JP2011029596A - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡素な構成に基づいて回折光学素子と空間光変調器との切り換えを行い、ひいては瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現する。
【解決手段】 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は、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器（３２）と、空間光変調器と並列的に配置された反射型の回折光学素子（３１ａ）と、光源から入射した光を回折光学素子および空間光変調器のうちの少なくとも一方へ選択的に導く選択導光部（３３，３４）とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、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。

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。

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。

従来、瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現するために、照明瞳に光強度分布を固定的に形成する回折光学素子と、照明瞳に光強度分布を可変的に形成する空間光変調器とを照明光路に対して切り換え可能に設けた照明光学系が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この照明光学系では、複数の回折光学素子から選択された回折光学素子を光路中に設定することにより瞳強度分布を離散的に変更するとともに、空間光変調器の作用により瞳強度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。

特開２００９−９３１７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された照明光学系では、照明光路に対する回折光学素子と空間光変調器との切り換えに際して、ケーブルなどを含んで比較的複雑な機構を有する空間光変調器を移動させる必要がある。このため、回折光学素子と空間光変調器との切り換えに伴う操作および制御が複雑であり、ひいては照明光学系の構成が複雑化する。一方、空間光変調器を光路中に固定的に配置する構成を採用すると、回折光学素子または空間光変調器へ選択的に照明光を導くための導光光学系が複雑化（または大型化）し、ひいては照明光学系の構成が複雑化する。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、簡素な構成に基づいて回折光学素子と空間光変調器との切り換えを行うことができ、ひいては瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現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、多様性に富んだ照明条件を実現する照明光学系を用いて、転写すべきパターンの特性に応じて実現された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。

前記課題を解決するために、本発明の第１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系において、
二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器と、
前記空間光変調器と並列的に配置された反射型の回折光学素子と、
前記光源から入射した光を前記回折光学素子および前記空間光変調器のうちの少なくとも一方へ選択的に導く選択導光部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。

本発明の第２形態では、所定のパターンを照明するための第１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。

本発明の第３形態では、第２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。

本発明の第４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方法において、
二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器を準備する工程と、
反射型の回折光学素子を前記空間光変調器と並列的に配置する工程と、
前記光源から入射した光を前記回折光学素子および前記空間光変調器のうちの少なくとも一方へ選択的に導く工程とを備えていることを特徴とする照明方法を提供する。

本発明の第５形態では、所定のパターンを準備する工程と、
第４形態の照明方法を用いて前記所定のパターンを照明する工程と、
前記所定のパターンを感光性基板に露光する工程とを備えることを特徴とする露光方法を提供する。

本発明の第６形態では、第５形態の露光方法を用いて、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。

本発明の一態様にしたがう照明光学系では、反射型の回折光学素子と反射型の空間光変調器とが光路中に並列的に配置されている。したがって、光学系を複雑化または大型化しなくても、例えば光軸に対して傾斜可能な平行平面板の姿勢を変化させるという単純な操作および制御により、回折光学素子および空間光変調器のうちの少なくとも一方へ選択的に照明光を導くことができる。そして、例えば交換可能な複数の回折光学素子により瞳強度分布を離散的に変更するとともに、空間光変調器により瞳強度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。

すなわち、本発明の照明光学系では、簡素な構成に基づいて回折光学素子と空間光変調器との切り換えを行うことができ、ひいては瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本発明の露光装置では、多様性に富んだ照明条件を実現する照明光学系を用いて、転写すべきパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもと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製造することができる。

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の空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。 ４つの回折光学素子が回転板に取り付けられている様子を示す図である。 空間光変調ユニットにおける空間光変調器の作用を説明する図である。 空間光変調器の要部の部分斜視図である。 マイクロフライアイレンズの入射面および後側焦点面に形成される４極状の光強度分布を模式的に示す図である。 傾斜可能な平行平面板が第２姿勢に設定されたときの空間光変調ユニット内の光路を示す図である。 傾斜可能な平行平面板が第３姿勢に設定されたときの空間光変調ユニット内の光路を示す図である。 第１変形例にかかる空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す第１の図である。 第１変形例にかかる空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す第２の図である。 第２変形例にかかる空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。 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。 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。

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２は、図１の空間光変調ユニットの内部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の転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの転写面内において図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では、光源１から露光光（照明光）が供給される。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、ビーム送光部２を介して、空間光変調ユニット３に入射する。ビーム送光部２は、光源１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空間光変調ユニット３へ導くとともに、空間光変調ユニット３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。

空間光変調ユニット３は、図２に示すように、照明光路に対して切り換え可能な複数（図２では例示的に４つ）の反射型の回折光学素子（以下、単に「回折光学素子」ともいう）３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器３２とを備えている。図２では、４つの回折光学素子３１ａ〜３１ｄから選択された１つの回折光学素子３１ａが光路中に位置決めされている。照明光路中に並列的に配置された回折光学素子３１ａおよび空間光変調器３２よりも光源側（図２中左側）の光路中には、光の入射側から順に、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３、および第１偏向部材３４が配置されている。回折光学素子３１ａおよび空間光変調器３２よりもマスク側（図２中右側）の光路中には、第２偏向部材３５が配置されている。

平行平面板３３および第１偏向部材３４は、光源１からビーム送光部２を経て空間光変調ユニット３へ入射した光を回折光学素子３１ａおよび空間光変調器３２のうちの少なくとも一方へ選択的に導く。以下、説明の理解を容易にするために、光源１からの光束が第１偏向部材３４により２分割され、一方の光束が回折光学素子３１ａへ導かれ、他方の光束が空間光変調器３２へ導かれるものとする。第２偏向部材３５は、回折光学素子３１ａを経た光および空間光変調器３２を経た光をリレー光学系４へ導く。空間光変調ユニット３の具体的な構成および作用については後述する。

空間光変調ユニット３から射出された光は、リレー光学系４を介して、所定面５に入射する。リレー光学系４は、その前側焦点位置が回折光学素子３１ａの回折光学面の位置および空間光変調器３２の複数のミラー要素の配列面の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が所定面５の位置とほぼ一致するように設定されている。後述するように、回折光学素子３１ａを経た光は、その回折特性に応じた光強度分布を所定面５に固定的に形成する。空間光変調器３２を経た光は、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度分布を所定面５に可変的に形成する。

所定面５に光強度分布を形成した光は、リレー光学系６を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）７に入射する。リレー光学系６は、所定面５とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的に共役に設定している。したがって、空間光変調ユニット３を経た光は、所定面５と光学的に共役な位置に配置されたマイクロフライアイレンズ７の入射面に、所定面５に形成された光強度分布と同じ外形形状の光強度分布を形成する。

マイクロフライアイレンズ７は、たと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り、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。マイクロフライアイレンズでは、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、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。

マイクロフライアイレンズ７における単位波面分割面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。なお、マイクロフライアイレンズ７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。

マイクロフライアイレンズ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、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、入射面に形成される光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光束は、照明開口絞り（不図示）に入射する。照明開口絞りは、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍に配置され、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する。

照明開口絞りは、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。照明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。照明開口絞りは、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。なお、照明開口絞りの設置を省略することもできる。

照明開口絞り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８を介して、マスクブラインド９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９には、マイクロフライアイレンズ７の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９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０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１０は、マスクブラインド９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。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭ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。

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強度分布計測部ＤＴと、瞳強度分布計測部ＤＴの計測結果に基づいて空間光変調ユニット３中の空間光変調器３２を制御する制御部ＣＲとを備えている。瞳強度分布計測部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。瞳強度分布計測部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。

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ７により形成される二次光源を光源として、照明光学系の被照射面に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）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。なお、瞳強度分布とは、照明光学系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７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７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７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、リレー光学系４，６、およびマイクロフライアイレンズ７は、空間光変調ユニット３中の回折光学素子３１ａを経た光束および空間光変調器３２を経た光束のうちの少なくとも一方の光束に基づいてマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。

次に、空間光変調ユニット３の内部構成および作用を具体的に説明する。図２を参照すると、互いに異なる特性を有する４つの回折光学素子３１ａ〜３１ｄから選択された１つの回折光学素子３１ａが光路中に位置決めされ、回折光学素子３１ａと並列的に空間光変調器３２が光路中に固定的に配置されている。交換可能な４つの回折光学素子３１ａ〜３１ｄは、図２および図３に示すように、光軸ＡＸと平行なＸＹ平面の法線方向（Ｚ方向）に延びる軸線３０ａ廻りに回転可能で且つＸＹ平面に沿って延びるプレートの形態を有する回転板（ターレット）３０に、軸線３０ａを中心とする円の周方向に沿って取り付けられている。

回転板３０は、制御部ＣＲからの指令にしたがって軸線３０ａ廻りに回転することにより、４つの回折光学素子３１ａ〜３１ｄから選択された所要の回折光学素子を光路中に位置決めする。したがって、光路中に位置決めた回折光学素子は、その回折光学面がＸＹ平面と平行になるように（ひいては光軸ＡＸと平行になるように）配置される。平行平面板３３は、光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びる軸線（不図示）廻りに回転可能に構成されている。ハービングとしての平行平面板３３は、制御部ＣＲからの指令にしたがって、図２において実線３３ａで示す第１姿勢、破線３３ｂで示す第２姿勢、または破線３３ｃで示す第３姿勢をとる。

実線３３ａで示す第１姿勢に設定された平行平面板３３では、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交し、ひいてはＸＺ平面と平行になる。破線３３ｂで示す第２姿勢は、平行平面板３３を第１姿勢から図２中反時計廻りに所定角度だけ回転させることにより得られる。破線３３ｃで示す第３姿勢は、第１姿勢を中心として第２姿勢とは対称的な姿勢であって、平行平面板３３を第１姿勢から図２中時計廻りに所定角度だけ回転させることにより得られる。なお、必要に応じて、平行平面板３３が第２姿勢と第３姿勢との間の任意の姿勢をとるように制御することもできる。

第１偏向部材３４および第２偏向部材３５は、例えばＸ方向に延びる三角柱状のプリズムミラーの形態を有する。第１偏向部材３４は、光源側に向けた一対の反射面３４ａおよび３４ｂを有し、反射面３４ａと３４ｂとの稜線は光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びている。第２偏向部材３５は、マスク側に向けた一対の反射面３５ａおよび３５ｂを有し、反射面３５ａと３５ｂとの稜線は光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びている。なお、例えば金属のような非光学材料や石英のような光学材料により形成された三角柱状の部材の側面に、アルミニウムや銀などからなる反射膜を設けることにより、偏向部材３４および３５を形成することもできる。あるいは、偏向部材３４および３５を、それぞれミラーとして形成することもできる。

平行平面板３３が実線３３ａで示す第１姿勢に設定されている場合、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射した平行光束は、平行平面板３３の入射面および射出面で屈折作用を受けることなくそのまま通過した後、第１偏向部材３４に入射する。第１偏向部材３４の第１反射面３４ａによって反射された光は回折光学素子３１ａに入射し、第２反射面３４ｂによって反射された光は空間光変調器３２に入射する。回折光学素子３１ａの回折光学面により回折（変調）された光は、第２偏向部材３５の第１反射面３５ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。空間光変調器３２により変調された光は、第２偏向部材３５の第２反射面３５ｂにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。

以下、説明を単純化するために、照明光路中に選択的に位置決めされた回折光学素子３１ａの回折光学面と照明光路中に固定的に配置された空間光変調器３２の複数のミラー要素の配列面とは、光軸ＡＸを含んでＸＹ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。同様に、第１偏向部材３４の第１反射面３４ａと第２反射面３４ｂ、および第２偏向部材３５の第１反射面３５ａと第２反射面３５ｂとは、光軸ＡＸを含んでＸＹ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。

空間光変調器３２は、図４に示すように、ＸＹ平面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素３２ａと、複数のミラー要素３２ａを保持する基盤３２ｂと、基盤３２ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素３２ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３２ｃとを備えている。空間光変調器３２は、図５に示すように、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素３２ａを備え、入射した光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図４および図５では空間光変調器３２が４×４＝１６個のミラー要素３２ａを備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数のミラー要素３２ａを備えている。

図４を参照すると、光軸ＡＸと平行な方向に沿って第１偏向部材３４（図４では不図示）の第２反射面３４ｂに入射して空間光変調器３２に向かって反射された光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３２ａのうちのミラー要素ＳＥａに、光線Ｌ２はミラー要素ＳＥａとは異なるミラー要素ＳＥｂにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ３はミラー要素ＳＥａ，ＳＥｂとは異なるミラー要素ＳＥｃに、光線Ｌ４はミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｃとは異なるミラー要素ＳＥｄにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１〜Ｌ４に与える。

空間光変調器３２では、すべてのミラー要素３２ａの反射面が１つの平面（ＸＹ平面）に沿って設定された基準状態において、光軸ＡＸと平行な方向に沿って第２反射面３４ｂに入射した光線が、空間光変調器３２で反射された後に、第２偏向部材３５（図４では不図示）の第２反射面３５ｂにより光軸ＡＸとほぼ平行な方向に向かって反射されるように構成されている。また、空間光変調器３２の複数のミラー要素３２ａの配列面は、上述したように、リレー光学系４の前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。

したがって、空間光変調器３２の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、所定面５に所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成し、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面に光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した光強度分布を形成する。すなわち、リレー光学系４は、空間光変調器３２の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄが射出光に与える角度を、空間光変調器３２の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である所定面５上での位置に変換する。

一方、回折光学素子３１ａの回折光学面によって反射された光は、その回折特性に応じた光強度分布を、所定面５に、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する。こうして、マイクロフライアイレンズ７が形成する二次光源の光強度分布（瞳強度分布）は、回折光学素子３１ａおよびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第１の光強度分布と、空間光変調器３２およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第２の光強度分布との合成分布に対応した分布となる。ここで、第１の光強度分布と第２の光強度分布とは、互いに全く異なるものであっても良いし、互いに一部または全部が重複するものであっても良い。

空間光変調器３２は、図５に示すように、平面形状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素３２ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３２ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御部ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動部３２ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３２ａは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向（例えばＸ方向およびＹ方向）を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的或いは離散的に回転することができる。すなわち、各ミラー要素３２ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。

なお、各ミラー要素３２ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図５には外形が正方形状のミラー要素３２ａを示しているが、ミラー要素３２ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素３２ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素３２ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。

本実施形態では、空間光変調器３２として、たとえば二次元的に配列された複数のミラー要素３２ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば特表平１０−５０３３００号公報およびこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報およびこれに対応する米国特許第６,９００,９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報およびこれに対応する米国特許第７,０９５,５４６号公報、並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素３２ａの向きを離散的に複数の段階を持つように制御してもよい。

空間光変調器３２では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３２ｃの作用により、複数のミラー要素３２ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３２ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３２の複数のミラー要素３２ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、図６に示すように、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円弧形状の光強度分布２０ａおよび２０ｂを形成する。

一方、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する回転板３０により照明光路中に選択的に位置決めされた回折光学素子３１ａの回折光学面で反射された光は、図６に示すように、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円弧形状の光強度分布２０ｃおよび２０ｄを形成する。

こうして、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、４極状の光強度分布２０ａ〜２０ｄに対応する４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄが形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１０の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、４極状の光強度分布２０ａ〜２０ｄに対応する４極状の光強度分布が形成される。

図７に示すように、平行平面板３３を第１姿勢から第２姿勢（図２において破線３３ｂで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射した平行光束は、平行平面板３３の入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、第１偏向部材３４の第２反射面３４ｂへ導かれる。第２反射面３４ｂによって反射された光は、空間光変調器３２により変調され、第２偏向部材３５の第２反射面３５ｂにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。

すなわち、傾斜可能な平行平面板３３が第２姿勢に設定されると、平行平面板３３と第１偏向部材３４との協働作用により、光源１からの光は空間光変調器３２へ導かれ、回折光学素子３１ａへは導かれない。こうして、空間光変調器３２を経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、例えば４極状の光強度分布２０ａ〜２０ｄに対応する４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄを形成する。

図８に示すように、平行平面板３３を第１姿勢から第３姿勢（図２において破線３３ｃで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射した平行光束は、平行平面板３３の入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、第１偏向部材３４の第１反射面３４ａへ導かれる。第１反射面３４ａによって反射された光は、回折光学素子３１ａにより回折され、第２偏向部材３５の第１反射面３５ａにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。

すなわち、傾斜可能な平行平面板３３が第３姿勢に設定されると、平行平面板３３と第１偏向部材３４との協働作用により、光源１からの光は回折光学素子３１ａへ導かれ、空間光変調器３２へは導かれない。こうして、回折光学素子３１ａを経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、例えば４極状の光強度分布２０ａ〜２０ｄに対応する４極状の光強度分布２１ａ〜２１ｄを形成する。

以上のように、光源１からの光に基づいて被照射面としてのマスクＭを照明する本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、反射型の回折光学素子３１ａ（３１ｂ〜３１ｄ）と反射型の空間光変調器３２とが照明光路中に並列的に配置される。したがって、光学系を複雑化または大型化しなくても、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３の姿勢を変化させるという単純な操作および制御により、回折光学素子３１ａおよび空間光変調器３２のうちの少なくとも一方へ選択的に照明光を導くことができる。そして、交換可能な複数の回折光学素子３１ａ〜３１ｄにより瞳強度分布を離散的に変更するとともに、空間光変調器３２により瞳強度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。

すなわち、本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、簡素な構成に基づいて回折光学素子３１ａ（３１ｂ〜３１ｄ）と空間光変調器３２との切り換えを行うことができ、ひいては瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、多様性に富んだ照明条件を実現する照明光学系（２〜１０）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された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。

また、本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、回折光学素子３１ａ（３１ｂ〜３１ｄ）と空間光変調器３２とを同時に使用する場合、空間光変調器を単体で使用する場合に比して、ミラー要素ＳＥの反射面に入射する光の単位面積当たりのエネルギーが小さく（例えば１／２に）抑えられる。その結果、空間光変調器３２では、同時使用の期間に応じてミラー要素ＳＥの反射率が低下しにくく、所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮することができる。

なお、上述の実施形態では、軸線３０ａ廻りに回転可能な回転板３０を用いるターレット方式にしたがって、複数の回折光学素子３１ａ〜３１ｄから選択した１つの回折光学素子を光路中に位置決めしている。しかしながら、ターレット方式に限定されることなく、他の適当な方式にしたがって複数の回折光学素子から選択した１つの回折光学素子を光路中に位置決めすることもできる。あるいは、所定の回折光学素子を光路中に固定的に配置しても良い。

また、上述の実施形態では、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３により、光源１から入射した光束を平行移動させて射出する光束移動部を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、光束移動部の構成については様々な形態が可能である。例えば、一対のミラーを用いて光束移動部を構成することもできる。

また、上述の実施形態では、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３と、一対の反射面３４ａおよび３４ｂを有する偏向部材３４とにより、光源１から入射した光を回折光学素子３１ａおよび空間光変調器のうちの少なくとも一方へ選択的に導く選択導光部を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、選択導光部の構成については様々な形態が可能である。例えば、光束移動部を経て入射した光束を回折光学素子へ向けて偏向する第１前側偏向面（反射面３４ａに対応）と、光束移動部を経て入射した光束を空間光変調器へ向けて偏向する第２前側偏向面（反射面３４ｂに対応）とを、別々の光学部材に設けることもできる。

また、上述の実施形態では、光路中に位置決めされた１つの回折光学素子３１ａの回折光学面と、光路中に固定的に配置された１つの空間光変調器３２の複数のミラー要素３２ａの配列面とが、光軸ＡＸを挟んで互いに平行に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、光路中に位置決めされる回折光学素子の数、光路中に固定的に配置される空間光変調器の数、回折光学素子の回折光学面と空間光変調器の配列面との位置関係などについて、様々な形態が可能である。

例えば、図９および図１０に示す変形例にかかる空間光変調ユニット３Ａでは、一対の空間光変調器３２Ａと３２Ｂとが、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に対向するように光路中に固定的に配置されている。以下、説明を単純化するために、空間光変調器３２Ａと３２Ｂとは互いに同じ構成を有し、且つ光軸ＡＸを含んでＸＹ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。

また、複数の回折光学素子から選択された第１回折光学素子３１Ａと、複数の回折光学素子から選択された第２回折光学素子３１Ｂとが、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に対向するように光路中に位置決めされている。以下、説明を単純化するために、第１回折光学素子３１Ａの回折光学面と第２回折光学素子３１Ｂの回折光学面とは、光軸ＡＸを含んでＹＺ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。

空間光変調ユニット３Ａにおいて最も光源側に配置された平行平面板３３Ａは、図２の実施形態における平行平面板３３に対応する構成を有する。ただし、平行平面板３３Ａは、光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びる第１軸線（不図示）廻りに回転可能で、且つ光軸ＡＸを通ってＺ方向に延びる第２軸線（不図示）廻りに回転可能に構成されている。平行平面板３３Ａの直後に配置された第１偏向部材３４Ａおよび最もマスク側に配置された第２偏向部材３５Ａは、図２の実施形態における第１偏向部材３４および第２偏向部材３５に対応する構成を有する。ただし、第１偏向部材３４Ａと第２偏向部材３５Ａとは、光軸ＡＸ廻りに一体的に回転可能に構成されている。

平行平面板３３Ａが図９において実線３３ａで示す第１姿勢に設定され、且つ第１偏向部材３４Ａと第２偏向部材３５Ａとが図９に示す第１姿勢に設定されている場合、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３Ａに入射した平行光束は、平行平面板３３Ａの入射面および射出面で屈折作用を受けることなくそのまま通過した後、第１偏向部材３４Ａに入射する。第１偏向部材３４Ａの第１反射面３４ａによって反射された光は第１空間光変調器３２Ａに入射し、第２反射面３４ｂによって反射された光は第２空間光変調器３２Ｂに入射する。

第１空間光変調器３２Ａにより変調された光は、第２偏向部材３５Ａの第１反射面３５ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。第２空間光変調器３２Ｂにより変調された光は、第２偏向部材３５Ａの第２反射面３５ｂにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。こうして、第１空間光変調器３２Ａを経た光および第２空間光変調器３２Ｂを経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、所要の光強度分布を形成する。

第１偏向部材３４Ａと第２偏向部材３５Ａとを第１姿勢に設定した状態で、平行平面板３３Ａを第１姿勢から第２姿勢（図９において破線３３ｄで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３Ａに入射した平行光束は、平行平面板３３Ａの入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、第１偏向部材３４Ａの第１反射面３４ａへ導かれる。第１反射面３４ａによって反射された光は、第１空間光変調器３２Ａにより変調され、第２偏向部材３５Ａの第１反射面３５ａにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。こうして、第１空間光変調器３２Ａを経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、所要の光強度分布を形成する。

第１偏向部材３４Ａと第２偏向部材３５Ａとを第１姿勢に設定した状態で、平行平面板３３Ａを第１姿勢から第３姿勢（図９において破線３３ｅで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３Ａに入射した平行光束は、平行平面板３３Ａの入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、第１偏向部材３４Ａの第２反射面３４ｂへ導かれる。第２反射面３４ｂによって反射された光は、第２空間光変調器３２Ｂにより変調され、第２偏向部材３５Ａの第２反射面３５ｂにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。こうして、第２空間光変調器３２Ｂを経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、所要の光強度分布を形成する。

一方、平行平面板３３Ａが図１０において実線３３ａで示す第１姿勢に設定され、且つ第１偏向部材３４Ａと第２偏向部材３５Ａとが図９に示す第１姿勢から光軸ＡＸ廻りに９０度回転して図１０に示す第２姿勢に切り換わった場合、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３Ａに入射した平行光束は、平行平面板３３Ａの入射面および射出面で屈折作用を受けることなくそのまま通過した後、第１偏向部材３４Ａに入射する。第１偏向部材３４Ａの第１反射面３４ａによって反射された光は第１回折光学素子３１Ａに入射し、第２反射面３４ｂによって反射された光は第２回折光学素子３１Ｂに入射する。

第１回折光学素子３１Ａは、図２の実施形態における回転板３０に対応する構成を有する第１回転板３０Ａの作用により、複数の回折光学素子から選択されて光路中に位置決めされた回折光学素子である。第２回折光学素子３１Ｂは、図２の実施形態における回転板３０に対応する構成を有する第２回転板３０Ｂの作用により、複数の回折光学素子から選択されて光路中に位置決めされた回折光学素子である。

第１回折光学素子３１Ａにより回折された光は、第２偏向部材３５Ａの第１反射面３５ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。第２回折光学素子３１Ｂにより回折された光は、第２偏向部材３５Ａの第２反射面３５ｂにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。こうして、第１回折光学素子３１Ａを経た光および第２回折光学素子３１Ｂを経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、所要の光強度分布を形成する。

第１偏向部材３４Ａと第２偏向部材３５Ａとを第２姿勢に設定した状態で、平行平面板３３Ａを第１姿勢から第４姿勢（図１０において破線３３ｆで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３Ａに入射した平行光束は、平行平面板３３Ａの入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、第１偏向部材３４Ａの第１反射面３４ａへ導かれる。第１反射面３４ａによって反射された光は、第１回折光学素子３１Ａにより回折され、第２偏向部材３５Ａの第１反射面３５ａにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。こうして、第１回折光学素子３１Ａを経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、所要の光強度分布を形成する。

第１偏向部材３４Ａと第２偏向部材３５Ａとを第２姿勢に設定した状態で、平行平面板３３Ａを第１姿勢から第５姿勢（図１０において破線３３ｇで示す姿勢に対応）へ切り換えると、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３Ａに入射した平行光束は、平行平面板３３Ａの入射面および射出面でそれぞれ屈折作用を受けて、第１偏向部材３４Ａの第２反射面３４ｂへ導かれる。第２反射面３４ｂによって反射された光は、第２回折光学素子３１Ｂにより回折され、第２偏向部材３５Ａの第２反射面３５ｂにより反射された後、リレー光学系４へ導かれる。こうして、第２回折光学素子３１Ｂを経た光は、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳に、所要の光強度分布を形成する。

図９および図１０の変形例では、一対の反射型の回折光学素子３１Ａおよび３１Ｂと、一対の反射型の空間光変調器３２Ａおよび３２Ｂとが、照明光路中に並列的に配置されている。したがって、光学系を複雑化または大型化しなくても、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３Ａの姿勢を変化させたり、第１偏向部材３４Ａおよび第２偏向部材３５Ａの姿勢を一体的に変化させたりするという単純な操作および制御により、一対の回折光学素子３１Ａ，３１Ｂおよび一対の空間光変調器３２Ａ，３２Ｂのうちの少なくとも１つへ選択的に照明光を導くことができる。

特に、図９および図１０の変形例では、一対の空間光変調器３２Ａと３２Ｂとを同時に使用する場合、空間光変調器を単体で使用する場合に比して、ミラー要素の反射面に入射する光の単位面積当たりのエネルギーが小さく（例えば１／２に）抑えられる。その結果、空間光変調器３２Ａ，３２Ｂでは、同時使用の期間に応じてミラー要素の反射率が低下しにくく、所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮することができる。また、図９および図１０の変形例では、一方の空間光変調器が故障しても他方の空間光変調器を用いて装置の稼働を続けることができ、ひいては装置を停止させることなく故障した空間光変調器を交換することができる。

なお、上述の変形例では、複数の回折光学素子から選択した一対の回折光学素子３１Ａ，３１Ｂを光路中に位置決めしているが、これに限定されることなく、一対の回折光学素子３１Ａ，３１Ｂを光路中に固定的に配置することもできる。

また、上述の変形例において、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３Ａの設置を省略することもできる。この場合、第１偏向部材３４Ａおよび第２偏向部材３５Ａの姿勢を第１姿勢と第２姿勢との間で切り換えることにより、一対の空間光変調器３２Ａ，３２Ｂへ照明光を導いたり、一対の回折光学素子３１Ａ，３１Ｂへ照明光を導いたりすることができる。

また、上述の変形例において、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３３Ａが、２つの軸線廻りに回転可能に構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、平行平面板３３Ａを、光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びる第１軸線廻りに回転可能か、あるいは光軸ＡＸを通ってＺ方向に延びる第２軸線廻りに回転可能に構成することもできる。

また、上述の変形例において、一対の空間光変調器３２Ａ，３２Ｂのうちの一方の設置を省略したり、一対の回折光学素子３１Ａ，３１Ｂのうちの一方の設置を省略したりすることもできる。このように、上述の実施形態および変形例では、回折光学素子の回折光学面と空間光変調器の配列面との位置関係について様々な形態が可能である。ただし、回折光学素子の回折光学面および空間光変調器の配列面がそれぞれ光軸と平行になるように配置され、且つ回折光学素子の回折光学面と空間光変調器の配列面との間に光軸が位置する構成を採用することにより、複数の回折光学素子が取り付けられる回転板（ターレット）と空間光変調器との間の機械的な干渉を回避することが容易になる。

ところで、図２の実施形態における空間光変調ユニット３に使用される通常の空間光変調器３２では、複数のミラー要素３２ａを支持する基盤３２ｂの表面が、複数のミラー要素３２ａの配列面と平行であり、ひいては基準状態における複数のミラー要素３２ａの反射面と平行である。したがって、ミラー要素３２ａからの正反射光だけでなく、基盤３２ｂの表面からの正反射光も、偏向部材３５の反射面３５ｂおよびリレー光学系４を経てマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に達する。また、ミラー要素の間にミラー枠が設けられたタイプの空間光変調器では、ミラー枠の上面からの正反射光も同様に照明瞳に達する。

すなわち、反射型の空間光変調器では、複数のミラー要素以外の面部分であって複数のミラー要素の配列面とほぼ平行な面部分からの正反射光が不要光として照明瞳に達することになり、この不要光の影響により所望の瞳強度分布を形成することが困難になる場合がある。また、図２の実施形態における回折光学素子３１ａ（３１ｂ〜３１ｄ）では、正反射光（０次光）の発生が小さく抑えられるように設計される。しかしながら、実際には、反射型の回折光学素子で発生した正反射光も不要光として照明瞳に達することになり、この不要光の影響により所望の瞳強度分布を形成することが困難になる場合がある。

この場合、例えば図１１に示す構成を採用することにより、反射型の空間光変調器３２および反射型の回折光学素子３１ａ（３１ｂ〜３１ｄ）からの不要な正反射光（図１１中破線の矢印で示す）が偏向部材３５の一対の反射面３５ａ，３５ｂおよびリレー光学系４を経て後続の光学系へ混入するのを回避することができる。その結果、図１１の変形例にかかる空間光変調ユニット３Ｂでは、空間光変調器３２および回折光学素子３１ａ（３１ｂ〜３１ｄ）からの不要な正反射光の影響を受けることなく、所望の瞳強度分布を形成することが可能になる。

具体的に、空間光変調ユニット３Ｂでは、空間光変調器３２および回折光学素子３１ａ（３１ｂ〜３１ｄ）からの不要な正反射光が偏向部材３５の一対の反射面３５ａ，３５ｂへ入射するのを回避するために、偏向部材３５の反射面３５ａ，３５ｂが光軸ＡＸとなす角度を、図２の実施形態の構成に比して比較的大きく設定している。その結果、空間光変調ユニット３Ｂでは、第１偏向部材３４の一対の反射面３４ａ，３４ｂが光軸ＡＸとなす角度と、第２偏向部材３５の一対の反射面３５ａ，３５ｂが光軸ＡＸとなす角度とが比較的大きく異なっている。なお、図１１に示す変形例の要部構成を図９および図１０の変形例に対しても同様に適用することにより、不要な正反射光の影響を受けることなく所望の瞳強度分布を形成するという上述の作用効果を得ることができる。

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。

また、上述の説明では、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器として、二次元的に配列された複数の反射面の向き（角度：傾き）を個別に制御可能な空間光変調器を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば特開平６−２８１８６９号公報及びこれに対応する米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに特表２００４−５２０６１８号公報およびこれに対応する米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば特表２００６−５１３４４２号公報およびこれに対応する米国特許第６，８９１，６５５号公報や、特表２００５−５２４１１２号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

なお、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７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、リレー光学系６の代わりに、所定面５からの光を集光する集光光学系を配置する。そして、マイクロフライアイレンズ７とコンデンサー光学系８との代わりに、所定面５からの光を集光する集光光学系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マスクブラインド９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結像光学系１０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、上記の集光光学系、上記の結像光学系、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。

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。なお、可変パターン形成装置として、複数のＤＭＤを用いる場合において、本実施形態にかかる光束分割素子を用いて複数のＤＭＤへ光を導く構成としても良い。

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っても良い。

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１２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１２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、上述の実施形態の投影露光装置を用い、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）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影露光装置は、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。

図１３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１３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。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、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影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。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、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の組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。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。

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。

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。

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号パンプ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。

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。

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。

１ 光源
２ ビーム送光部
３ 空間光変調ユニット
３１ 反射型の回折光学素子
３２ 反射型の空間光変調器
３３ 傾斜可能な平行平面板
３４，３５ 偏向部材
４，６ リレー光学系
７ マイクロフライアイレンズ
８ コンデンサー光学系
９ マスクブラインド
１０ 結像光学系
ＤＴ 瞳強度分布計測部
ＣＲ 制御部
Ｍ マスク
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ

Claims (27)

1. 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おいて、
   二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器と、
   前記空間光変調器と並列的に配置された反射型の回折光学素子と、
   前記光源から入射した光を前記回折光学素子および前記空間光変調器のうちの少なくとも一方へ選択的に導く選択導光部とを備えていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記回折光学素子は、その回折光学面が前記照明光学系の光軸と平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記回折光学素子は、他の反射型の回折光学素子と交換可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明光学系。
4. 照明光路に対して切り換え可能な前記複数の回折光学素子は、前記光軸と平行な面内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記光軸と平行な面内に配置されている前記複数の回折光学素子は、前記平行な面の法線方向に延びる軸線廻りに回転可能な回転板に取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載の照明光学系。
6. 前記空間光変調器は、前記複数のミラー要素の配列面が前記照明光学系の光軸と平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学系。
7. 前記選択導光部は、
   前記光源から入射した光束を平行移動させて射出する光束移動部と、
   前記光束移動部を経て入射した光束を前記回折光学素子へ向けて偏向する第１前側偏向面と、
   前記光束移動部を経て入射した光束を前記空間光変調器へ向けて偏向する第２前側偏向面とを有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系。
8. 前記光束移動部は、前記照明光学系の光軸に対して傾斜可能な平行平面板を有することを特徴とする請求項７に記載の照明光学系。
9. 前記第１前側偏向面と前記第２前側偏向面との稜線は前記光軸を通って第１方向に延びており、
   前記平行平面板は、前記光軸を通って前記第１方向に延びる軸線廻りに回転可能であることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
10. 前記選択導光部は、
    入射した光束を前記回折光学素子へ向けて偏向する第１姿勢と入射した光束を前記空間光変調器へ向けて偏向する第２姿勢との間で切り換え可能な前側偏向面を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明光学系。
11. 前記回折光学素子は、前記照明光学系の光軸を挟んで対向するように配置された第１回折光学素子および第２回折光学素子を有し、
    前記空間光変調器は、前記光軸を挟んで対向するように配置された第１空間光変調器および第２空間光変調器を有し、
    前記前側偏向面は、前記第１姿勢において入射した光束を前記第１回折光学素子へ向けて偏向し且つ前記第２姿勢において入射した光束を前記第１空間光変調器へ向けて偏向する第１前側偏向面と、前記第１姿勢において入射した光束を前記第２回折光学素子へ向けて偏向し且つ前記第２姿勢において入射した光束を前記第２空間光変調器へ向けて偏向する第２前側偏向面とを有することを特徴とする請求項１０に記載の照明光学系。
12. 前記選択導光部は、前記光源から入射した光束を平行移動させて前記前側偏向面に向けて射出する光束移動部を有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の照明光学系。
13. 前記光束移動部は、前記照明光学系の光軸に対して傾斜可能な平行平面板を有することを特徴とする請求項１２に記載の照明光学系。
14. 前記選択導光部は、前記第１前側偏向面と前記第２前側偏向面とを有し前記光軸廻りに回転可能な前側偏向部材を有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学系。
15. 前記回折光学素子は、その回折光学面が前記照明光学系の光軸と平行になるように配置され、
    前記空間光変調器は、前記複数のミラー要素の配列面が前記照明光学系の光軸と平行になるように配置され、
    前記回折光学素子の前記回折光学面と前記空間光変調器の前記配列面との間に前記光軸が位置していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
16. 前記回折光学素子を介した光束および前記空間光変調器を介した光束のうちの少なくとも一方の光束に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学系。
17. 前記回折光学素子を介した光束および前記空間光変調器を介した光束のうちの少なくとも一方の光束を偏向して前記分布形成光学系へ導く後側偏向部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の照明光学系。
18. 前記後側偏向部材は、前記回折光学素子を経て入射した光束を前記分布形成光学系へ向けて偏向する第１後側偏向面と、前記空間光変調器を経て入射した光束を前記分布形成光学系へ向けて偏向する第２後側偏向面とを有することを特徴とする請求項１７に記載の照明光学系。
19. 前記空間光変調器は、前記複数のミラー要素の向きを連続的または離散的に変化させる駆動部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項に記載の照明光学系。
20. 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１６乃至１９のいずれか１項に記載の照明光学系。
21. 所定のパターンを照明するための請求項１乃至２０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。
22. 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２１に記載の露光装置。
23. 請求項２１または２２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。
24. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明方法において、
    二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素を有する空間光変調器を準備する工程と、
    反射型の回折光学素子を前記空間光変調器と並列的に配置する工程と、
    前記光源から入射した光を前記回折光学素子および前記空間光変調器のうちの少なくとも一方へ選択的に導く工程とを備えていることを特徴とする照明方法。
25. 所定のパターンを準備する工程と、
    請求項２４に記載の照明方法を用いて前記所定のパターンを照明する工程と、
    前記所定のパターンを感光性基板に露光する工程とを備えることを特徴とする露光方法。
26. 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工程を備えていることを特徴とする請求項２５に記載の露光方法。
27. 請求項２５または２６に記載の露光方法を用いて、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。

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