(57)【要約】  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。
2007072639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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ータ。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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インテグレータ。
【請求項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。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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加工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。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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のいずれか１項に記載のオプティカルインテグレータ。
【請求項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。
【請求項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製造方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項３７】
請求項３４乃至３６のいずれか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。
【請求項３８】
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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項４１】
所定のパターンを照明するための請求項３８乃至４０のいずれか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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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おいては、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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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く、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、ひい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形態のオ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がうオ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からの光束は、光量損失することなく、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か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】本実施形態にかかる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）の線Ａ−Ａに沿った断面図であり、（ｂ）は図３（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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。
【図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か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か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】
【００１８】
１  光源
３  偏光状態切換部
４，４１〜４７  マイクロフライアイレンズ
５  アフォーカルレンズ
７  円錐アキシコン系
８  ズームレンズ
９  シリンドリカルマイクロフライアイレンズ
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の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図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、アフォーカルレンズ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ー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ポラライザ（非偏光化素子）３ｃとを備えている。偏光状態切換部３は、デポラライザ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、デポラライザ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】
アフォーカルレンズ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アフォーカル系（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、アフォーカルレンズ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、アフォーカルレンズ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アフォーカルレンズ５から射出される。アフォーカルレンズ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が配置されている。円錐アキシコン系７の構成および作用については後述する。【００２５】
アフォーカルレンズ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、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９に入射する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ９は、図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ｐ１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＞ｐ１）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ｐ１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ルレンズ群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。【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フライアイ部材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が、Ｘ方向にｐ１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加工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抑えることができる。【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、ひいてはアフォーカルレンズ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、アフォーカルレンズ５の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸ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ができる。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（ＸＹ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１／２；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１／２）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／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く、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、本実施形態にかかる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（ＣａＦ2：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く、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。【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４ｂ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、マイクロフライアイレンズ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−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４ｃ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）、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いる加工など）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、アフォーカルレンズ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、アフォーカルレンズ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２０ｃおよび当該輪帯状領域の内側の円２０ｄと、光軸ＡＸ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２０ａ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、−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い。【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、本実施形態にかかる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（ひいてはＸ方向に沿って互いに逆向き）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って延び且つ光軸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。【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が一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（パルス光）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く、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。しかしながら、これに限定されることなく、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。しかしながら、これに限定されることなく、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極照明用マイクロフライアイレンズ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４１ｄ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から径方向に延びる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４１ｂに適用することが好ましい。【００６７】
すなわち、輪帯状領域の中心から径方向に延びる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。しかしながら、これに限定されることなく、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が、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変形例にかかる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、−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、−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４４ａ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２４ｄ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４４ｂ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が好ましい。【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。しかしながら、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変形例にかかる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変形例にかかる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く、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極照明用のマイクロ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変形例にかかる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変形例にかかる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４６ａ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、−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が形成されている。【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とが形成されている。【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く、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２６ｂ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２６ｅ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が、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（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。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く、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１０ａａ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が、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く、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が、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ーは、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か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が、これに限定されることなく、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；４１〜４６）を、たとえば水晶（ＳｉＯ2）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、三酸化チタン（ＴｉＯ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）のような酸化物結晶材料により形成することもできる。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もできる。【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；４１〜４６）を、たとえば旋光性を有する光学材料やリターデーショ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」という）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４７ｊ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極照明用のマイクロフライアイレンズ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（ＳｉＯ2）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（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ｄ１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とが、ｄ１・ρ＝θ１，ｄ２・ρ＝θ２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、θ１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、θ２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４７ｈ，４７ｉ）を通過した直線偏光の偏光方向の回転角としたとき、θ１とθ２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変形例にかかるマイクロフライアイレンズ４７を、リターデーショ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，４７ｂ（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か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ョ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｝が光軸に向いてい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）測定を行い、結晶面方位を直接的に測定する手法か、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、測定された複屈折から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としての水晶の結晶光学軸が光軸に向いているか否かを確認する。【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（マイクロマシーンニング、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査を行う。このマイクロフライアイレンズの検査では、マイクロフライアイレンズのファー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かを検査する。この検査に際しては、たとえば米国特許公開第２００６／０１６６１４２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２００６／０１６６１４２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ロ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、検査されたマイクロ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、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図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本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラ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。【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装置に対して本発明を適用することもできる。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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