(57)【要約】【課題】２極状等の二次光源を使用する際に、照明光の利用効率を低下させることなく、その二次光源の円周方向の幅を容易に調整する。【解決手段】照明光学系中に設置した第１の回折光学素子によって照明光学系の光軸ＡＸに対して半径方向に光強度が強い領域４３Ａａが周期的に続く照明領域４３Ａ，４３Ｂを形成し、第２の回折光学素子によって光軸ＡＸに対して半径方向に、領域４３Ａａとは重ならないように光強度が強い領域４４Ａａが周期的に続く照明領域４４Ａ，４４Ｂを形成し、２つの回折光学素子を相対的に回転して、照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂの重なりの割合を調整する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明瞳面に形成される二次光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられる光強度分布変換素子において、
光束断面方向において第１の光強度分布を持つ入射光束を、光束断面方向において前記第１の光強度分布とは異なる第２の光強度分布を持つ射出光束に変換する作用面を備え、
前記第２の光強度分布は、前記照明光学系の光軸に対してほぼ半径方向に光強度が強い部分と光強度が弱い部分とが交互に配列される周期的分布であることを特徴とする光強度分布変換素子。
【請求項２】
前記第２の光強度分布は、前記照明光学系の光軸に対して偏心した領域に形成されることを特徴とする請求項１に記載の光強度分布変換素子。
【請求項３】
前記第２の光強度分布は、前記照明光学系の光軸に関してほぼ対称に偏心した２箇所の領域に形成されることを特徴とする請求項２に記載の光強度分布変換素子。
【請求項４】
前記第２の光強度分布における前記周期的な光強度分布の前記照明光学系の光軸に対してほぼ半径方向の周期は、前記照明光学系のコヒーレンスファクタに換算して０．０１以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光強度分布変換素子。
【請求項５】
前記第２の光強度分布は、前記光強度分布変換素子に対して前記光強度分布変換素子が前側焦点面に位置するように集光光学系を配置したときに、前記集光光学系の後側焦点面に相当する面に形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光強度分布変換素子。
【請求項６】
前記作用面は、回折面または屈折面を備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光強度分布変換素子。
【請求項７】
それぞれ請求項１から６のいずれか一項に記載の光強度分布変換素子よりなる第１及び第２の光強度分布変換素子を備えた光強度分布変換装置であって、
前記第１及び第２の光強度分布変換素子は、それぞれ前記照明光学系の光軸に平行な軸線の周りに回転可能であり、
前記第１の光強度分布変換素子が形成する前記第２の光強度分布における周期的な光強度分布のうちの光強度が強い部分と、
前記第２の光強度分布変換素子が形成する前記第２の光強度分布内における周期的な光強度分布のうちの光強度が強い部分とは、
前記照明光学系の光軸に対して半径方向に、前記光強度が強い部分の面積の総和のうちの１／２以上は重ならないことを特徴とする光強度分布変換装置。
【請求項８】
前記第１の光強度分布変換素子が形成する前記第２の光強度分布における周期的な光強度分布のうちの光強度が強い部分と、
前記第２の光強度分布変換素子が形成する前記第２の光強度分布における周期的な光強度分布のうちの光強度が強い部分とは、前記照明光学系の光軸に対して半径方向に重ならないことを特徴とする請求項７に記載の光強度分布変換装置。
【請求項９】
前記第１及び第２の光強度分布変換素子の前記作用面は、それぞれ前記照明光学系の光軸に対して半径方向に複数の同心円によって規定された複数の円環状の作用面を有し、
前記第１及び第２の光強度分布変換素子の前記複数の円環状の作用面は、前記光軸の半径方向に重ならないとともに、
前記第１及び第２の光強度分布変換素子はそれぞれ前記光軸の周りに回転可能であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光強度分布変換装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の光強度分布変換素子の前記作用面は、それぞれ前記照明光学系の光軸に対して重ならないように偏心して配置された円形の作用面を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の光強度分布変換装置。
【請求項１１】
被照射面を照明する照明光学装置において、
請求項７から１０のいずれか一項に記載の光強度分布変換装置と、
前記第１及び第２の光強度分布変換素子を前記軸線の周りに回転する回転機構とを備え、
前記第１及び第２の光強度分布変換素子を回転することによって、前記照明瞳面における光強度分布を複数の分布に切り換えることを特徴とする照明光学装置。
【請求項１２】
光束を前記第１及び第２の光強度分布変換素子に供給するための光源手段と、
前記第１及び第２の光強度分布変換素子からの光束を集光する集光光学系と、
前記集光光学系によって集光された光束に基づいて複数の二次光源を形成するためのオプティカル・インテグレータと、
前記オプティカル・インテグレータからの光束を前記被照射面へ導く導光光学系とを備えたことを特徴とする請求項１１に記載の照明光学装置。
【請求項１３】
前記集光光学系は、変倍光学系と、前記光軸方向の間隔が可変の１対のアキシコンとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の照明光学装置。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の照明光学装置と、前記被照射面に配置されたパターンを感光性基板上に投影露光するための投影光学系とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１１から１３のいずれか一項に記載の照明光学装置を介してパターンを照明する工程と、
照明された前記パターンの像を感光性基板に投影露光する工程と、
パターンの像が投影露光された前記感光性基板を現像する工程とを備える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、入射光束の光強度分布を変換するための光強度分布変換技術、この光強度分布変換技術を用いて被照射面を照明する照明光学技術、及びこの照明光学技術を用いて感光性基板を露光する露光技術に関する。さらに本発明は、例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスをリソグラフィ工程で製造するためにその露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイスを製造する際に使用される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。
【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エハ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、ウエハ上には、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た微細パターンであり、この微細パターンをウエハ上に正確に転写するにはマスク上（ひいてはウエハ上）において均一な照度分布を得ることが不可欠である。このように均一な照度分布を得るために、上記のオプティカル・インテグレータによって形成される二次光源からの光束によってマスクが重畳的に照明されている。
【０００４】
また、近年は、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させるために、マスクパターンに応じてフライアイレンズの後側焦点面（照明光学系の瞳面）に輪帯状、４極状、又は２極状等の二次光源を形成する技術が開発されている。さらに、例えば４極状の二次光源を使用する場合には、マスクのパターンに応じて、その４極状の二次光源の半径方向の位置および幅の他に、円周方向（接線方向）の幅も調整できることが好ましい。そこで、従来の露光装置では、輪帯状の二次光源を形成し、この二次光源を４枚のブレードで円周方向に４分割し、そのブレードを種々の幅のブレードと交換することによって、４極状の二次光源の円周方向の幅を調整していた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−５８４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来技術では、４極状の二次光源の円周方向の幅を狭くすると、輪帯状の二次光源の遮光面積が大きくなって、露光用の照明光の光量損失が大きくなるという問題があった。
最近のデバイス製造工程では、解像力の向上等の他にスループットの向上も求められており、露光用の照明光の利用効率をできるだけ高めることが要請されている。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、２極状又は４極状等の二次光源を使用する際に、照明光の利用効率を低下させることなく、その二次光源の円周方向の幅を容易に調整可能な照明光学技術を提供することを目的とする。
さらに本発明は、そのような照明光学技術に適用できる光強度分布変換技術、並びにその照明光学技術を用いるスループットの高い露光技術及びデバイス製造技術を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光強度分布変換素子は、照明瞳面に形成される二次光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられる光強度分布変換素子（４１）において、光束断面方向において第１の光強度分布を持つ入射光束を、光束断面方向においてその第１の光強度分布とは異なる第２の光強度分布を持つ射出光束に変換する作用面（４１Ｄ）を備え、その第２の光強度分布は、その照明光学系の光軸に対してほぼ半径方向に光強度が強い部分（４３Ａａ）と光強度が弱い部分（４３Ａｂ）とが交互に配列される周期的分布であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による光強度分布変換装置は、それぞれ本発明の光強度分布変換素子よりなる第１及び第２の光強度分布変換素子（４１，４２）を備えた光強度分布変換装置であって、その第１及び第２の光強度分布変換素子は、それぞれその照明光学系の光軸（ＡＸ）に平行な軸線の周りに回転可能であり、その第１の光強度分布変換素子が形成するその第２の光強度分布における周期的な光強度分布のうちの光強度が強い部分（４３Ａａ）と、その第２の光強度分布変換素子が形成するその第２の光強度分布における周期的な光強度分布のうちの光強度が強い部分（４４Ａａ）とは、その照明光学系の光軸に対して半径方向に、その光強度が強い部分の面積の総和のうちの１／２以上は重ならないものである。
【０００９】
また、本発明による照明光学装置は、被照射面を照明する照明光学装置において、本発明の光強度分布変換装置（４１，４２）と、その第１及び第２の光強度分布変換素子をその軸線の周りに回転する回転機構（２２ａ，２２ｂ）とを備え、その第１及び第２の光強度分布変換素子を回転することによって、その照明瞳面における光強度分布を複数の分布に切り換えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光強度分布変換素子によれば、それを照明光学系中に配置することによって、２極又は４極状等の二次光源の一部であって、照明光学系の光軸に対して半径方向に強度分布が円弧状のクシの歯状に変化する光量分布を形成することができる。
また、本発明の光強度分布変換装置によれば、第１及び第２の光強度分布変換素子を照明光学系中に配置することによって、２極又は４極状等の二次光源であって、その光軸に対して半径方向に殆ど重ならない円弧状のクシの歯状の光強度分布を持つ２つの光量分布を形成することができる。そして、その第１及び第２の光強度分布変換素子を相対的に回転することによって、照明光の光量損失を生じることなく容易に、その２つの光量分布の円周方向の重なりの割合、ひいてはその二次光源の円周方向の幅を調整できる。
【００１１】
従って、本発明の照明光学装置によれば、本発明の光強度分布変換素子を複数備えた光強度分布変換装置を用いているため、２極状又は４極状等の二次光源を使用する際に、照明光の利用効率を低下させることなく、その二次光源の円周方向の幅を容易に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態の一例につき図１〜図７を参照して説明する。
図１は、本例の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り、図１において、本例の露光装置は、露光用の照明光（露光光）ＩＬを供給する光源１と照明光学系ＩＬＳとを含む照明光学装置と、この照明光学装置からの照明光のもとで投影光学系ＰＬを介してマスクＭのパターンをウエハＷ上に転写露光する露光部とを備えている。図１において、感光性基板であるウエハＷの表面（ウエハ面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウエハ面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、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。
【００１３】
図１において、露光用の光源１として、１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源が使用されている。なお、光源１として、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源、１５７ｎｍの波長の光を供給するＦ2 レーザ光源、又はｇ線（４３６ｎｍ）若しくはｉ線（３６５ｎｍ）等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、楕円鏡、及びコリメータレンズを有する構成となる。
【００１４】
光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行光束よりなる照明光ＩＬは、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダ２に入射する。各レンズ２ａおよび２ｂは、図１の紙面内（ＹＺ平面内）において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有する。従って、ビームエキスパンダ２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の正方形状等の断面を有する平行光束に整形される。
【００１５】
整形光学系としてのビームエキスパンダ２を介した照明光ＩＬは、折り曲げミラー３でＹ方向に偏向された後、第１及び第２の円板状の回折光学素子（ＤＯＥ：Diffractive Optical Element）４１及び４２を通過する。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微小な段差を二次元的に形成することによって構成され、入射ビームを種々の所望の角度に回折する作用を有する。回折光学素子４１，４２は、それぞれ入射したほぼ平坦な光強度分布を持つ照明光ＩＬを回折して、ファーフィールドに照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸに対してほぼ対称に偏心した２箇所の照明領域（照野）を形成する機能を有する発散光束形成素子である。
【００１６】
回折光学素子４１，４２はそれぞれ回転駆動部２２ａ，２２ｂによって光軸ＡＸの周りに独立に回転可能に配置されており、回転駆動部２２ａ，２２ｂよりなる第１駆動系は制御系２１からの指令に基づいて駆動される。回折光学素子４１，４２及び回転駆動部２２ａ，２２ｂを含んで回折光学装置４０が構成されている。制御系２１は、露光装置全体の動作を制御する主制御系２０からの制御情報に基づいて第１駆動系及び後述の各駆動系を制御する。回折光学素子４１，４２による照明領域の形状及びその回転による作用の詳細は後述する。
【００１７】
回折光学素子４１，４２を介して回折された光束は、前群レンズ系５ａ、凹の円錐面を持つ第１プリズム６ａと凸の円錐面を持つ第２プリズム６ｂとからなるアキシコン系６、及び後群レンズ系５ｂ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レンズアレイ７を照明する。前群レンズ系５ａ及び後群レンズ系５ｂから、所定範囲で焦点距離を連続的に変化させることができるズームレンズ（変倍光学系）５が構成されている。ズームレンズ５は、回折光学素子４１，４２の射出面とマイクロレンズアレイ７の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。換言すると、ズームレンズ５は、回折光学素子４１，４２の射出面とマイクロレンズアレイ７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。
【００１８】
後述のように回折光学素子４１，４２を回転及び／又は相対回転することによって、ファーフィールドの照明領域の形状を２極状と４極状との間で制御可能であるが、ここでは、回折光学素子４１，４２を通過した光束は、光軸ＡＸに対して４極状に偏心して回折されるものとする。この場合、回折光学素子４１，４２から射出される照明光ＩＬは、ズームレンズ５の後側焦点面（ひいてはマイクロレンズアレイ７の入射面）に、図５（Ａ）に示すように、光軸ＡＸを中心とした４つの扇型（詳細後述）の照明領域４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂからなる４極状の照野を形成する。
【００１９】
このように、回折光学装置４０とズームレンズ５とは、回折光学素子４１，４２の入射面（第１の所定面）に入射した平行光束に基づいて、光軸ＡＸを中心とした偏心した照野をマイクロレンズアレイ７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。この偏心した照野の全体的な大きさは、ズームレンズ５の焦点距離に依存して変化する。ズームレンズ５の前群レンズ系５ａ及び後群レンズ系５ｂをそれぞれ制御系２１の指令に基づいて第２駆動系２３及び第４駆動系２５によって光軸ＡＸに沿って駆動することで、ズームレンズ５の焦点距離が所望の値に制御される。
【００２０】
また、アキシコン系６において、第１プリズム６ａと第２プリズム６ｂとの円錐面は対向して配置され、第２プリズム６ｂは、制御系２１の指令に基づいて第３駆動系２４によって光軸ＡＸに沿って駆動される。このようにプリズム６ａ及び６ｂの光軸ＡＸに沿った間隔は可変であり、この間隔を制御することによって、回折光学素子４１，４２から射出された光束のマイクロレンズアレイ７の入射面における光軸ＡＸに対して半径方向の位置を制御できる。従って、図５（Ａ）の４極状の照明領域４３Ａ〜４４Ｂを使用する場合、アキシコン系６のプリズム６ａ及び６ｂの間隔を制御することによって、照明領域４３Ａ〜４４Ｂの中心の光軸ＡＸからの距離を制御できる。一方、上記のズームレンズ５の焦点距離を制御することによって、照明領域４３Ａ〜４４Ｂの個々の大きさを制御できる。
【００２１】
マイクロレンズアレイ７は、縦横に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７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（ひいてはウエハ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。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。
【００２２】
ここで、マイクロレンズアレイ７を構成する各微小レンズは、通常の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７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７はフライアイレンズと同じである。なお、図１では、図面の明瞭化のために、マイクロレンズアレイ７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。
【００２３】
従って、マイクロレンズアレイ７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、各微小レンズの後側焦点面には多数の光源がそれぞれ形成される。こうして、マイクロレンズアレイ７の後側焦点面である照明光学系ＩＬＳの瞳面（照明瞳面）１０には、マイクロレンズアレイ７への入射光束によって形成される照野（例えば図５（Ａ）の照明領域４３Ａ〜４４Ｂ）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を中心とした実質的な面光源からなる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７は、その入射面（第２の所定面）上に形成された照野からの光束に基づいて、その照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源を形成するためのオプティカル・インテグレータを構成している。
【００２４】
マイクロレンズアレイ７の後側焦点面（照明瞳面１０）に形成された二次光源からの照明光ＩＬは、必要に応じてその照野の光強度分布の輪郭内の光を透過させる開口絞りを介して制限された後、コンデンサー光学系８の集光作用を受けた後、折り曲げミラー９を経て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。ビームエキスパンダ２からコンデンサー光学系８及び折り曲げミラー９までの光学部材を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。
【００２５】
マスクＭのパターンを経た照明光ＩＬは、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウエハ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）内においてウエハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光又は走査露光を行うことにより、ウエハＷの各ショット領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。
【００２６】
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、ウエハの各ショット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Ｍ上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、マイクロレンズアレイ７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、走査露光では、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Ｍ及びウエハＷを投影光学系ＰＬに対して相対移動させながらウエハＷの各ショット領域に対してマスクパターンを露光する。この場合、マスクＭ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７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。
【００２７】
次に、第１及び第２の回折光学素子４１，４２による照明領域及びその回転動作について説明する。一例として、回折光学素子４１，４２はそれぞれ照明光ＩＬを透過する円板状のガラス基板の対向する面に後述の分布で回折作用を持つ回折作用部を形成したものである。また、回折光学素子４１，４２の回転軸（軸線）はともに光軸ＡＸ上にある。
図２（Ａ）は、第１の回折光学素子４１を光軸ＡＸ方向に見た図、図２（Ｂ）は、第２の回折光学素子４２を光軸ＡＸ方向に見た図である。図２（Ａ）及び（Ｂ）において、回折光学素子４１，４２の表面（実際には対向する面）は、光軸ＡＸから半径方向に半径Ｄの円、及び半径がＤから次第にＤずつ大きくなる一連の同心円によって中央の円形領域とそれを囲む複数の円環状の領域（円環領域）とに分かれている。そして、第１の回折光学素子４１においては、その表面の中央の円形領域４１ａと、それを囲む偶数番目の円環領域４１ｃ，４１ｅ，４１ｇとに入射光束の光強度分布を変換するための微細な回折格子が形成され、それ以外の奇数番目の円環領域は入射光束をそのまま透過する透過部４１Ｔとなっている。即ち、円形領域４１ａと偶数番目の円環領域４１ｃ，４１ｅ，４１ｇとに回折光学素子４１の回折作用部４１Ｄが形成されている。
【００２８】
一方、第２の回折光学素子４１においては、その表面の奇数番目の円環領域４２ｂ，４２ｄ，４２ｆに入射光束の光強度分布を変換するための微細な回折格子が形成され、それ以外の中央の円形領域及び偶数番目の円環領域は入射光束をそのまま透過する透過部４２Ｔとなっている。即ち、奇数番目の円環領域４２ｂ，４２ｄ，４２ｆに回折光学素子４２の回折作用部４２Ｄが形成されている。この結果、本例のように回折光学素子４１及び４２の回転軸を光軸ＡＸに合わせた状態では、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、回折光学素子４１の回折作用部４１Ｄと回折光学素子４２の回折作用部４２Ｄとは光軸ＡＸに対して半径方向には重ならない。言い換えると、回折光学素子４１の透過部４１Ｔの位置に回折光学素子４２の回折作用部４２Ｄが配置され、回折光学素子４１の回折作用部４１Ｄの位置に回折光学素子４２の透過部４２Ｔが配置される。これによって、照明光ＩＬの利用効率を低下させることなく、回折光学素子４１，４２に入射する光束のファーフィールドにおける光量分布を種々の分布に容易に制御できる。
【００２９】
なお、回折光学素子４１，４２の半径方向の同心円による分割数、即ち円環領域４１ｃ〜４１ｇ，４２ｂ〜４２ｆ等の個数は任意であり、一例として、回折格子の形成が容易な分割数が選択される。
また、図２（Ａ）及び（Ｂ）において、回折光学素子４１，４２の回転角θＡ及びθＢは上述のように独立に制御可能である。回折光学素子４１，４２はいずれも光軸ＡＸに対して対称な２方向に沿って１対の光束を回折するため、一例として、それらの光束の方向がＺ軸に沿った方向になるときの回転角θＡ及びθＢの値を原点（０）とする。この場合、図２（Ａ）及び（Ｂ）は回転角θＡ及びθＢがそれぞれ４５°（時計周りの方向を＋とする）となった状態を示し、図４（Ａ）は、回転角θＡが４５°、回転角θＢが−４５°となった状態を示し、図４（Ａ）は、回転角θＡ及びθＢがともに４５°となった状態を示している。
【００３０】
図３（Ａ）は、回転角θＡが０の場合に、回折光学素子４１によって図１のマイクロレンズアレイ７の入射面に形成される光束（照明光ＩＬ）の光強度分布を示し、この図３（Ａ）において、その光強度分布は、光軸ＡＸに対してＺ方向に対称に偏心した光軸ＡＸに対する開き角がθの１対の扇型の照明領域４３Ａ，４３Ｂの平均的な光強度が所定レベルとなり、それ以外の領域の光強度がほぼ０となっている。回折光学素子４１を角度θＡ（例えば１８０°）回転することによって、照明領域４３Ａ，４３Ｂも光軸ＡＸの周りに角度θＡ（例えば１８０°）回転する。さらに、扇型の照明領域４３Ａ，４３Ｂ内では、光軸ＡＸを中心とする光強度が強い円弧状の領域４３Ａａ，４３Ｂａと、光強度が殆ど無い（光強度が殆ど０の）円弧状の領域４３Ａｂ，４３Ｂｂとが、半径方向に一定の周期（ピッチ）で周期的に形成されている。図３（Ｃ）の拡大図で示すように、光強度が強い領域４３Ａａ及び光強度が殆ど無い領域４３Ａｂの半径方向の幅はともにｄであり、半径方向の光強度分布の周期は２ｄである。
【００３１】
一方、図３（Ｂ）は、回転角θＢが９０°の場合に、回折光学素子４２によって図１のマイクロレンズアレイ７の入射面に形成される光束の光強度分布を示し、この図３（Ｂ）において、その光強度分布は、光軸ＡＸに対してＸ方向に対称に偏心した光軸ＡＸに対する開き角がθの１対の扇型の照明領域４４Ａ，４４Ｂの平均的な光強度が所定レベルとなり、それ以外の領域の光強度がほぼ０となっている。回折光学素子４２を角度θＢ（例えば１８０°）回転することによって、照明領域４４Ａ，４４Ｂも光軸ＡＸの周りに角度θＢ（例えば１８０°）回転する。さらに、扇型の照明領域４４Ａ，４４Ｂ内では、光軸ＡＸを中心とする光強度が強い円弧状の領域４４Ａａ，４４Ｂａと、光強度が殆ど無い円弧状の領域４４Ａｂ，４４Ｂｂとが、半径方向に図３（Ａ）の領域４３Ａａ，４３Ａｂの周期と同じ周期で周期的に形成されている。図３（Ｃ）の拡大図で示すように、光強度が強い領域４４Ａａ及び光強度が殆ど無い領域４４Ａｂの半径方向の幅はともに領域４３Ａａ，４３Ａｂの幅と同じｄであり、半径方向の領域４４Ａａ，４４Ａｂによる光強度分布のピッチは２ｄである。
【００３２】
そして、本例では、例えば図２（Ｂ）の第２の回折光学素子４２の回転角θＢを０にして、図３（Ｂ）の照明領域４４Ａ，４４Ｂを光軸ＡＸの周りに反時計方向に９０°回転した場合を想定する。このとき、図３（Ｃ）に示すように、第１の回折光学素子４１による光強度が強い領域４３Ａａと、第２の回折光学素子４２による光強度が強い領域４４Ａａとが光軸ＡＸに対して半径方向（Ｒ方向）に重ならないように構成されている。言い換えると、図３（Ａ）の照明領域４３Ａ，４３Ｂ内の周期的な光強度分布と、図３（Ｂ）の照明領域４４Ａ，４４Ｂ内の周期的な光強度分布とは、光軸ＡＸに対して半径方向に位相が１８０°ずれている。
【００３３】
この結果、後述のように１対の照明領域４３Ａ，４３Ｂと別の１対の照明領域４４Ａ，４４Ｂとを重ねて２極照明を行うような場合に、図１のマイクロレンズアレイ７上で照明領域４３Ａ，４３Ｂ内のレーザ光と照明領域４４Ａ，４４Ｂ内のレーザ光とが重なることによる比較的大きい周期の干渉縞が形成されることがない。従って、マスクＭ上での照度分布の均一性の向上に寄与できる。
【００３４】
このように照度分布の均一性に寄与できるという意味では、図３（Ｃ）において、第１の回折光学素子４１による光強度が強い領域４３Ａａと、第２の回折光学素子４２による光強度が強い領域４４Ａａとは、光軸ＡＸに対して半径方向にその幅ｄの１／２程度までは重なってもよい。即ち、図３（Ａ）の照明領域４３Ａ，４３Ｂの回転角に対して図３（Ｂ）の照明領域４４Ａ，４４Ｂの回転角を合わせた場合に、光強度が強い領域４３Ａａと、光強度が強い領域４４Ａａとは、いずれかの領域４３Ａａ（４４Ａａ）の面積の総和の１／２程度までは重なっていてもよい。この場合には、図３（Ｃ）の領域４３Ａａ，４３Ａｂの幅はほぼｄであればよく、領域４３Ａａ，４３Ａｂの周期はほぼ２ｄであればよい。また、領域４３Ａａ，４３Ａｂ及び領域４４Ａａ，４４Ａｂの周期方向は、光軸ＡＸに対してほぼ半径方向であればよい。
【００３５】
なお、例えば図３（Ａ）の照明領域４３Ａ，４３Ｂ（回転角θＡが０）の中心の光軸ＡＸからの距離は、図１のズームレンズ５の焦点距離と回折光学素子４１のＺ方向への平均的な回折角との積と、アキシコン系６によるオフセット量とに依存する。また、照明領域４３Ａ，４３Ｂの大きさは、ズームレンズ５の焦点距離に依存する。
本例では、図３（Ａ）の照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び図３（Ｂ）の照明領域４４Ａ，４４Ｂを規定する扇型の領域がほぼ図１のマイクロレンズアレイ７の射出側焦点面（照明瞳面１０）の二次光源の光強度分布となる。また、マイクロレンズアレイ７による積分効果があるとは言っても、マイクロレンズアレイ７の入射面である程度よりも大きい周期の照度変化があることは好ましくない。
【００３６】
そこで、図３（Ｃ）の光強度が強い領域４３Ａａ及び光強度が殆ど無い領域４３Ａｂの半径方向のマイクロレンズアレイ７の入射面における周期（２ｄ）は、照明光学系ＩＬＳのコヒーレンスファクタ（σ値）に換算して、０．０１以下であることが好ましい。コヒーレンスファクタは、照明光学系ＩＬＳの射出側開口数／投影光学系ＰＬの入射側開口数、即ち照明光学系ＩＬＳの開口絞り径／投影光学系ＰＬの瞳の照明瞳面における共役像の直径である。そこで、その周期（２ｄ）は、照明光学系ＩＬＳの開口絞りの最大径（σ＝１）に対して０．０１倍以下の長さであればよい。この条件は、図１のズームレンズ５の焦点距離の効果も含めた条件である。
【００３７】
なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び後述の図面においては、説明の便宜上、照明領域４３Ａ，４４Ａ内の光強度が強い領域４３Ａａ，４４Ａａ及び光強度が殆ど無い領域４３Ａｂ，４４Ａｂ等を実際よりもかなり太く（即ち実際よりもかなり少ない本数で）表現している。
回折光学素子４１は、一例として次のように照明光を透過する基板（ガラス基板）に所定の回折格子（位相格子）を形成することによって製造できる。即ち、図２（Ａ）の回折光学素子４１の回折作用部４１Ｄに形成される微細構造を持つ回折格子は、図３（Ａ）の１対の照明領域４３Ａ，４３Ｂに向かう光束の平均的な回折角に対応する開口数ＮＡＤ（回折角のｓｉｎ関数値）と、露光用照明光の波長（露光波長）λ（本実施形態では１９３ｎｍ）とにより、平均的なピッチｐｄ（＝λ／ＮＡＤ）がたとえば２．８μｍに設定される。この場合、回折作用部４１Ｄの凸部の幅ａおよび凹部の幅ｂの平均値は、ともに例えば１．４μｍに設定される。そして、たとえば石英（または蛍石など）で形成された基板の照明光に対する屈折率をｎとすると、段差Δ＝λ／｛２（ｎ−１）｝が例えば１７２ｎｍに設定される。さらに、図３（Ａ）の照明領域４３Ａ，４３Ｂ内には周期的な光強度分布が形成されているため、その回折作用部４１Ｄの回折格子にはさらに、その周期的な光強度分布に対応する周期の回折格子が重ねて形成される。
【００３８】
また、回折光学素子４１の別の製造方法としては、入射光の光強度分布が均一で位相分布も均一あるとして、図３（Ａ）及び図３（Ｃ）の光強度分布を図１のズームレンズ５を使用した場合を想定して計算によって逆フーリエ変換し、回折光学素子４１の射出面における照明光ＩＬの位相分布を求めてもよい。そして、この位相分布に対応させて回折光学素子４１の回折作用部４１Ｄに位相格子（微細な段差の集合）を形成することによって、図３（Ａ）及び図３（Ｃ）の光強度分布を持つ照明領域４３Ａ，４３Ｂを形成できる。
【００３９】
具体的に、図７（Ａ）は、回折光学素子４１の一部の拡大断面図を示し、この図７（Ａ）において、回折光学素子４１の射出面の点線の曲面４７が、上記の逆フーリエ変換によって求められた照明光ＩＬの位相分布を実現するための設計上の回折格子面であるとする。曲面４７はＺ方向にも所定の形状を備えている。この場合、端部の平面部４７Ｓを位相の基準面（位相＝０）として、位置Ｘ（及び位置Ｚ）に入射する照明光ＩＬＸが射出する際の位相を−θ（ｒａｄ）であるとする。このとき、曲面４７の深さをｇ、露光波長をλ、回折光学素子４１の基板の露光波長での屈折率をｎとして、基板外の気体の屈折率を１とすると、次の関係がある。
【００４０】
θ＝２π（ｎ−１）（ｇ／λ）  …（１）
理想的には、実際の回折格子面を曲面４７に合わせることが望ましいが、実用上は、図７（Ａ）の実線で示すように、断面形状が矩形波状で深さが１種類（１段）の（例えば１層のガラスエッチングにより形成される）位相格子４８Ａによって曲面４７を近似的に表してもよい。さらに、近似度を高めるためには、図７（Ｂ）に示すように、断面形状が矩形波状で深さが２種類以上（２段以上）の（例えばガラスエッチングを繰り返すことにより形成される）位相格子４８Ｂ（図７（Ｂ）では３段）によって曲面４７を近似的に表してもよい。図３（Ａ）及び図３（Ｃ）の照明領域４３Ａの光強度分布の精度が高い場合には、図７（Ｂ）の位相格子４８Ｂの段数をより多くして、曲面（設計上の回折格子面）４７に対する近似度を高めればよい。この回折光学素子４１の製造方法は、回折光学素子４２及び後述の図８の回折光学素子５１Ａ〜５１Ｄを製造する際にも適用できる。
【００４１】
以下、本実施形態における照明条件の切り換え動作などについて具体的に説明する。先ず、露光すべき各種のマスクに関する情報などが、キーボードなどの入力手段（不図示）を介して図１の主制御系２０に入力される。主制御系２０は、各種のマスクに関する最適な照明条件、投影光学系の開口数（解像度）、焦点深度等の情報を内部の記憶部に記憶しており、マスク等の情報に応じて最適な照明条件（４極照明、２極照明等）を設定する。この設定された照明条件は制御系２１に指示される。制御系２１は、設定された照明条件に応じて回転駆動部２２ａ，２２ｂを介して回折光学素子４１，４２の回転角を制御し、駆動系２３〜２５を介してズームレンズ５の焦点距離及びアキシコン系６の間隔を制御する。
【００４２】
具体的に４極照明を設定する場合には、制御系２１は、図１の回折光学素子４１，４２の回転角θＡ及びθＢをそれぞれ−４５°及び＋４５°に設定する。これによって、マイクロレンズアレイ７の入射面における照明光ＩＬの照明領域は、図５（Ａ）のＸ軸に４５°で交差する方向の１対の照明領域４３Ａ，４３Ｂと、Ｘ軸に−４５°で交差する方向の１対の照明領域４４Ａ，４４Ｂとからなる４極領域となる。従って、マイクロレンズアレイ７の射出側焦点面（照明瞳面１０）の二次光源も４極照明となる。
【００４３】
なお、このようにマイクロレンズアレイ７の入射面の光強度分布がほぼ照明瞳面１０の二次光源の光強度分布となるため、以下ではマイクロレンズアレイ７の入射面における光強度分布のみにつき説明する。
また、例えばＺ方向の２極照明を設定する場合には、制御系２１は、図１の回折光学素子４１，４２の回転角θＡ及びθＢをそれぞれ０に設定する。これによって、マイクロレンズアレイ７の入射面における照明光ＩＬの照明領域は、図５（Ｂ）のＺ軸上で１対の照明領域４３Ａ，４３Ｂと、１対の照明領域４４Ａ，４４Ｂとが重なった光軸ＡＸからの開き角がθの２極領域となる。
【００４４】
一方、２極照明を設定するとともに、その照明領域の光軸ＡＸからの開き角をθよりも広げて、二次光源の円周方向の幅を調整する場合には、制御系２１は、図１の回折光学素子４１，４２の回転角θＡ及びθＢをそれぞれ可変の−θａｄ及び＋θａｄに設定する。角度θａｄは０〜θ／２の間で制御される。これによって、マイクロレンズアレイ７の入射面においては、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、照明領域４３Ａ，４３Ｂと照明領域４４Ａ，４４Ｂとが半径方向に重なる角度をθから０まで制御できる。
【００４５】
図６（Ａ）は、照明領域４３Ａ，４３Ｂと照明領域４４Ａ，４４Ｂとの半径方向への重なり量が大きく、光軸ＡＸからの開き角θ１が比較的小さい状態を示し、図６（Ｂ）は、照明領域４３Ａ，４３Ｂと照明領域４４Ａ，４４Ｂとの半径方向への重なり量が少なく、光軸ＡＸからの開き角θ２が比較的大きい状態を示している。この結果、２極の照明領域の光軸ＡＸからの可変の開き角θ’は、次のようにθと２θとの間で制御できる。
【００４６】
θ≦θ’≦２θ  …（２）
この開き角に対応する二次光源の円周方向の幅は、図６（Ａ）の場合にはほぼＨＸ１となり、図６（Ｂ）の場合にはほぼＨＸ２（＞ＨＸ１）となる。従って、回折光学素子４１，４２の回転角θＡ及びθＢを制御するのみで、二次光源の円周方向の幅を開き角がθと２θとの間で連続的に容易に調整することができる。
【００４７】
上述のように本例の回折光学素子４１（又は４２）によれば、それを図１の照明光学系ＩＬＳ中に配置することによって、マイクロレンズアレイ７の入射面上に照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸに対して半径方向に強度分布が円弧状のクシの歯状に変化する２極状の照明領域４３Ａ，４３Ｂ（又は照明領域４４Ａ，４４Ｂ）を形成できる。そして、マイクロレンズアレイ７の射出側焦点面（照明瞳面１０）には、ほぼ照明領域４３Ａ，４３Ｂ（又は照明領域４４Ａ，４４Ｂ）と同じ形状の２極状の二次光源、即ち４極状の二次光源の一部が形成される。
【００４８】
また、本例の回折光学装置４０によれば、回折光学素子４１，４２を照明光学系ＩＬＳ中に配置することによって、図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ７の入射面上に光軸ＡＸに対して半径方向に殆ど重ならない円弧状のクシの歯状の光強度分布を持つ２極状に重なった照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び照明領域４４Ａ，４４Ｂを形成することができる。そして、マイクロレンズアレイ７の射出側焦点面（照明瞳面１０）には、ほぼ照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂと同じ形状の２極状の二次光源が形成される。さらに、その回折光学素子４１，４２を相対的に回転することによって、照明光の光量損失を生じることなく容易に、その２極状に重なった照明領域の円周方向の重なりの割合、ひいてはその二次光源の円周方向の幅を調整できる。
【００４９】
従って、本例の照明光学装置によれば、２つの回折光学素子４１，４２を備えた回折光学装置４０を用いているため、２極状の二次光源を使用する際に、照明光の利用効率を低下させることなく、その二次光源の円周方向の幅を容易に調整できる。
また、本例の露光装置は、その照明光学装置と、被照射面に配置されたパターンを感光性基板であるウエハＷ上に投影露光するための投影光学系ＰＬとを備えている。従って、その露光装置によれば、マスクのパターンに応じて、２極照明時の二次光源の円周方向の幅を容易に調整できるとともに、照明光ＩＬの利用効率が高いため、マスクのパターンを高精度にウエハＷ上に転写できるとともに、スループットが低下しない。
【００５０】
なお、本例の図３（Ａ）〜（Ｃ）に示す照明領域４３Ａ，４４Ａ等の光強度分布は、光軸ＡＸから半径方向にほぼ矩形波状に変化している。しかしながら、その光強度分布は、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）に示すように、光軸ＡＸから半径方向にほぼ正弦波状に変化していてもよい。
図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、それぞれ図３（Ｃ）の半径方向（Ｒ方向）における照明領域４３Ａ及び４４Ａの光強度分布ＬＩ（Ｒ）が正弦波状に変化する例を示す。図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）において、それぞれ光強度が平均値以上の幅ｄの部分を光強度が強い領域４３Ａａ及び４４Ａａとみなし、光強度が平均値より低い幅ｄの部分を光強度が殆ど無い領域（光強度が弱い領域）４３Ａｂ及び４４Ａｂとみなすことができる。この場合においても、照明領域４３Ａ及び４４Ａの半径方向の光強度分布は位相が１８０°ずれており、照明領域４３Ａの光強度が強い領域４３Ａａと、照明領域４４Ａの光強度が強い領域４４Ａａとは半径方向（Ｒ方向）において実質的に重なることがない。このように照明領域４３Ａ，４４Ａ等内の光強度分布を正弦波状にすることによって、回折光学素子４１，４２の位相格子パターンの製造が容易になる場合がある。
【００５１】
次に、本発明の実施形態の他の例につき図８〜図１０を参照して説明する。本例の露光装置は、図１の露光装置と同様であるが、回折光学装置４０の代わりに図８の回折光学装置４０Ａを使用する点が異なっている。以下、主に相違点につき説明する。
図８は、本例の回折光学装置４０Ａを光軸ＡＸ方向に見た図であり、この図８において、回折光学装置４０Ａは、それぞれ同じ大きさの円板状の４個の回折光学素子（ＤＯＥ）５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄを照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸの周りに接するように配置して構成されている。また、１対の対向する回折光学素子５１Ａ，５１Ｃの光軸（軸線）ＡＸ１，ＡＸ３は、光軸ＡＸを通りＸ軸に−４５°で交差する直線上に配置され、別の１対の対向する回折光学素子５１Ｂ，５１Ｄの光軸（軸線）ＡＸ２，ＡＸ４は、光軸ＡＸを通りＸ軸に４５°で交差する直線上に配置されている。回折光学素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄのほぼ全面に回折作用を有する回折作用部５１ＡＤ，５１ＢＤ，５１ＣＤ，５１ＤＤが形成されている。回折光学素子５１Ａ〜５１Ｄは、それぞれ入射したほぼ平坦な光強度分布を持つ照明光ＩＬを回折して、ファーフィールドに照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸに対して偏心した１箇所の照明領域（照野）を形成する機能を有する発散光束形成素子である。
【００５２】
さらに、回折光学素子５１Ａ〜５１Ｄをそれぞれ光軸ＡＸ１〜ＡＸ４の周りに互いに独立に回転する回転駆動部（不図示）も備えられている。この回転駆動部は図１の制御系２１によって制御される。
図９（Ａ）は、図８の回折光学素子５１Ａ〜５１Ｄの回転角が０の場合に、回折光学素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄによって図１のマイクロレンズアレイ７の入射面に形成される偏心した円形の照明領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄを示す。回折光学素子５１Ａ〜５１Ｄを角度θＣ（例えば３６０°）回転することによって、対応する照明領域５２Ａ〜５２Ｄはそれぞれ光軸ＡＸの周りに角度θＣ（例えば３６０°）回転する。
【００５３】
この図９（Ａ）において、円形の照明領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ内には、さらに光軸ＡＸを中心とする光強度が強い幅ｄ１の円弧状の領域５２Ａａ，５２Ｂａ，５２Ｃａ，５２Ｄａと、光強度が殆ど無い（光強度が殆ど０の）幅３ｄ１の円弧状の領域５２Ａｂ，５２Ｂｂ，５２Ｃｂ，５２Ｄｂとが、半径方向に一定の周期（４×ｄ１）で周期的に形成されている。即ち、光強度が強い領域５２Ａａ〜５２Ｄａの半径方向の幅（ｄ１）に対して、光強度が殆ど無い領域５２Ａｂ〜５２Ｄｂの半径方向の幅は３倍に設定されている。
【００５４】
また、円形の照明領域５２Ａ〜５２Ｄ内の光強度が強い円弧状の領域５２Ａａ，５２Ｂａ，５２Ｃａ，５２Ｄａの光軸ＡＸに対する半径方向の位置は、次第に幅ｄ１ずつシフトしている。この結果、図８の回折光学素子５１Ａ〜５１Ｄを回転して、図９（Ａ）の照明領域５２Ａ〜５２Ｄを円周方向の１箇所の円形領域で重ね合わせたとしても、照明領域５２Ａ〜５２Ｄ内の光強度が強い円弧状の領域５２Ａａ〜５２Ｄａは重なることがない。従って、マイクロレンズアレイ７の入射面で照明領域５２Ａ〜５２Ｄを重ね合わせても、ピッチの大きい干渉縞が形成されることによる照度むらが発生することがない。
【００５５】
本例において、例えばＸ方向の２極照明を行う場合には、図８の回折光学素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄの回転角を４５°、−４５°、４５°、−４５°に設定する。この結果、マイクロレンズアレイ７の入射面の光強度分布は、図９（Ｂ）に示すように、Ｘ軸に沿って光軸ＡＸに関して対称な２箇所の領域に、円形の２つの照明領域５２Ａ，５２Ｄと２つの照明領域５２Ｂ，５２Ｃとが重なった分布となる。従って、マイクロレンズアレイ７の射出側焦点面に２極の二次光源が形成される。
【００５６】
本例においても、図９（Ｂ）の状態から、図８の回折光学素子５１Ａ及び５１Ｄを逆方向に相対的に回転し、回折光学素子５１Ｂ及び５１Ｃを逆方向に相対的に回転することによって、照明光の利用効率を低下させることなく、２極状の二次光源の円周方向の幅を連続的に調整できる。従って、スループットが低下しない。また、本例では、図９（Ｂ）において、＋Ｘ方向側の２つの照明領域５２Ａ，５２Ｄの円周方向の重なり角と、−Ｘ方向側の２つの照明領域５２Ｂ，５２Ｃの円周方向の重なり角とを互いに独立に調整可能である。従って、２極状の２つの二次光源の円周方向の幅を互いに独立に調整できる。
【００５７】
なお、図８の回折光学素子５１Ｂ及び５１Ｄからの回折光が、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の各１対の照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂを照明し、図８の別の回折光学素子５１Ａ及び５１Ｃからの回折光が、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の各１対の照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂと同じ分布の照明領域（これを図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）の照明領域４５Ａ，４５Ｂ及び４６Ａ，４６Ｂとする）を照明するようにしてもよい。この場合、４極照明を行う際には、図８の回折光学素子５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄの回転角を４５°、−４５°、４５°、−４５°に設定する。この結果、マイクロレンズアレイ７の入射面の光強度分布は、図１０（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸに関して対称に第１の斜め方向に２つの照明領域４３Ａ，４３Ｂと２つの照明領域４４Ａ，４４Ｂとが重なり、光軸ＡＸに関して対称に第２の斜め方向に２つの照明領域４５Ａ，４５Ｂと２つの照明領域４６Ａ，４６Ｂとが重なった分布となる。従って、マイクロレンズアレイ７の射出側焦点面に４極状の二次光源が形成される。
【００５８】
本例において、図１０（Ｂ）の状態から、図８の回折光学素子５１Ｂ及び５１Ｄを逆方向に相対的に回転し、回折光学素子５１Ａ及び５１Ｃを逆方向に相対的に回転することによって、照明光の利用効率を低下させることなく、図１０（Ａ）に示すように、４極状の照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂと照明領域４５Ａ，４５Ｂ及び４６Ａ，４６Ｂとの円周方向の重なりの割合が調整できる。この結果、４極状の二次光源の円周方向の幅を連続的に調整できる。従って、スループットが低下しない。
【００５９】
また、この例では、図１０（Ａ）において、２対の照明領域４３Ａ，４３Ｂ及び４４Ａ，４４Ｂの円周方向の重なり角（円周方向の幅ＨＲ２）と、２対の照明領域４５Ａ，４５Ｂ及び４６Ａ，４６Ｂの円周方向の重なり角（円周方向の幅ＨＲ１）とを互いに独立に調整可能である。従って、４極状の２対の二次光源の円周方向の幅を互いに独立に調整できる。
【００６０】
さて、上述の各実施形態では、回折光学素子４１，４２，５１Ａ〜５１Ｄが位相型で回折作用面を有していたが、その代わりに、ある程度の光量損失を許容すれば、振幅型の回折作用面を有するものであっても良い。また、回折作用面を位相型とする場合には、回折作用面における段差の近似レベルを２段、４段、８段等のいずれにしてもよい。また、回折作用部にブレーズ化された（鋸歯状断面を持つ）回折面を形成しても良い。
【００６１】
また、回折光学素子４１，４２及び５１Ａ〜５１Ｄの回折作用部の代わりに、射出される光束の光強度分布を屈折によって変換する屈折作用部を設けてもよい。
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エ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図１１のフローチャートを参照して説明する。
【００６２】
先ず、図１１のステップ３０１において、１ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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ロットのウエ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、各ウエ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、露光装置において照明光の利用効率が高いため、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。
【００６３】
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、図１２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１２において、パターン形成工程４０１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工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、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、次のカラーフィノレタ形成工程４０２へ移行する。
【００６４】
次に、カラーフィルタ形成工程４０２では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）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るか、またはＲ，Ｇ，Ｂの３本のストライプのフィルターの複数の組が水平走査線方向に配列されたカラーフィルタを形成する。その次のセル組み立て工程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形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ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形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ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。
【００６５】
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。
なお、上述の各実施形態においては、図１のマイクロレンズアレイ７を介して形成された２極状又は４極状の二次光源からの光を、導光光学系としてのコンデンサー光学系８によって集光して、重畳的にマスクＭを照明する構成となっている。しかしながら、コンデンサー光学系８とマスクＭとの間に、照明視野絞り（マスクブラインド）と、この照明視野絞りの像をマスクＭ上に形成するリレー光学系とを配置しても良い。この場合、導光光学系は、コンデンサー光学系９とリレー光学系とから構成され、コンデンサー光学系９は二次光源からの光を集光して重畳的に照明視野絞りを照明することになり、リレー光学系は照明視野絞りの開口部（光透過部）の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００６６】
また、上述の各実施形態においては、２極状又は４極状の二次光源を形成するためのオプティカル・インテグレータとしてマイクロレンズアレイ７を用いているが、波面分割型のインテグレータであるマイクロレンズアレイ７に代えて、内面反射型のオプティカル・インテグレータとしてのロッド型インテグレータを用いることもできる。この場合、図１において、ズームレンズ５よりもマスクＭ側に集光光学系を追加して回折光学素子４１，４２の共役面を形成し、この共役面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。
【００６７】
また、このロッド型インテグレータの射出端面又は射出端面近傍に配置される照明視野絞りの像をマスクＭ上に形成するためのリレー光学系を配置する。この構成の場合、第２の所定面はズームレンズ５と上記集光光学系との合成光学系の瞳面となり、二次光源はリレー光学系の瞳面に形成される（二次光源の虚像はロッド型インテグレータの入射端近傍に形成される）。また、ロッド型インテグレータからの光束をマスクＭへ導くためのリレー光学系が導光光学系となる。
【００６８】
さらに、上述の各実施形態では、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。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態の一例の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。
【図２】図２（Ａ）は図１中の回折光学素子４１の回折作用部を示す図、図２（Ｂ）は図１中の回折光学素子４２の回折作用部を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は回折光学素子４１による照明領域を示す図、図３（Ｂ）は回折光学素子４２による照明領域を示す図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）及び図３（Ｂ）の照明領域を重ね合わせる状態を示す拡大図である。
【図４】図４（Ａ）は回折光学素子４１，４２の回転角が異なる場合を示す図、図４（Ｂ）は回折光学素子４１，４２の回転角が同じ場合を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は４極照明を行う際の照明領域を示す図、図５（Ｂ）は２極照明を行う際の照明領域を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は２対の照明領域の重なりの割合が大きい状態を示す図、図６（Ｂ）は２対の照明領域の重なりの割合が小さい状態を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は回折光学素子４１の回折作用部の断面の一例を示す図、図７（Ｂ）はその回折作用部の断面の別の例を示す図、図７（Ｃ）は図３（Ｃ）の照明領域４３Ａの光強度分布の他の例を示す図、図７（Ｄ）は図３（Ｃ）の照明領域４４Ａの光強度分布の他の例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態の他の例の回折光学装置を示す図である。
【図９】図９（Ａ）は４極照明時の図８の回折光学装置による照明領域を示す図、図９（Ｂ）は２極照明時の図８の回折光学装置による照明領域を示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、図８の回折光学素子５１Ａ〜５１Ｄの回折光のパターンを変えた場合の４極照明用の円周方向の幅が可変の照明領域の一例を示す図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の４極照明の円周方向の幅が最も狭い場合の照明領域を示す図である。
【図１１】マイクロデバイスとしての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１２】マイクロテバイスとしての液晶表示素子の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
ＩＬＳ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、１…光源、４１，４２…回折光学素子、５…ズームレンズ、６…アキシコン系、７…マイクロレンズアレイ、４０，４０Ａ…回折光学装置、４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ…照明領域、４３Ａａ，４４Ａａ…光強度が強い領域、４３Ａｂ，４４Ａｂ…光強度が殆ど無い領域、５１Ａ〜５１Ｄ…回折光学素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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