜した平面形状を有し、対応する各屈折面領域 4a， 4bを介した光の進行方向を変える機能を有する。

[0046] さらに詳細には、第 1偏向面領域 4cは、図 4 (a)に示すように、 +X方向の向きに上り勾配の平面形状、すなわち +X方向に向かってマスク側へ突出するように傾斜した平面形状を有する。一方、第 2偏向面領域 4dは、図 4 (b)に示すように、—X方向の向きに上り勾配の平面形状、すなわち一 X方向に向かってマスク側へ突出するように傾斜した平面形状を有する。換言すれば、第 1偏向面領域 4cは X方向に沿って傾いた第 1法線 4caで規定される平面形状を有し、第 2偏向面領域 4dは X方向に沿って第 1法線 4caとは逆向きに傾いた第 2法線 4daで規定される平面形状を有する。

[0047] 図 3 (b)では、構成の理解を容易にするために、各偏向面領域 4c, 4dに対して、平面形状の上り勾配方向を示すための矢印を付している。すなわち、第 1偏向面領域 4 cには +X方向の向きの矢印が付され、第 2偏向面領域 4dには X方向の向きの矢印が付されている。なお、図面の明瞭化のために、図 3ではマイクロフライアイレンズ 4を構成する多数の屈折面領域 4a, 4bおよび偏向面領域 4c, 4dの一部だけを表示している。この点は、図 3に関連する図 6 (a)、図 7 (a)、図 8 (a)ヽ図 9、図 10、図 14、図 16、図 18においても同様である。

[0048] マイクロフライアイレンズ 4は、たとえば蛍石により形成された平行平面板を、物理的に加工（マイクロマシーンニング、高温状態で金型を用レ、る加工など）することにより形成される。このとき、立方晶系に属する蛍石により形成された平行平面板は、光軸 AXに対して (すなわち各屈折面領域 4a, 4bへの入射光の進行方向に対して)結晶面 { 111 }を向けていることが好ましい。この結晶面の配置により、加工の容易性および安定性を向上させるとともに、蛍石の複屈折性の影響を良好に抑えることができる。なお、光軸 AXに対して（すなわち各屈折面 4aへの入射光の進行方向に対して)結晶面 { 100}を向ける配置であっても、蛍石の複屈折性の影響を良好に抑えることができる。

[0049] 本実施形態の 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4では、光源 1から入射した矩形状のほぼ平行光束が、多数の波面分割領域、すなわち多数の円弧状の第 1屈折面領域 (第 1波面分割領域) 4aおよび多数の円弧状の第 2屈折面領域 (第 2波面分割領域) 4bにより波面分割される。そして、各第 1屈折面領域 4aにより屈折作用を受けた光束は対応する各第 1偏向面領域 4cへ導かれ、各第 2屈折面領域 4bにより屈折作用を受けた光束は対応する各第 2偏向面領域 4dへ導かれる。

[0050] 各第 1屈折面領域 4aを介して各第 1偏向面領域 4cへ導かれた光束および各第 2 屈折面領域 4bを介して各第 2偏向面領域 4dへ導かれた光束は、ァフォーカルレンズ 5の瞳面に光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された 2極状の光強度分布を重畳的に形成する。こうして、上述したように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の入射面上には、ァフォーカルレンズ 5の瞳面と同様に、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された 2極状の照野が形成される。また、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9 の後側焦点面またはその近傍には、図 5に示すように、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された一対の実質的な面光源 20aおよび 20bからなる 2極状の二次光源が形成される。

[0051] 一対の面光源 20aおよび 20bは、光軸 AXを中心とする輪帯状領域の外側の円 20 cおよび当該輪帯状領域の内側の円 20dと、光軸 AX力同じ距離だけ間隔を隔てて互いに平行な 2つの線分 20eおよび 20fとにより規定される円弧状の外形形状を有する。ただし、本実施形態では、上述したように、輪帯状の領域から得られる忠実な円弧状の外形形状を各屈折面領域 4a, 4bに適用していないので、一対の面光源 2 Oaおよび 20bは、 2つの円 20cおよび 20dと 2つの線分 20eおよび 20fとにより規定される円弧状の外形形状とは僅かに異なる外形形状を有する。

[0052] こうして、各第 1屈折面領域 4aを介して各第 1偏向面領域 4cへ導かれた光束は、 + X方向の向きに上り勾配の平面形状を有する各第 1偏向面領域 4cの偏向作用を受けて、 2極状の二次光源のうち、一方の円弧状の面光源 20aに対応する光強度分布を重畳的に形成する。また、各第 2屈折面領域 4bを介して各第 2偏向面領域 4dへ導かれた光束は、一 X方向の向きに上り勾配の平面形状を有する各第 2偏向面領域 4d の偏向作用を受けて、 2極状の二次光源のうち、他方の円弧状の面光源 20bに対応する光強度分布を重畳的に形成する。面光源 20aにおける光強度と面光源 20bにおける光強度とをほぼ一致させるために、第 1屈折面領域 4aの数と第 2屈折面領域 4b の数とが互いにほぼ同じであることが好ましレ、。

[0053] なお、図 5では、図面の明瞭化のために、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の波面分割単位である矩形状の微小屈折面を破線で示すとともに、その数を実際よりもはるかに少なく表示している。この点は、図 5に関連する図 6 (b)、図 7 (b)、図 8 (b) 、図 12、図 13、図 15 (a)、図 17においても同様である。

[0054] 以上のように、本実施形態に力かる 2極照明用のマイクロフライアイレンズ 4は、波面分割領域として、多数の円弧状の第 1屈折面領域 4aと第 2屈折面領域 4bとを備えている。また、多数の第 1屈折面領域 4aに対応して多数の円弧状の第 1偏向面領域 4cを有し、多数の円弧状の第 2屈折面領域 4bに対応して多数の円弧状の第 2偏向面領域 4dを有する。ここで、第 1屈折面領域 4aの円弧状の外形形状と第 2屈折面領域 4bの円弧状の外形形状とは Z方向に関して対称（ひレヽては X方向に沿って互レ、に逆向き）であり、第 1屈折面領域 4aと第 2偏向面領域 4dとは X方向に沿って互いに逆向きの光束偏向作用を有する。

[0055] したがって、各第 1屈折面領域 4aを介して各第 1偏向面領域 4cへ導かれた光束および各第 2屈折面領域 4bを介して各第 2偏向面領域 4dへ導かれた光束は、各第 1 偏向面領域 4cおよび各第 2偏向面領域 4dの偏向作用を受けて、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9の後側焦点面またはその近傍に、一対の円弧状の面光源 20a および 20bからなる 2極状の二次光源を形成する。ここで、第 1面光源 20aは光軸 AX を中心とする輪帯状の領域の周方向に沿った一部分である円弧状の第 1領域に形成され、第 2面光源 20bは当該輪帯状の領域の周方向に沿った一部分であって第 1 領域と光軸 AXに関して対称な円弧状の第 2領域に形成される。

[0056] すなわち、 2極状の二次光源を構成する一対の円弧状の面光源 20aおよび 20bは、光軸 AXを中心とした円形状の照明瞳の外周縁に沿つて延び且つ光軸 AXを挟んで互いに対向する円弧状の領域を占めており、いわゆる円形状の照明瞳の外周縁に張り付く形態を有する。こうして、本実施形態の 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4は、入射光に基づいて、輪帯状の領域の周方向に沿った一部分の第 1領域と当該輪帯状の領域の周方向に沿った別の一部分の第 2領域とを有する 2極状のファーフィールドパターンを形成する機能を有する。

[0057] その結果、本実施形態では、 2極状の二次光源（20a, 20b)からの光束が開口絞り 10の 2極状の開口部でわずかに遮られるだけで、開口絞り 10における光量損失を小さく抑えることができる。なお、本実施形態では、非常に微小な波面分割面を有するマイクロフライアイレンズ 4および非常に微小な単位波面分割面を有するシリンドリカルマイクロフライアイレンズ 9によって所望形状の 2極状の光強度分布が形成されるため、場合によっては 2極状の二次光源（20a， 20b)を開口絞り 10によって制限しなくとも良い。

[0058] また、本実施形態では、 2極状の二次光源を構成する一対の円弧状の面光源 20a および 20bが円形照明瞳の外周縁に張り付く形態を有するので、たとえば照明瞳における X方向と光学的に対応する方向にピッチ方向を有するマスクパターンを、照明光学装置（1〜13)の最大開口数 (NA)に対応する高 NAの光束で照明することができ、ひレヽては高コントラストのパターン像をウェハ W上に形成することができる。

[0059] なお、高コントラストのパターン像を形成するには、 2極状の二次光源（20a, 20b) の輪帯比（すなわち図 5における内側円 20dの直径/外側円 20cの直径）を、たとえば 8/10以上に設定することが望ましい。また、高コントラストのパターン像を形成するとともに、円弧状の面光源 20a, 20bへの光束の重畳トレランスを十分に確保するには、光軸 AXから円弧状の面光源 20a, 20bを見込む角度（すなわち図 5において光軸 AXと円弧状の面光源 20aの両端とを結ぶ 2つの線分 20gと 20hとがなす角度） Θは、たとえば 35度〜 40度程度であることが好ましい。

[0060] ちなみに、波面分割機能だけを有する従来のフライアイレンズでは、フライアイレンズの波面分割面の形状と相似な矩形状 (または正六角形状など）の二次光源が形成される。このため、従来技術において高コントラストのパターン像を形成するには、矩形状の二次光源からの光束を輪帯比の大きな 2極状の開口部によって制限することが必要になり、開口絞りにおける光量損失が大きく発生してしまう。

[0061] また、本実施形態では、 2極照明用のマイクロフライアイレンズ 4が蛍石により形成された単一の光学部材（光透過部材）として構成されているので、言い換えると、蛍石により形成された単一の光学部材（光透過部材）に複数の屈折面領域 4a、 4bおよび複数の偏向面領域 4c， 4dがー体的に形成されているので、 ArFエキシマレーザ光や KrFエキシマレーザ光のような波長の短い紫外域の光（パノレス光）に対しても十分な耐久性を確保することができる。ちなみに、石英により形成された従来のフライアイレンズでは、波長の短い紫外域の光（特にパルス光）の照射エネルギに起因する損傷が発生し易十分な耐久性を確保することができない。

[0062] こうして、本実施形態の照明光学装置（1〜： 13)では、 2極照明のような変形照明に際して開口絞り 10における光量損失を小さく抑えることができ且つ波長の短い紫外域の光に対して十分な耐久性を有するマイクロフライアイレンズ (オプティカルインテグレータ） 4を用いて、所望の照明条件でマスク (被照射面） Mを安定的に照明することができる。また、本実施形態の露光装置（1〜PL)では、所望の照明条件でマスク Mを安定的に照明する照明光学装置を用いて、所望の照明条件の下で良好な露光を安定的に行うことができる。

[0063] なお、上述の実施形態では、 X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 1屈折面領域 4aおよび +X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 2屈折面領域 4bが、それぞれ X方向に沿って稠密配置されている。すなわち、第 1屈折面領域 4aの中央が突出する向きと、第 2屈折面領域 4bの中央が突出する向きとが、 1 つの直線に沿って互いに逆に設定されている。し力ながら、これに限定されることなぐ第 1屈折面領域の中央が突出する向きと第 2屈折面領域の中央が突出する向きとを、 1つの直線に沿って互いに逆に設定しない構成例も可能である。ただし、この場合、 2極状の二次光源を構成する一対の円弧状の面光源は、光軸を挟んだ対称な位置には形成されないことになる。

[0064] また、上述の実施形態では、第 1屈折面領域 4aおよび第 2屈折面領域 4bが、輪帯状領域の中心から同じ距離だけ間隔を隔てて互いに平行な 2つの線分と輪帯状領域の内側円と輪帯状領域の外側円とによりほぼ規定される平行型円弧状の外形形状を有する。し力しながら、これに限定されることなぐ輪帯状領域の中心から所定の角度をなすように径方向に延びる 2つの線分と輪帯状領域の内側円と輪帯状領域の外側円とによりほぼ規定される非平行型円弧状の外形形状を、第 1屈折面領域および第 2屈折面領域に適用する変形例においても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

[0065] 図 6は、第 1屈折面領域および第 2屈折面領域に非平行型円弧状の外形形状を適用した変形例を説明する図である。図 6 (a)を参照すると、第 1変形例の 2極照明用マイク口フライアイレンズ 41は、 _X方向の向きに中央が突出した非平行型円弧状の外形形状を有する多数の第 1屈折面領域 41aと、 +X方向の向きに中央が突出した非平行型円弧状の外形形状を有する多数の第 2屈折面領域 41bとを備えている。また、図示を省略したが、多数の第 1屈折面領域 41aに対応して多数の非平行型円弧状の第 1偏向面領域 41cを有し、多数の円弧状の第 2屈折面領域 41bに対応して多数の非平行型円弧状の第 2偏向面領域 41 dを有する。

[0066] こうして、第 1変形例のマイクロフライアイレンズ 41の作用により、図 6 (b)に示すように、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された一対の非平行型円弧状の面光源 21a および 21bからなる 2極状の二次光源が形成される。一対の面光源 21aおよび 21b は、光軸 AXを中心とする輪帯状領域の外側円 21cおよび当該輪帯状領域の内側円 21dと、光軸 AXカ径方向に延びる 2つの線分 21eおよび 21fとによりほぼ規定される円弧状の外形形状を有する。第 1変形例においても、第 1屈折面領域 41aおよび第 2屈折面領域 41bを X方向に沿って稠密配置することができるように、輪帯状領域から得られる忠実な円弧状を僅かに変形させた外形形状を第 1屈折面領域 41aおよび第 2屈折面領域 41 bに適用することが好ましレ、。

[0067] すなわち、輪帯状領域の中心力ら径方向に延びる 2つの線分（図 6 (b)の 21e, 21f に対応）と輪帯状領域の内側円（図 6 (b)の 21dに対応）と輪帯状領域の外側円（図 6 (b)の 21cに対応）とにより規定される円弧状から、内側の円弧の曲率を外側の円弧の曲率に一致させて得られる円弧状の外形形状、または外側の円弧の曲率を内側の円弧の曲率に一致させて得られる円弧状の外形形状を、第 1屈折面領域 41aおよび第 2屈折面領域 41bに適用することが好ましい。

[0068] また、上述の実施形態では、第 1屈折面領域 4aおよび第 2屈折面領域 4bが、輪帯状の領域の周方向に沿った一部分の領域に対応した円弧状の外形形状を有する。し力しながら、これに限定されることなぐ一般に所定の向きに中央が突出した弓状の外形形状を、たとえば弓状に湾曲した外形形状や弓状に折れ曲がった外形形状を、第 1屈折面領域および第 2屈折面領域の少なくとも一方に適用することもできる。具体的に、第 1屈折面領域および第 2屈折面領域に対して、図 7に示すように山形状に折れ曲がった外形形状を適用しても、図 8に示すように扁平山形状に折れ曲がった外形形状を適用しても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

[0069] 図 7 (a)を参照すると、第 2変形例の 2極照明用マイクロフライアイレンズ 42では、第 1屈折面領域 42aおよび第 2屈折面領域 42bが、山形状に折れ曲がった六角形状の外形形状を有する。したがって、第 2変形例のマイクロフライアイレンズ 42の作用により、図 7 (b)に示すように、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された一対の山形状に折れ曲がった六角形状の面光源 22aおよび 22bからなる 2極状の二次光源が形成される。

[0070] 図 8 (a)を参照すると、第 3変形例の 2極照明用マイクロフライアイレンズ 43では、第 1屈折面領域 43aおよび第 2屈折面領域 43bが、扁平山形状に折れ曲がった八角形状の外形形状を有する。したがって、第 3変形例のマイクロフライアイレンズ 43の作用により、図 8 (b)に示すように、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された一対の扁平山形状に折れ曲がった八角形状の面光源 23aおよび 23bからなる 2極状の二次光源が形成される。

[0071] 以上のように、図 3〜図 5に示す実施形態の 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4において、第 1屈折面領域や第 2屈折面領域の外形形状、数、配置などについて様々な変形例が可能である。

[0072] なお、上述の説明では、 2極照明を行う例を示している力これに限定されることなく、図 3〜図 5の実施形態に類似した構成に基づいて、 4極照明用のマイクロフライアイレンズを実現することができる。以下、図 9〜図 12を参照して、第 4変形例にかかる 4 極照明用のマイクロフライアイレンズについて説明する。図 9を参照すると、第 4変形例に力かる 4極照明用マイクロフライアイレンズ 44の入射側（光源側）には、一X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 1屈折面領域 44aと、 +X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 2屈折面領域 44bと、 +Z方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 3屈折面領域 44cと、一 Z方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 4屈折面領域 44dとが形成されている。

[0073] ここで、第 1屈折面領域 44aおよび第 2屈折面領域 44bは、図 3〜図 5に示す 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4における第 1屈折面領域 4aおよび第 2屈折面領域 4b に対応した構成を有する。また、第 3屈折面領域 44cは第 1屈折面領域 44aを図中時計回りに 90度回転して得られる構成を有し、第 4屈折面領域 44dは第 2屈折面領域 44bを図中時計回りに 90度回転して得られる構成を有する。なお、第 1屈折面領域 4 4aおよび第 2屈折面領域 44bと第 3屈折面領域 44cおよび第 4屈折面領域 44dとの間において図中ハッチングが施された領域 44eは遮光領域である。

[0074] 一方、 4極照明用マイクロフライアイレンズ 44の射出側（マスク側）には、図 10に示すように、多数の第 1屈折面領域 44aに対応するように X方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 1偏向面領域 44fと、多数の第 2屈折面領域 44bに対応するように X方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 2偏向面領域 44gと、多数の第 3屈折面領域 44cに対応するように Z方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 3偏向面領域 44hと、多数の第 4屈折面領域 44dに対応するように Z方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 4偏向面領域 44iとが形成されている。なお、第 1 偏向面領域 44fおよび第 2偏向面領域 44gと第 3偏向面領域 44hおよび第 4偏向面領域 44iとの間において図中ハッチングが施された領域 44jは遮光領域である。射出側の遮光領域 44jは、入射側の遮光領域 44eに対応するように設けられている。

[0075] ここで、図 10および図 11を参照すると、第 1偏向面領域 44fは 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4における第 1偏向面領域 4cと同様に +X方向の向きに上り勾配の平面形状を有し、第 2偏向面領域 44gは第 2偏向面領域 4dと同様に— X方向の向きに上り勾配の平面形状を有する。また、第 3偏向面領域 44hは第 1偏向面領域 44fを図中反時計回りに 90度回転して得られる構成を有し、第 4偏向面領域 44iは第 2偏向面領域 44gを図中反時計回りに 90度回転して得られる構成を有する。すなわち、第 3偏向面領域 44hは— Z方向の向きに上り勾配の平面形状を有し、第 4偏向面領域 44iは + Z方向の向きに上り勾配の平面形状を有する。

[0076] こうして、第 4変形例のマイクロフライアイレンズ 44の作用により、図 12に示すように、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された一対の円弧状の面光源 24aおよび 24b と、光軸 AXを挟んで Z方向に対称配置された一対の円弧状の面光源 24cおよび 24 dとからなる十字型 4極状の二次光源が形成される。各面光源 24a〜24dにおける光強度を互いにほぼ一致させるために、第 1屈折面領域 44aの数と第 2屈折面領域 44 bの数と第 3屈折面領域 44cの数と第 4屈折面領域 44dの数とが互いにほぼ同じであること力 S好ましレ、。

[0077] 第 4変形例では、たとえば照明瞳における X方向と光学的に対応する方向にピッチ方向を有するマスクパターンおよび照明瞳における Z方向と光学的に対応する方向にピッチ方向を有するマスクパターンを、照明光学装置（1〜： 13)の最大開口数 (NA )に対応する高 NAの光束で照明することができ、ひいては高コントラストのパターン像をウェハ W上に形成することができる。

[0078] なお、第 4変形例の 4極照明用マイクロフライアイレンズ 44において、第 1変形例〜第 3変形例に示すような他の適当な弓状の外形形状を適用することもできる。すなわち、第 4変形例において、各屈折面領域の外形形状、数、配置などについて様々な変形例が可能であり、さらには各偏向面領域の面形状などについても様々な変形例が可能である。

[0079] 具体的に、第 4変形例では、各偏向面領域 44f〜44iが、それぞれ 1種類の法線によって規定される平面形状を有する。すなわち、多数の第 1偏向面領域 44fは互いに平行な平面形状を有し、多数の第 2偏向面領域 44gは互いに平行な平面形状を有し、多数の第 3偏向面領域 44hは互いに平行な平面形状を有し、多数の第 4偏向面領域 44iは互いに平行な平面形状を有する。し力しながら、これに限定されることなく、たとえば各偏向面領域がそれぞれ 2種類の法線によって規定される平面形状を有する構成に基づいて、図 13 (a)に示すような十字型の二重 4極状の二次光源、すなわち 8極状の二次光源を形成することができる。

[0080] ただし、図 13 (b)に示すような X字型の二重 4極状の二次光源を形成するには、第 4変形例の 4極照明用マイクロフライアイレンズ 44において、各偏向面領域の平面形状をそれぞれ 2種類の法線によって規定するとともに、多数の屈折面領域および偏向面領域の配置を Y軸回りに 45度回転させる必要がある。なお、必要であれば、図 3 〜図 5の実施形態および第 1変形例〜第 3変形例においても、各偏向面領域の平面形状をそれぞれ 2種類の法線によって規定することにより、二重 2極状の二次光源（不図示）を形成することができる。

[0081] さらに、図 3〜図 5の実施形態に類似した構成に基づいて、 3極照明用のマイクロフライアイレンズを実現することができる。以下、図 14および図 15を参照して、第 5変形例に力かる 3極照明用のマイクロフライアイレンズについて説明する。図 14 (a)を参照すると、第 5変形例に力かる 3極照明用マイクロフライアイレンズ 45の入射側（光源側）には、—X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 1屈折面領域 45aと、 + X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 2屈折面領域 45bとが形成されている。また、隣り合う 2つの第 1屈折面領域 45aの間および隣り合う 2つの第 2屈折面領域 45bの間に、多数の第 3屈折面領域 45cが形成されている。

[0082] ここで、第 1屈折面領域 45aおよび第 2屈折面領域 45bは、図 3〜図 5に示す 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4における第 1屈折面領域 4aおよび第 2屈折面領域 4b に対応した構成を有する。一方、第 3屈折面領域 45cは、第 1屈折面領域 45aや第 2 屈折面領域 45bに対応する円弧状の領域を Z方向に分割（図 14では例示的に 5等分割）して得られるほぼ矩形状 (あるいは正方形に近い円弧状）の外形形状を有する。また、第 3屈折面領域 45cは、第 1屈折面領域 45aや第 2屈折面領域 45bと同様に凸面形状 (または凹面形状)を有し、入射光に屈折作用を付与する機能を有する。

[0083] 一般に、各第 3屈折面領域 45cの面形状として、第 1屈折面領域 45aや第 2屈折面領域 45bの場合と同様に、たとえば球面の一部、回転対称非球面の一部、回転非対称非球面（トーリック面など）の一部などを含む様々な面形状を適用することができる。第 5変形例では、説明の単純化のために、各第 3屈折面領域 45cは、たとえば光軸 AXに平行な各中心軸線に関して対称な球面状の凸面形状を有するものとする。

[0084] 一方、 3極照明用マイクロフライアイレンズ 45の射出側（マスク側）には、図 14 (b)に示すように、多数の第 1屈折面領域 45aに対応するように X方向に沿って配置された円弧状の多数の第 1偏向面領域 45dと、多数の第 2屈折面領域 45bに対応するように X方向に沿って配置された円弧状の多数の第 2偏向面領域 45eと、多数の第 3屈折面領域 45cに対応するように配置されたほぼ矩形状の多数の第 3偏向面領域 45f とが形成されている。

[0085] ここで、第 1偏向面領域 45dは 2極照明用マイクロフライアイレンズ 4における第 1偏向面領域 4cと同様に + X方向の向きに上り勾配の平面形状を有し、第 2偏向面領域 45eは第 2偏向面領域 4dと同様に— X方向の向きに上り勾配の平面形状を有する。一方、第 3偏向面領域 45fは、光軸 AXに垂直な（ひいては Y軸に垂直な）平面形状を有し、対応する第 3屈折面領域 45cを介して光軸 AXに平行に入射した光線の進行方向を変えることなく透過させる機能を有する。

[0086] したがって、各第 3屈折面領域 45cを介して各第 3偏向面領域 45fへ導かれたほぼ平行光束は、各第 3偏向面領域 45fにおいて偏向作用を実質的に受けることなぐ照明瞳面において光軸 AXを中心としたほぼ円形状の光強度分布を重畳的に形成する。こうして、第 5変形例のマイクロフライアイレンズ 45の作用により、図 15 (a)に示すように、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された一対の円弧状の面光源 25aおよび 25bと、光軸 AXを中心としたほぼ円形状の面光源 25cとからなる 3極状の二次光源が形成される。

[0087] なお、照明瞳面において光軸 AXを中心とした円形状の光強度分布を正確に得るには、中心極の面光源 25cに達する光または面光源 25cからの光を、図 15 (b)に示す開口絞り 10aの中心極用開口部材 10aaの円形状開口部（光透過部）により制限することが好ましい。開口絞り 10aは、一対の円弧状の面光源 25aおよび 25bに外接する円によって規定される円形状開口部を有する外側開口部材 10abを備えている。中心極用開口部材 10aaは、外側開口部材 10abから径方向に内側へ延びる 4つの弦部材 10acにより保持されている。

[0088] 同様に、図 9〜図 12の第 4変形例に類似した構成に基づいて、 5極照明用のマイク口フライアイレンズを実現することができる。以下、図 16および図 17を参照して、第 6 変形例に力かる 5極照明用のマイクロフライアイレンズについて説明する。図 16 (a) を参照すると、第 6変形例に力かる 5極照明用マイクロフライアイレンズ 46の入射側（光源側）には、 _X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 1屈折面領域 46 aと、 +X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 2屈折面領域 46bと、 +Z 方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 3屈折面領域 46cと、一 Z方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 4屈折面領域 46dとが形成されている。また、隣り合う 2つの第 1屈折面領域 46aの間、隣り合う 2つの第 2屈折面領域 46bの間、隣り合う 2つの第 3屈折面領域 46cの間、および隣り合う 2つの第 4屈折面領域 46dの間に、多数の第 5屈折面領域 46eが形成されてレ、る。

[0089] ここで、第 1屈折面領域 46a〜第 4屈折面領域 46dは、図 9〜図 12に示す 4極照明用マイクロフライアイレンズ 44における第 1屈折面領域 44a〜第 4屈折面領域 44dに対応した構成を有する。一方、第 5屈折面領域 46eは、第 1屈折面領域 46aや第 2屈折面領域 46bに対応する円弧状の領域を Z方向に分割（図 16では例示的に 5等分割）して得られるほぼ矩形状 (あるいは正方形に近い円弧状）の外形形状、または第 3屈折面領域 46cや第 4屈折面領域 46dに対応する円弧状の領域を X方向に分割（図 16では例示的に 5等分割）して得られるほぼ矩形状 (あるいは正方形に近い円弧状）の外形形状を有する。

[0090] すなわち、隣り合う 2つの第 1屈折面領域 46aの間および隣り合う 2つの第 2屈折面領域 46bの間に形成された第 5屈折面領域 46eは、第 5変形例における第 3屈折面領域 45cに対応した構成を有する。また、隣り合う 2つの第 3屈折面領域 46cの間および隣り合う 2つの第 4屈折面領域 46dの間に形成された第 5屈折面領域 46eは、第 5変形例における第 3屈折面領域 45cを図中 90度回転して得られる構成を有する。第 5屈折面領域 46eは、第 5変形例における第 3屈折面領域 45cと同様に凸面形状 ( または凹面形状)を有し、入射光に屈折作用を付与する機能を有する。なお、第 1屈折面領域 46aおよび第 2屈折面領域 46bと第 3屈折面領域 46cおよび第 4屈折面領域 46dとの間には、遮光領域 46fが設けられている。

[0091] 一方、 5極照明用マイクロフライアイレンズ 46の射出側（マスク側）には、図 16 (b)に示すように、多数の第 1屈折面領域 46aに対応するように X方向に沿って配置された円弧状の多数の第 1偏向面領域 46gと、多数の第 2屈折面領域 46bに対応するように X方向に沿って配置された円弧状の多数の第 2偏向面領域 46hと、多数の第 3屈折面領域 46cに対応するように Z方向に沿って配置された円弧状の多数の第 3偏向面領域 46iと、多数の第 4屈折面領域 46dに対応するように Z方向に沿って配置された円弧状の多数の第 4偏向面領域 46jと、多数の第 5屈折面領域 46eに対応するように配置されたほぼ矩形状の多数の第 5偏向面領域 46kと、遮光領域 46fに対応するように配置された遮光領域 46mとが形成されてレ、る。

[0092] ここで、第 1偏向面領域 46gは 4極照明用マイクロフライアイレンズ 44における第 1 偏向面領域 44fと同様に + X方向の向きに上り勾配の平面形状を有し、第 2偏向面領域 46hは第 2偏向面領域 44gと同様に X方向の向きに上り勾配の平面形状を有し、第 3偏向面領域 46iは第 3偏向面領域 44hと同様に _Z方向の向きに上り勾配の平面形状を有し、第 4偏向面領域 46jは第 4偏向面領域 44iと同様に + Z方向の向きに上り勾配の平面形状を有する。一方、第 5偏向面領域 46kは、 3極照明用マイクロフライアイレンズ 45における第 3偏向面領域 45fと同様に、光軸 AXに垂直な（ひいては Y軸に垂直な）平面形状を有し、対応する第 5屈折面領域 46eを介して光軸 AXに平行に入射した光線の進行方向を変えることなく透過させる機能を有する。

[0093] したがって、各第 5屈折面領域 46eを介して各第 5偏向面領域 46kへ導かれたほぼ平行光束は、各第 5偏向面領域 46kにおいて偏向作用を実質的に受けることなぐ照明瞳面において光軸 AXを中心としたほぼ円形状の光強度分布を重畳的に形成する。こうして、第 6変形例のマイクロフライアイレンズ 46の作用により、図 17に示すように、光軸 AXを挟んで X方向に対称配置された一対の円弧状の面光源 26aおよび 2 6bと、光軸 AXを挟んで Z方向に対称配置された一対の円弧状の面光源 26cおよび 26dと、光軸 AXを中心としたほぼ円形状の面光源 26eとからなる 5極状の二次光源が形成される。第 6変形例においても、照明瞳面において光軸 AXを中心とした円形状の光強度分布を正確に得るには、中心極の面光源 26eに達する光または面光源 2 6eからの光を、図 15 (b)に示す開口絞り 10aの中心極用開口部材 10aaの円形状開口部により制限することが好ましい。

[0094] なお、第 5変形例の 3極照明用マイクロフライアイレンズ 45および第 6変形例の 5極照明用マイクロフライアイレンズ 46において、第 1変形例〜第 3変形例に示すような他の適当な弓状の外形形状を適用することもできる。すなわち、第 5変形例において、第 3屈折面領域 45cを除く各屈折面領域の外形形状、数、配置などについて様々な変形例が可能である。また、第 6変形例において、第 5屈折面領域 46eを除く各屈折面領域の外形形状、数、配置などについて様々な変形例が可能である。

[0095] また、第 5変形例および第 6変形例では、中心極の面光源を重畳的に形成するための第 3屈折面領域 45cおよび第 5屈折面領域 46eが、他の屈折面領域と隣接する円弧状領域を分割したほぼ矩形状の外形形状を有する。しかしながら、これに限定されることなく、中心極の面光源を重畳的に形成するための中心極用屈折面領域の外形形状、数、配置などについて様々な変形例が可能である。一例として、中心極用屈折面領域の外形形状を円形に設定した構成例を図 18に示す。

[0096] 図 18の構成例では、マイクロフライアイレンズの入射側（光源側）において、隣り合う 2つの屈折面領域 51の間に、多数の円形状の中心極用屈折面領域 52が形成されている。屈折面領域 51は、第 5変形例の第 1屈折面領域 45aまたは第 2屈折面領域 45bに対応している。あるいは、屈折面領域 51は、第 6変形例の第 1屈折面領域 46a 、第 2屈折面領域 46b、第 3屈折面領域 46c、または第 4屈折面領域 46dに対応している。一方、中心極用屈折面領域 52は、屈折面領域 51に対応する円弧状の領域において互いに隣接するように並んで形成されている。なお、隣り合う 2つの屈折面領域 51間の円弧状領域において中心極用屈折面領域 52を除く領域にはハッチングが施されている力このハッチング領域 53は遮光領域である。

[0097] 中心極用屈折面領域 52は、第 5変形例の第 3屈折面領域 45cや第 6変形例の第 5 屈折面領域 46eと同様に凸面形状ほたは凹面形状)を有し、入射光に屈折作用を付与する機能を有する。具体的には、中心極用屈折面領域 52は、たとえば光軸 AX に平行な各中心軸線に関して対称な球面状の凸面形状を有する。なお、図示を省略したが、マイクロフライアイレンズの射出側（マスク側）には、多数の中心極用屈折面領域 52に対応するように多数の円形状の中心極用偏向面領域が設けられ、遮光領域 53に対応するように遮光領域が設けられている。

[0098] 中心極用偏向面領域は、第 5変形例の第 3偏向面領域 45fや第 6変形例の第 5偏向面領域 46kと同様に、光軸 AXに垂直な（ひいては Y軸に垂直な）平面形状を有し、対応する中心極用屈折面領域 52を介して光軸 AXに平行に入射した光線の進行方向を変えることなく透過させる機能を有する。したがって、各中心極用屈折面領域 52を介して各中心極用偏向面領域へ導かれたほぼ平行光束は、各中心極用偏向面領域において偏向作用を実質的に受けることなぐ照明瞳面において光軸 AXを中心とした正確に円形状の光強度分布を重畳的に形成する。したがって、この場合、図 15 (b)に示す開口絞り 10aの中心極用開口部材 10aaの円形状開口部により光束を制限する必要はない。

[0099] また、中心極用屈折面領域 52に代えて、あるいは中心極用屈折面領域 52に加えて、端部に配置された屈折面領域 51aに接する三日月状の領域に、様々な大きさを有する複数の円形状の中心極用屈折面領域 54と、残りの領域を占める遮光領域 55 とを形成する構成例も可能である。この場合も、マイクロフライアイレンズの射出側（マスク側）に、複数の中心極用屈折面領域 54に対応するように様々な大きさを有する複数の円形状の中心極用偏向面領域が設けられ、遮光領域 55に対応するように遮光領域が設けられている。

[0100] また、中心極用屈折面領域 54は光軸 AXに平行な各中心軸線に関して対称な球面状の凸面形状を有し、中心極用偏向面領域は光軸 AXに垂直な（ひいては Y軸に垂直な）平面形状を有する。ただし、各中心極用屈折面領域 54を介した光が照明瞳面において光軸 AXを中心とした円形領域に重畳されるように、各中心極用屈折面領域 54にはその外形形状の大きさに応じた屈折力が付与されている。したがって、この場合も、図 15 (b)に示す開口絞り 10aの中心極用開口部材 1 Oaaの円形状開口部により光束を制限する必要はない。

[0101] なお、上述の実施形態および各変形例では、入射側に屈折面領域を形成すると共に射出側に偏向面領域を形成したマイクロフライアイレンズを用いている力 S、入射側に偏向面領域を形成すると共に射出側に屈折面領域を形成したマイクロフライアイレンズを実現することもできる。

[0102] また、上述の実施形態および各変形例では、偏向面領域を無屈折力の平面形状に形成しているが、これに限定されることなぐ偏向面領域を実質的に屈折力を有する曲面形状、たとえば凸形状の球面または非球面、凹形状の球面または非球面などに対応する曲面形状に形成することもできる。この構成により、屈折面領域の屈折作用を分担することができる。

[0103] また、マイクロフライアイレンズ (4 ;41〜46)を物理的な加工を用いて形成する場合、加工誤差が生じると二次光源の光強度分布が所望の光強度分布とならない恐れがある力このような場合には、たとえば照明瞳面に補正フィルターを配置すれば良い。このような照明瞳面に配置される補正フィルタ一は、たとえば特開 2004— 247527 号公報に開示されている。

[0104] なお、上述の説明では、波長の短い紫外域の光に対して十分な耐久性を確保するために、上述の実施形態および各変形例に力かるマイクロフライアイレンズ (4 ; 41〜 46)を蛍石により形成している力これに限定されることなぐたとえばフッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ナトリウム、フッ化ストロンチウムのような他のフッ化物結晶材料により形成することもできる。

[0105] また、上述の実施形態および各変形例にかかるマイクロフライアイレンズ (4 ; 41〜4 6)を、たとえば水晶（Si〇 )、チタン酸バリウム（BaTiO )、三酸化チタン (Ti〇 )、酸

2 3 3 化マグネシウム（MgO)、サファイア (Al O )のような酸化物結晶材料により形成する

2 3

こともできる。さらには、上述の実施形態および各変形例にかかるマイクロフライアイレンズ (4 ;41〜46)を、石英ガラスのような光透過性の非晶質材料により形成することちできる。

[0106] また、上述の実施形態および各変形例にかかるマイクロフライアイレンズ (4 ; 41〜4 6)を、たとえば旋光性を有する光学材料やリタ一デーシヨンを有する光学材料で形成することもできる。これにより、たとえば輪帯状領域に局在する二次光源を形成しつつ、当該二次光源を通過する光束をその周方向が偏光方向となるような直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」とレ、う）に設定することができる。

[0107] 以下、図 19〜図 22を参照して、第 7変形例にかかる周方向偏光状態を伴う 4極照明用のマイクロフライアイレンズについて説明する。図 19を参照すると、第 7変形例に力かる周方向偏光状態を伴う 4極照明用のマイクロフライアイレンズ 47の入射側（光源側）には、 _X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 1屈折面領域 47a と、 +X方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 2屈折面領域 47bと、 +Z方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 3屈折面領域 47cと、 _Z方向の向きに中央が突出した円弧状の多数の第 4屈折面領域 47dとが形成されている。

[0108] ここで、第 1〜第 4屈折面領域 47a〜47dは、図 9〜図 12に示す 4極照明用のマイクロフライアイレンズ 44における第 1〜第 4屈折面領域 44a〜44dに対応した構成を有する。なお、第 1屈折面領域 47aおよび第 2屈折面領域 47bと第 3屈折面領域 47c および第 4屈折面領域 47dとの間において図中ハッチングが施された領域 47eは遮光領域である。

[0109] 一方、周方向偏光状態を伴う 4極照明用のマイクロフライアイレンズ 47の射出側 (マスク側）には、図 20に示すように、多数の第 1屈折面領域 47aに対応するように X方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 1偏向面領域 47fと、多数の第 2屈折面領域 47bに対応するように X方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 2偏向面領域 47gと、多数の第 3屈折面領域 47cに対応するように Z方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 3偏向面領域 47hと、多数の第 4屈折面領域 47dに対応するように Z方向に沿って稠密配置された円弧状の多数の第 4偏向面領域 47iとが形成されている。なお、第 1偏向面領域 47fおよび第 2偏向面領域 47gと第 3偏向面領域 47hおよび第 4偏向面領域 47iとの間において図中ハッチングが施された領域 4 7jは遮光領域である。射出側の遮光領域 47jは、入射側の遮光領域 47eに対応するように設けられている。

[0110] ここで、第 1〜第 4偏向面領域 47f〜47iは、図 9〜図 12に示す 4極照明用のマイク口フライアイレンズ 44における第 1〜第 4偏向面領域 44f〜44iに対応した構成を有する。そして、第 7変形例のマイクロフライアイレンズ 47は、旋光性を有する光学材料、たとえば水晶（SiO )で形成されている。このとき、水晶の結晶光学軸が光軸方向（

2

図では Y軸方向）とほぼ一致している。

[0111] 図 21に図示するように、第 7変形例のマイクロフライアイレンズ 47では、第 1および第 2屈折面領域 47a, 47b (第 1および第 2偏向面領域 47f, 47g)に対応する領域の光軸方向（Y軸方向）の厚み dlと、第 3および第 4屈折面領域 47c, 47d (第 3および第 4偏向面領域 47h, 47i)に対応する領域の光軸方向の厚みを d2と力 dl - ρ = θ 1 , ά2 · ρ = θ 2となるように設定する。

[0112] 但し、 ρは光学材料 (水晶）の旋光能であり、 θ 1を第 1および第 2屈折面領域 47a ， 47b (第 1および第 2偏向面領域 47f, 47g)を通過した直線偏光の偏光方向の回転角とし、 Θ 2を第 3および第 4屈折面領域 47c， 47d (第 3および第 4偏向面領域 47 h, 47i)を通過した直線偏光の偏光方向の回転角としたとき、 θ 1と Θ 2との相対的な回転角の差が 90° である。

[0113] こうして、図 22に示すように、第 7変形例のマイクロフライアイレンズ 47に Z方向に偏光方向を持つ直線偏光を入射させると、第 1および第 2屈折面領域 47a， 47b (第 1 および第 2偏向面領域 47f, 47g)を通過した光により形成される一対の円弧状の面光源 27aおよび 27bでの偏光方向を図中 Z方向に設定でき、且つ第 3および第 4屈折面領域 47c, 47d (第 3および第 4偏向面領域 47h, 47i)を通過した光により形成される一対の円弧状の面光源 27cおよび 27dでの偏光方向を図中 X方向に設定できる。すなわち、輪帯状領域に局在する二次光源 27a〜27dを周方向偏光状態で形成することができ、ひいてはウェハ Wに対して S偏光となる偏光状態で 4極照明を実現できる。

[0114] なお、第 7変形例に力かるマイクロフライアイレンズ 47を、リタ一デーシヨンを持つ光学材料を用いて形成することもできる。この場合、第 1および第 2屈折面領域 47a, 4 7b (第 1および第 2偏向面領域 47f, 47g)に対応する光路長と、第 3および第 4屈折面領域 47c, 47d (第 3および第 4偏向面領域 47h, 47i)に対応する光路長との差が 1/2波長であれば良い。

[0115] また、第 7変形例では、周方向偏光状態を伴う 4極状の二次光源を形成したが、上述の変形例のように、十字型の二重 4極状の二次光源や、 X字型の二重 4極状の二次光源、 3極状の二次光源や 5極状の二次光源を形成しても良い。さらに、各極の形状として、円弧状には限定されず、他の適当な弓状の外形形状を適用することもできる。すなわち、第 7変形例において、各屈折面領域の外形形状、数、配置や、各偏向面領域の外形形状、数、配置、各屈折面領域と各偏向面領域との光路長について様々な変形例が可能である。

[0116] 次に、図 23のフローチャートを参照して、上述の実施形態ならびに各変形例にか力る変形照明用のマイクロフライアイレンズ 4、 41〜47の製造方法にかかる実施形態について説明する。

[0117] まず、図 23のステップ 101において、上述の実施形態のように、たとえば蛍石などのフッ化物結晶材料で形成される平行平面板を準備する。なお、第 7変形例にかかるマイクロフライアイレンズを製造する場合には、旋光性を有する光学材料やリターデーシヨンを有する光学材料で形成される平行平面板を準備する。

[0118] 次のステップ 102において、蛍石製の平行平面板の結晶面方位を測定し、蛍石製の平行平面板の結晶面 { 111 }が光軸に向いてレ、るか否かを確認する。このステップ 102では、たとえばラウエ (Laue)測定を行レ、、結晶面方位を直接的に測定する手法、蛍石製の平行平面板の複屈折を測定し、既知の結晶軸方位と複屈折量との関係に基づいて、測定された複屈折力結晶軸方位を定める手法を適用することができる。なお、第 7変形例に力かるマイクロフライアイレンズを製造する場合には、旋光性を有する光学材料としての水晶の結晶光学軸が光軸に向いているか否力を確認する。

[0119] ここで、結晶面 { 111 }が光軸に向けられている、結晶光学軸が光軸に向けられているとは、光軸と結晶軸方向とのずれ角が所定の許容量以下であることを意味する。なお、この結晶面方位の測定に際しては、蛍石製の平行平面板の特定の 1点だけの測定であっても良いし、蛍石製の平行平面板において複数点の測定をしても良い。なお、蛍石製の平行平面板において異端的に結晶面方位のずれがある領域が局部的に存在する場合、その結晶面方位のずれが許容値以下であれば良い。

[0120] その後、ステップ 103において、蛍石製の平行平面板を物理的に加工（マイクロマシーンユング、高温状態で金型を用いる加工など）して、複数の偏向面、複数の屈折面または複数の屈折偏向面を蛍石製の基板または水晶製の基板上に創成する。

[0121] その後、ステップ 104において、複数の偏向面、複数の屈折面または複数の屈折偏向面を有する蛍石製の基板、すなわち変形照明用のマイクロフライアイレンズの検フィールドに形成される輪帯状または多極状の照野の外形や照度分布が所定の許容値内であるか否力を検查する。この検査に際しては、たとえば米国特許公開第 20 06Z0166142号公報に開示される技術を用いることができる。ここでは、米国特許公開第 2006Z0166142号公報を参照として援用する。

[0122] なお、所定の許容値から外れている場合には、上述したように照明瞳面に配置される補正フィルターと組み合わせて使うことになるので、輪帯状または多極状の照野の外形や照度分布を所定の許容値とするための補正フィルターの濃度分布を算出しておくことが好ましい。この補正フィルターの濃度分布に関する情報は、検査されたマイクロフライアイレンズに持たせておくことが好ましい。ここで、補正フィルターの濃度分布に関する情報を変形照明用マイクロフライアイレンズに持たせる手法としては、変形照明用マイクロフライアイレンズの基板に情報を刻印する、後述する変形照明用マイク口フライアイレンズを保持する保持部材にたとえば無線タグを設けて当該無線タグに記憶させる等の手法や、マイクロフライアイレンズが組み込まれる照明光学装置、あるいは露光装置の製造工場内の工程管理用のコンピュータに、検査されたマイク口フライアイレンズの製造番号毎の補正フィルターの情報を対応表の形で記憶させる手法などが適用できる。

[0123] その後、ステップ 105において、検査されたマイクロフライアイレンズを保持部材に組み込む。上述の実施形態に従えば、変形照明に際して開口絞り 10における光量損失を小さく抑えることができ且つ波長の短い紫外域の光に対して十分な耐久性を有するマイクロフライアイレンズを製造することができる。

[0124] 上述の実施形態に力かる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程)ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例にっき図 24のフローチャートを参照して説明する。

[0125] 先ず、図 24のステップ 301において、 1ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ 302において、その 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 303において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ 304において、その 1ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ 305において、その 1ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。

[0126] また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン

(回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図 25のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図 25において、パターン形成工程 401では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程 402へ移行する。

[0127] 次に、カラーフィルター形成工程 402では、 R (Red)、 G (Green)、 B (Blue)に対応した 3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、または R、 G、 Bの 3本のストライブのフィルターの組を複数水平走査線方向に配歹 IJしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程 402の後に、セル組み立て工程 403が実行される。セル組み立て工程 403では、パターン形成工程 401にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程 402にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル (液晶セル）を組み立てる。

[0128] セル組み立て工程 403では、例えば、パターン形成工程 401にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程 402にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル (液晶セル)を製造する。その後、モジュール組み立て工程 404にて、組み立てられた液晶パネル (液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

[0129] なお、上述の実施形態では、露光光として ArFエキシマレーザ光（波長： 193nm) や KrFエキシマレーザ光（波長： 248nm)を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長 157nmのレーザ光を供給する Fレーザ光

2 源などに対して本発明を適用することもできる。

[0130] また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクまたはウェハを照明する照明光学装置に対して本発明を適用している力これに限定されることなぐマスクまたはウェハ以外の被照射面を照明する一般的な照明光学装置に対して本発明を適用することあでさる。

Claims

請求の範囲

[1] 波面分割型のオプティカルインテグレータにおいて、

前記複数の屈折面領域は、第 1方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 1屈折面領域と、前記第 1方向とは異なる第 2方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 2屈折面領域とを有することを特徴とするォプティカノレインテグレータ。

[2] 前記第 1方向と前記第 2方向とは互いに逆向きであることを特徴とする請求項 1に記載のオプティカルインテグレータ。

[3] 前記第 1屈折面領域と前記第 2屈折面領域とは連続して形成されていることを特徴とする請求項 1または 2に記載のオプティカルインテグレータ。

[4] 前記複数の第 1屈折面領域の外形形状と前記複数の第 2屈折面領域の外形形状とは、前記第 1方向と直交する第 3方向に関してほぼ対称であることを特徴とする請求項 1乃至 3のいずれ力 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[5] 前記複数の第 1屈折面領域および前記複数の第 2屈折面領域の少なくとも一方は、弓状に湾曲した外形形状を有することを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれ力 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[6] 前記弓状に湾曲した外形形状は、輪帯状の領域の周方向に沿った一部分の領域の外形形状に対応していることを特徴とする請求項 5に記載のオプティカルインテグレ

' ~タ

[7] 前記複数の第 1屈折面領域および前記複数の第 2屈折面領域の少なくとも一方は、弓状に折れ曲がった外形形状を有することを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれ力 1 項に記載のオプティカルインテグレータ。

[8] 前記複数の第 1屈折面領域の数と前記複数の第 2屈折面領域の数とは互いにほぼ同じであることを特徴とする請求項 1乃至 7のいずれか 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[9] 前記複数の屈折面領域は、前記第 1方向と直交する第 3方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 3屈折面領域と、前記第 3方向とは逆向きの第 4方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 4屈折面領域とをさらに有することを特徴とする請求項 1乃至 8のいずれ力 1項に記載のォプティカノレインテグレータ。

[10] 前記複数の第 3屈折面領域の外形形状と前記複数の第 4屈折面領域の外形形状とは、前記第 1方向に関してほぼ対称であることを特徴とする請求項 9に記載のォプテイカルインテグレータ。

[11] 前記複数の第 3屈折面領域および前記複数の第 4屈折面領域の少なくとも一方は、弓状に湾曲した外形形状を有することを特徴とする請求項 9または 10に記載のォプティカノレインテグレータ。

[12] 前記弓状に湾曲した外形形状は、輪帯状の領域の周方向に沿った一部分の領域の外形形状に対応していることを特徴とする請求項 11に記載のオプティカルインテグレータ。

[13] 前記複数の第 3屈折面領域および前記複数の第 4屈折面領域の少なくとも一方は、弓状に折れ曲がった外形形状を有することを特徴とする請求項 9または 10に記載のオプティカルインテグレータ。

[14] 前記複数の第 3屈折面領域の数と前記複数の第 4屈折面領域の数とは互いにほぼ同じであることを特徴とする請求項 9乃至 13のいずれか 1項に記載のオプティカルィンテグレータ。

[15] 前記複数の屈折面領域に対応するように設けられて入射光の進行方向を変えるための複数の偏向面領域を備え、

前記複数の偏向面領域は、前記複数の第 3屈折面領域に対応して前記第 3方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 3偏向面領域と、前記複数の第 4屈折面領域に対応して前記第 4方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 4偏向面領域とをさらに有し、

前記複数の第 3偏向面領域は前記第 3方向に沿って傾いた第 3法線で規定される平面形状を有し、前記複数の第 4偏向面領域は前記第 4方向に沿って前記第 3法線とは逆向きに傾いた第 4法線で規定される平面形状をさらに有することを特徴とする請求項 11乃至 15のいずれか 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[16] 前記複数の屈折面領域に対応するように設けられて入射光の進行方向を変えるための複数の偏向面領域を備えていることを特徴とする請求項 1乃至 14のいずれ力 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[17] 前記複数の屈折面領域は、単一の光学部材の入射側に形成され、

前記複数の偏向面領域は、前記単一の光学部材の射出側に形成されて、前記複数の屈折面領域を介した光の進行方向を変えることを特徴とする請求項 16に記載のオプティカルインテグレータ。

[18] 前記複数の偏向面領域は、前記複数の第 1屈折面領域に対応して前記第 1方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 1偏向面領域と、前記複数の第 2屈折面領域に対応して前記第 2方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 2偏向面領域とを有し、

前記複数の第 1偏向面領域は前記第 1方向に沿って傾いた第 1法線で規定される平面形状を有し、前記複数の第 2偏向面領域は前記第 2方向に沿って前記第 1法線とは逆向きに傾いた第 2法線で規定される平面形状を有することを特徴とする請求項

16または 17に記載のオプティカルインテグレータ。

[19] 前記複数の屈折面領域は、前記弓状の外形形状とは実質的に異なる外形形状を有する複数の第 5屈折面領域をさらに有し、

前記複数の偏向面領域は、前記複数の第 5屈折面領域に対応した外形形状を有し且つ前記第 1方向とほぼ平行な平面形状を有する複数の第 5偏向面領域をさらに有することを特徴とする請求項 16乃至 18のいずれ力 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[20] 前記複数の偏向面領域は、単一の光学部材の入射側に形成されて入射光の進行方向を変え、

前記複数の屈折面領域は、前記複数の偏向面領域に対応するように前記単一の光学部材の射出側に形成されていることを特徴とする請求項 16に記載のォプティカノレインテグレータ。

[21] 前記複数の屈折面領域の各々は、凸面形状または凹面形状を有することを特徴とする請求項 1乃至 20のいずれか 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[22] 前記複数の屈折面領域は単一の光学部材上に形成され、

前記単一の光学部材は、フッ化物結晶材料により形成されていることを特徴とする請求項 1乃至 21のいずれ力 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[23] 前記オプティカルインテグレータは、フッ化物結晶材料により形成された平行平面板をカ卩ェすることにより形成されていることを特徴とする請求項 1乃至 22のいずれか 1 項に記載のオプティカルインテグレータ。

[24] 前記複数の屈折面領域は単一の光学部材上に形成され、

前記単一の光学部材は、立方晶系のフッ化物結晶材料により形成され、前記入射光の進行方向に対して結晶面 { 111 }を向けていることを特徴とする請求項 1乃至 23 のいずれ力 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[25] 前記オプティカルインテグレータは、旋光性を有する光学材料により形成されることを特徴とする請求項 1乃至 21のいずれか 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[26] 前記光学材料は水晶であり、該水晶の結晶光学軸が前記入射光の進行方向に対して一致していることを特徴とする請求項 25に記載のオプティカルインテグレータ。

[27] 入射光に基づいて所定形状のファーフィールドパターンを形成する波面分割型のォプティカルインテグレータにおいて、

前記複数の波面分割領域は、第 1方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 1波面分割領域と、前記第 1方向とは異なる第 2方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 2波面分割領域とを有することを特徴とするオプティカルインテグレータ。

[28] 前記所定形状のファーフィールドパターンは、輪帯状の領域の周方向に沿った一部分の第 1領域と、前記輪帯状の領域の周方向に沿った別の一部分の第 2領域とを有することを特徴とする請求項 27に記載のォプティカノレインテグレータ。

[29] 前記所定形状のファーフィールドパターンは、前記輪帯状の領域の周方向に沿った偏光方向を持つ光により形成されることを特徴とする請求項 28に記載のォプティカノレインテグレータ。

[30] 前記オプティカルインテグレータは、旋光性を有する光学材料により形成されることを特徴とする請求項 27乃至 29のいずれか 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[31] 前記光学材料は水晶であり、該水晶の結晶光学軸が前記入射光の進行方向に対して一致していることを特徴とする請求項 30に記載のオプティカルインテグレータ。

[32] 前記複数の波面分割領域に対応するように設けられて入射光の進行方向を変えるための複数の偏向面領域を備えていることを特徴とする請求項 27乃至 31のいずれ力 1項に記載のオプティカルインテグレータ。

[33] 入射光に基づいて所定形状のファーフィールドパターンを形成する波面分割型のォプティカルインテグレータにおいて、

前記ファーフィールドパターンを形成する光束の偏光方向は、前記輪帯状の領域の周方向に設定されることを特徴とするオプティカルインテグレータ。

[34] 波面分割型のオプティカルインテグレータの製造方法にぉレ、て、

光透過性基板を準備する工程と、

第 1方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 1波面分割領域を形成する工程と、前記第 1方向とは異なる第 2方向の向きに中央が突出した弓状の外形形状を有する複数の第 2波面分割領域を形成する工程とを備えることを特徴とする製造方法。

[35] 前記複数の波面分割領域を形成する工程は、入射光に屈折作用を付与するための複数の屈折面領域を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項 34に記載の製造方法。

[36] 前記光透過性基板の前記表面とは異なる別の表面に、入射光の進行方向を変えるための複数の偏向面領域を前記複数の屈折面領域に対応するように形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項 35に記載の製造方法。

[37] 請求項 34乃至 36のいずれ力 1項に記載の製造方法により製造されることを特徴とするオプティカルインテグレータ。

[38] 光源力の光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、

前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された請求項 1乃至 33および 37 のいずれか 1項に記載のオプティカルインテグレータを備えていることを特徴とする照明光学装置。

[39] 前記オプティカルインテグレータからの光束の光路中に配置された第 2オプティカルインテグレータと、該第 2オプティカルインテグレータからの光を前記被照射面へ重畳的に導くための導光光学系とをさらに備えていることを特徴とする請求項 38に記載の照明光学装置。

[40] 前記光源は、ほぼ平行光束を供給することを特徴とする請求項 38または 39に記載の照明光学装置。

[41] 所定のパターンを照明するための請求項 38乃至 40のいずれ力 1項に記載の照明光学装置を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。

[42] 請求項 41に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、

前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法。