JP5447369B2 - 照明装置、照明方法、露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布（瞳輝度分布）を生成するための空間光変調ユニットを含む照明装置、該空間光変調ユニットを利用した照明方法、該照明装置を含む露光装置、及び、該露光装置を利用したデバイスの製造方法に関するものである。

従来、露光装置において変形照明用の瞳輝度分布（例えば二極、四極等）を形成する空間光変調器として、反射型の空間光変調器が知られている。このような反射型の空間光変調器は、例えば特許文献１に記載されている。

また、近年、変形照明用の瞳輝度分布としては、単純な二値（光の有無）の分布ではなく、それ以上の多値が要求されようとしている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、半透過性基板及びマスキング膜からなる幾つもの透過領域を有する空間フィルタを照明瞳面内に配置することにより、多値の瞳輝度分布を得ている。

特開２００２−３５３１０５号公報 米国特許第６４６６３０４号公報 米国特許公開第２００６／００５５８３４Ａ１号公報 米国特許第６９１３３７３号公報 特開平６−２８１８６９号公報（米国特許第５，３１２，５１３号公報に対応） 特表２００４−５２０６１８号公報（米国特許第６，８８５，４９３号公報に対応） 特表２００６−５１３４４２号公報（米国特許第６，８９１，６５５号公報に対応） 特表２００５−５２４１１２号公報（米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報に対応） 特開２００６−５４３２８号公報 特開２００３−２２９６７号公報（米国特許公開第２００３／００３８２２５号公報に対応） 特開２００４−３０４１３５号公報 国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレット

発明者は上述の従来技術を検討した結果、以下のような課題を発見した。

すなわち、上記特許文献１には、多値の瞳輝度分布を得ることについての開示はない。また、上記特許文献２には、多値の瞳輝度分布を得るために空間フィルタを用いているため、照明瞳面上における各部の輝度（光強度）が任意に制御された多値の瞳輝度分布は得られない。

本発明の一実施形態は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、照明瞳面上の各部における輝度が任意に制御された多値の瞳輝度分布の形成が可能な構造を備えた照明装置及び照明方法を提供するとともに、該照明装置を含む露光装置、及び該露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供することを目的としている。

本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成 し、該所定の光強度分布を光源として被照射面をケーラー照明する照明装置であって、
二次元的に配列され、それぞれの姿勢が独立に制御される複数の反射面を有する空間光 変調器と、
前記空間光変調器の前記複数の反射面からの光を集光し、前記照明瞳面上に所定の光強 度分布を形成する集光光学系と、
前記照明瞳面上に形成しようとする光強度分布に応じて前記空間光変調器に制御信号を 与える制御部とを備え、
前記集光光学系は、前記空間光変調器の前記複数の反射面によって所定の角度分布が与 えられた光を前記照明瞳面における位置分布に変換し、
前記所定の光強度分布は、第１の光強度を持つ第１部分と、該第１の光強度とは異なる 第２の光強度を持つ第２部分と、前記第１及び第２の光強度とは異なる第３部分とを含み 、
前記制御部は、前記光強度分布を構成する前記照明瞳面上の前記第１部分に到達する光 に寄与する前記反射面の数と、前記第２部分に到達する光に寄与する前記反射面の数と、 前記第３部分に到達する前記反射面の数とが異なるように制御することを特徴とする照明 装置を提供する。

本発明の第２形態では、光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成 し、該所定の光強度分布を光源として被照射面をケーラー照明する照明装置であって、
二次元的に配列され、それぞれの姿勢が独立に制御される複数の反射面を有する空間光 変調器と、
前記空間光変調器の前記複数の反射面からの光を集光し、前記照明瞳面上に所定の光強 度分布を形成する集光光学系と、
前記照明瞳面上に形成しようとする光強度分布に応じて前記空間光変調器に制御信号を 与える制御部とを備え、
前記集光光学系は、前記空間光変調器の前記複数の反射面によって所定の角度分布が与 えられた光を前記照明瞳面における位置分布に変換し、
前記制御部は、前記空間光変調器における複数の反射面の数を前記照明瞳面上に光強度 分布を形成するのに要する反射面の総数で除した際に余りが存在するとき、余りの反射面 により反射される光が前記照明瞳面以外の領域に到達するよう、前記複数の反射面それぞ れの姿勢を制御することを特徴とする照明装置を提供する。

本発明の第３の態様は、所定パターンを照明するための上記第１又は第２形態の照明装 置を含み、前記所定パターンを感光性基板に露光する露光装置を提供する。

本発明の第４形態では、上記第３形態の露光装置を用いて、前記所定パターンを前記感 光性基板に露光する露光工程と、
前記所定パターンが転写された前記感光性基板を現像した後、前記所定パターンに対応 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、を備えたデバイス 製造方法を提供する。

本発明の第５形態では、光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成 し、該所定の光強度分布を光源として被照射面をケーラー照明する照明方法であって、
前記光源から前記照明瞳面に向かう光を、二次元的に配列されてそれぞれの姿勢が独立 に制御される複数の反射面で反射することと、
前記複数の反射面によって反射されることにより所定の角度分布が与えられた光を該照 明瞳面における位置分布に変換して前記照明瞳へ導くことと、
前記照明瞳面上に、第１の光強度を持つ第１部分と、該第１の光強度とは異なる第２の 光強度を持つ第２部分と、前記第１及び第２の光強度とは異なる第３部分とを含む所定の 光強度分布を形成することと、
前記光強度分布を構成する前記照明瞳面上の前記第１部分に到達する光に寄与する前記 反射面の数と、前記第２部分に到達する光に寄与する前記反射面の数と、前記第３部分に 到達する前記反射面の数とが異なるように前記複数の反射面の姿勢を制御することと
を含むことを特徴とする照明方法を提供する。

本発明の第６形態では、光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成 し、該所定の光強度分布を光源として被照射面をケーラー照明する照明方法であって、
前記光源から前記照明瞳面に向かう光の光路上に、それぞれの姿勢が独立に制御される 複数の反射面を二次元的に配列し、
前記複数の反射面から前記照明瞳面に向かう光の光路上に、該複数の反射面によって所 定の角度分布が与えられた光を該照明瞳面における位置分布に変換する集光光学系を配置 し、
前記複数の反射面からの光を前記集光光学系で集光することにより前記照明瞳面上に所 定の光強度分布を形成する際、前記光強度分布を構成する前記照明瞳面上の点それぞれに ついて、到達する光に寄与する前記反射面の数を制御し、
前記複数の反射面の数を前記照明瞳面上に光強度分布を形成するのに要する反射面の総 数で除した際に余りが存在するとき、余りの反射面により反射される光が前記照明瞳面以 外の領域に到達するよう、前記複数の反射面それぞれの姿勢を制御することを特徴とする 照明方法を提供する。

本発明の一実施形態によれば、各部の輝度が任意に制御された多値の瞳輝度分布（瞳強度分布）が得られる。

本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置及び照明方法の主要部として、空間光変調器及び集光光学系の配置を示す光路図である。 図２に示された空間光変調器の構成を概略的に示す図である。 図２に示された空間光変調器における複数のミラー要素の群分けの一例を説明するための図である。 瞳強度分布を多値的に制御する手法の別の一例を概略的に説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るデバイス製造方法として、半導体デバイスの製造工程を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るデバイス製造方法として、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の各実施形態に係る照明装置、照明方法、露光装置、及びデバイス製造方法を、図１〜図７を参照しながら、詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る露光装置の一実施形態の構成を概略的に示す図である。なお、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軸が、ウェハＷの面内において図１の紙面に平行な方向にｙ軸が、ウェハＷの面内において図１の紙面に垂直な方向にｘ軸が、それぞれ設定されている。

図１を参照すると、本実施形態に係る露光装置ＥＡは、照明装置ＩＬと、マスクＭを支持するマスクステージＭＳと、投影光学系ＰＬと、ウェハＷを支持するウェハステージＷＳとを備える。照明装置ＩＬは、露光装置ＥＡの光軸ＡＸに沿って順に配置された、光源１と、空間光変調ユニット３を備える。露光装置ＥＡは、光源１からの光に基づいて照明装置ＩＬを用いてマスクＭを照明し、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭのパターンが形成された面（第１面）の像を、ウェハＷ上の面（第２面）に投影する。また、光源１から供給される光によってマスクＭのパターンが形成された面（第１面）を照明する照明装置ＩＬは、空間光変調ユニット３によって例えば二極、四極等の変形照明を行う。

照明装置ＩＬは、光輪ＡＸに沿って、偏光制御部２と、空間光変調ユニット３と、ズーム光学系４と、フライアイレンズ５と、コンデンサ光学系６と、照明視野絞り（マスクプラインド）７と、視野絞り結像光学系８とを備える。

空間光変調ユニット３は、偏光制御部２を通過した光源１からの光に基づいて、その遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）に所望の瞳輝度分布（瞳強度分布）を形成する。後述するように空間光変調ユニット３の空間光変調器３ａは多数のミラー要素で構成されているが、照明装置ＩＬは、これら多数のミラー要素の傾きを制御するための制御信号を空間光変調器３ａへ出力する制御部１０も備えている。

なお、偏光制御部２は、例えば特許文献３に開示されている。

フライアイレンズ５は、入射した光に対し波面分割を施し、その後側焦点面にレンズ素子と同数の光源像からなる二次光源を形成する。フライアイレンズ５としては、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズが適用可能である。このようなシリンドリカルマイクロフライアイレンズは、例えば特許文献４に開示されている。

当該実施形態に係る露光装置ＥＡでは、被照射面に配置されるマスクＭが、フライアイレンズ５が形成する二次光源を光源として、ケーラー照明されるため、この二次光源が形成される面は、投影光学系ＰＬの開口絞りと共役な面となり、照明装置ＩＬ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が配置される面又はウェハ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、瞳輝度分布（瞳強度分布ともいう）とは、照明装置ＩＬの照明瞳面又は当該照明瞳面と共役な面における光強度分布である。ただし、フライアイレンズ５による波面分割数が大きい場合には、フライアイレンズ５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とが高い相関を示すため、フライアイレンズ５の入射面及び当該入射面と共役な面における光強度分布についても瞳輝度分布と称することができる。

コンデンサ光学系６は、フライアイレンズ５から射出された光を集光した後、照明視野絞り７を重畳的に照明する。照明視野絞り７からの光は、視野絞り結像光学系８によって所定パターンが形成されたマスクＭに達し、マスクＭのパターン形成領域の少なくとも一部に照明視野絞り７の開ロ部の像である照明領域を形成する。なお、図１では、光軸ＡＸを折り曲げるための光路折曲げミラーが省略されているが、必要に応じて光路折曲げミラーの配置は可能である。マスクステージＭＳには、マスクＭが載置される。

投影光学系ＰＬは、照明装置ＩＬによってマスクＭのパターン面（第１面）上に形成される照明領域からの光に基づいて、ウェハステージＷＳ上に載置されたウェハＷの投影面（第２面）Ｗａ上に第１面の像を形成する。

こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（Ｘ−Ｙ平面）内において、ウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハ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が行われる。これにより、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。

次に、図２及び図３を参照して空間光変調ユニット３の構成を説明する。図２は、図１に示された空間光変調ユニット３及びズーム光学系４を示す光路図である・。図３（ａ）は、空間光変調ユニット３が備える空間光変調器３ａの部分斜視図であり、図３（ｂ）は、ミラー要素の姿勢制御パラメータを説明するための図であり、図３（ｃ）は、空間光変調器３ａが備える複数のミラー要素のうちの１つを示す部分斜視図であり、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に示されたミラー要素の、Ｉ−Ｉ線に沿った断面を示す図である。なお、図２及び図３では、見易さのため、その断面へのハッチングの付与は省略されている。

図２に示されるように、空間光変調ユニット３は、プリズム３ｂと、プリズム３ｂに一体的に取り付けられた反射型の空間光変調器３ａとを備える。プリズム３ｂは、例えば蛍石をその硝材とする。プリズム３ｂは、直方体のうち１つの側面がＶ字状の楔形に凹んだ形状を呈し、Ｋプリズムとも呼ばれる。プリズム３ｂでは、直方体部分のうちの１つの側面が、交線（直線）Ｐ１ａが内側に窪むように鈍角をなした状態で交差する２つの平面ＰＳ１、ＰＳ２（第１及び第２平面ＰＳ１、ＰＳ２）によって構成されている。空間光変調器３ａは、交線Ｐ１ａで接している、これら２つの側面の双方に対向するプリズム３ｂの側面上に取り付けられる。なお、空間光変調器３ａのベースを形成する光学材料としては、蛍石に限定されず、石英ガラスであっても良く、他の光学ガラスであっても良い。

交線Ｐｌａで接する２つの側面（互いに対面している側）は、第１及び第２反射面Ｒ１１、Ｒ１２として機能する。したがって、第１反射面Ｒ１１は、第１平面ＰＳ１上に位置する。第２反射面Ｒ１２は第１平面ＰＳ１と交差する第２平面ＰＳ２上に位置する。第１及び第２反射面Ｒ１１、Ｒ１２同士のなす角は鈍角である。

ここで、例えば、第１及び第２反射面Ｒ１１、Ｒ１２同士のなす角を１２０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズムＰ１の側面（入射面ＩＰ）と第１反射面Ｒ１１とのなす角を６０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズムＰ１の側面（出射面ＯＰ）と第２反射面Ｒ１２とのなす角を６０度としてもよい。

プリズム３ｂは、空間光変調器３ａが取り付けられる側面と光軸ＡＸとが平行となり、かつ第１反射面Ｒ１１が光源１側（露光装置ＥＡの上流側）に、第２反射面Ｒ１２がフライアイレンズ５側（露光装置ＥＡの下流側）に、それぞれ位置するよう、配置される。したがって、プリズム３ｂの第１反射面Ｒ１１は、図２に示されたように、露光装置ＥＡの光軸ＡＸに対して斜設される。プリズム３ｂの第２反射面Ｒ１２は、図２に示されたように、露光装置ＥＡの光軸ＡＸに対して第１反射面Ｒ１１とは反対方向の傾斜をもって斜設される。

プリズム３ｂの第１反射面Ｒ１１は、露光装置ＥＡの光軸ＡＸと平行に入射した光を反射する。空間光変調器３ａは、第１反射面Ｒ１１と第２反射面Ｒ１２との間の光路中に配置され、第１反射面Ｒ１１からの反射光をさらに反射する。プリズム３ｂの第２反射面Ｒ１２は、空間光変調器３ａからの反射光を反射する。この反射面Ｒ１２からの光は、露光装置ＥＡの照明装置ＩＬ中、具体的にはズーム光学系４に射出する。

したがって、第１及び第２平面ＰＳ１、ＰＳ２によって形成される稜線である交線Ｐ１ａは第１及び第２反射面Ｒ１１、Ｒ１２に対して空間光変調器３ａ側に向けられている。

なお、この実施形態では、プリズム３ｂが１つの光学プロックで一体的に形成されているが、複数の光学ブロックを用いてプリズム３ｂが構成されても良い。

空間光変調器３ａは、第１反射面Ｒ１１で反射された光の入射位置に応じて、該入射光に空間的な変調を与える。このような空間光変調器３ａは、後述するように、所定平面上で二次元的に配列された多数の微小ミラー要素ＳＥ１を含む。

そのため、例えば、空間光変調器３ａに入射する光束のうち、光線Ｌ１は空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１のうちミラー要素ＳＥ１ａに、光線Ｌ２は空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１のうちミラー要素ＳＥ１ａとは異なるミラー要素ＳＥ１ｂに、光線Ｌ３は空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１のうちミラー要素ＳＥ１ａ、ＳＥ１とは異なるミラー要素ＳＥ１ｃに、光線Ｌ４は空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１のうちミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｃとは異なるミラー要素ＳＥ１ｄに、光線Ｌ５は空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１のうちミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｄとは異なるミラー要素ＳＥ１ｅに、それぞれ入射する。ミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｅのそれぞれは、自身の設置位置に応じて空間的な変調を到達した光線Ｌ１〜Ｌ５に与える。なお、図２では、説明を簡単にするために、５つのミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｅのみが図示されているが、ミラー要素の数は５つには限定されない。

プリズム３ｂの入射面ＩＰ（光線Ｌ１〜Ｌ５が入射）から、ミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｅを経て光がプリズム３ｂの射出面ＯＰまでの空気換算長と、プリズム３ｂが露光装置ＥＡ中に配置されていない場合における入射面ＩＰに相当する位置から射出面ＯＰに相当する位置までの空気換算長が同じになるように、プリズム３ｂは配置される。ここで、空気換算長とは、光学系中の光路長を屈折率１の空気に換算したときの光路長として表したものであり、屈折率ｎの媒質中の空気換算長は、その光路長に１／ｎを乗じたものである。

また、空間光変調器３ａは、集光光学系とみなすことのできるズーム光学系４の前側焦点位置の近傍に配置されている。空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｅによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、ズーム光学系４の後側焦点面５ａ上の所定の位置に光強度分布を形成する。すなわち、ズーム光学系４は、空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｅが射出光に与える角度を、空間光変調器３ａの遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である面５ａ上での位置に変換するフーリエ変換光学系である。なお、ズーム光学系４としては、例えば射影方式が正射影のズーム光学系を用いることができる。

図１に戻って、この面５ａの近傍には、フライアイレンズ５の入射面が位置決めされており、フライアレンズ５が形成する二次光源の光強度分布（輝度分布）は、空間光変調器３ａ及びズーム光学系４が形成する光強度分布に応じた分布となる。

さて、空間光変調器３ａは、図３（ａ）に示されたように、平面形状の反射面を上面にして敷き詰められた多数の微小な反射素子であるミラー要素ＳＥ１を含む可動マルチミラーである。ミラー要素ＳＥ１のそれぞれは可動であり、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１０により独立に制御される（反射面の姿勢制御）。各ミラー要素ＳＥ１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ＳＥ１は、反射面に沿った二次元で傾斜を制御することが可能である。なお、離散的に回転する場合には、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、・・・）で制御されるのが好ましい。

なお、各ミラー要素ＳＥ１に対する上述のような反射面の姿勢制御は、図３（ｂ）に示されたように、空間光変調器３ａの基準平面の法線（ｚ軸）と反射面の法線（ｚ’軸）のなす角度θを調節することにより行われる。ここで、基準平面とは、姿勢制御前における反射面と一致した平面であって、該姿勢制御前における反射面の法線Ｚ’に直行するｘ軸及びｙ軸で規定されるｘ−ｙ平面である。また、基準平面の法線ｚ（ｚ軸）と反射面の法線Ｚ’のなす角度θは、具体的な姿勢制御情報として、ｘ軸を中心とした回転角成分θ_ｘと、ｙ軸を中心とした回転角成分θ_ｙで与えられる。すなわち、回転角成分θ_ｘは、ｙ−ｚ平面に投影されたときの基準平面の法線Ｚと反射面の法線Ｚ’のなす角度であり、回転角成分θ_ｙは、ｘ−ｚ平面に投影されたときの基準平面の法線Ｚと反射面の法線Ｚ’のなす角度である。

加えて、この実施形態では、ミラー要素ＳＥ１の外形は正方形であるが、これに限定するものではない。ただし、光利用効率の観点から、隙間無く配列可能な形状（最密充填可能な形状）が好ましい。また、隣接するミラー要素ＳＥ１間の間隔は必要最小限に設定されるのが好ましい。

図３（ｃ）は、空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１のうちの１つのミラー要素の構成、より具体的には、該ミラー要素ＳＥ１における反射面の姿勢を調節する駆動部を概略的に示す図である。また、図３（ｄ）は、図３（ｃ）中に示されたＩ−Ｉ線に沿ったミラー要素ＳＥ１の断面を示す図である。図３（ｃ）及び３（ｄ）において、ミラー要素ＳＥ１は、ベース３０と、このベース３０上に設けられた支柱３１と、ベース３０と反対側で支柱３１と接続される板状部材３２と、この板状部材３２上に形成された反射膜からなる反射面３３と、ベース３０上に支柱３１を取り囲むように配置された４つの電極３４ａ〜３４ｄとを備える。

ここで、板状部材３２は、支柱３１との接続部位が支点となるようにベース３０と平行な面上の互いに直交する２軸（ｘ軸及びｙ軸）回りに傾斜可能である。そして、板状部材３２の４つの頂点のベース側の位置のそれぞれに配置された電極３４ａ〜３４ｄに電位を付与することにより、各電極３４ａ〜３４ｄと板状部材３２との間に静電力を発生させ、各電極３４ａ〜３４ｄと板状部材３２との間隔を変化させる（駆動部）。これにより、板状部材３２が支柱３１を支点にして傾斜し、ひいては板状部材３２上に形成される反射面３３が傾斜する。

さて、図２に戻って、照明瞳面上に形成される光強度分布（瞳輝度分布）の多値制御について説明する。図２に示された空間光変調器３ａの状態では、５つのミラー要素ＳＥ１ａ〜ＳＥ１ｅのうち、３つのミラー要素ＳＥ１ａ、ＳＥ１ｃ、ＳＥ１ｅのそれぞれが空間光変調器３ａの基準平面に対して第１角度（θ_ｘ１、θ_ｙ１）だけ傾斜しており、２つのミラー要素ＳＥ１ｂ、ＳＥ１ｄの双方が、空間光変調器３ａの基準平面に対して該第１角度とは異なる第２角度（θ_ｘ２、θ_ｙ２）だけ傾斜している。

したがって、空間光変調器３ａの基準平面（図３（ｂ）参照）は、空間光変調器３ａの多数のミラー要素ＳＥ１が二次元的に配列されている平面を意味する。また、第１角度および第２角度は、図３（ｂ）に示されたように、当該平面内で直交する２軸（ｘ軸及びｙ軸）を回転軸とする回転方向θ_ｘ、θ_ｙを用いて、定義されている。

空間光変調器３ａの３つのミラー要素ＳＥ１ａ、ＳＥ１ｃ、ＳＥ１ｅにおいて反射された光線Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５は、プリズム３ｂの第２反射面Ｒ１２で反射された後、ズーム光学系４で集光される。その結果、光線Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５は、ズーム光学系４の後側焦点面５ａ上の点Ｐ１に達する。一方、空間光変調器３ａの２つのミラー要素ＳＥ１ｂ、ＳＥ１ｄにおいて反射された光線Ｌ２、Ｌ４は、プリズム３ｂの第２反射面Ｒ１２で反射された後、ズーム光学系４で集光される。その結果、光線Ｌ２、Ｌ４は、ズーム光学系４の後側焦点面５ａ上の点Ｐ２に達する。

このように、点Ｐ１には、３つのミラー要素ＳＥ１ａ、ＳＥ１ｃ、ＳＥ１ｅからの光が集光する一方、点Ｐ２には、２つのミラー要素ＳＥ１ｂ、ＳＥ１ｄからの光が集光する。その結果、点Ｐ１での光強度と点Ｐ２での光強度との比は、３：２となる。このようなミラー要素の数と光強度比の関係に基づいて、照明瞳面と見なすことのできるズーム光学系４の後側焦点面５ａの所定の一点（Ｐ１またはＰ２）に到達する光（Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５またはＬ２、Ｌ４）に寄与する反射面（ＳＥ１ａ、ＳＥ１ｃ、ＳＥ１ｅまたはＳＥ１ｂ、ＳＥ１ｄ）の数に応じて、所定の一点（Ｐ１またはＰ２）における光強度が決定される。すなわち、面５ａにおける光強度分布を所望の分布とすることができる。なお、図２に示された構成例では、点Ｐ１における光強度が３、点Ｐ２における光強度が２、その他の領域における光強度が０となる光強度分布（瞳輝度分布）が、面５ａ上に形成されている。

したがって、面５ａ上に形成される光強度分布を構成する各点ごとに（例えばＰ１またはＰ２）、到達する光に寄与する反射面の数を、空間光変調器３ａにおける姿勢制御を行う制御部１０（図１参照）で制御すれば、当該面５ａの所定のー点（Ｐ１またはＰ２）での光強度の値を所望の値に設定することができ、ひいては面５ａでの光強度分布を多値で任意に制御できる。

この実施形態では、ズーム光学系４が光学的なフーリエ変換作用を有しているため、３つのミラー要素ＳＥ１ａ、ＳＥ１ｃ、ＳＥ１ｅの傾きが共に同じ第１角度（θ_ｘ１、θ_ｙ１）であるにもかかわらず、ズーム光学系４の後側焦点面５ａ上の一点Ｐ１で重なり、２つのミラー要素ＳＥ１ｂ、ＳＥ１ｄの傾きは共に同じ第２角度（θ_ｘ２、θ_ｙ２）であるにもかかわらず、ズーム光学系４の後側焦点面５ａ上の一点Ｐ２で重なる。この実施形態では、このように面５ａ上の所定の一点に到達する光に寄与する複数の反射面の傾きを異なる傾きにすることなく、同じ傾き（同じ姿勢）となるように制御する。

また、この実施形態では、空間光変調器３ａのミラー要素ＳＥ１の傾斜によって生じる光の角度情報が、ズーム光学系４の光学的フーリエ変換作用により、フーリエ変換面である面５ａにおける位置情報に変換される。逆に、フーリエ変換面５ａにおける光の角度情報は、空間光変調器３ａのミラー要素ＳＥ１の配列面における位置情報に変換される。その結果、照明瞳面と見なせる面５ａに到達する光束の開き角（ＮＡ）の、面５ａ内におけるバラツキが効果的に抑制される。加えて、面５ａに形成される光強度分布（瞳輝度分布）を所望の分布に設定するための、複数のミラー要素ＳＥ１からどのミラー要素ＳＥ１をどの傾斜に設定するのかの選択が、制約なしに行える。

例えば、図４に示されたように、空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１を、複数のミラー要素群３５ａ〜３５ｉに群分けし、各ミラー要素群３５ａ〜３５ｉがそれぞれ面５ａ上に光強度分布（瞳強度分布）を形成する手法も可能である。また、空間光変調器３ａの複数のミラー要素ＳＥ１の割り当てを全くランダムな割り当てとする手法も可能である。

図５は、瞳強度分布を多値的に制御する手法の別のー例を概略的に説明するための図である。具体的に、図５（ａ）は、照明瞳面を３行×５列の１５ピクセルで構成した場合における４値表現の光強度分布（瞳強度分布）の一例を示すマトリクスであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された多値光強度分布を得るために必要な光の割り当てを模式的に説明するための図である。

例えば、図５（ａ）に示されたマトリクス上で最左下ピクセルの光強度を得るためには、図５（ｂ）に示されたように、空間光変調器３ａの４つのミラー要素からの光エネルギーＰＥ１〜ＰＥ４を最左下ピクセルに重ねて強度４を得れば良い。同様に、図５（ａ）に示されたマトリクス上で最左上ピクセルの光強度を得るためには、図５（ｂ）に示されたように、空間光変調器３ａの２つのミラー要素からの光エネルギーＰＥ５、ＰＥ６を最左上ピクセルに重ねて強度２を得れば良い。

このように、面５ａの所定の一点に到達する光に寄与する反射面の数を制御することにより、当該面５ａの所定の一点での光強度の値を多段階（図５の場合は４段階）で制御することが可能になる。

なお、図５で示された例では、説明を簡単にするために照明瞳面を３×５ピクセルの１５ピクセルの分割としたが、照明瞳面の分割数は１５に限定されることなく、例えば４０×４０ピクセル、１２８×１２８ピクセルなど、もっと大きな分割数であっても良い。また、図５で示された例では、照明瞳面上に形成される光強度分布を４段階の多値で表現したが、これは４段階に限定されることなく、３段階や８段階など、必要に応じて様々の段階数とすることができる。

さて、照明瞳面上に所望の光強度分布を形成するのに要する反射面の総数と、光源１からの光によって照明されている空間光変調器３ａのミラー要素ＳＥ１の総数（以下、ミラー要素の有効個数という）とが等しくない場合、具体的には、ミラー要素の有効個数を照明瞳面上の瞳強度分布を形成するのに要する反射面の総数で除した際に余りが存在するとき、余りの反射面にて反射される光を照明瞳面以外の領域に向けることが好ましい。

仮に、余りの反射面にて反射される光が照明瞳面上に形成される光強度分布に平均的に散らされると、この光強度分布に強度ムラが生じる。例えば、ミラー要素の有効個数を１６９７６０粒とし、光強度分布を形成するのに要する反射面の総数を１２８６１面とすると、余りは２５６７粒となる。すなわち、１つの反射面と見なされるミラー要素の数は１３粒（１６９７６０＝１２８６１×１３＋２５６７）であり、これら１３粒のミラー要素から反射された光が照明瞳面上の一点に到達することになる。

ここで、照明瞳面が１２８×１２８ピクセルで分割され、かつ、余りのミラー要素からの反射光も光強度分布を構成する有効瞳を構成しているいずれかのピクセルに到達させた場合、この有効瞳内には、１３粒のミラー要素からの反射光が到達するピクセルと、１４粒のミラー要素からの反射光が到達するピクセルが存在することになる。このとき、該照明瞳面上に形成される光強度分布の強度ムラは、｜（１４−１３）／（１４＋１３）｜＝｜１／２７｜、すなわち、士３．７％（＝１／２７×１００）になる。一方、ミラー要素の有効数に対する余りの割合は１．５％（＝２５６７／１６９７６０×１００）であるから、２５６７粒の余ったミラー要素からの反射光を有効鐘の領域外に到達させたとしても有効瞳全体における照度低下は１．５％にとどまる。よって２５６７粒の余ったミラー要素からの反射光は有効でない領域に意図的に到達させることにより、照明瞳面上に形成される光強度分布の強度ムラを３．７％低減できる。

また、上述の実施形態では、二次元的に配列され、かつ個別に制御される複数の光学要素を有する空間光変調器として、それぞれの光学要素がその中心部で１本の支柱を支持点として傾斜可能に支持される構造であった。しかしながら、空間光変調器における光学要素それぞれは、周辺部で支持される構造であっても良い。

また、上述の実施形態では、二次元的に配列されかつ個別に制御される複数の光学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（傾き）を個別に制御可能な空間光変調器が採用されている。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が採用されてもよい。このような空間光変調器としては、例えば特許文献５、及び特許文献６の図１ｄに開示された空間光変調器が採用可能である。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。このときには、空間光変調器の複数の反射面の凹凸構造の数を制御部で制御すれば良い（制御部による空間光変調器における複数反射面の姿勢制御）。

なお、二次元的に配列された複数の反射面を持つ上述の空間光変調器は、例えば特許文献７や、特許文献８の開示に従って変形されても良い。

また、上述の実施形態及びその変形例において、空間光変調器３を用いて照明瞳面上に光強度分布（瞳輝度分布）を形成する際に、光強度分布計測装置（瞳輝度分布計測装置）で形成される光強度分布を計測しつつこの計測結果に応じて空間光変調器３が制御されてもよい。このような技術は、例えば特許文献９や特許文献１０に開示されている。

なお、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が採用可能である。また、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空間光変調器が採用可能である。このような空間光変調器を備えた露光装置は、例えば特許文献１１、特許文献１２に開示されている。また、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が採用されても良く、自発光型の画像表示素子が採用されても良い。

上述の実施形態に係る露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

次に、上述の実施形態に係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６は、本発明の一実施形態に係るデバイス製造方法として、半導体デバイスの製造工程を説明するためのフローチャートである。図６に示されたように、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に金属膜が蒸着され（ステップＳ４０）、この蒸着された金属膜上に感光性材料であるフォトレジストが塗布される（ステップＳ４２）。続いて、上述の実施形態に係る露光装置（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がウェハＷ上の各ショット領域に転写される（ステップＳ４４：露光工程）。そして、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が行う（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が行われる（ステップＳ４８：加工工程）。

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態に係る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貢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の表面の加工が行われる。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異腹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、上述の実施形態に係る投影露光装置は、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７は、本発明の他の実施形態に係るデバイス製造方法として、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を説明するためのフローチャートである。図７に示されたように、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）が順次行われる。

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、上述の実施形態に係る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が形成される。このパターン形成工程には、上述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った後に該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の組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタが形成される。

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）が組み立てられる。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が形成される。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が取り付けられる。

また、本実施形態は、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可能である。さらに、本実施形態は、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）をフォトリングラフィエ程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用可能である。

なお、上述の実施形態において、光源１が供給する光（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）が利用可能である。ただし、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ_２レーザ光源なども利用可能である。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスクを照明する照明光学系に対して本実施形態が適用されているが、これに限定されることなく、マスク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が適用されてもよい。

このように本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

１…光源、３…空間光変調ユニット、３ａ…空間光変調器、ＳＥ１、ＳＥ２…空間光変調器が備える複数の要素ミラー、４…ズームレンズ系（集光光学系）、５ａ…空間光変調器の遠視野領域、７…マスクブラインド、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウェハ。

Claims (15)

1. 光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成し、該所定の光強度分布を光源として被照射面をケーラー照明する照明装置であって、
   二次元的に配列され、それぞれの姿勢が独立に制御される複数の反射面を有する空間光変調器と、
   前記空間光変調器の前記複数の反射面からの光を集光し、前記照明瞳面上に所定の光強度分布を形成する集光光学系と、
   前記照明瞳面上に形成しようとする光強度分布に応じて前記空間光変調器に制御信号を与える制御部とを備え、
   前記集光光学系は、前記空間光変調器の前記複数の反射面によって所定の角度分布が与えられた光を前記照明瞳面における位置分布に変換し、
   前記所定の光強度分布は、第１の光強度を持つ第１部分と、該第１の光強度とは異なる 第２の光強度を持つ第２部分と、前記第１及び第２の光強度とは異なる第３部分とを含み 、
   前記制御部は、前記光強度分布を構成する前記照明瞳面上の前記第１部分に到達する光に寄与する前記反射面の数と、前記第２部分に到達する光に寄与する前記反射面の数と、 前記第３部分に到達する前記反射面の数とが異なるように制御することを特徴とする照明装置。
2. 前記制御部は、前記空間光変調器における複数の反射面の数を前記照明瞳面上に光強度分布を形成するのに要する反射面の総数で除した際に余りが存在するとき、余りの反射面により反射される光が前記照明瞳面以外の領域に到達するよう、前記複数の反射面それぞれの姿勢を制御することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成し、該所定の光強度分布 を光源として被照射面をケーラー照明する照明装置であって、
   二次元的に配列され、それぞれの姿勢が独立に制御される複数の反射面を有する空間光 変調器と、
   前記空間光変調器の前記複数の反射面からの光を集光し、前記照明瞳面上に所定の光強 度分布を形成する集光光学系と、
   前記照明瞳面上に形成しようとする光強度分布に応じて前記空間光変調器に制御信号を 与える制御部とを備え、
   前記集光光学系は、前記空間光変調器の前記複数の反射面によって所定の角度分布が与 えられた光を前記照明瞳面における位置分布に変換し、
   前記制御部は、前記空間光変調器における複数の反射面の数を前記照明瞳面上に光強度 分布を形成するのに要する反射面の総数で除した際に余りが存在するとき、余りの反射面 により反射される光が前記照明瞳面以外の領域に到達するよう、前記複数の反射面それぞ れの姿勢を制御することを特徴とする照明装置。
4. 前記照明瞳面上に形成される光強度分布を計測するための光強度分布計測装置を更に備えるとともに、
   前記制御部は、前記光強度分布計測装置からの計測結果に基づいて、前記空間光変調器における前記複数の反射面の姿勢制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一 項に記載の照明装置。
5. 前記空間光変調器は、前記制御部からの制御信号に基づいて前記複数の反射面の姿勢を個別に変更するための駆動部を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の照明装置。
6. 前記駆動部は、前記複数の反射面の向きを連続的または離散的に変化させることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記照明瞳面上の所定の一点に到達する光に寄与する前記反射面を、それぞれを通る法線が平行になるよう姿勢制御することを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 所定パターンを照明するための請求項１乃至７の何れか一項に記載の照明装置を含み、前記所定パターンを感光性基板に露光する露光装置。
9. 請求項８に記載の露光装置を用いて、前記所定パターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
   前記所定パターンが転写された前記感光性基板を現像した後、前記所定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、を備えたデバイス製造方法。
10. 光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成し、該所定の光強度分布を光源として被照射面をケーラー照明する照明方法であって、
    前記光源から前記照明瞳面に向かう光を、二次元的に配列されてそれぞれの姿勢が独立に制御される複数の反射面で反射することと、
    前記複数の反射面によって反射されることにより所定の角度分布が与えられた光を該照明瞳面における位置分布に変換して前記照明瞳へ導くことと、
    前記照明瞳面上に、第１の光強度を持つ第１部分と、該第１の光強度とは異なる第２の 光強度を持つ第２部分と、前記第１及び第２の光強度とは異なる第３部分とを含む所定の光強度分布を形成することと、
    前記光強度分布を構成する前記照明瞳面上の前記第１部分に到達する光に寄与する前記 反射面の数と、前記第２部分に到達する光に寄与する前記反射面の数と、前記第３部分に 到達する前記反射面の数とが異なるように前記複数の反射面の姿勢を制御することと
    を含むことを特徴とする照明方法。
11. 前記複数の反射面の数を前記照明瞳面上に光強度分布を形成するのに要する反射面の総数で除した際に余りが存在するとき、余りの反射面により反射される光が前記照明瞳面以外の領域に到達するよう、前記複数の反射面それぞれの姿勢を制御することを特徴とする請求項１０に記載の照明方法。
12. 光源からの光に基づいて照明瞳面上に所定の光強度分布を形成し、該所定の光強度分布 を光源として被照射面をケーラー照明する照明方法であって、
    前記光源から前記照明瞳面に向かう光の光路上に、それぞれの姿勢が独立に制御される 複数の反射面を二次元的に配列し、
    前記複数の反射面から前記照明瞳面に向かう光の光路上に、該複数の反射面によって所 定の角度分布が与えられた光を該照明瞳面における位置分布に変換する集光光学系を配置 し、
    前記複数の反射面からの光を前記集光光学系で集光することにより前記照明瞳面上に所 定の光強度分布を形成する際、前記光強度分布を構成する前記照明瞳面上の点それぞれに ついて、到達する光に寄与する前記反射面の数を制御し、
    前記複数の反射面の数を前記照明瞳面上に光強度分布を形成するのに要する反射面の総 数で除した際に余りが存在するとき、余りの反射面により反射される光が前記照明瞳面以 外の領域に到達するよう、前記複数の反射面それぞれの姿勢を制御することを特徴とする 照明方法。
13. 前記照明瞳面上に形成される光強度分布の計測結果に基づいて、前記複数の反射面それぞれの姿勢を制御することを特徴とする請求項１０乃至１２の何れか一項に記載の照明方法。
14. 連続的または離散的に、前記複数の反射面の向きを変えることを特徴とする請求項１０ 乃至１３の何れか一項に記載の照明方法。
15. 前記照明瞳面上の所定の一点に到達する光に寄与する前記反射面を、それぞれを通る法線が平行になるよう姿勢制御することを特徴とする請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の照明方法。

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