JP5854084B2 - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

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、例えば半導体素子、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。

マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するために、例えば輪帯状や複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が提案されている（特許文献１を参照）。

米国特許公開第２００６／００５５８３４号公報

マスクの微細パターンをウェハ上に忠実に転写するには、瞳強度分布を所望の形状に調整するだけでなく、最終的な被照射面としてのウェハ上の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する必要がある。ウェハ上の各点での瞳強度分布の均一性にばらつきがあると、ウェハ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に忠実に転写することができない。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うこと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、
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と、
前記瞳強度分布を補正するために、前記照明瞳の位置またはその近傍の位置、あるいは前記照明瞳と光学的に共役な位置またはその近傍の位置に配置されて、光の入射位置に応じて当該光の射出方向を変化させる補正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。

本発明の照明光学系は、照明瞳と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されて、光の入射位置に応じて当該光の射出方向を変化させる補正部として、例えば光の射出方向を能動的に変更する複数の光学要素を有する空間光変調器を備えている。その結果、本発明の照明光学系では、空間光変調器の複数の光学要素からの光の射出方向を個別に制御することにより、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整することができる。また、本発明の露光装置では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

本発明の第１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。 回折光学素子の挿脱機構の要部構成を概略的に示す斜視図である。 三角プリズムおよび反射部材を保持する枠部材の構成を概略的に示す斜視図である。 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。 ウェハ上に形成される矩形状の静止露光領域を示す図である。 （ａ）はウェハ上の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布のＺ方向に沿った光強度分布を、（ｂ）はウェハ上の周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＺ方向に沿った光強度分布を模式的に示す図である。 本発明の原理を説明するための単純化モデルを示す図である。 補正ユニットの作用を説明するための別の単純化モデルを示す図である。 補正ユニットの作用を説明するためのさらに別の単純化モデルを示す図である。 本発明の第２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。 透過型の空間光変調器からなる補正部の第１構成例の断面図である。 図１４の補正部の側面図である。 透過型の空間光変調器からなる補正部の第２構成例の断面図である。 図１６の補正部の側面図である。 透過型の空間光変調器からなる補正部の第３構成例の断面図である。 図１８の補正部の側面図である。 局所的に変形可能な反射面を有する補正部の構成例の断面図である。 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、本発明の第１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、第１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、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大された後、空間光変調ユニット３に入射する。

空間光変調ユニット３は、図２に示すように、照明光学系の基本光軸である光軸ＡＸに沿った照明光路中の所定位置に設置可能な三角プリズム３１と、照明光路中の所定位置（例えば三角プリズム３１の設置位置とほぼ同じ位置）に選択的に設置可能な複数の回折光学素子３２と、三角プリズム３１の設置位置よりも後側の照明光路中の位置に設置可能な反射部材３３とを備えている。

また、空間光変調ユニット３は、照明光路から外れて固定的に設置された一対の空間光変調器３４および３５とを備えている。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。以下の説明では、露光装置の構成および作用の理解を容易にするために、照明光路中には輪帯照明用の回折光学素子３２が設置され、三角プリズム３１および反射部材３３は照明光路中に設置されていないものとする。

この場合、整形光学系２を介した光源１からの光が、光軸ＡＸに沿って回折光学素子３２に入射する。輪帯照明用の回折光学素子３２は、例えば矩形状の断面を有する平行光束が光軸ＡＸに沿って入射した場合、ファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に、光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。回折光学素子３２を経て、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、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５に入射する。

リレー光学系４は、その前側焦点位置と回折光学素子３２の位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置とマイクロフライアイレンズ５の入射面５ａの位置とがほぼ一致するように設定されている。したがって、回折光学素子３２を介した光は、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布を形成する。マイクロフライアイレンズ５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５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５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５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を中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源（輪帯状の瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ５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６に入射する。

開口絞り６は、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面またはその近傍に形成される輪帯状の二次光源に対応した輪帯状の開口部（光透過部）を有する。開口絞り６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６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。

開口絞り６により制限された二次光源からの光は、一対のビームスプリッター１１および１４を順次透過した後、コンデンサー光学系７を介して、マスクブラインド８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８には、マイクロフライアイレンズ５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。一方、ビームスプリッター１１により反射されて照明光路から分岐光路へ導かれた光は、空間光変調器１２、平面ミラー１３、およびビームスプリッター１４を介して、照明光路へ戻る。

一対のビームスプリッター１１，１４、空間光変調器１２、および平面ミラー１３は、瞳強度分布を補正（調整）するための補正ユニットＣＭを構成している。補正ユニットＣＭの具体的な構成および作用については後述する。マスクブラインド８の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系９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９は、マスクブラインド８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には転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭのパターン領域を透過した光は、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。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。

こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、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、Ｘ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＹ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。

第１実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ５により形成される二次光源を光源として、照明光学系（２〜９）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（２〜９）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（２〜９）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５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（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５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、空間光変調ユニット３、リレー光学系４、およびマイクロフライアイレンズ５は、マイクロフライアイレンズ５よりも後側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。

空間光変調ユニット３では、図３に示すように、光軸ＡＸと平行な軸線、例えば光軸ＡＸから＋Ｘ方向に間隔を隔ててＹ方向に延びる軸線３２ａを中心として回転可能な回転板３２ｂに、互いに特性の異なる複数の回折光学素子３２が取り付けられている。回転板３２ｂには軸線３２ａを通る一対の線分により規定される扇形形状の切欠き部３２ｂａが形成され、複数の回折光学素子３２は軸線３２ａを中心とする円に沿って間隔を隔てて回転板３２ｂに取り付けられている。こうして、軸線３２ａを中心した回転板３２ｂの回転により、所望の回折光学素子３２が照明光路中の所定位置に選択的に設置される。また、切欠き部３２ｂａを照明光路中に位置決めすることにより、回折光学素子３２が照明光路中に設置されない状態が実現される。

空間光変調ユニット３において、輪帯照明用の回折光学素子に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、複数極照明を行うことができる。複数極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の所定形状（円弧状、円形状など）の照野からなる複数極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面またはその近傍の照明瞳にも、その入射面に形成された照野と同じ複数極状の瞳強度分布が形成される。

また、輪帯照明用の回折光学素子に代えて、円形照明用の回折光学素子を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ５の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面またはその近傍の照明瞳にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の瞳強度分布が形成される。また、輪帯照明用の回折光学素子に代えて、適当な特性を有する回折光学素子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。

空間光変調ユニット３では、一対の空間光変調器３４および３５の使用に際して、回折光学素子３２を照明光路から退避させ、三角プリズム３１および反射部材３３を照明光路中に設置する。三角プリズム３１および反射部材３３は、それぞれＸ方向に沿って延びる三角柱状の形態を有し、例えば図４に示すように、ＸＹ平面に沿って矩形形状の開口を有する枠部材３０により保持されている。したがって、枠部材３０を＋Ｘ方向へ移動させて回転板３２ｂの切欠き部３２ｂａに位置決めすることにより、三角プリズム３１および反射部材３３を照明光路中の所定位置にそれぞれ設置することができる。また、回転板３２ｂの切欠き部３２ｂａから枠部材３０を−Ｘ方向へ移動させることにより、三角プリズム３１および反射部材３３を照明光路から退避させることができる。

図２に示すように、三角プリズム３１および反射部材３３が照明光路中の所定位置にそれぞれ設置された状態では、光軸ＡＸに沿って三角プリズム３１に入射した光が、光軸ＡＸ１によって規定される第１分岐光路に沿って進む第１の光と、光軸ＡＸ２によって規定される第２分岐光路に沿って進む第２の光とに分割される。三角プリズム３１を経て第１分岐光路に沿って進む第１の光は、枠部材３０の一方の開口を通過して、第１空間光変調器３４に入射する。第１空間光変調器３４により変調された光は、反射部材３３の第１反射面３３ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。

一方、三角プリズム３１を経て第２分岐光路に沿って進む第２の光は、枠部材３０の他方の開口を通過して、第２空間光変調器３５に入射する。第２空間光変調器３５により変調された光は、反射部材３３の第２反射面３３ｂ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、第１空間光変調器３４と第２空間光変調器３５とは互いに同じ構成を有し、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。したがって、第２空間光変調器３５について第１空間光変調器３４と重複する説明を省略し、第１空間光変調器３４に着目して、空間光変調ユニット３における空間光変調器３４，３５の作用を説明する。

第１空間光変調器３４は、図２および図５に示すように、二次元的に配列された複数のミラー要素３４ａと、複数のミラー要素３４ａを保持する基盤３４ｂと、複数のミラー要素３４ａを覆うカバーガラス（カバー基板；図５では図示を省略）３４ｃと、基盤３４ｂ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３４ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３４ｄとを備えている。なお、図５では、図面の明瞭化のために、第１反射面３３ａへの光の入射角が図２における入射角よりもかなり大きく設定されている。

空間光変調器３４は、図６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（光学要素）３４ａを備え、第１分岐光路に沿って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５および図６では空間光変調器３４が４×４＝１６個のミラー要素３４ａ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３４ａを備えている。

図５を参照すると、光軸ＡＸ１と平行な方向に沿って空間光変調器３４に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３４ａ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３４では、すべてのミラー要素３４ａの反射面が１つの平面に沿って設定された基準の状態（以下、「基準状態」という）において、光軸ＡＸ１と平行な方向に沿って入射した光線が、空間光変調器３４で反射された後に、第１反射面３３ａ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３４の複数のミラー要素３４ａが配列される面は、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３４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、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。すなわち、リレー光学系４は、空間光変調器３４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３４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。

同様に、空間光変調器３５の複数のミラー要素によって反射されて所定の角度分布が与えられた光も、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに所定の光強度分布を形成する。こうして、マイクロフライアイレンズ５が形成する二次光源の光強度分布（瞳強度分布）は、第１空間光変調器３４およびリレー光学系４が入射面５ａに形成する第１の光強度分布と第２空間光変調器３５およびリレー光学系４が入射面５ａに形成する第２の光強度分布との合成分布となる。

空間光変調器３４（３５）は、図６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３４ａ（３５ａ）を含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３４ａ（３５ａ）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３４ｄ（３５ｄ）の作用により独立に制御される。各ミラー要素３４ａ（３５ａ）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３４ａ（３５ａ）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３４ａ（３５ａ）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６には外形が正方形状のミラー要素３４ａ（３５ａ）を示しているが、ミラー要素３４ａ（３５ａ）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３４ａ（３５ａ）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３４ａ（３５ａ）の間隔を必要最小限に抑えることができる。

第１実施形態では、空間光変調器３４，３５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３４ａ（３５ａ）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３４ａ（３５ａ）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。

こうして、第１空間光変調器３４では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３４ｄの作用により、複数のミラー要素３４ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３４ａがそれぞれ所定の向きに設定される。第１空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、図７に示すように、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布２０ａおよび２０ｂを形成する。

同様に、第２空間光変調器３５では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３５ｂの作用により、複数のミラー要素３５ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３５ａがそれぞれ所定の向きに設定される。第２空間光変調器３５の複数のミラー要素３５ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、図７に示すように、マイクロフライアイレンズ５の入射面５ａ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５の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（開口絞り６が配置されている位置）に、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。さらに、開口絞り６と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系９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。

第１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装置１０を備えている。計測装置（計測部）１０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の像面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光線が投影光学系ＰＬの瞳面に形成する瞳強度分布）をモニターする。計測装置１０の計測結果は、制御部ＣＲに供給される。計測装置１０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。

露光装置では、マスクＭのパターンをウェハＷに高精度に且つ忠実に転写するために、パターン特性に応じた適切な照明条件のもとで露光を行うことが重要である。第１実施形態では、照明瞳に光強度分布を固定的に形成する手段として、互いに異なる特性を有し且つ照明光路中に選択的に設置可能な複数の回折光学素子３２を備えている。したがって、輪帯状の瞳強度分布を固定的に形成する輪帯照明用の回折光学素子、複数極状の瞳強度分布を固定的に形成する複数極照明用の回折光学素子などから選択された１つの回折光学素子３２を照明光路中に設定することにより、瞳強度分布（ひいては照明条件）を離散的に変更することができる。

また、第１実施形態では、照明瞳に光強度分布を可変的に形成する手段として、複数のミラー要素３４ａ，３５ａの姿勢がそれぞれ個別に変化する一対の空間光変調器３４，３５を備えている。したがって、第１空間光変調器３４の作用により照明瞳に形成される第１光強度分布および第２空間光変調器３５の作用により照明瞳に形成される第２光強度分布をそれぞれ自在に且つ迅速に変化させることができる。すなわち、第１空間光変調器３４の作用により照明瞳に形成される第１光強度分布と第２空間光変調器３５の作用により照明瞳に形成される第２光強度分布とからなる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。

例えば４極照明用の回折光学素子（または一対の空間光変調器３４，３５）によりマイクロフライアイレンズ５の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（以下、単に「照明瞳」ともいう）に形成される４極状の瞳強度分布は、図７に示すように、光軸ＡＸを挟んでＸ方向に間隔を隔てた一対の面光源２１ａおよび２１ｂと、光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の実質的な面光源２１ｃおよび２１ｄとを有する。ここで、照明瞳におけるＸ方向はマイクロフライアイレンズ５の矩形状の微小レンズの短辺方向であって、ウェハＷの走査方向に対応している。また、照明瞳におけるＺ方向は、マイクロフライアイレンズ５の矩形状の微小レンズの長辺方向であって、ウェハＷの走査方向と直交する走査直交方向（ウェハＷ上におけるＹ方向）に対応している。

ウェハＷ上には、図８に示すように、Ｙ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域ＥＲが形成され、この静止露光領域ＥＲに対応するように、マスクＭ上には矩形状の照明領域（不図示）が形成される。ここで、静止露光領域ＥＲ内の１点に入射する光が照明瞳に形成する４極状の瞳強度分布は、入射点の位置に依存することなく、互いにほぼ同じ形状を有する。しかしながら、４極状の瞳強度分布を構成する各面光源の光強度は、入射点の位置に依存して異なる傾向がある。

具体的には、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に入射する光が形成する４極状の瞳強度分布の場合、Ｚ方向に間隔を隔てた一対の面光源の光強度の方が、Ｘ方向に間隔を隔てた一対の面光源の光強度よりも大きくなる傾向がある。一方、静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１からＹ方向に間隔を隔てた周辺の点Ｐ２，Ｐ３に入射する光が形成する４極状の瞳強度分布の場合、Ｚ方向に間隔を隔てた一対の面光源の光強度の方が、Ｘ方向に間隔を隔てた一対の面光源の光強度よりも小さくなる傾向がある。

一般に、照明瞳に形成される瞳強度分布の外形形状にかかわらず、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の中心点Ｐ１に関する瞳強度分布（中心点Ｐ１に入射する光が照明瞳に形成する瞳強度分布）のＺ方向に沿った光強度分布は、図９（ａ）に示すように、中央において最も小さく周辺に向かって増大する凹曲線状の分布を有する。一方、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の周辺点Ｐ２，Ｐ３に関する瞳強度分布のＺ方向に沿った光強度分布は、図９（ｂ）に示すように、中央において最も大きく周辺に向かって減少する凸曲線状の分布を有する。

そして、瞳強度分布のＺ方向に沿った光強度分布は、静止露光領域ＥＲ内のＸ方向（走査方向）に沿った入射点の位置にはあまり依存しないが、静止露光領域ＥＲ内のＹ方向（走査直交方向）に沿った入射点の位置に依存して変化する傾向がある。このように、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明瞳に形成する瞳強度分布）がそれぞれほぼ均一でない場合、ウェハＷ上の位置毎にパターンの線幅がばらついて、マスクＭの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハＷ上に忠実に転写することができない。

第１実施形態では、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整するための調整手段として、補正ユニットＣＭを備えている。第１実施形態の補正ユニットＣＭでは、図１に示すように、マイクロフライアイレンズ５を経た光が、ビームスプリッター１１によって反射されて分岐光路へ導かれ、空間光変調器１２に入射する。空間光変調器１２を経た光は、平面ミラー１３およびビームスプリッター１４によって順次反射されて照明光路に戻り、コンデンサー光学系７を介してマスクブラインド８に達する。

空間光変調器１２は、空間光変調ユニット３中の空間光変調器３４，３５と同様の構成を有する。すなわち、空間光変調器１２は、二次元的に配列された複数のミラー要素（光学要素）１２ａと、複数のミラー要素１２ａを保持する基盤１２ｂと、複数のミラー要素１２ａを覆うカバーガラス１２ｃと、基盤１２ｂ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１２ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部１２ｄとを備えている。そして、空間光変調器１２は、分岐光路に沿って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。

具体的には、空間光変調器１２は、空間光変調器３４，３５と同様に、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１２ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素１２ａ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１２ｄの作用により独立に制御される。各ミラー要素１２ａ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１２ａ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。

補正ユニットＣＭは、空間光変調器１２のすべてのミラー要素１２ａの反射面が１つの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ビームスプリッター１１に入射した光線が、空間光変調器１２で反射された後に、平面ミラー１３およびビームスプリッター１４を介して光軸ＡＸと平行な方向に向かうように構成されている。また、空間光変調器１２の複数のミラー要素１２ａが配列される面は、コンデンサー光学系７の前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。換言すれば、空間光変調器１２の複数のミラー要素１２ａが配列される面は、マイクロフライアイレンズ５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位置またはその近傍の位置に配置されている。

したがって、空間光変調器１２の複数のミラー要素１２ａによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、平面ミラー１３、ビームスプリッター１４およびコンデンサー光学系７を介して、マスクブラインド８の位置に所定の光強度分布（照野）を形成する。すなわち、コンデンサー光学系７は、空間光変調器１２の複数のミラー要素１２ａが射出光に与える角度を、空間光変調器１２の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）であるマスクブラインド８の開口部の面上での位置に変換する。

ここで、本発明の原理を説明するために、図１０に示すような単純化モデルを想定する。図１０の単純化モデルでは、マイクロフライアイレンズ５が、その単位波面分割面である微小屈折面の長手方向（Ｚ方向）に沿って５つの射出側の微小屈折面５ｂａ，５ｂｂ，５ｂｃ，５ｂｄ，５ｂｅを有する。また、微小屈折面５ｂａ〜５ｂｅの直後には、偏角プリズム要素１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅがそれぞれ配置されている。この状態は、マイクロフライアイレンズ５の１つの微小屈折面に対して空間光変調器１２の１つのミラー要素１２ａが配置されている状態に対応する。ただし、ミラー要素１２ａの場合には光の射出方向は連続的または離散的に変化するが、偏角プリズム要素１５ａ〜１５ｅの場合には光の射出方向は固定的である。

この場合、偏角プリズム要素１５ａ〜１５ｅが射出光に与える角度変化は、偏角プリズム要素１５ａ〜１５ｅを経た光がマスクブラインド８の位置（被照射面であるマスクＭまたはウェハＷと光学的に共役な位置）に形成する照野の位置変化に変換される。すなわち、図１０において、中央の微小屈折面５ｂｃを経た光は、対応する偏角プリズム要素１５ｃによって角度変化を受けることなく、マスクブラインド８の位置に照野１６ｃを形成する。その結果、照野１６ｃは、マスクブラインド８の開口部８ａに対してＺ方向に位置変化（シフト）することなく形成される。

微小屈折面５ｂｂおよび５ｂｅを経た光は、偏角プリズム要素１５ｂおよび１５ｅによってそれぞれ図中上向きに角度変化を受け、マスクブラインド８の位置に照野１６ｂおよび１６ｅを形成する。その結果、照野１６ｂおよび１６ｅは、偏角プリズム要素１５ｂおよび１５ｅが射出光に与える角度変化に応じた距離だけ開口部８ａに対して＋Ｚ方向にシフトして形成される。同様に、微小屈折面５ｂａおよび５ｂｄを経た光は、偏角プリズム要素１５ａおよび１５ｄによってそれぞれ図中下向きに角度変化を受け、マスクブラインド８の位置に照野１６ａおよび１６ｄを形成する。その結果、照野１６ａおよび１６ｄは、偏角プリズム要素１５ａおよび１５ｄが射出光に与える角度変化に応じた距離だけ開口部８ａに対して−Ｚ方向にシフトして形成される。

図１０では、各照野１６ａ〜１６ｅにおける光強度分布がそれぞれ一様（均一）で且つ光強度が互いに等しいものと想定し、互いに同じ形状を有する長方形により各照野１６ａ〜１６ｅを示している。図１０に模式的に示す例では、微小屈折面５ｂｃおよび偏角プリズム要素１５ｃを経た光は、マスクブラインド８に遮られることなく、被照射面であるマスクＭのパターン面の照明（ひいてはウェハＷの露光面の照明）に寄与する。しかしながら、その他の微小屈折面および対応する偏角プリズム要素を経た光の一部は、マスクブラインド８に遮られてマスクＭの照明に寄与することがない。

このように、偏角プリズム要素を経た光の一部（ひいてはミラー要素１２ａを経た光の一部）は、マスクブラインド８に遮られてマスクＭの照明に寄与しない。また、偏角プリズム要素が射出光に与える角度変化（ひいてはミラー要素１２ａが射出光に与える角度変化）に応じて、当該光線が開口部８ａの面に入射する位置は、本来の位置（補正ユニットＣＭの存在しないとき、ひいては偏角プリズム要素が存在しないときの入射位置）から変化する。

角度変化を受けた光の一部が照明に寄与しないこと、および開口部８ａの面に入射する位置が本来の位置から変化することは、開口部８ａの面の各点に関する瞳強度分布が変化することを、ひいては開口部８ａの面の各点を通過した光が結像光学系９の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布が変化することを意味している。この点は、次の図１１および図１２を参照した説明により容易に理解される。ただし、マスクブラインド８の開口部８ａの面に形成される光強度分布は、偏角プリズム要素が射出光に与える角度変化（ひいてはミラー要素１２ａが射出光に与える角度変化）に応じて変化するため、マスクＭ（ひいてはウェハＷ）上で照度ムラが発生する。

次に、図１１および図１２に示すような別の単純化モデルを参照して、補正ユニットＣＭの作用、ひいては空間光変調器１２の作用を説明する。図１１では、照明瞳に形成される４極状の瞳強度分布の各面光源２１ａ〜２１ｄからの光に対してそれぞれ１つのミラー要素１２ａが作用するときに、Ｙ方向に沿って２×Ｌの寸法を有するウェハＷ上の静止露光領域ＥＲに形成される光強度分布（照野）を模式的に示している。また、図１１に示す単純化モデルでは、面光源２１ａ，２１ｂおよび２１ｄからの光に作用するミラー要素１２ａは基準状態にあり、面光源２１ｃからの光に作用するミラー要素１２ａだけが基準状態にはない。

この場合、４極状の瞳強度分布２１ａ〜２１ｄからの光の大部分は、一対のビームスプリッター１１および１４を透過し、例えば光強度分布が一様な照野１７ｍを静止露光領域ＥＲに形成する。面光源２１ａ，２１ｂ，２１ｄからの光のうち、ビームスプリッター１１によって反射された光は、基準状態にあるミラー要素１２ａを経て、例えば光強度分布が一様な照野１７ａ，１７ｂ，１７ｄを静止露光領域ＥＲに形成する。面光源２１ｃからの光のうち、ビームスプリッター１１によって反射された光は、基準状態にないミラー要素１２ａによる角度変化を受けて、例えば光強度分布が一様な照野１７ｃを静止露光領域ＥＲに形成する。

照野１７ｍは、該当する光が補正ユニットＣＭを経ないため、静止露光領域ＥＲに対してＹ方向（照明瞳におけるＺ方向に対応）にシフトすることなく形成される。照野１７ａ，１７ｂ，１７ｄは、該当する光が補正ユニットＣＭへ導かれるが、対応するミラー要素１２ａが基準状態にあるため、静止露光領域ＥＲに対してＹ方向にシフトすることなく形成される。照野１７ｃは、該当する光が基準状態にないミラー要素１２ａを経て角度変化を受けるため、静止露光領域ＥＲに対して、例えば−Ｙ方向にシフトして形成される。すなわち、照野１７ｃは、静止露光領域ＥＲの内部に形成される照野部分１７ｃａと、静止露光領域ＥＲの外部に形成される照野部分１７ｃｂとからなる。

すなわち、面光源２１ｃからの光のうち補正ユニットＣＭを経た光は、静止露光領域ＥＲにおいてＹ座標が−Ｌの点およびＹ座標が０の点には達するが、Ｙ座標が＋Ｌの点には達しない。一方、照野１７ａ，１７ｂ，１７ｄからの光のうち補正ユニットＣＭを経た光は、Ｙ座標が＋Ｌの点を含む静止露光領域ＥＲ上のすべての点に達する。したがって、補正ユニットＣＭが存在しない場合に静止露光領域ＥＲに形成される照野の光強度を１００％とし、照野１７ｍの光強度を９０％とし、各照野１７ａ〜１７ｄの光強度を２．５％と想定するとき、Ｙ座標が＋Ｌの点に関する瞳強度分布において面光源２１ｃの光強度が２．５％低下することになる。

実際には、マイクロフライアイレンズ５の各微小屈折面に比して空間光変調器１２のミラー要素１２ａの反射面ははるかに小さく、照明瞳に形成される４極状の瞳強度分布の各面光源２１ａ〜２１ｄからの光に対して、例えば数万個〜数十万個のミラー要素１２ａを作用させることが可能である。図１２では、図面の明瞭化のために、面光源２１ｃからの光に対して１０個のミラー要素１２ａが作用しているものとし、各ミラー要素１２ａを経た光が形成する１０個の照野１７ｃを、図中水平方向に延びる１０本の線分で示している。これらの線分は、各ミラー要素１２ａにより射出光に付与される角度変化に応じてＹ方向にそれぞれシフトしている。

図１２を参照すると、面光源２１ｃからの光に対して多数のミラー要素１２ａが作用する場合、これらのミラー要素１２ａの姿勢を個別に制御することにより、Ｙ座標に沿った各点に関する瞳強度分布において面光源２１ｃの光強度を高い自由度で調整することが可能であることがわかる。同様に、他の面光源２１ａ，２１ｂ，２１ｄについても、対応する多数のミラー要素１２ａの姿勢を個別に制御することにより、Ｙ座標に沿った各点に関する瞳強度分布において面光源２１ａ，２１ｂ，２１ｄの光強度をそれぞれ高い自由度で調整することが可能であることがわかる。

なお、図１０〜図１２を参照した説明では、補正ユニットＣＭの作用（ひいては空間光変調器１２の作用）の理解を容易にするために、ミラー要素１２ａの姿勢を一方向に変化させて、ミラー要素１２ａを経た光に対して一方向に角度変化を付与している。しかしながら、実際には、例えば互いに直交する二方向にミラー要素１２ａの姿勢を変化させて、ミラー要素１２ａからの射出光に対して任意の方向に所要の角度変化を付与することができる。したがって、空間光変調器１２の作用により、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の一方向に沿った各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整するだけでなく、任意の点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整することができる。

第１実施形態では、空間光変調ユニット３を用いて新たな瞳強度分布を形成する際に、すなわち瞳強度分布の切り換え（ひいては照明条件の切り換え）に際して、瞳強度分布計測装置１０を用いて投影光学系ＰＬの結像領域（静止露光領域ＥＲに対応する領域）内の各点に関する瞳強度分布を計測する。あるいは、瞳強度分布の切り換えに連動することなく、必要に応じて、結像領域内の各点に関する瞳強度分布を随時計測する。そして、制御部ＣＲは、計測装置１０の計測結果に応じて、補正ユニットＣＭ内の空間光変調器１２を制御することにより、結像領域内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する。

なお、第１実施形態では、上述したように、ウェハ（被照射面）Ｗ上の光量分布が、補正ユニットＣＭ中の空間光変調器１２による調整の影響を受ける。この場合、必要に応じて、公知の構成を有する光量分布調整部の作用により、静止露光領域ＥＲ内の照度分布または静止露光領域（照明領域）ＥＲの形状を変更することができる。具体的に、照度分布を変更する光量分布調整部としては、特開２００１−３１３２５０号および特開２００２−１００５６１号（並びにそれらに対応する米国特許第６７７１３５０号および第６９２７８３６号）に記載された構成および手法を用いることができる。また、照明領域の形状を変更する光量分布調整部としては、国際特許公開第ＷＯ２００５／０４８３２６号パンフレット（およびそれに対応する米国特許公開第２００７／００１４１１２号公報）に記載された構成および手法を用いることができる。

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を照明する第１実施形態の照明光学系（２〜９）では、照明瞳と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されて、光の入射位置に応じて当該光の射出方向を変化させる補正部としての空間光変調器１２を備えている。したがって、空間光変調器１２の複数のミラー要素１２ａの姿勢を個別に制御することにより、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点に関する瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整することができる。また、第１実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、ウェハＷ上の静止露光領域ＥＲ内の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整する照明光学系（２〜９）を用いて、マスクＭの微細パターンに応じ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、ひいてはマスクＭの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハＷ上に忠実に転写することができる。

なお、第１実施形態では、照明光路に沿って入射した光の一部を振幅分割型のビームスプリッター１１により反射して空間光変調器１２へ導くとともに、空間光変調器１２を経た光の一部を振幅分割型のビームスプリッター１４により照明光路へ戻している。しかしながら、振幅分割型のビームスプリッター１１および１４に代えて、偏光分離型の偏光ビームスプリッターを用いることにより、ビームスプリッターにおける光量損失を抑えることができる。

また、第１実施形態では、第１空間光変調器３４による第１光強度分布と第２空間光変調器３５による第２光強度分布とを照明瞳において異なる箇所に形成する例を示しているが、第１光強度分布と第２光強度分布とは互いにその一部が重畳していても良く、また完全に重畳（第１光強度分布と第２光強度分布とが同じ分布かつ同じ位置に形成）していても良い。

また、第１実施形態では、照明光路に沿って（光軸ＡＸに沿って）入射した光を互いに異なる２つの方向に進む２つの光に分割する分割部材として、三角プリズム３１を用いている。しかしながら、光の分割数は２に限定されることなく、例えば回折光学素子を用いて入射光を３つ以上の光に分割することもできる。一般に、照明光路に沿って入射した光を互いに異なる複数の方向に進む複数の光に分割し、分割した光の数と同数の空間光変調器を併設することができる。また、上述の実施形態の構成において、一対の空間光変調器３４，３５のうちの一方の空間光変調器３４だけを用いる構成も可能である。この場合、分割部材としての三角プリズム３１に代えて、例えば偏角プリズムを用いることができる。

また、第１実施形態では、補正ユニットＣＭ中の空間光変調器１２を、マイクロフライアイレンズ５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位置またはその近傍に配置している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図１３の第２実施形態に示すように、結像光学系９の瞳位置またはその近傍に、補正部としての空間光変調器１２を配置することもできる。図１３の第２実施形態は、図１の第１実施形態と類似の構成を有するが、照明光路中に空間光変調器１２を配置している点が第１実施形態と相違している。図１３では、図１の構成要素と同様の機能を有する要素に、図１と同じ参照符号を付している。

上述したように、結像光学系９の瞳位置は、マイクロフライアイレンズ５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位置であり、照明瞳と呼ぶことのできる位置である。したがって、図１３の第２実施形態では、補正部としての空間光変調器１２が照明光路中の照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置されていることになる。第２実施形態では、マイクロフライアイレンズ５からの光が、分岐光路に導かれることなく、照明光路に沿って空間光変調器１２に入射し、空間光変調器１２により照明光路に沿って反射される。すなわち、第２実施形態では、ビームスプリッター１１により分岐光路へ導かれた光だけが空間光変調器１２による補正の対象になる第１実施形態とは異なり、マイクロフライアイレンズ５の直後の瞳強度分布からの光のほぼすべてが空間光変調器１２による補正の対象になる。

なお、上述の各実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光やＫｒＦエキシマレーザ光などを用いる場合、露光光の吸収率が低い気体である窒素ガスやヘリウムガスのような不活性ガスで光路を充満させるか、あるいは光路をほぼ真空状態に保持する必要がある。各実施形態では、空間光変調器３４，３５および１２を固定的に設置しているので、カバーガラス３４ｃ，３５ｃ，１２ｃを含むパージ壁（不図示）を設けることができる。この場合、空間光変調器３４，３５，１２の本体部分（可動部を含む部分）が気密空間の外側に配置されるので、パージを良好に維持しながら空間光変調器３４，３５，１２の自在な動作が可能である。

また、上述の各実施形態では、空間光変調ユニット３とマイクロフライアイレンズ５との間の光路中に、フーリエ変換レンズとして機能する集光光学系としてのリレー光学系４が配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、リレー光学系４に代えて、アフォーカル光学系、円錐アキシコン系、変倍光学系などを含む光学系を配置することもできる。この種の光学系は、国際公開第２００５／０７６０４５Ａ１号パンフレット、およびそれに対応する米国特許出願公開第２００６／０１７０９０１Ａ号に開示されている。

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、ウェハＷのショット領域にマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハＷの各露光領域にマスクＭのパターンを一括露光する動作を繰り返すステップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。

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（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。

また、上述の説明では、補正部として複数のミラー要素を有する反射型の空間光変調器を用いているが、これに限定されることなく、たとえば米国特許第５，２２９，８７２号公報に開示される透過型の空間光変調器を用いても良い。複数の光学要素を有する透過型の空間光変調器の一例として、図１４および図１５に示すように、複数の液体封入型の可変頂角プリズムを備えた補正部を用いることができる。図１４は、照明光学系の光軸を含む面に沿った補正部の断面図である。図１５は、図１４の補正部を図中右側から見た図である。

図１４において、保持部４１は、複数の可変頂角プリズム（４２ａ〜４５ａ，４２ｂ〜４５ｂ，４２ｃ〜４５ｃ）が二次元的に配列されるように、これら複数の可変頂角プリズムを保持している。各可変頂角プリズムは、一対の平行平面板（４２ａ，４３ａ；４２ｂ，４３ｂ；４２ｃ，４３ｃ）と、これら一対の平行平面板の端面を結合する変形可能な蛇腹（４４ａ；４４ｂ；４４ｃ）と、これら一対の平行平面板と蛇腹とで形成される空間に充填される光透過性液体とを備える。そして、一対の平行平面板のうち、保持部４１によって保持されている平行平面板（４２ａ；４２ｂ；４２ｃ）とは反対側の平行平面板（４３ａ；４３ｂ；４３ｃ）は、保持枠（４６ａ；４６ｂ；４６ｃ）で保持されており、これら保持枠は、アクチュエータ（４７ａ；４７ｂ；４７ｃ）により保持部４１に対して傾くように駆動される。これにより、一対の平行平面板（４２ａ，４３ａ；４２ｂ，４３ｂ；４２ｃ，４３ｃ）のなす頂角が変更され、各可変頂角プリズムを通過する光が、頂角に応じて偏向される。

図１６および図１７の例は、各可変頂角プリズムを、平凸レンズ（５２ａ；５２ｂ；５２ｃ）と平凹レンズ（５３ａ；５３ｂ；５３ｃ）との組み合わせとしたものである。この例では、各平凸レンズ（５２ａ；５２ｂ；５２ｃ）が保持部５１に固定され、この平凸レンズの凸面に沿った方向に平凹レンズ（５３ａ；５３ｂ；５３ｃ）が可動である。各平凹レンズは、アクチュエータ（５４ａ；５４ｂ；５４ｃ）によって駆動される。図１６および図１７の例においても、平凸レンズおよび平凹レンズ（５２ａ，５３ａ；５２ｂ，５３ｂ；５２ｃ，５３ｃ）のなす頂角が変更されると、各可変頂角プリズムを通過する光が、頂角に応じて偏向される。なお、平凸レンズおよび平凹レンズはシリンドリカルレンズでも良い。

図１８および図１９の例は、補正部として複数の偏角プリズム対を備えた例である。保持部６１は、偏角プリズム（６２ａ；６２ｂ；６２ｃ）をそれぞれの軸（ＡＸ６２ａ；ＡＸ６２ｂ；ＡＸ６２ｃ）廻りに回転可能に保持している。各偏角プリズム（６２ａ；６２ｂ；６２ｃ）の斜面側には、斜面の法線方向の軸（ＡＸ６３ａ；ＡＸ６３ｂ；ＡＸ６３ｃ）廻りに回転可能に設けられた偏角プリズム（６３ａ；６３ｂ；６３ｃ）が配置されている。これらの偏角プリズム（６３ａ；６３ｂ；６３ｃ）は、偏角プリズム（６２ａ；６２ｂ；６２ｃ）に対して回転可能である。

図１８および図１９の例では、偏角プリズム（６３ａ；６３ｂ；６３ｃ）を各軸（ＡＸ６３ａ；ＡＸ６３ｂ；ＡＸ６３ｃ）廻りに回転させることで二次元的に配列された偏角プリズム対（６２ａ，６３ａ；６２ｂ，６３ｂ；６２ｃ，６３ｃ）の頂角が変更され、偏角プリズム（６２ａ；６２ｂ；６２ｃ）を各軸（ＡＸ６２ａ；ＡＸ６２ｂ；ＡＸ６２ｃ）廻りに回転させると（このとき偏角プリズム（６３ａ；６３ｂ；６３ｃ）も一体に回転する）、頂角の方向（各軸（ＡＸ６２ａ；ＡＸ６２ｂ；ＡＸ６２ｃ）を中心とする方位）も変更される。これら各偏角プリズム（６２ａ，６３ａ；６２ｂ，６３ｂ；６２ｃ，６３ｃ）はアクチュエータ（６４ａ；６４ｂ；６４ｃ）によって回転駆動される。図１８および図１９の例においても、各偏角プリズム対の頂角が変更されると、それに応じて各偏角プリズム対を通過する光が偏向される。なお、各偏角プリズム対（６２ａ，６３ａ；６２ｂ，６３ｂ；６２ｃ，６３ｃ）は、可変頂角プリズムとみなすことができる。

また、上述の説明では、補正部として複数のミラー要素を有する反射型の空間光変調器を用いているが、これに限定されることなく、局所的に変形可能な反射面を有する補正部や、局所的に変形可能な屈折面を有する補正部を用いることもできる。局所的に変形可能な反射面を有する補正部の一例として、図２０に示すように、変形可能ミラーを備えた補正部を用いることができる。図２０の例に示す変形可能ミラーは、基板７３にマトリクス状に配置された複数のアクチュエータ７２によって反射面７１の裏面側から反射面を押し引きする構成となっており、各アクチュエータ７２の駆動により反射面７１の形状が変更される。

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。

さて、上述の実施形態では、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれほぼ均一に調整していたが、被照射面上の各点での瞳強度分布を均一ではない所定の分布に調整しても良い。また、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ互いに異なる所定の分布に調整しても良い。たとえば、露光装置自体の瞳強度分布の均一性以外に起因する線幅誤差や、フォトリソグラフィ工程において露光装置と組み合わせて使用される塗布現像処理装置（コータデベロッパ）や加熱／冷却処理装置など露光装置以外の装置に起因する線幅誤差を補正するために、被照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ互いに異なる所定の分布に調整しても良い。

後述するように、半導体デバイスの製造工程におけるフォトリソグラフィ工程では、ウエハ等の被処理体の表面にフォトレジスト（感光性材料）膜を形成した後、これに回路パターンを露光し、さらに現像処理を行うことによってレジストパターンを形成している。このフォトリソグラフィ工程は、ウエハにレジスト塗布を行うレジスト塗布処理ユニットや露光後のウエハを現像する現像処理ユニット等を有する塗布現像処理装置（コータデベロッパ）と、この装置に連続して一体的に設けられた露光装置とにより行われている。

そして、このような塗布現像処理装置は、例えばウエハ上にレジスト膜を形成した後、或いは現像処理の前後にウエハに対して加熱処理や冷却処理等の熱処理を行う加熱処理装置や冷却処理装置を有している。ここで、ウエハ面内でレジスト膜厚が均一でなかったり、これらの熱処理でウエハ面内の温度分布が一様でなかったりする場合には、ショット領域内の線幅均一性の分布がウエハＷ上のショット領域の位置によって異なる性状を呈する場合がある。

また、上述のレジストパターンをマスクとして、レジストパターンの下層にある被エッチング膜をエッチングするエッチング装置においても、ウエハ面内の温度分布が一様でない場合には、ショット領域内の線幅均一性の分布がウエハＷ上のショット領域の位置によって異なる性状を呈することがある。

このような塗布現像処理装置やエッチング装置等に起因するウエハ上のショット領域の位置によるショット領域内の線幅均一性の分布の変動は、ウエハ内でショット位置に依存しないある程度安定した誤差分布（システマチックな誤差分布）を持っている。したがって、上述の実施形態にかかる露光装置において、照射面上の各点での瞳強度分布をそれぞれ互いに異なる所定の分布に調整することによって、ショット領域内の線幅均一性の分布の変動を補正することが可能である。

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

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２１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２１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２２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２２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Ｆ_２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
３ 空間光変調ユニット
４ リレー光学系
５ マイクロフライアイレンズ
７ コンデンサー光学系
８ マスクブラインド
９ 結像光学系
１０ 瞳強度分布計測装置
１２，３４，３５ 空間光変調器
３１ 三角プリズム
３２ 回折光学素子
３３ 反射部材
ＣＲ 制御部
ＣＭ 補正ユニット
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (19)

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、
   前記照明光学系の照明瞳面に瞳強度分布を形成する分布形成光学系と、
   前記照明瞳面内の一部からの第１光と、前記照明瞳面内の前記一部とは異なる部分からの第２光とを異なる方向に偏向する光偏向部と、
   前記異なる方向に偏向した前記第１および第２光を、照明光路を横切る面上の異なる部分に照射する第１光学系と、
   前記第１光の一部および第２光の一部を遮光する遮光部と、前記第１光の他部および第２光の他部を通過させる光通過部とを有し、前記照明光路を横切る面に配置される光学部材と、
   前記光学部材の光通過部を通過した前記第１光の前記他部および第２光の前記他部を前記被照射面に照射する第２光学系とを備えることを特徴とする照明光学系。
2. 前記第１および第２光の前記他部は、前記光通過部の一部を通過しない、請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記光学部材は、前記被照射面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置される、請求項１または２に記載の照明光学系。
4. 前記光偏向部は、前記光学部材が配置される面上での前記第１および第２光の位置関係を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
5. 前記光偏向部は、前記第１および第２光の進行方向を能動的に変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 前記被照射面上の所定点に入射する光に関連する瞳強度分布を計測する計測器と、
   前記瞳強度分布を所要の分布に調整するために、前記計測部の計測結果に基づいて前記光偏向部を制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の照明光学系。
7. 前記計測器は、前記被照射面上の複数の位置にそれぞれ入射する光に関連する瞳強度分布を計測することを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
8. 前記光偏向部は、前記照明瞳面内の前記第１および第２光を、前記光学部材が配置される面内で異なる位置に照射させる光学面形状を有する光学面を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
9. 前記被照射面上での照度分布または前記被照射面上に形成される照明領域の形状を変更する光量分布調整部をさらに備え、
   前記光量分布調整部は、前記光学面による前記被照射面上の光量分布への影響を補正することを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
10. 前記光学面は、前記照明瞳面の位置またはその近傍の位置、あるいは前記照明瞳面と光学的に共役な位置またはその近傍の位置に配置されることを特徴とする請求項８または９に記載の照明光学系。
11. 前記光学面は、二次元的に配列されて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を備えていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
12. 前記光学面は、二次元的に配列された複数の可変頂角プリズムを備え、
    前記複数の可変頂角プリズムの頂角を個別に制御駆動する駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
13. 前記光学面は、局所的に変形可能な反射面を有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
14. 前記光学面は、局所的に変形可能な屈折面を有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の照明光学系。
15. 前記分布形成光学系は、前記照明光学系の光路を横切る面に二次元的に配列された複数の光学面を備えるオプティカルインテグレータを有し、該オプティカルインテグレータを通過した光を前記照明光学系の照明瞳面に分布させることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系。
16. 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、前記照明瞳面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１乃至１５のいずれか１項に記載の照明光学系。
17. 所定のパターンを照明するための請求項１乃至１６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。
18. 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１７に記載の露光装置。
19. 請求項１７または１８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ことと；
    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ことと；
    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ことと；
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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