(57)【要約】【課題】  例えば４極状の瞳強度分布において一方の２極状の領域と他方の２極状の領域との間の光強度のバランスを調整することのできる照明光学系。【解決手段】  光源（ＬＳ）からの光により被照射面（Ｗ；Ｗ）を照明する照明光学系（１〜７）は、光束変換素子（２）と、光束変換素子を介した光に基づいて照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系（３，４）とを備えている。光束変換素子は、入射した各光束に基づいて互いに異なる光強度分布の光束を遠視野領域に形成する複数種類の単位領域を備え、複数種類の単位領域は、光束変換素子に対する入射光束の位置の変化に応じて光領域の外形形状が変化することなく光領域の光強度分布が変化するように配列されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
第１光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第１単位領域と、
前記第１光強度分布とは異なる第２光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第２単位領域とを備え、
前記複数の第１単位領域の間には、少なくとも１つの前記第２単位領域が位置することを特徴とする光束変換素子。
【請求項２】
前記複数の前記第２単位領域の間には、少なくとも１つの前記第１単位領域が位置することを特徴とする請求項１に記載の光束変換素子。
【請求項３】
前記第１および第２単位領域は、前記光領域と同じ外形形状の光束を前記遠視野領域に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光束変換素子。
【請求項４】
前記第１および第２単位領域は、前記遠視野領域において第１方向に間隔を隔てた第１の対の光束と前記第１方向と直交する第２方向に間隔を隔てた第２の対の光束とを有する４極状の光束を形成することを特徴とする請求項３に記載の光束変換素子。
【請求項５】
前記第１の対の光束は互いに同じ強度を有し、前記第２の対の光束は互いに同じ強度を有することを特徴とする請求項４に記載の光束変換素子。
【請求項６】
前記第１および第２単位領域は、前記第１の対の光束と前記第２の対の光束との強度差が互いに異なる４極状の光束を形成することを特徴とする請求項５に記載の光束変換素子。
【請求項７】
前記第１および第２単位領域は、前記強度差に応じて配列されていることを特徴とする請求項６に記載の光束変換素子。
【請求項８】
前記第１および第２光強度分布とは異なる第３光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第３単位領域をさらに備え、
前記第１乃至第３単位領域は、前記強度差が単調に変化する順に配列されていることを特徴とする請求項７に記載の光束変換素子。
【請求項９】
前記複数の第１単位領域は、前記光領域の一部と同じ第１外形形状の光束を前記遠視野領域に形成し、前記複数の第２単位領域は、前記光領域の別の一部と同じ第２外形形状の光束を前記遠視野領域に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光束変換素子。
【請求項１０】
前記複数の第１単位領域は前記遠視野領域において第１方向に間隔を隔てた第１の対の光束を形成し、前記複数の第２単位領域は前記遠視野領域において前記第１方向と直交する第２方向に間隔を隔てた第２の対の光束を形成することを特徴とする請求項９に記載の光束変換素子。
【請求項１１】
前記複数の第１単位領域および前記複数の第２単位領域は、前記第１の対の光束の一方と他方との強度差および前記第２の対の光束の一方と他方との強度差に応じて配列されていることを特徴とする請求項１０に記載の光束変換素子。
【請求項１２】
前記複数の第１単位領域は前記第１の対の光束の一方と他方との強度差が単調に変化する順に配列され、前記複数の第２単位領域は前記第２の対の光束の一方と他方との強度差が単調に変化する順に配列されていることを特徴とする請求項１１に記載の光束変換素子。
【請求項１３】
前記光領域の残部と同じ第３外形形状の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第３単位領域を備えていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の光束変換素子。
【請求項１４】
前記第１外形形状の光束と前記第２外形形状の光束とは前記遠視野領域において一部重畳することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の光束変換素子。
【請求項１５】
前記第１および第２単位領域は、前記光領域とは異なる外形形状の光束を前記遠視野領域に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光束変換素子。
【請求項１６】
入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
入射した各光束に基づいて互いに異なる光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数種類の単位領域を備え、
前記複数種類の単位領域は、前記光束変換素子に対する前記入射光束の位置の変化に応じて前記光領域の前記外形形状が変化することなく前記光領域の光強度分布が変化するように配列されていることを特徴とする光束変換素子。
【請求項１７】
前記単位領域は、前記光束変換素子の表面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光束変換素子。
【請求項１８】
前記単位領域は、回折光学面を有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光束変換素子。
【請求項１９】
前記単位領域は、屈折光学面を有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光束変換素子。
【請求項２０】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光束変換素子と、
前記光束変換素子を介した光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項２１】
前記分布形成光学系は、オプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータと前記光束変換素子との間の光路中に配置された集光光学系とを有することを特徴とする請求項２０に記載の照明光学系。
【請求項２２】
前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項２０または２１に記載の照明光学系。
【請求項２３】
前記照明瞳に形成される光強度分布を前記照明瞳または前記照明瞳と光学的に共役な面で計測する瞳分布計測部と、前記瞳分布計測部による計測結果に基づいて前記光束変換素子と前記入射光束との相対的な位置を制御する制御部とをさらに備えていることを特徴とする請求項２０乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学系。
【請求項２４】
前記制御部は、前記照明光学系の光軸を横切る方向に前記光束変換素子を移動させることを特徴とする請求項２３に記載の照明光学系。
【請求項２５】
前記制御部は、前記光束変換素子に入射する前記入射光束の位置を移動させることを特徴とする請求項２３または２４に記載の照明光学系。
【請求項２６】
所定のパターンを照明するための請求項２０乃至２５のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、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。
【請求項２７】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項２６に記載の露光装置。
【請求項２８】
前記瞳分布計測部は、前記投影光学系を介した光に基づいて前記投影光学系の瞳面における瞳強度分布を計測し、
前記制御部は、前記瞳強度分布を所要の分布に調整するために、前記瞳分布計測部の計測結果に基づいて前記光束変換素子に対する前記入射光束の位置を制御することを特徴とする請求項２７に記載の露光装置。
【請求項２９】
請求項２６乃至２８のいずれか１項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、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光束変換素子、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。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ための露光装置に好適な照明光学系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おいては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。
【０００３】
二次光源からの光束は、コンデンサーレンズにより集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは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、回折光学素子に対する入射光束の位置を制御することにより輪帯照明や複数極照明（２極照明、４極照明など）のような変形照明を行う照明光学系が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された照明光学系では、例えば４極状の瞳強度分布を形成して４極照明を行う際に、回折光学素子に対する入射光束の位置が所望の位置から位置ずれすると、４極状の瞳強度分布において光軸を挟んで第１の方向に間隔を隔てた２極状の領域の光強度と第２の方向に間隔を隔てた２極状の領域の光強度との差が大きく発生し易い。その結果、この照明光学系を露光装置に適用した場合、一方の２極状の領域と他方の２極状の領域との間の光強度のアンバランスに起因して、マスクのパターンが感光性基板上の所望の位置に所望の線幅で形成されない恐れがある。
【０００７】
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４極状の瞳強度分布における一方の２極状の領域と他方の２極状の領域との間の光強度のバランスを調整することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、例えば４極状の瞳強度分布における一方の２極状の領域と他方の２極状の領域との間の光強度のバランスを調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
第１光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第１単位領域と、
前記第１光強度分布とは異なる第２光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数の第２単位領域とを備え、
前記複数の第１単位領域の間には、少なくとも１つの前記第２単位領域が位置することを特徴とする光束変換素子を提供する。
【０００９】
本発明の第２形態では、入射光束を変換して該入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子であって、
入射した各光束に基づいて互いに異なる光強度分布の光束を前記遠視野領域に形成する複数種類の単位領域を備え、
前記複数種類の単位領域は、前記光束変換素子に対する前記入射光束の位置の変化に応じて前記光領域の前記外形形状が変化することなく前記光領域の光強度分布が変化するように配列されていることを特徴とする光束変換素子を提供する。
【００１０】
本発明の第３形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
第１形態または第２形態の光束変換素子と、
前記光束変換素子を介した光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。
【００１１】
本発明の第４形態では、所定のパターンを照明するための第３形態の照明光学系を備え、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。
【００１２】
本発明の第５形態では、第４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、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様にしたがう照明光学系は、矩形状の入射光束を変換して４極状の光領域を遠視野領域に形成し、ひいては４極状の瞳強度分布を形成する光束変換素子を備えている。この光束変換素子では、入射した各光束に基づいて互いに同じ外形形状を有し且つ互いに異なる光強度分布を有する４極状の光束を遠視野領域に形成する複数種類の単位領域が、所要の分布形態にしたがって配列されている。その結果、光束変換素子に対する入射光束の位置の変化と４極状の瞳強度分布における一方の２極状の領域と他方の２極状の領域との強度差の変化とを所望の関係に設定することが可能である。
【００１４】
したがって、本発明の照明光学系では、例えば４極状の瞳強度分布における一方の２極状の領域と他方の２極状の領域との間の光強度のバランスを安定的に調整することができる。また、本発明の露光装置では、例えば４極状の瞳強度分布における一方の２極状の領域と他方の２極状の領域との間の光強度のバランスを安定的に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことでき、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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の露光面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１６】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳ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２４８ｎｍ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ＬＳから射出された光束は、ビーム送光部１を介して、回折光学素子２に入射する。ビーム送光部１は、光源ＬＳからの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ回折光学素子２へ導くとともに、回折光学素子２に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。
【００１７】
一般に、回折光学素子は、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、回折光学素子２は、たとえば矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に、入射光束と異なる所望の外形形状を有する光強度分布を形成する機能を有する。すなわち、回折光学素子２は、入射光束を変換して入射光束と異なる外形形状の光領域を遠視野領域に形成する光束変換素子である。以下、説明の理解を容易にするために、回折光学素子２は、４極状の光領域を遠視野領域に形成する４極照明用の回折光学素子であるものとする。回折光学素子２の具体的な構成および作用については後述する。
【００１８】
４極照明用の回折光学素子２に入射した光束は、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ３を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）４に入射する。マイクロフライアイレンズ４は、例えば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であって、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。
【００１９】
マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロフライアイレンズ４として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号公報に開示されている。
【００２０】
回折光学素子２の回折面はズームレンズ３の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ４の入射面はズームレンズ３の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ３は、回折光学素子２の回折面とマイクロフライアイレンズ４の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ４の入射面には、たとえば光軸ＡＸを中心とした４極状の照野が形成される。この４極状の照野の全体形状は、ズームレンズ３の焦点距離に依存して相似的に変化する。マイクロフライアイレンズ４を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ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。
【００２１】
マイクロフライアイレンズ４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、その後側焦点面（ひいては照明瞳の位置）には、図２に示すように、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４極状の実質的な面光源からなる二次光源（瞳強度分布）２０が形成される。図２を参照すると、照明瞳に形成される４極状の瞳強度分布２０は、一例として、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の実質的な面光源（以下、単に「面光源」という）２０ａ，２０ｂと、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の実質的な面光源２０ｃ，２０ｄとを有する。
【００２２】
マイクロフライアイレンズ４の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、コンデンサー光学系５を介した後、マスクブラインド６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６には、マイクロフライアイレンズ４を構成する各微小レンズ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６の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系７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。
【００２３】
すなわち、結像光学系７は、マスクブラインド６の矩形状開口部の像を、マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭ上に形成することになる。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（ＸＹ平面）内においてウェハ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のパターンが逐次露光される。
【００２４】
本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布を計測する瞳分布計測部ＤＴと、瞳分布計測部ＤＴの計測結果に基づいて回折光学素子２のＸＺ平面に沿った位置を制御する制御部ＣＲとを備えている。すなわち、回折光学素子２は、制御部ＣＲの指令に基づく駆動部ＤＲの作用によりＸＺ平面に沿って移動可能であり、回折光学素子２と入射光束との相対的な位置が可変に構成されている。
【００２５】
瞳分布計測部ＤＴは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された撮像面を有するＣＣＤ撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。瞳分布計測部ＤＴの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号公報を参照することができる。
【００２６】
本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ４により形成される二次光源を光源として、照明光学系（１〜７）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（１〜７）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。
【００２７】
なお、瞳強度分布とは、照明光学系（１〜７）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ４による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ４の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ４の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。図１の構成において、ズームレンズ（集光光学系）３およびマイクロフライアイレンズ４は、光束変換素子としての回折光学素子２を介した光に基づいて、照明光学系（１〜７）の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。
【００２８】
図３は、本実施形態の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。図３では、回折光学素子２の中心を原点として、全体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する局部座標（ｘ，ｙ，ｚ）を設定している。図３を参照すると、回折光学素子２は、ｘｚ平面に沿って縦横に且つ稠密に配列された多数の矩形状の単位回折領域Ａを備えている。具体的に、回折光学素子２は、例えば２ｎ＋１（ｎは正の整数）種類の単位回折領域Ａ０，Ａ＋１，Ａ−１，Ａ＋２，Ａ−２，・・・，Ａ＋ｎ，Ａ−ｎを備えている。
【００２９】
ただし、図３では、図面の明瞭化のために、互いに隣接すべき２つの単位回折領域Ａを僅かに離間させるとともに、ｙ軸の表示を省略している。また、回折光学素子２の中心部の構成、すなわち７種類の単位回折領域Ａ０，Ａ＋１，Ａ−１，Ａ＋２，Ａ−２，Ａ＋３，Ａ−３を含む中央部分だけを示している。なお、これらの多数の単位回折領域Ａは、例えば回折光学素子２の光の入射側の面に形成されている。ただし、これらの多数の単位回折領域Ａが回折光学素子２の光の射出側の面に形成されていても良いし、入射面に形成された単位回折領域と射出面に形成された単位回折領域とが混在していても良い。
【００３０】
各単位回折領域Ａは、その種類にかかわらず、図４に示すように、互いに同じ外形形状を有する４極状の光束２１を遠視野領域に形成する機能を有する。４極状の光束２１は、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の光束２１ａ，２１ｂと、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の光束２１ｃ，２１ｄとを有する。その結果、回折光学素子２の複数の単位回折領域Ａを介した光束は、マイクロフライアイレンズ４の入射面で重畳され、その後側焦点面の照明瞳に、図２に示す４極状の瞳強度分布２０を形成する。
【００３１】
以下、説明を容易にするために、各単位回折領域Ａは、互いに等しい光強度Ｉａｂを有する一対の光束２１ａ，２１ｂと、互いに等しい光強度Ｉｃｄを有する一対の光束２１ｃ，２１ｄとを形成するものとする。そして、単位回折領域Ａ０が形成する４極状の光束２１では、一対の光束２１ａ，２１ｂの光強度Ｉａｂと一対の光束２１ｃ，２１ｄの光強度Ｉｃｄとは等しいものとする。単位回折領域Ａ＋ｎが形成する４極状の光束２１では、一対の光束２１ｃ，２１ｄの光強度Ｉｃｄが、一対の光束２１ａ，２１ｂの光強度Ｉａｂよりもｎ％だけ大きいものとする。
【００３２】
一方、単位回折領域Ａ−ｎが形成する４極状の光束２１では、一対の光束２１ｃ，２１ｄの光強度Ｉｃｄが、一対の光束２１ａ，２１ｂの光強度Ｉａｂよりもｎ％だけ小さいものとする。すなわち、一般的には、単位回折領域Ａ±ｉ（ｉ＝０〜ｎ）が形成する４極状の光束２１では、一対の光束２１ｃ，２１ｄの光強度Ｉｃｄと一対の光束２１ａ，２１ｂの光強度Ｉａｂとの差Ｉｃｄ−ＩａｂをＩｓとするとき、Ｉｓ／Ｉａｂが±ｉ％であるものとする。
【００３３】
再び図３を参照すると、回折光学素子２の中心（ｘ＝ｚ＝０の位置）にある単位回折領域を含んで図３中水平方向に延びる１行分の領域、すなわち第０行の領域は、単位回折領域Ａ−１，Ａ０，Ａ＋１を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ａ０の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第０行の領域では、単位回折領域Ａ−１，Ａ０，Ａ＋１が支配的であり、例えば２つの単位回折領域Ａ０の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ＋１またはＡ−１が位置し、２つの単位回折領域Ａ＋１の間または２つの単位回折領域Ａ−１の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ０が位置している。換言すれば、第０行の領域では、３種類の単位回折領域Ａ−１，Ａ０，Ａ＋１が交互配列されている。
【００３４】
第０行の領域の図３中上側に隣接する第＋１行の領域は、単位回折領域Ａ０，Ａ＋１，Ａ＋２を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ａ＋１の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第＋１行の領域では、単位回折領域Ａ０，Ａ＋１，Ａ＋２が支配的であり、例えば２つの単位回折領域Ａ＋１の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ０またはＡ＋２が位置し、２つの単位回折領域Ａ０の間または２つの単位回折領域Ａ＋２の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ＋１が位置している。換言すれば、第＋１行の領域では、３種類の単位回折領域Ａ０，Ａ＋１，Ａ＋２が交互配列されている。
【００３５】
同様に、第＋１行の領域の図３中上側に隣接する第＋２行の領域は、単位回折領域Ａ＋１，Ａ＋２，Ａ＋３を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ａ＋２の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第＋２行の領域では、単位回折領域Ａ＋１，Ａ＋２，Ａ＋３が支配的であり、例えば２つの単位回折領域Ａ＋２の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ＋１またはＡ＋３が位置し、２つの単位回折領域Ａ＋１の間または２つの単位回折領域Ａ＋３の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ＋２が位置している。すなわち、第＋２行の領域では、３種類の単位回折領域Ａ＋１，Ａ＋２，Ａ＋３が交互配列されている。
【００３６】
一方、第０行の領域の図３中下側に隣接する第−１行の領域は、単位回折領域Ａ０，Ａ−１，Ａ−２を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ａ−１の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第−１行の領域では、単位回折領域Ａ０，Ａ−１，Ａ−２が支配的であり、例えば２つの単位回折領域Ａ−１の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ０またはＡ−２が位置し、２つの単位回折領域Ａ０の間または２つの単位回折領域Ａ−２の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ−１が位置している。すなわち、第−１行の領域では、３種類の単位回折領域Ａ０，Ａ−１，Ａ−２が交互配列されている。
【００３７】
同様に、第−１行の領域の図３中下側に隣接する第−２行の領域は、単位回折領域Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ａ−２の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。また、第−２行の領域では、単位回折領域Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３が支配的であり、例えば２つの単位回折領域Ａ−２の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ−１またはＡ−３が位置し、２つの単位回折領域Ａ−１の間または２つの単位回折領域Ａ−３の間に少なくとも１つの単位回折領域Ａ−２が位置している。すなわち、第−２行の領域では、３種類の単位回折領域Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３が交互配列されている。
【００３８】
すなわち、一般的に、第±ｊ（ｊ＝０〜ｍ；ｍ＜ｎ）行の領域は、単位回折領域Ａ±（ｊ−１），Ａ±ｊ，Ａ±（ｊ＋１）を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ａ±ｊの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。そして、第±ｊ行の領域では、３種類の単位回折領域Ａ±（ｊ−１），Ａ±ｊ，Ａ±（ｊ＋１）が交互配列されている。また、回折光学素子２では、図３中鉛直方向に延びる１列分の領域は、そのｘ座標位置に依存することなく、その平均的な回折効果がほぼ一定になるように、例えば単位回折領域Ａ０の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。
【００３９】
このように、回折光学素子２において、複数種類の単位回折領域Ａは、各単位回折領域が形成する４極状の光束２１における一対の光束２１ｃ，２１ｄの光強度Ｉｃｄと一対の光束２１ａ，２１ｂの光強度Ｉａｂとの強度差Ｉｓに応じて配列されている。また、巨視的には、複数種類の単位回折領域Ａは、各単位回折領域が形成する４極状の光束２１における強度差Ｉｓが単調に変化する順に、ｚ方向に沿って配列されている。
【００４０】
したがって、図５に示すように、回折光学素子２の中心が光軸ＡＸと一致する基準状態において、回折光学素子２に対して光軸ＡＸを中心とした矩形状の光束ＬＴが入射すると、回折光学素子２を経た光がマイクロフライアイレンズ４の後側焦点面の照明瞳に形成する４極状の瞳強度分布２０において、一対の面光源２０ａ，２０ｂの光強度Ｉ１と一対の面光源２０ｃ，２０ｄの光強度Ｉ２とはほぼ等しくなる。次いで、駆動部ＤＲの作用により回折光学素子２を基準状態から−Ｚ方向に単位回折領域Ａのｚ方向寸法だけ移動させると、一対の面光源２０ｃ，２０ｄの光強度Ｉ２が一対の面光源２０ａ，２０ｂの光強度Ｉ１よりも１％だけ大きい４極状の瞳強度分布２０が得られる。
【００４１】
一方、回折光学素子２を基準状態から＋Ｚ方向に単位回折領域Ａのｚ方向寸法だけ移動させると、一対の面光源２０ｃ，２０ｄの光強度Ｉ２が一対の面光源２０ａ，２０ｂの光強度Ｉ１よりも１％だけ小さい４極状の瞳強度分布２０が得られる。すなわち、一般的には、回折光学素子２を基準状態から−Ｚ方向に単位回折領域Ａのｚ方向寸法の±ｊ（ｊ＝０〜ｍ；ｍ＜ｎ）倍の距離だけ移動させると、一対の面光源２０ｃ，２０ｄの光強度Ｉ２が一対の面光源２０ａ，２０ｂの光強度Ｉ１よりも±ｊ％だけ大きい４極状の瞳強度分布２０が得られる。
【００４２】
以上のように、本実施形態の回折光学素子２は、入射した各光束に基づいて互いに同じ外形形状を有し且つ互いに異なる光強度分布を有する４極状の光束２１を遠視野領域に形成する複数種類の単位回折領域Ａを備えている。これらの複数種類の単位回折領域Ａは、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴのＺ方向に沿った位置の変化に応じて、遠視野領域としてのマイクロフライアイレンズ４の入射面に重畳的に形成される４極状の光領域２１’の外形形状が変化することなくその光強度分布が変化するように、具体的には４極状の光領域２１’における一対の領域２１’ｃ，２１’ｄと一対の領域２１’ａ，２１’ｂとの強度差が変化するように配列されている。
【００４３】
４極状の光領域２１’、および各極の領域２１’ａ〜２１’ｄについては図示を省略するが、重畳的に形成される４極状の光領域２１’は図４の４極状の光束２１に対応し、その各極の領域２１’ａ〜２１’ｄは図４の各極の光束２１ａ〜２１ｄに対応している。その結果、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴのＺ方向に沿った位置の変化に応じて、マイクロフライアイレンズ４の後側焦点面の照明瞳に形成される４極状の瞳強度分布２０の外形形状が変化することなく、４極状の瞳強度分布２０における一対の面光源２０ｃ，２０ｄと一対の面光源２０ａ，２０ｂとの強度差が変化する。換言すれば、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴのＺ方向に沿った位置を変化させることにより、４極状の瞳強度分布２０における一対の面光源２０ｃ，２０ｄと一対の面光源２０ａ，２０ｂとの間の光強度のバランスを調整することができる。
【００４４】
しかも、本実施形態では、上述の説明から明らかなように、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴの位置の単位変化量である単位回折領域Ａのｚ方向寸法と、一対の領域２１’ｃ，２１’ｄと一対の領域２１’ａ，２１’ｂとの強度差の単位変化率（すなわち一対の面光源２０ｃ，２０ｄと一対の面光源２０ａ，２０ｂとの強度差の単位変化率）とを、様々な設計例に応じて所望の関係に設定することが可能である。その結果、本実施形態では、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴの位置をＺ方向に沿って比較的大きく変化させても、４極状の瞳強度分布２０における一方の２極状の面光源２０ｃ，２０ｄと他方の２極状の面光源２０ａ，２０ｂとの間の強度差を比較的小さく変化させることが可能である。
【００４５】
こうして、本実施形態の照明光学系（１〜７）では、制御部ＣＲが瞳分布計測部ＤＴの計測結果を参照して駆動部ＤＲに指令を出力し、駆動部ＤＲは制御部ＣＲからの指令にしたがって回折光学素子２をＺ方向に沿って所要距離だけ移動させることにより、４極状の瞳強度分布２０における一方の２極状の面光源２０ｃ，２０ｄと他方の２極状の面光源２０ａ，２０ｂとの間の光強度のバランスを安定的に調整することができる。すなわち、制御部ＣＲは、瞳分布計測部ＤＴの計測結果に基づいて回折光学素子２に対する入射光束ＬＴの位置を制御することにより、一方の２極状の面光源２０ｃ，２０ｄの光強度と他方の２極状の面光源２０ａ，２０ｂの光強度とがほぼ等しくなるように調整する。
【００４６】
あるいは、制御部ＣＲは、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴの位置を制御することにより、一方の２極状の面光源２０ｃ，２０ｄの光強度と他方の２極状の面光源２０ａ，２０ｂの光強度とが所要の比率になるように調整する。すなわち、制御部ＣＲは、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴの位置を制御することにより、４極状の瞳強度分布２０を所要の分布に調整することができる。したがって、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、４極状の瞳強度分布２０における一方の２極状の面光源２０ｃ，２０ｄと他方の２極状の面光源２０ａ，２０ｂとの間の光強度のバランスを安定的に調整する照明光学系（１〜７）を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。
【００４７】
なお、上述の実施形態では、回折光学素子２をＸＺ平面に沿って移動させることにより、回折光学素子２に対する入射光束ＬＴの相対位置を制御している。しかしながら、これに限定されることなく、回折光学素子２の移動に代えて、あるいは回折光学素子２の移動に加えて、ビーム送光系１の制御により回折光学素子２に入射する光束ＬＴの位置をＸＺ平面に沿って変化させ、ひいては回折光学素子２に対する入射光束ＬＴの相対位置を変化させることもできる。
【００４８】
また、上述の実施形態では、回折光学素子２に設けられた複数種類の単位回折領域Ａの各々が、入射した光束に基づいて互いに同じ外形形状を有し且つ互いに異なる光強度分布を有する４極状の光束２１を遠視野領域に形成している。別の表現をすれば、入射光束を変換して入射光束と異なる４極状の光領域２１’を遠視野領域に形成する回折光学素子２では、各単位回折領域Ａが、入射した光束に基づいて４極状の光領域２１’と同じ外形形状の４極状の光束２１を遠視野領域に形成している。
【００４９】
しかしながら、これに限定されることなく、光束変換素子としての回折光学素子が遠視野領域に形成すべき光領域の外形形状と、複数種類の単位回折領域の各々が遠視野領域に形成する光束の外形形状との関係については、様々な形態が可能である。また、複数種類の単位回折領域の外形形状、回折特性、配列などについても、様々な形態が可能である。
【００５０】
一例として、入射した各光束に基づいて４極状の光束のうちの一方の２極状の光束を遠視野領域に形成する単位回折領域Ｂと、他方の２極状の光束を遠視野領域に形成する単位回折領域Ｃとを混在させた混在型の回折光学素子も可能である。図６は、本実施形態の変形例にかかる混在型の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。図６においても、回折光学素子２Ａの中心を原点として、全体座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する局部座標（ｘ，ｙ，ｚ）を設定している。
【００５１】
図６を参照すると、変形例にかかる回折光学素子２Ａは、大別して２つのタイプの単位回折領域ＢおよびＣを備えている。単位回折領域Ｂは、その種類にかかわらず、図４に示す４極状の光束２１のうちの一方の２極状の光束２１ａ，２１ｂを遠視野領域に形成する機能を有する。単位回折領域Ｃは、その種類にかかわらず、他方の２極状の光束２１ｃ，２１ｄを遠視野領域に形成する機能を有する。その結果、回折光学素子２Ａの複数の単位回折領域Ｂ，Ｃを介した光束は、マイクロフライアイレンズ４の後側焦点面の照明瞳に、図２に示す４極状の瞳強度分布２０を形成する。
【００５２】
以下、説明を容易にするために、各単位回折領域Ｂ±ｉ（ｉ＝０〜ｎ）が形成する２極状の光束２１ａ，２１ｂでは、一方の光束２１ａの光強度Ｉａと他方の光束２１ｂの光強度Ｉｂとの差Ｉａ−ＩｂをＩｓとするとき、Ｉｓ／Ｉｂが±ｉ％であるものとする。また、各単位回折領域Ｃ±ｉ（ｉ＝０〜ｎ）が形成する２極状の光束２１ｃ，２１ｄでは、一方の光束２１ｃの光強度Ｉｃと他方の光束２１ｄの光強度Ｉｄとの差Ｉｃ−ＩｄをＩｓとするとき、Ｉｓ／Ｉｄが±ｉ％であるものとする。
【００５３】
回折光学素子２Ａでは、ｘ軸およびｚ軸により分割された４つの領域のうち、＋ｘ軸および＋ｚ軸で規定される領域Ｒ１は単位回折領域Ｂ＋ｉを多く含み、＋ｘ軸および−ｚ軸で規定される領域Ｒ２は単位回折領域Ｂ−ｉを多く含んでいる。また、−ｘ軸および＋ｚ軸で規定される領域Ｒ３は単位回折領域Ｃ＋ｉを多く含み、−ｘ軸および−ｚ軸で規定される領域Ｒ４は単位回折領域Ｃ−ｉを多く含んでいる。
【００５４】
単位回折領域Ｂ＋ｉを含む領域Ｒ１のうち、中心に最も近い０番目の領域Ｒ１０は、単位回折領域Ｂ−１，Ｂ０，Ｂ＋１を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｂ０の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。そして、領域Ｒ１０では、例えば２つの単位回折領域Ｂ０の間に少なくとも１つの単位回折領域Ｂ＋１またはＢ−１が位置し、２つの単位回折領域Ｂ＋１の間または２つの単位回折領域Ｂ−１の間に少なくとも１つの単位回折領域Ｂ０が位置している。すなわち、領域Ｒ１０では、３種類の単位回折領域Ｂ−１，Ｂ０，Ｂ＋１が交互配列されている。支配的な３種類の単位回折領域が交互配列されている点は、後述する他の領域Ｒ１ｊ，Ｒ２ｊ，Ｒ３Ｊ，Ｒ４ｊ（ｊ＝０〜ｍ；ｍ＜ｎ）においても同様である。
【００５５】
一般的には、第ｊ番目の領域Ｒ１ｊは、単位回折領域Ｂ＋（ｊ−１），Ｂ＋ｊ，Ｂ＋（ｊ＋１）を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｂ＋ｊの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。すなわち、領域Ｒ１では、各単位回折領域Ｂが形成する２極状の光束２１ａ，２１ｂにおける一方の光束２１ａの光強度Ｉａと他方の光束２１ｂｂの光強度Ｉｂとの強度差Ｉｓに応じて配列されている。また、巨視的には、複数種類の単位回折領域Ｂは、各単位回折領域が形成する２極状の光束２１ａ，２１ｂにおける強度差Ｉｓが単調に変化する順に、中心からの放射方向に沿って配列されている。この点は、後述する他の領域Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４においても同様である。
【００５６】
単位回折領域Ｂ−ｉを含む領域Ｒ２のうち、中心に最も近い０番目の領域Ｒ２０は、領域Ｒ１０と同様に、単位回折領域Ｂ−１，Ｂ０，Ｂ＋１を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｂ０の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。一般的には、第ｊ番目の領域Ｒ２ｊは、単位回折領域Ｂ−（ｊ−１），Ｂ−ｊ，Ｂ−（ｊ＋１）を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｂ−ｊの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。
【００５７】
単位回折領域Ｃ＋ｉを含む領域Ｒ３のうち、中心に最も近い０番目の領域Ｒ３０は、単位回折領域Ｃ−１，Ｃ０，Ｃ＋１を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｃ０の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。一般的には、第ｊ番目の領域Ｒ３ｊは、単位回折領域Ｃ＋（ｊ−１），Ｃ＋ｊ，Ｃ＋（ｊ＋１）を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｃ＋ｊの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。
【００５８】
単位回折領域Ｃ−ｉを含む領域Ｒ４のうち、中心に最も近い０番目の領域Ｒ４０は、領域Ｒ３０と同様に、単位回折領域Ｃ−１，Ｃ０，Ｃ＋１を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｃ０の回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。一般的には、第ｊ番目の領域Ｒ４ｊは、単位回折領域Ｃ−（ｊ−１），Ｃ−ｊ，Ｃ−（ｊ＋１）を多く含み、その平均的な回折効果が単位回折領域Ｃ−ｊの回折効果とほぼ等しくなるように構成されている。
【００５９】
したがって、回折光学素子２Ａの中心が光軸ＡＸと一致する基準状態において、回折光学素子２Ａに対して光軸ＡＸを中心とした矩形状の光束ＬＴが入射すると、回折光学素子２Ａを経た光がマイクロフライアイレンズ４の後側焦点面の照明瞳に形成する４極状の瞳強度分布２０において、面光源２０ａと２０ｂと２０ｃと２０ｄとの間で光強度はほぼ等しくなる。回折光学素子２Ａを基準状態から−Ｚ方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ａ，２０ｃの光強度が面光源２０ｂ，２０ｄの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。
【００６０】
回折光学素子２Ａを基準状態から＋Ｚ方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ｂ，２０ｄの光強度が面光源２０ａ，２０ｃの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。回折光学素子２Ａを基準状態から−Ｘ方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ａ，２０ｂの光強度が面光源２０ｃ，２０ｄの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。
【００６１】
回折光学素子２Ａを基準状態から＋Ｘ方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ｃ，２０ｄの光強度が面光源２０ａ，２０ｂの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。回折光学素子２Ａを基準状態から−Ｘ方向および−Ｚ方向と４５度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ａの光強度が他の面光源２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。
【００６２】
回折光学素子２Ａを基準状態から−Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ｂの光強度が他の面光源２０ａ，２０ｃ，２０ｄの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。回折光学素子２Ａを基準状態から＋Ｘ方向および−Ｚ方向と４５度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ｃの光強度が他の面光源２０ａ，２０ｂ，２０ｄの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。
【００６３】
回折光学素子２Ａを基準状態から＋Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に移動させると、その移動量に応じて、面光源２０ｄの光強度が他の面光源２０ａ，２０ｂ，２０ｃの光強度よりも大きい性状を有する４極状の瞳強度分布２０が得られる。このように、図６の変形例では、回折光学素子２ＡをＸＺ平面に沿って所要の方向に所要の距離だけ移動させることにより、４極状の瞳強度分布２０における各極の面光源２０ａ〜２０ｄの間の光強度のバランスを安定的に調整することができる。
【００６４】
なお、図６の変形例では、２つのタイプの単位回折領域Ｂ，Ｃが設けられた回折光学素子２Ａにより、４極状の瞳強度分布２０における各極の面光源２０ａ〜２０ｄの間の光強度のバランスを調整している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば４つのタイプの単位回折領域Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇが設けられた回折光学素子により、図６の変形例の場合と同様に、各極の面光源２０ａ〜２０ｄの間の光強度のバランスを調整することもできる。
【００６５】
この４タイプ型の回折光学素子では、単位回折領域Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇは、その種類にかかわらず、図４に示す４極状の光束２１ａ〜２１ｄを遠視野領域に形成する機能を有する。各単位回折領域Ｄが形成する４極状の光束２１ａ〜２１ｄでは、その種類Ｄ±ｉ（ｉ＝０〜ｎ）に応じて、光束２１ａの光強度と他の光束２１ｂ〜２１ｄの光強度の差が異なる。各単位回折領域Ｅが形成する４極状の光束２１ａ〜２１ｄでは、その種類Ｅ±ｉ（ｉ＝０〜ｎ）に応じて、光束２１ｂの光強度と他の光束２１ａ，２１ｃ，２１ｄの光強度の差が異なる。
【００６６】
各単位回折領域Ｆが形成する４極状の光束２１ａ〜２１ｄでは、その種類Ｆ±ｉ（ｉ＝０〜ｎ）に応じて、光束２１ｃの光強度と他の光束２１ａ，２１ｂ，２１ｄの光強度の差が異なる。各単位回折領域Ｇが形成する４極状の光束２１ａ〜２１ｄでは、その種類Ｇ±ｉ（ｉ＝０〜ｎ）に応じて、光束２１ｄの光強度と他の光束２１ａ〜２１ｃの光強度の差が異なる。そして、図示を省略するが、これらの単位回折領域Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇを所要の分布にしたがって配列することにより、４極状の瞳強度分布２０における各極の面光源２０ａ〜２０ｄの間の光強度のバランスを調整することができる。
【００６７】
また、図６の変形例では、一方のタイプの単位回折領域Ｂが図４に示す４極状の光束２１のうちの一方の２極状の光束２１ａ，２１ｂを遠視野領域に形成し、他方のタイプの単位回折領域Ｃが残りの２極状の光束２１ｃ，２１ｄを遠視野領域に形成している。換言すると、図６の変形例では、一方のタイプの単位回折領域Ｂが遠視野領域に重畳的に形成されるべき光領域の一部と同じ第１外形形状の光束を遠視野領域に形成し、他方のタイプの単位回折領域Ｃが光領域の残部と同じ第２外形形状の光束を遠視野領域に形成している。
【００６８】
しかしながら、これに限定されることなく、第１のタイプの単位回折領域が重畳的に形成されるべき光領域の一部と同じ第１外形形状の光束を遠視野領域に形成し、第２のタイプの単位回折領域が光領域の別の一部と同じ第２外形形状の光束を遠視野領域に形成し、第３のタイプの単位回折領域が光領域の残部と同じ第３外形形状の光束を遠視野領域に形成してもよい。このとき、第１外形形状の光束と第２外形形状の光束とは遠視野領域において一部重畳していてもよい。また、この場合、第１のタイプの単位回折領域と第２のタイプの単位回折領域とが遠視野領域に形成する光束の外形形状は、回折光学素子により遠視野領域に重畳的に形成すべき光領域の外形形状とは異なることになる。
【００６９】
なお、上述の説明では、照明瞳に４極状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち４極照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、４極照明に限定されることなく、例えば輪帯状の瞳強度分布が形成される輪帯照明、４極状以外の他の複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。
【００７０】
また、上述の説明では、入射光束に基づいて所定の光強度分布の光束を遠視野領域に形成する単位領域として、回折光学面を有する単位回折領域を用いている。しかしながら、単位回折領域に限定されることなく、例えば屈折光学面を有する複数種類の単位屈折領域により本発明の光束変換素子を構成することもできる。
【００７１】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。
【００７２】
また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ４を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ（典型的にはロッド型インテグレータ）を用いても良い。この場合、ズームレンズ３の後側にその前側焦点位置がズームレンズ３の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が照明視野絞り６の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系７内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。ここで、ズームレンズ３、上記の集光レンズおよびロッド型インテグレータを分布形成光学系とみなすことができる。
【００７３】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００７４】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図７は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図７に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。
【００７５】
ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。
【００７６】
図８は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図８に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルター形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。
【００７７】
ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００７８】
ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。
【００７９】
ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルターとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルターとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００８０】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００８１】
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Ｆ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００８２】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【００８３】
また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。
【００８４】
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系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】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２】照明瞳に形成される４極状の二次光源を示す図である。
【図３】本実施形態の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。
【図４】回折光学素子の各単位回折領域を経て遠視野領域に形成される４極状の光束を示す図である。
【図５】回折光学素子に対する入射光束の相対的な位置関係を説明する図である。
【図６】本実施形態の変形例にかかる混在型の回折光学素子の要部構成を概略的に示す図である。
【図７】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図８】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１  ビーム送光系
２，２Ａ  回折光学素子
３  ズームレンズ
４  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）
５  コンデンサー光学系
６  マスクブラインド
７  結像光学系
ＬＳ  光源
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
ＡＳ  開口絞り
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
ＤＴ  瞳分布計測部
ＣＲ  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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