JP6390879B2 - 照明光学系、露光装置、露光方法、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。

半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、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、コンデンサー光学系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微細化されており、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、ズーム光学系を用いることなく瞳強度分布（ひいては照明条件）を連続的に変更することのできる照明光学系が提案されている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１に開示された照明光学系では、アレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小なミラー要素により構成された可動マルチミラーを用いて、入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換し、ひいては所望の瞳強度分布を実現している。

米国特許出願公開第２００９／０１１６０９３号明細書

特許文献１に記載された照明光学系では、姿勢が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用いているので、瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）の変更に関する自由度は高い。しかしながら、微細パターンを転写するのに適した所望の照明条件を実現するために、瞳強度分布の所望の偏光状態を精度良く実現することが望まれている。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、瞳強度分布の所望の偏光状態を精度良く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、瞳強度分布の所望の偏光状態を精度良く実現する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に転写することのできる露光装置およびデバイス製造方法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、第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
所定面に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有し、前記照明光学系の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、
前記所定面の近傍の位置、または前記所定面と光学的に共役な面を含む共役空間に配置されて、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束の偏光状態を変化させる偏光部材と、
前記光源と前記偏光部材との間の光路中に配置されて、前記所定面へ入射する光の強度分布の均一性を向上させる光強度分布均一化部材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。

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。

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を提供する。

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。 空間光変調器の構成および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。 レンズアレイからリレー光学系の瞳面までの光路を直線状に展開して示す図である。 実施形態にかかる偏光部材の構成を概略的に示す図である。 図５の偏光部材の位置に光束が入射する様子を示す図である。 図５の偏光部材の直後における光束の偏光状態を示す図である。 実施形態における空間光変調器の配列面の部分領域を示す図である。 実施形態において形成される４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。 実施形態において形成される４極状で径方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。 一対の１／２波長板を備えた偏光部材の位置に光束が入射する様子を示す図である。 図１１の偏光部材の直後における光束の偏光状態を示す図である。 図１１の変形例における空間光変調器の配列面の部分領域を示す図である。 図１１の変形例で形成される６極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。 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。

以下、実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、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ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳ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ＬＳから＋Ｚ方向に射出された光は、ビーム送光部１、レンズアレイ２ａおよびリレー光学系２ｂを介して、光路折曲げミラーＭＲ１に入射する。光路折曲げミラーＭＲ１により斜め方向に反射された光は、空間光変調器３に入射する。

空間光変調器３は、後述するように、所定面内に配列されて個別に制御される複数のミラー要素と、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動する駆動部とを有する。ビーム送光部１は、光源ＬＳ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器３へ導くとともに、空間光変調器３の複数のミラー要素の配列面（以下、「空間光変調器の配列面」という）に入射する光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。

レンズアレイ２ａは、例えば光軸ＡＸと直交する面に沿って縦横に且つ稠密に配置された複数のレンズ要素からなり、光源ＬＳからビーム送光部１を介して入射した光束を複数の光束に波面分割する。レンズアレイ２ａにより波面分割された複数の光束は、リレー光学系２ｂを介して空間光変調器３の配列面において重畳される。すなわち、波面分割素子としてのレンズアレイ２ａおよびリレー光学系２ｂは、空間光変調器３へ入射する光の強度分布の均一性を向上させる光強度分布均一化部材２を構成している。ここで、レンズアレイ２ａの各レンズ要素の焦点位置（或いは波面分割された複数の光束の発散原点の位置）と、リレー光学系２ｂの前側焦点位置とはほぼ一致しており、リレー光学系２ｂの後側焦点位置と回折光学素子３の入射面とはほぼ一致している。

リレー光学系２ｂと光路折曲げミラーＭＲ１との間の光路中にはビームスプリッターＢＳが配置され、ビームスプリッターＢＳにより照明光路から取り出された光はビームモニターＢＭに入射する。ビームモニターＢＭは、照明光路から取り出された光に基づいて、空間光変調器３へ入射する光の配列面内の位置、空間光変調器３へ入射する光の配列面に対する角度、および空間光変調器３の配列面における光強度分布をモニターする。

ビームモニターＢＭのモニター結果は、制御系ＣＲへ供給される。制御系ＣＲは、ビームモニターＢＭの出力に基づいて、ビーム送光部１および空間光変調器３を制御する。ビームモニターＢＭは、例えば、空間光変調器３の配列面における光の入射位置および光強度分布をモニターするために、空間光変調器３の配列面と光学的に共役な位置（レンズアレイ２ａに対してほぼ光学的にフーリエ変換の関係にある位置）に配置された光電変換面を有する第１撮像部と、空間光変調器３へ入射する光の配列面における光の入射角度をモニターするために、空間光変調器３の配列面に対してほぼ光学的にフーリエ変換となる位置（レンズアレイ２ａと光学的にほぼ共役な位置）に配置された光電変換面を有する第２撮像部とを備えていても良い。ビームモニターＢＭの内部構成は、例えば米国特許公開第２０１１／００６９３０５号公報に開示されている。

空間光変調器３と光路折曲げミラーＭＲ１との間の光路中において、空間光変調器３の配列面の近傍位置には、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束の偏光状態を変化させる偏光部材４が設けられている。空間光変調器３および偏光部材４の構成および作用については後述する。

空間光変調器３から＋Ｚ方向へ射出された光は、リレー光学系５の前側レンズ群５ａを介して、リレー光学系５の瞳面５ｃに入射する。前側レンズ群５ａは、その前側焦点位置が空間光変調器３の配列面の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が瞳面５ｃの位置とほぼ一致するように設定されている。空間光変調器３を経た光は、後述するように、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度分布を瞳面５ｃに可変的に形成する。瞳面５ｃに光強度分布を形成した光は、リレー光学系５の後側レンズ群５ｂを介して、リレー光学系６に入射する。リレー光学系６は、その前側焦点位置がリレー光学系５の後側レンズ群５ｂの後側焦点位置の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ７の入射面の近傍に位置しており、リレー光学系５の後側レンズ群５ｂの後側焦点位置、ひいては空間光変調器３の配列面とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的にフーリエ変換の関係に設定している。

リレー光学系６を経た光は、光路折曲げミラーＭＲ２により＋Ｙ方向に反射され、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。後側レンズ群５ｂおよびリレー光学系６は、瞳面５ｃ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、空間光変調器３を経た光は、瞳面５ｃ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、瞳面５ｃに形成された光強度分布に対応した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号明細書に開示されている。

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（多数の小光源からなる実質的な面光源：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、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。なお、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、すなわち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、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を配置してもよい。

マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光は、結像光学系１０の集光作用を受け、且つ結像光学系１０の光路中に配置されたミラーＭＲ３により−Ｚ方向へ反射された後、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、照明光学系（１〜１０）を介した光に基づいて照明光学系の射出瞳面における瞳強度分布を計測する第１瞳強度分布計測部ＤＴｒと、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（投影光学系ＰＬの射出瞳面）における瞳強度分布を計測する第２瞳強度分布計測部ＤＴｗと、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗのうちの少なくとも一方の計測結果に基づいて空間光変調器３を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲとを備えている。

第１瞳強度分布計測部ＤＴｒは、例えば照明光学系の射出瞳位置と光学的に共役な位置に配置された光電変換面を有する撮像部を備え、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が照明光学系の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。また、第２瞳強度分布計測部ＤＴｗ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光電変換面を有する撮像部を備え、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。

第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗ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号明細書を参照することができる。また、瞳強度分布計測部として、米国特許公開第２０１０／００２０３０２号公報の開示を参照することもできる。

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。また、この二次光源の形成面の像を照明光学系の射出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。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も照明瞳面と呼ぶことができ、これらの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５，６およびマイクロフライアイレンズ７は、空間光変調器３を経た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手段を構成している。

次に、空間光変調器３の構成および作用を具体的に説明する。空間光変調器３は、図２に示すように、所定面内に配列された複数のミラー要素３ａと、複数のミラー要素３ａを保持する基盤３ｂと、基盤３ｂ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３ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３ｃとを備えている。図２では、空間光変調器３からリレー光学系５の瞳面５ｃまでの光路を示している。

空間光変調器３では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３は、図３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３ａ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２および図３では空間光変調器３が４×４＝１６個のミラー要素３ａ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３ａを備えている。

図２を参照すると、空間光変調器３に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３ａ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３では、すべてのミラー要素３ａ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、光路折曲げミラーＭＲ１と空間光変調器３との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に沿って入射した光線が、空間光変調器３で反射された後に、空間光変調器３とリレー光学系５との間の光路の光軸ＡＸと平行な方向に進むように構成されている。また、上述したように、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａの配列面とリレー光学系５の瞳面５ｃとは、前側レンズ群５ａを介して光学的にフーリエ変換の関係に位置決めされている。

したがって、空間光変調器３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、瞳面５ｃ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、前側レンズ群５ａは、空間光変調器３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３のファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）である瞳面５ｃ上での位置に変換する。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、空間光変調器３およびリレー光学系５，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する光強度分布に対応した分布となる。

空間光変調器３は、図３に示すように、平面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３ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３ａ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、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部３ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３ａ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３ａ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。

各ミラー要素３ａ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３には外形が正方形状のミラー要素３ａを示しているが、ミラー要素３ａ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３ａ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３ａ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３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３ａ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、たとえば欧州特許公開第７７９５３０号公報、米国特許第５,８６７,３０２号公報、米国特許第６,４８０,３２０号公報、米国特許第６,６００,５９１号公報、米国特許第６,７３３,１４４号公報、米国特許第６,９００,９１５号公報、米国特許第７,０９５,５４６号公報、米国特許第７,２９５,７２６号公報、米国特許第７,４２４,３３０号公報、米国特許第７,５６７,３７５号公報、米国特許公開第２００８／０３０９９０１号公報、米国特許公開第２０１１／０１８１８５２号公報、米国特許公開第２０１１／１８８０１７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３ａ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３では、制御系ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３ｃの作用により、複数のミラー要素３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３の複数のミラー要素３ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、所望の瞳強度分布を形成する。さらに、マイクロフライアイレンズ７の直後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、所望の瞳強度分布が形成される。

このように、空間光変調器３は、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可変的に形成する。リレー光学系５，６は、空間光変調器３の複数のミラー要素３ａがそのファーフィールドに形成するファーフィールドパターンを、マイクロフライアイレンズ７の入射面の照明瞳に結像させる分布形成光学系を構成している。この分布形成光学系は、空間光変調器３からの射出光束の角度方向の分布を、分布形成光学系からの射出光束の断面における位置分布に変換する。

図４は、レンズアレイ２ａからリレー光学系５の瞳面５ｃまでの光路を直線状に展開して示す図である。図４では、空間光変調器３を透過型の空間光変調器として図示するとともに、ビームスプリッターＢＳおよび光路折曲げミラーＭＲ１の図示を省略している。また、図４では、紙面に垂直な方向にｘ軸を、紙面において水平に延びる光軸ＡＸの方向にｙ軸を、紙面において鉛直の方向にｚ軸をそれぞれ設定している。

偏光部材４は、空間光変調器３の近傍の位置であって、リレー光学系２ｂと空間光変調器３との間の光路中、すなわちほぼ平行光束が伝搬する光路中に配置されている。以下、説明の理解を容易にするために、偏光部材４には、光強度分布均一化部材２の作用により光強度が均一化された矩形状の断面を有する平行光束が入射し、光強度分布均一化部材２を経た光はｚ方向に偏光した直線偏光（以下、「ｚ方向直線偏光」という）であるものとする。

偏光部材４は、図５に示すように、光路を伝搬する伝搬光束の一部に作用するように光路中に配置された１／２波長板４１を有する。１／２波長板４１は、例えば矩形状の外形を有し、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交するように配置され、ｚ方向に（必要に応じてｘ方向にも）移動可能である。偏光部材４は、１／２波長板４１をｚ方向に移動させる駆動部ＤＲ４１を有する。駆動部ＤＲ４１は、１／２波長板４１を移動させるためのアクチュエータと、１／２波長板４１の移動量を検知するためのエンコーダとを有し、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて１／２波長板４１を移動させる。

偏光部材４には、図６に示すように、光軸ＡＸを中心した矩形状の断面を有するｚ方向直線偏光の平行光束Ｆ１が入射する。この場合、入射光束Ｆ１のうち、１／２波長板４１のエッジ４１ａよりも内側（＋ｚ方向側）の第１部分光束Ｆ１１は、１／２波長板４１を経て空間光変調器３に入射する。１／２波長板４１のエッジ４１ａよりも外側（−ｚ方向側）の第２部分光束Ｆ１２は、１／２波長板４１を経ることなく空間光変調器３に入射する。図５および図６では、光軸ＡＸを含むｘｙ平面から＋ｚ方向の光路を伝搬する光束に作用するように１／２波長板４１が配置された様子を示している。

図６に示す状態において、１／２波長板４１は、ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向を＋９０度（図６の紙面において時計廻りに９０度）回転させたｘ方向に偏光方向を有するｘ方向直線偏光の光を射出するように、光学軸の向きがｘ方向およびｚ方向に対して４５度をなす方向に設定されている。その結果、偏光部材４の直後において空間光変調器３に入射する光束Ｆ１は、図７に示すような偏光状態になる。すなわち、第１部分光束Ｆ１１は、１／２波長板４１の偏光作用を受けるため、ｘ方向直線偏光になる。第２部分光束Ｆ１２は、１／２波長板４１の偏光作用を受けないため、ｚ方向直線偏光のままである。

偏光部材４の位置において第１部分光束Ｆ１１が占める部分領域Ｒ１１（図６を参照）は、図８に示すように、空間光変調器３の配列面における有効反射領域のうちの部分領域Ｒ０１に対応している。同様に、第２部分光束Ｆ１２が占める部分領域Ｒ１２（図６を参照）は、空間光変調器３の配列面における部分領域Ｒ０２に対応している。空間光変調器３の配列面における部分領域Ｒ０１，Ｒ０２に外接する矩形状の領域Ｒ０は、偏光部材４の位置において入射光束Ｆ１が占める領域Ｒ１（図６を参照）に対応している。

空間光変調器３の駆動部３ｃは、図９に示すように、第１部分領域Ｒ０１に位置する第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、リレー光学系５の瞳面５ｃ上の一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれるように、第１ミラー要素群Ｓ０１に属する複数のミラー要素３ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んでｚ方向に間隔を隔てた領域である。

駆動部３ｃは、第２部分領域Ｒ０２に位置する第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光が、リレー光学系５の瞳面５ｃ上の一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂへ導かれるように、第２ミラー要素群Ｓ０２に属する複数のミラー要素３ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んでｘ方向に間隔を隔てた領域である。

こうして、空間光変調器３は、リレー光学系５の瞳面５ｃ上に、例えば４つの円形状の実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂからなる４極状の光強度分布２１を形成する。すなわち、第１部分光束Ｆ１１は、空間光変調器３の第１ミラー要素群Ｓ０１を経て、瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂを占める面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する。面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する光は、１／２波長板４１を経ているので、ｘ方向直線偏光である。

第２部分光束Ｆ１２は、空間光変調器３の第２ミラー要素群Ｓ０２を経て、瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂを占める面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する。面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光は、１／２波長板４１を経ていないので、ｚ方向直線偏光である。マイクロフライアイレンズ７の入射面には、光強度分布２１に対応する４極状の光強度分布が形成される。

こうして、空間光変調器３と偏光部材４との協働作用により、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、光強度分布２１に対応する４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２１’が形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ７の直後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、光強度分布２１に対応する４極状で周方向偏光状態の瞳強度分布が形成される。

１／２波長板４１により偏光状態が変更される第１部分光束Ｆ１１の光量は、１／２波長板４１のエッジ４１ａのｚ方向位置に依存して変化する。換言すれば、１／２波長板４１のｚ方向位置が変化すると、瞳強度分布２１’におけるｘ方向直線偏光状態の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂと、ｚ方向直線偏光状態の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂとの間の強度比が変化する。

一般に、周方向偏光状態の輪帯状や複数極状（２極状、４極状、８極状など）の瞳強度分布に基づく周方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がｓ偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。入射面とは、光が媒質の境界面（被照射面：ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。その結果、周方向偏光照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ（感光性基板）上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。

本実施形態では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３ａを有する空間光変調器３を用いているので、瞳強度分布の偏光状態の変更に関する自由度は高い。一例として、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器３を制御するだけで、図１０に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に４極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２２を形成することができる。

図１０に示す例では、１／２波長板４１および第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んでｘ方向に間隔を隔てた一対の瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂを形成する。１／２波長板４１を経ることなく第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光は、光軸ＡＸを挟んでｚ方向に間隔を隔てた一対の瞳領域Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂ導かれて、実質的な面光源Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂを形成する。こうして、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に、例えば４つの円形状の実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂ；Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂからなる４極状で径方向偏光状態の瞳強度分布２２が形成される。

一般に、径方向偏光状態の輪帯状や複数極状の瞳強度分布に基づく径方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がｐ偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、ｐ偏光とは、上述のように定義される入射面に対して平行な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に平行な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。その結果、径方向偏光照明では、ウェハＷに塗布されたレジストにおける光の反射率を小さく抑えて、ウェハ（感光性基板）上において良好なマスクパターン像を得ることができる。

制御系ＣＲは、たとえば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からなるいわゆるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）等から構成することができ、装置全体を統括して制御することができる。また、制御系ＣＲには、例えばハードディスクから成る記憶装置、キーボード，マウス等のポインティングデバイス等を含む入力装置，ＣＲＴディスプレイ（又は液晶ディスプレイ）等の表示装置、及びＣＤ（compact disc），ＤＶＤ（digital versatile disc），ＭＯ（magneto-optical disc）あるいはＦＤ（flexible disc）等の情報記憶媒体のドライブ装置が、外付けで接続されていてもよい。

記憶装置には、投影光学系ＰＬによってウェハＷ上に投影される投影像の結像状態が最適（例えば収差又は線幅が許容範囲内）となる瞳強度分布（照明光源形状）に関する情報、これに対応する照明光学系、特に空間光変調器３のミラー要素の制御情報等を格納してもよい。ドライブ装置には、後述する瞳強度分布の設定を行うためのプログラム等が格納された情報記憶媒体（以下の説明では便宜上ＣＤ−ＲＯＭとする）がセットされていてもよい。なお、これらのプログラムは記憶装置にインストールされていても良い。制御系ＣＲは、適宜、これらのプログラムをメモリ上に読み出す。

制御系ＣＲは、たとえば以下の手順で、空間光変調器３を制御することができる。なお、以下の説明に際して、実施形態の露光装置は、図９に示す瞳強度分布２１’を形成するものとする。瞳強度分布は、たとえば瞳面を格子状に複数の区画に分割し、それぞれの区画の光強度および偏光状態を用いて数値として表現した形式（広義のビットマップ形式）で表現することができる。ここで、空間光変調器３のミラー要素数をＮ個とし、瞳強度分布の分割された区画数をＭ個とすると、個々のミラー要素により反射されるＮ本の光線を適当に組み合わせてＭ個の区画に導く、換言すれば、Ｍ個の区画により構成されるＭ個の輝点上でＮ本の光線を適当に重ね合わせることで、瞳強度分布（二次光源）が形成（設定）される。

まず、制御部ＣＲは、目標となる瞳強度分布２１’に関する情報を記憶装置から読み出す。次に、読み出された瞳強度分布２１’に関する情報から、偏光状態ごとの強度分布を形成するのに、それぞれ何本の光線が必要なのかを算出する。そして、制御部ＣＲは、空間光変調器３の複数のミラー要素を、それぞれ所要数のミラー要素からなる２つのミラー要素群Ｓ０１，Ｓ０２に仮想的に分割し、それぞれのミラー要素群Ｓ０１，Ｓ０２が位置する部分領域Ｒ０１，Ｒ０２およびこれらの部分領域に対応する部分領域Ｒ１１，Ｒ１２を設定する。

制御部ＣＲは、偏光部材４の１／２波長板４１を駆動して、部分領域Ｒ１１に対応する領域をカバーするように１／２波長板４１を位置決めする。また、制御部ＣＲは、第１ミラー要素群Ｓ０１のミラー要素３ａを駆動して、第１ミラー要素群Ｓ０１からの光が面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂに向かうように設定する。同様に、第２ミラー要素群Ｓ０２のミラー要素３ａを駆動して、第２ミラー要素群Ｓ０２からの光が面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂに向かうように設定する。

本実施形態では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素３ａを有する空間光変調器３を備えているので、瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）および偏光状態の変更に関する自由度は高い。また、本実施形態では、空間光変調器３の配列面の近傍位置に配置された偏光部材４と、空間光変調器３へ入射する光の強度分布の均一性を向上させる光強度分布均一化部材２とを備えているので、空間光変調器３の制御性を向上させることができ、ひいては瞳強度分布の所望の偏光状態を精度良く実現することができる。

本実施形態では、光源ＬＳから射出された不均一なビームプロファイルを有する光が、光強度分布均一化部材２の作用により強度分布の均一性が向上した光となって、空間光変調器３の配列面へ入射する。すなわち、光強度分布均一化部材２の作用により、空間光変調器３の各ミラー要素３ａへ入射する光束の光強度分布が均一化され、ひいては各ミラー要素３ａから射出される光束の光強度分布も均一化される。その結果、瞳強度分布の形成に際して多数のミラー要素３ａを駆動すべき空間光変調器３の制御性が向上する。

また、光強度分布均一化部材２の作用により偏光部材４へ入射する光束の光強度分布が均一化されるので、１／２波長板４１のｚ方向位置と１／２波長板４１により偏光状態が変更される第１部分光束Ｆ１１の光量との関係が線形的になり単純化される。その結果、１／２波長板４１のｚ方向位置を変化させることにより、例えば瞳強度分布２１’におけるｘ方向直線偏光状態の面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂとｚ方向直線偏光状態の面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂとの間の強度比を調整することができ、ひいては瞳強度分布２１’の所望の偏光状態を精度良く実現することができる。

また、制御部ＣＲには、必要に応じて、ビームモニターＢＭから、空間光変調器３の配列面における光強度分布のモニター結果が供給される。この場合、制御部ＣＲは、ビームモニターＢＭの光強度分布に関するモニター結果を随時参照し、光源ＬＳから供給される光のビームプロファイルの経時的な変動に応じて空間光変調器３を適宜制御することにより、所望の瞳強度分布を安定的に形成することができる。

以上のように、本実施形態の照明光学系（１〜１０）では、空間光変調器３の制御性を向上させることができ、ひいては瞳強度分布の所望の偏光状態を精度良く実現することができる。本実施形態の露光装置（１〜ＷＳ）では、瞳強度分布の所望の偏光状態を精度良く実現する照明光学系（１〜１０）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、微細パターンをウェハＷに正確に転写することができる。

上述の説明では、単一の１／２波長板４１を備えた偏光部材４が、空間光変調器３の配列面の近傍位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光部材４を構成する偏光素子の形態、数、配置などについては様々な形態が可能である。例えば図１１に示すように、空間光変調器３の配列面の近傍位置に配置されて一対の１／２波長板４２，４３を備えた偏光部材４を用いて、６極状の瞳強度分布を形成することができる。図１１の変形例では、互いに異なる偏光変換特性を有し且つｚ方向に移動可能な一対の１／２波長板４２，４３が並列的に配置されている。

１／２波長板４２は、ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向を＋６０度（図１１の紙面において時計廻りに６０度）回転させた＋６０度斜め方向に偏光方向を有する＋６０度斜め方向直線偏光の光を射出するように、光学軸の向きが設定されている。１／２波長板４３は、ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向を−６０度（図１１の紙面において反時計廻りに６０度）回転させた−６０度斜め方向に偏光方向を有する−６０度斜め方向直線偏光の光を射出するように、光学軸の向きが設定されている。

その結果、偏光部材４の直後において空間光変調器３に入射する光束Ｆ１は、図１２に示すような偏光状態になる。すなわち、入射光束Ｆ１のうち、１／２波長板４２のエッジ４２ａよりも内側（＋ｚ方向側）の第１部分光束Ｆ１１は、１／２波長板４２の偏光作用を受けるため、＋６０度斜め方向直線偏光になる。１／２波長板４３のエッジ４３ａよりも内側（−ｚ方向側）の第２部分光束Ｆ１２は、１／２波長板４３の偏光作用を受けるため、−６０度斜め方向直線偏光になる。エッジ４２ａと４３ａとの間の第３部分光束Ｆ１３は、１／２波長板４２，４３の偏光作用を受けないため、ｚ方向直線偏光のままである。

偏光部材４の位置において第１部分光束Ｆ１１が占める部分領域Ｒ１１（図１１を参照）は、図１３に示すように、空間光変調器３の配列面における有効反射領域のうちの部分領域Ｒ０１に対応している。同様に、部分光束Ｆ１２，Ｆ１３が占める部分領域Ｒ１２，Ｒ１３（図１１を参照）は、空間光変調器３の配列面における部分領域Ｒ０２，Ｒ０３に対応している。空間光変調器３の配列面における部分領域Ｒ０１〜Ｒ０３に外接する矩形状の領域Ｒ０は、偏光部材４の位置において入射光束Ｆ１が占める領域Ｒ１（図１１を参照）に対応している。

空間光変調器３の駆動部３ｃは、第１部分領域Ｒ０１に位置する第１ミラー要素群Ｓ０１を経た光が、図１４に示すように、リレー光学系５の瞳面５ｃ上の一対の瞳領域Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂへ導かれるように、第１ミラー要素群Ｓ０１に属する複数のミラー要素３ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで−３０度斜め方向に間隔を隔てた領域である。

駆動部３ｃは、第２部分領域Ｒ０２に位置する第２ミラー要素群Ｓ０２を経た光が、リレー光学系５の瞳面５ｃ上の一対の瞳領域Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂへ導かれるように、第２ミラー要素群Ｓ０２に属する複数のミラー要素３ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで＋３０度斜め方向に間隔を隔てた領域である。

駆動部３ｃは、第３部分領域Ｒ０３に位置する第３ミラー要素群Ｓ０３を経た光が、リレー光学系５の瞳面５ｃ上の一対の瞳領域Ｒ３３ａ，Ｒ３３ｂへ導かれるように、第３ミラー要素群Ｓ０３に属する複数のミラー要素３ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ３３ａ，Ｒ３３ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んでｘ方向に間隔を隔てた領域である。

こうして、空間光変調器３は、リレー光学系５の瞳面５ｃ上に、例えば６つの円形状の実質的な面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂ；Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂ；Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂからなる６極状の光強度分布２３を形成する。すなわち、第１部分光束Ｆ１１は、空間光変調器３の第１ミラー要素群Ｓ０１を経て、瞳領域Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂを占める面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂを形成する。面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂを形成する光は、１／２波長板４２を経ているので、＋６０度斜め方向直線偏光である。

第２部分光束Ｆ１２は、空間光変調器３の第２ミラー要素群Ｓ０２を経て、瞳領域Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂを占める面光源Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂを形成する。面光源Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂを形成する光は、１／２波長板４３を経ているので、−６０度斜め方向直線偏光である。第３部分光束Ｆ１３は、空間光変調器３の第３ミラー要素群Ｓ０３を経て、瞳領域Ｒ３３ａ，Ｒ３３ｂを占める面光源Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂを形成する。面光源Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂを形成する光は、１／２波長板４２，４３を経ていないので、ｚ方向直線偏光である。

こうして、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、光強度分布２３に対応する６極状で周方向偏光状態の瞳強度分布２３’が形成される。図１１の変形例では、１／２波長板４２，４３のｚ方向位置を変化させることにより、瞳強度分布２３’において互いに偏光状態の異なる面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂとＰ３２ａ，Ｐ３２ｂとＰ３３ａ，Ｐ３３ｂとの間の強度比を調整することができる。

また、図示を省略するが、互いに異なる偏光変換特性を有する一対の１／２波長板を備えた偏光部材を用いて、６極状で径方向偏光状態の瞳強度分布を形成することができる。また、図示を省略するが、互いに異なる偏光変換特性を有する３つの１／２波長板を備えた偏光部材を用いて、例えば８極状で周方向偏光状態（あるいは径方向偏光状態）の瞳強度分布を形成することができる。

上述の説明では、偏光部材として、伝搬光束のうちの一部の光束が進行する光路に配置された１つまたは複数の１／２波長板を用いている。しかしながら、１／２波長板に限定されることなく、例えば伝搬光束のうちの一部の光束が進行する光路に配置された１つまたは複数の１／４波長板、旋光子などを用いて偏光部材を構成することもできる。１／４波長板を備えた偏光部材を用いる場合、瞳強度分布における任意の面光源の偏光状態を所望の楕円偏光に設定することができる。

旋光子は、平行平面板の形態を有し、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されている。また、旋光子は、その入射面（ひいては射出面）が光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸が光軸ＡＸの方向とほぼ一致（すなわち入射光の進行方向とほぼ一致）するように配置される。旋光子を備えた偏光部材を用いる場合、瞳強度分布における任意の面光源の偏光状態を所望の直線偏光に設定することができる。

上述の説明では、偏光部材４が、空間光変調器３の配列面の近傍位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、図１において破線で示すように、空間光変調器３よりも被照射面側の光路中において空間光変調器３の配列面と光学的にほぼ共役な位置に偏光部材４を配置することができる。また、図示を省略したが、空間光変調器よりも光源側の光路中において空間光変調器の配列面と光学的にほぼ共役な位置に偏光部材を配置することもできる。

一般に、空間光変調器の配列面の近傍の位置、または空間光変調器の配列面と光学的に共役な面を含む共役空間に偏光部材を配置してもよい。ここで、「共役空間」とは、空間光変調器の配列面と光学的に共役な共役位置の前側に隣接するパワーを有する光学素子と当該共役位置の後側に隣接するパワーを有する光学素子との間の空間である。なお、「共役空間」内には、パワーを持たない平行平面板や平面鏡が存在していても良い。

上述の説明では、光源ＬＳと空間光変調器３との間の光路中に配置されて空間光変調器３の配列面へ入射する光の強度分布の均一性を向上させる光強度分布均一化部材２として、波面分割素子としてのレンズアレイ２ａとリレー光学系２ｂとを用いている。しかしながら、例えば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）を用いて光強度分布均一化部材を構成することもできる。

光強度分布均一化部材では、当該部材に入射する光束の光強度分布の均一性よりも、当該部材から射出される光束の光強度分布の均一性の方が良くなることが重要であり、当該部材から射出される光束の光強度分布が完全に均一にならなくても良い。光源と空間光変調器との間の光路の中間位置よりも光源側に、光強度分布均一化部材を配置することができる。

なお、光強度分布均一化部材２は、光源ＬＳと空間光変調器３との間の光路中において偏光部材４よりも光源側に配置される。偏光部材を光強度分布均一化部材よりも光源側に配置すると、偏光部材により生成された偏光状態の異なる複数の光束が光強度分布均一化部材を経てさらに多くの光束に波面分割されて、空間光変調器の各ミラー要素において偏光状態の異なる光が混在し、ひいては所望の偏光状態を有する瞳強度分布を形成することができなくなる。

上述の実施形態では、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３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、たとえば米国特許第６，８９１，６５５号公報や、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。

上述の実施形態では、空間光変調器３が所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素３ａを備えているが、これに限定されることなく、所定面内に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。

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。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空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述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。

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１５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１５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１６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１６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 ビーム送光部
２ 光強度分布均一化部材
３ 空間光変調器
４ １／２波長板（偏光部材）
５，６ リレー光学系
７ 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）
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
ＬＳ 光源
ＤＴｒ，ＤＴｗ 瞳強度分布計測部
ＣＲ 制御系
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 (20)

1. 照明光で物体を照明する照明光学系であって、
   前記照明光の少なくとも一部の偏光状態を変換する偏光部材と、
   前記照明光の光路を横切る配列面に配置される複数のミラー要素を有する空間光変調器と、
   前記空間光変調器に入射する前記照明光を検出する検出系と、
   前記検出系の出力を用いて前記空間光変調器に入射する前記照明光の状態を変更する光学系と、を備え、
   前記偏光部材は、互いに偏光方向が異なる複数の光を含む前記照明光を射出し、
   前記空間光変調器は、前記物体が配置される所定面と実質的に光学的なフーリエ変換の関係となる瞳面での前記照明光の強度分布を変更可能であるとともに、前記検出系の出力に基づいて前記瞳面で前記複数の光がそれぞれ分布する複数の領域での強度が調整されるように前記複数のミラー要素が駆動される。
2. 請求項１に記載の照明光学系において、
   前記検出系は、前記照明光の前記空間光変調器の前記配列面における位置及び前記配列面に対する角度のうち少なくとも一方を検出する。
3. 請求項２に記載の照明光学系において、
   前記光学系は、前記照明光の前記配列面における位置及び前記配列面に対する角度のうち少なくとも一方を変更する。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の照明光学系において、
   前記瞳面またはその近傍に後側焦点面が配置されるオプティカルインテグレータを、さらに備え、
   前記偏光部材と前記空間光変調器はそれぞれ、前記オプティカルインテグレータに対して入射側に配置される。
5. 請求項４に記載の照明光学系において、
   前記空間光変調器は、前記偏光部材と前記オプティカルインテグレータとの間の光路に配置される。
6. 請求項４に記載の照明光学系において、
   前記偏光部材は、前記空間光変調器と前記オプティカルインテグレータとの間の光路に配置される。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明光学系において、
   前記偏光部材は、前記照明光学系の光軸と直交する方向に関して可動な偏光素子を有し、前記照明光の一部が入射するように配置される前記偏光素子によって、所定の一方向を偏光方向とする直線偏光で前記偏光素子に入射する前記照明光の前記一部と他部とで前記直線偏光の方向が異なるように前記照明光の一部の偏光状態を変換する。
8. 請求項７に記載の照明光学系において、
   前記偏光部材は、前記直線偏光の方向が互いに異なる少なくとも３つの光を射出するように前記照明光の光路に配置される複数の前記偏光素子を有する。
9. 請求項７又は８に記載の照明光学系において、
   前記偏光素子は波長板である、または旋光性を有する光学材料で形成される。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記偏光部材は、前記複数のミラー要素が配列される前記空間光変調器の配置面の近傍、または前記配置面と光学的に共役な面を含む共役空間に配置される。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記空間光変調器は、前記複数のミラー要素が配列される配置面が前記瞳面と実質的に光学的なフーリエ変換の関係となるように配置される。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記空間光変調器は、前記照明光の少なくとも一部が前記瞳面で光軸から離れた軸外領域に分布する強度分布を形成可能であり、
    前記偏光部材は、前記軸外領域に分布する前記照明光の少なくとも一部が周方向または径方向を偏光方向とする直線偏光となるように前記照明光の偏光状態を変換する。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記検出系は、前記複数のミラー要素が配列される前記空間光変調器の配置面での前記照明光の強度分布を検出し、
    前記空間光変調器は、前記検出される強度分布に基づいて前記複数のミラー要素が駆動される。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記検出系は、前記照明光の前記配列面における位置及び前記配列面に対する角度を検出し、
    前記光学系は、前記検出系の出力を用いて前記位置及び前記角度を変更する。
15. 請求項１〜１４のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記偏光部材および前記空間光変調器に対して入射側に配置され、前記照明光の強度分布を実質的に均一にする均一化部材を、さらに備える。
16. 請求項１〜１５のいずれか一項に記載の照明光学系において、
    前記瞳面での前記照明光の強度分布を計測する第１計測部を、さらに備え、
    前記空間光変調器は、前記第１計測部の計測結果に基づいて制御される。
17. 照明光で基板を露光する露光装置であって、
    前記照明光でマスクを照明する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の照明光学系と、
    前記マスクのパターン像を前記基板上に形成する投影光学系と、を備え、
    前記照明光学系の瞳面と前記投影光学系の瞳面とは実質的に共役に配置される。
18. 請求項１７に記載の露光装置において、
    前記投影光学系の瞳面での前記照明光の強度分布を計測する第２計測部を、さらに備え、
    前記空間光変調器は、前記第２計測部の計測結果に基づいて制御される。
19. デバイス製造方法であって、
    請求項１７又は１８に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、
    前記露光された基板を現像することと、を含む。
20. 照明光で基板を露光する露光方法であって、
    請求項１〜１６のいずれか一項に記載の照明光学系を介して前記照明光でマスクを照明することと、
    瞳面が前記照明光学系の瞳面と実質的に共役に配置される投影光学系を介して前記マスクのパターン像を前記基板上に形成することと、を含む。

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