WO2012172705A1

WO2012172705A1 - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法

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Publication number: WO2012172705A1
Application number: PCT/JP2011/077199
Authority: WO
Inventors: 範夫三宅; 欣也加藤
Original assignee: 株式会社ニコン
Priority date: 2011-06-13
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2012-12-20
Also published as: TW201725419A; JP2016153904A; EP2720253A4; TWI587002B; KR20190007101A; JP2019185052A; EP2720253A1; JP6583741B2; KR101939862B1; TWI684788B; US20170090297A1; TW201925849A; EP2720253B1; TW201921027A; JP6742604B2; TWI519816B; TWI557432B; KR102066825B1; TWI661224B; US10564550B2

Abstract

　偏光状態の変更に関して高い自由度を有する照明光学系。光源からの光により被照射面を照明する照明光学系は、第１面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第１空間光変調器と、第１面よりも被照射面側の光路中に配置されて、照明光学系の光軸を横切る面内の第１領域を通過する第１光束に、横切る面内における第１領域とは異なる第２領域を通過する第２光束とは異なる偏光状態の変化を与える偏光部材と、第１面よりも被照射面側の光路中または第１面よりも光源側の光路中の第２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、照明光学系の照明瞳に光強度分布を可変的に形成する第２空間光変調器とを備えている。

Description

照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法

　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。

　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、フライアイレンズの直後に配置された波長板付きの開口絞りの作用により、フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に輪帯状または複数極状の二次光源（瞳強度分布）を形成し、この二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第３２４６６１５号公報

　様々な形態の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、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の向上が望まれている。しかしながら、特許文献１に記載された従来技術では、波長板付きの開口絞りを交換しない限り、瞳強度分布の形状や偏光状態を変化させることができなかった。

　本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、偏光状態の変更に関して高い自由度を有す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、偏光状態の変更に関して高い自由度を有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正確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。

　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、
　第１面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第１空間光変調器と、
　前記第１面よりも前記被照射面側の光路中に配置されて、前記照明光学系の光軸を横切る面内の第１領域を通過する第１光束に、前記横切る面内における前記第１領域とは異なる第２領域を通過する第２光束とは異なる偏光状態の変化を与える偏光部材と、
　前記第１面よりも前記被照射面側の前記光路中または前記第１面よりも前記光源側の光路中の第２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第２空間光変調器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。瞳形成用の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。偏光仕分け用の空間光変調器の構成および作用を説明する図である。実施形態の偏光部材の構成を概略的に示す図である。偏光仕分け用の空間光変調器の有効反射領域が５つの部分領域に仮想的に分割される様子を示す図である。瞳形成用の空間光変調器の有効反射領域が５つの部分領域に仮想的に分割される様子を示す図である。８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布に中央極の面光源が追加された９極状の瞳強度分布を示す図である。輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。８極状で径方向偏光状態の瞳強度分布に中央極の面光源が追加された９極状の瞳強度分布を示す図である。第１変形例にかかる偏光部材の構成を概略的に示す図である。１６分割タイプの輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布を示す図である。第２変形例にかかる偏光部材の構成を概略的に示す図である。第３変形例にかかる偏光部材の構成を概略的に示す図である。第４変形例にかかる偏光部材の構成を概略的に示す図である。偏光仕分け用の空間光変調器と偏光部材と瞳形成用の空間光変調器との配置関係にかかる第１変形例を示す図である。偏光仕分け用の空間光変調器と偏光部材と瞳形成用の空間光変調器との配置関係にかかる第２変形例を示す図である。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を介して、偏光仕分け用の空間光変調器２に入射する。空間光変調器２を経て斜め方向に射出された光は、前側レンズ群３ａと後側レンズ群３ｂとからなる再結像光学系３を介して、瞳形成用の空間光変調器４に入射する。

　再結像光学系３の瞳位置またはその近傍には、偏光部材５が配置されている。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２，４へ導くとともに、空間光変調器２，４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。なお、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ない構成であってもよい。

　空間光変調器２，４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。偏光部材５は、並列的に配置されて偏光作用の互いに異なる複数の１／２波長板を有する。空間光変調器２，４および偏光部材５の構成および作用については後述する。

　空間光変調器４から＋Ｚ方向に射出された光は、リレー光学系６の前側レンズ群６ａを介して、リレー光学系６の瞳面６ｃに入射する。前側レンズ群６ａは、その前側焦点位置が空間光変調器４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）の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が瞳面６ｃ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４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６ｃに可変的に形成する。瞳面６ｃに光強度分布を形成した光は、リレー光学系６の後側レンズ群６ｂを介して、リレー光学系７に入射する。

　リレー光学系７を経た光は、光路折曲げミラーＭＲ１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）８に入射する。後側レンズ群６ｂおよびリレー光学系７は、瞳面６ｃとマイクロフライアイレンズ８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４を経た光は、瞳面６ｃ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８の入射面に、瞳面６ｃ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８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８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８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８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８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９を介して、マスクブラインド１０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１０には、マイクロフライアイレンズ８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８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１０の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１１の集光作用を受け、且つ結像光学系１１の光路中に配置されたミラーＭＲ２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１１は、マスクブラインド１０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。スキャン露光を行う際には、たとえばＹ方向に沿って、投影光学系ＰＬの倍率に応じた速度比でマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを駆動すればよい。

　本実施形態の露光装置は、照明光学系（１～１１）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２，４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８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。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８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８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８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６，７、およびマイクロフライアイレンズ８は、空間光変調器４を経た光束に基づいてマイクロフライアイレンズ８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。

　瞳形成用の空間光変調器４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４ａと、複数のミラー要素４ａを保持する基盤４ｂと、基盤４ｂ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４ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部４ｃとを備えている。空間光変調器４では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部４ｃの作用により、複数のミラー要素４ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素４ａがそれぞれ所定の向きに設定される。

　空間光変調器４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４ａ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４が４×４＝１６個のミラー要素４ａ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４ａを備えている。

　図２を参照すると、空間光変調器２に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素４ａ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４では、すべてのミラー要素４ａ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、空間光変調器２と４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４で反射された後に、空間光変調器４とリレー光学系６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４の配列面は、リレー光学系６の前側レンズ群６ａ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４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、リレー光学系６の瞳面６ｃ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８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６ａは、空間光変調器４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４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６ｃ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８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４およびリレー光学系６，７がマイクロフライアイレンズ８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４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４ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素４ａ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４ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素４ａ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４ａ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４ａ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４ａを示しているが、ミラー要素４ａ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４ａ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４ａ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４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４ａ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、国際特許公開第ＷＯ２０１０／０３７４７６号パンフレット、国際特許公開第ＷＯ２０１０／０４０５０６号パンフレット並びに特開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４ａ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４では、制御系ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部４ｃの作用により、複数のミラー要素４ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素４ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器４の複数のミラー要素４ａ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８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８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１１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、瞳形成用の空間光変調器４は、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に瞳強度分布を可変的に形成する機能を有する。リレー光学系６および７は、空間光変調器４の複数のミラー要素４ａ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８の直後の照明瞳と共役な位置（マイクロフライアイレンズ８の入射面またはその近傍）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４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。

　偏光仕分け用の空間光変調器２は、瞳形成用の空間光変調器４と同様の構成を有するが、空間光変調器４と異なる作用（機能）を有する。以下、空間光変調器４と重複する説明を省略し、空間光変調器４とは異なる点に着目して空間光変調器２を説明する。換言すれば、空間光変調器２の構成に関して特に言及しない点については、空間光変調器４の構成と同様である。

　空間光変調器２は、図４に示すように、所定面内に配列された複数のミラー要素２ａと、複数のミラー要素２ａを保持する基盤２ｂと、基盤２ｂ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２ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部２ｃとを備えている。図４では、空間光変調器２と対比させて空間光変調器４の説明を容易に理解できるように、光軸ＡＸを図４中の鉛直方向に一致させた状態で空間光変調器２から偏光部材５までの構成を図示している。

　空間光変調器２では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部２ｃの作用により、複数のミラー要素２ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素２ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器２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２ａ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。

　図４を参照すると、空間光変調器２に入射する光線群のうち、光線Ｌ１１は複数のミラー要素２ａのうちのミラー要素ＳＥｅに、光線Ｌ１２はミラー要素ＳＥｅとは異なるミラー要素ＳＥｆにそれぞれ入射する。同様に、光線Ｌ１３はミラー要素ＳＥｅ，ＳＥｆとは異なるミラー要素ＳＥｇに、光線Ｌ１４はミラー要素ＳＥｅ～ＳＥｇとは異なるミラー要素ＳＥｈにそれぞれ入射する。ミラー要素ＳＥｅ～ＳＥｈは、その位置に応じて設定された空間的な変調を光Ｌ１１～Ｌ１４に与える。

　空間光変調器２では、すべてのミラー要素２ａ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、ビーム送光部１と空間光変調器２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２で反射された後に、空間光変調器２と４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。上述したように、偏光部材５は、空間光変調器２の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に位置決めされている。

　したがって、再結像光学系３の前側レンズ群３ａは、空間光変調器２の複数のミラー要素ＳＥｅ～ＳＥｈが射出光に与える角度を、空間光変調器２のファーフィールドである偏光部材５の入射面上での位置に変換する。このように、偏光仕分け用の空間光変調器２は、その入射面の任意の領域に入射した光を、リレー光学系としての前側レンズ群３ａを介して偏光部材５の入射面上の所望の領域へ可変的に導く機能を有する。

　偏光部材５は、図５に示すように、光路中に並列的に配置された８つの１／２波長板５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、１つのデポラライザ（非偏光化素子）５１ｅとを備えている。一例として、１／２波長板５１ａ～５１ｄおよびデポラライザ５１ｅは、光軸ＡＸと直交する単一の平面に沿って配置されている。図５では、説明の理解を容易するために、偏光部材５の入射面においてＸ方向と平行な方向にｘ方向を設定し、偏光部材５の入射面においてｘ方向と直交する方向にｚ方向を設定している。

　図５に示す設置状態において、一対の１／２波長板５１ａは、ｘ方向に偏光方向を有する直線偏光（以下、「ｘ方向直線偏光」という）の光が入射した場合、ｘ方向を９０度回転させた方向、すなわちｚ方向に偏光方向を有するｚ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。一対の１／２波長板５１ｂは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、その偏光方向を変化させることなくｘ偏光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。

　一対の１／２波長板５１ｃは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、ｘ方向を図５中時計廻りに＋４５度回転させた方向、すなわち＋４５度斜め方向に偏光方向を有する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。一対の１／２波長板５１ｄは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、ｘ方向を図５中時計廻りに－４５度（あるいは＋１３５度）回転させた方向、すなわち－４５度斜め方向に偏光方向を有する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。

　瞳形成用の空間光変調器４の配列面は、再結像光学系３を介して、偏光仕分け用の空間光変調器２の配列面と光学的に共役な位置またはその近傍にある。したがって、空間光変調器４への入射光束の性状は、空間光変調器２への入射光束の性状に対応している。以下、説明の理解を容易にするために、空間光変調器２には矩形状の断面を有するＸ方向直線偏光の平行光束が入射するものとする。すなわち、偏光部材５には、ｘ方向直線偏光の光が入射する。空間光変調器４には、矩形状の断面を有する平行光束が入射する。

　本実施形態では、図６に示すように、偏光仕分け用の空間光変調器２の有効反射領域Ｒ２が、５つの部分領域Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃ，Ｒ２ｄ，Ｒ２ｅに仮想的に分割される。５つの部分領域Ｒ２ａ～Ｒ２ｅに対応して、図７に示すように、瞳形成用の空間光変調器４の有効反射領域Ｒ４は、５つの部分領域Ｒ４ａ，Ｒ４ｂ，Ｒ４ｃ，Ｒ４ｄ，Ｒ４ｅに仮想的に分割される。なお、空間光変調器２，４の有効反射領域の仮想的な分割のやり方については、様々な形態が可能である。

　空間光変調器２の部分領域Ｒ２ａに入射したＸ方向直線偏光の光は、偏光部材５の一対の１／２波長板５１ａへ導かれ、１／２波長板５１ａを介してｚ方向直線偏光の光になり、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ａに達する。空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｂに入射したＸ方向直線偏光の光は、偏光部材５の一対の１／２波長板５１ｂへ導かれ、１／２波長板５１ｂを介して偏光方向が変化することなくｘ方向直線偏光の状態で、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ｂに達する。

　空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｃに入射したＸ方向直線偏光の光は、偏光部材５の一対の１／２波長板５１ｃへ導かれ、１／２波長板５１ｃを介して＋４５度斜め方向に偏光方向を有する＋４５度斜め方向直線偏光の光になり、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ｃに達する。空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｄに入射したＸ方向直線偏光の光は、偏光部材５の一対の１／２波長板５１ｄへ導かれ、１／２波長板５１ｄを介して－４５度斜め方向に偏光方向を有する－４５度斜め方向直線偏光の光になり、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ｄに達する。

　空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｅに入射したＸ方向直線偏光の光は、偏光部材５のデポラライザ５１ｅへ導かれ、デポラライザ５１ｅを介して非偏光状態の光になり、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ｅに達する。空間光変調器４の駆動部４ｃは、図８に示すように、部分領域Ｒ４ａに位置する第１ミラー要素群Ｓ４ａを経た光がマイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂへ導かれるように、第１ミラー要素群Ｓ４ａに属する複数のミラー要素４ａ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Ｘ方向に間隔を隔てた領域である。

　駆動部４ｃは、部分領域Ｒ４ｂに位置する第２ミラー要素群Ｓ４ｂを経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂへ導かれるように、第２ミラー要素群Ｓ４ｂに属する複数のミラー要素４ａ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Ｚ方向に間隔を隔てた領域である。駆動部４ｃは、部分領域Ｒ４ｃに位置する第３ミラー要素群Ｓ４ｃを経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂへ導かれるように、第３ミラー要素群Ｓ４ｃに属する複数のミラー要素４ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた領域である。

　駆動部４ｃは、部分領域Ｒ４ｄに位置する第４ミラー要素群Ｓ４ｄを経た光が照明瞳面上の一対の瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂへ導かれるように、第４ミラー要素群Ｓ４ｄに属する複数のミラー要素４ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂは、例えば光軸ＡＸを挟んで－Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた領域である。駆動部４ｃは、部分領域Ｒ４ｅに位置する第５ミラー要素群Ｓ４ｅを経た光が照明瞳面上の単一の瞳領域Ｒ１５へ導かれるように、第５ミラー要素群Ｓ４ｅに属する複数のミラー要素４ａの姿勢をそれぞれ制御する。瞳領域Ｒ１５は、例えば光軸ＡＸを含む領域である。

　こうして、空間光変調器４は、矩形状の断面を有する平行光束に基づいて、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に、例えば９つの円形状の実質的な面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂ；Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂ；Ｐ１５からなる９極状の瞳強度分布２１を形成する。瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂを占める面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂを形成する光は、１／２波長板５１ａを経ているので、Ｚ方向直線偏光（図５におけるｚ方向直線偏光に対応）である。

　瞳領域Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂを占める面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂを形成する光は、１／２波長板５１ｂを経ているので、Ｘ方向直線偏光（図５におけるｘ方向直線偏光に対応）である。瞳領域Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂを占める面光源Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂを形成する光は、１／２波長板５１ｃを経ているので、図８の紙面においてＸ方向を時計廻りに＋４５度回転させた方向に偏光方向を有する＋４５度斜め方向直線偏光（図５における＋４５度斜め方向直線偏光に対応）である。

　瞳領域Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂを占める面光源Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂを形成する光は、１／２波長板５１ｄを経ているので、図８の紙面においてＸ方向を時計廻りに－４５度回転させた方向に偏光方向を有する－４５度斜め方向直線偏光（図５における－４５度斜め方向直線偏光に対応）である。瞳領域Ｒ１５を占める面光源Ｐ１５を形成する光は、デポラライザ５１ｅを経ているので、非偏光状態である。

　こうして、偏光仕分け用の空間光変調器２と偏光部材５と瞳形成用の空間光変調器４との協働作用により、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳には、８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布に中央極の面光源Ｐ１５が追加された８極状の瞳強度分布２１が形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ８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１１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、瞳強度分布２１に対応する９極状の瞳強度分布が形成される。

　なお、図示を省略するが、空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｅに入射した光をデポラライザ５１ｅへ導くことなく１／２波長板５１ａ～５１ｄへ導くとともに、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ｅに入射した光を瞳領域Ｒ１１ａ，Ｒ１１ｂ；Ｒ１２ａ，Ｒ１２ｂ；Ｒ１３ａ，Ｒ１３ｂ；Ｒ１４ａ，Ｒ１４ｂへ導くことにより、図８の９極状の瞳強度分布２１から中央極の面光源Ｐ１５を除いて得られる８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を形成することができる。あるいは、デポラライザ５１ｅおよび空間光変調器４の第５ミラー要素群Ｓ４ｅを経た光が照明瞳の形成に寄与しないように、例えば照明光路の外部へ導くことにより、同じく８極状で周方向偏光状態の瞳強度分布を形成することができる。

　一般に、周方向偏光状態の輪帯状や複数極状（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４ａを有する瞳形成用の空間光変調器４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。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４を制御するだけで、図９に示すように、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に輪帯状で周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９に示す例では、１／２波長板５１ａおよび第１ミラー要素群Ｓ４ａ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円弧状の瞳領域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５１ｂおよび第２ミラー要素群Ｓ４ｂ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円弧状の瞳領域Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂを形成する。１／２波長板５１ｃおよび第３ミラー要素群Ｓ４ｃを経た光は、光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２３ａ，Ｒ２３ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２３ａ，Ｐ２３ｂを形成する。

　１／２波長板５１ｄおよび第４ミラー要素群Ｓ４ｄを経た光は、光軸ＡＸを挟んで－Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ２４ａ，Ｒ２４ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ２４ａ，Ｐ２４ｂを形成する。デポラライザ５１ｅおよび第５ミラー要素群Ｓ４ｅを経た光は、例えば照明光路の外部へ導かれて、照明瞳の形成に寄与しない。こうして、例えば８つの円弧状の実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂ；Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂ；Ｐ２３ａ，Ｐ２３ｂ；Ｐ２４ａ，Ｐ２４ｂからなる輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２２が形成される。

　なお、空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｅに入射した光をデポラライザ５１ｅへ導くことなく１／２波長板５１ａ～５１ｄへ導くとともに、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ｅに入射した光を瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂ；Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂ；Ｒ２３ａ，Ｒ２３ｂ；Ｒ２４ａ，Ｒ２４ｂへ導くことにより、照明瞳の形成に寄与させることもできる。また、図示を省略するが、空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｅに入射した光を、デポラライザ５１ｅを介して照明瞳において光軸ＡＸを含む中央瞳領域へ導くことにより、輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２２に図８の中央極の面光源Ｐ１５を追加して得られる変形輪帯状の瞳強度分布を形成することもできる。

　また、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２ａを有する偏光仕分け用の空間光変調器２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２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８の直後の照明瞳に８極状で径方向偏光状態の瞳強度分布に中央極の面光源Ｐ３５を追加して得られる９極状の瞳強度分布２３を形成することができる。

　図１０に示す例では、空間光変調器２の部分領域Ｒ２ａからの光が、偏光部材５の１／２波長板５１ｂおよび空間光変調器４の第１ミラー要素群Ｓ４ａを経て、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Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂを形成する。空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｂからの光は、１／２波長板５１ａおよび第２ミラー要素群Ｓ４ｂを経て、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の瞳領域Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂを形成する。

　空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｃからの光は、１／２波長板５１ｄおよび第３ミラー要素群Ｓ４ｃを経て、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで－Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の瞳領域Ｒ３３ａ，Ｒ３３ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂを形成する。空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｄからの光は、１／２波長板５１ｃおよび第４ミラー要素群Ｓ４ｄを経て、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の瞳領域Ｒ３４ａ，Ｒ３４ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ３４ａ，Ｐ３４ｂを形成する。

　空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｅからの光は、デポラライザ５１ｅおよび第５ミラー要素群Ｓ４ｅを経て、照明瞳面において光軸ＡＸを含む中央瞳領域Ｒ３５へ導かれて、実質的な面光源Ｐ３５を形成する。こうして、例えば８つの円形状の実質的な面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂ；Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂ；Ｐ３３ａ，Ｐ３３ｂ；Ｐ３４ａ，Ｐ３４ｂからなる８極状で径方向偏光状態の瞳強度分布に中央極の面光源Ｐ３５が追加された９極状の瞳強度分布２３が形成される。

　なお、図示を省略するが、空間光変調器２の部分領域Ｒ２ｅに入射した光をデポラライザ５１ｅへ導くことなく１／２波長板５１ａ～５１ｄへ導くとともに、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ｅに入射した光を瞳領域Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂ；Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂ；Ｒ３３ａ，Ｒ３３ｂ；Ｒ３４ａ，Ｒ３４ｂへ導くことにより、図１０の９極状の瞳強度分布２３から中央極の面光源Ｐ３５を除いて得られる８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。あるいは、デポラライザ５１ｅおよび空間光変調器４の第５ミラー要素群Ｓ４ｅを経た光が照明瞳の形成に寄与しないように、例えば照明光路の外部へ導くことにより、同じく８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、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器４を制御することにより、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に輪帯状で径方向偏光状態の瞳強度分布を形成したり、輪帯状で径方向偏光状態の瞳強度分布に中央極の面光源を追加して得られる変形輪帯状の瞳強度分布を形成したりすることができる。

　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。

　以上のように、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４ａを有する瞳形成用の空間光変調器４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く、様々な形態を有する輪帯状または複数極状の瞳強度分布を形成することができる。また、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素２ａを有し且つ空間光変調器４と光学的に共役な位置に配置された偏光仕分け用の空間光変調器２と、空間光変調器２と光学的にフーリエ変換の関係にある位置に並列的に配置されて偏光変換特性の互いに異なる複数の波長板５１ａ～５１ｅを有する偏光部材５とを用いているので、瞳強度分布を構成する各瞳領域の偏光状態の変更に関する自由度は高く、様々な偏光状態の瞳強度分布を形成することができる。

　すなわち、本実施形態の照明光学系（１～１１）では、光学部材の交換を伴うことなく、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布の形状および偏光状態の変更に関して高い自由度を実現することができる。本実施形態の露光装置（１～ＷＳ）では、瞳強度分布の形状および偏光状態の変更に関して高い自由度を有する照明光学系（１～１１）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。

　上述の実施形態において、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。

　本実施形態では、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２，４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２，４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８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４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４の複数のミラー要素４ａを、それぞれ所要数のミラー要素からなる５つのミラー要素群Ｓ４ａ，Ｓ４ｂ，Ｓ４ｃ，Ｓ４ｄ，Ｓ４ｅに仮想的に分割し、それぞれのミラー要素群Ｓ４ａ～Ｓ４ｅが位置する部分領域Ｒ４ａ～Ｒ４ｅを設定する。その結果、空間光変調器２において、空間光変調器４の部分領域Ｒ４ａ～Ｒ４ｅに対応する部分領域Ｒ２ａ～Ｒ２ｅが設定される。

　制御部ＣＲは、空間光変調器２の部分領域Ｒ２ａに位置するミラー要素２ａを駆動して、部分領域Ｒ２ａからの光が偏光部材５の一対の１／２波長板５１ａに向かうように設定する。同様に、部分領域Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃ，Ｒ２ｄに位置するミラー要素２ａを駆動して、部分領域Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃ，Ｒ２ｄからの光が一対の１／２波長板５１ｂ，５１ｃ，５１ｄに向かうように設定する。さらに、部分領域Ｒ２ｅに位置するミラー要素２ａを駆動して、部分領域Ｒ２ｅからの光がデポラライザ５１ｅに向かうように設定する。

　また、制御部ＣＲは、空間光変調器４の第１ミラー要素群Ｓ４ａのミラー要素４ａを駆動して、第１ミラー要素群Ｓ４ａからの光が面光源Ｐ１１ａ，Ｐ１１ｂに向かうように設定する。同様に、空間光変調器４のミラー要素群Ｓ４ｂ，Ｓ４ｃ，Ｓ４ｄ，Ｓ４ｅのミラー要素４ａを駆動して、ミラー要素群Ｓ４ｂ，Ｓ４ｃ，Ｓ４ｄ，Ｓ４ｅからの光が面光源Ｐ１２ａ，Ｐ１２ｂ；Ｐ１３ａ，Ｐ１３ｂ；Ｐ１４ａ，Ｐ１４ｂ；Ｐ１５に向かうように設定する。

　また、上述の実施形態において、制御部ＣＲは、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、照明光学系または投影光学系の射出瞳面における瞳強度分布を所要の分布とするために空間光変調器２，４のうちの少なくとも一方を制御している。

　ここで、上述の実施形態において、第１および第２瞳強度分布計測部ＤＴｒ，ＤＴｗに加えて、照明光学系による被照射面上の各点に関する瞳偏光状態の分布（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偏光状態ごとの瞳強度分布）や、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳偏光状態分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する偏光状態ごとの瞳強度分布）をモニターする瞳偏光状態分布計測部を設けてもよい。

　制御部ＣＲは、瞳偏光状態分布計測部の計測結果に基づいて、照明光学系または投影光学系の射出瞳面における瞳偏光状態の分布を所要の分布とするために空間光変調器２，４のうちの少なくとも一方を制御してもよい。このような瞳偏光状態分布計測部の構成び作用については、例えば米国特許出願公開第２００７／０１４６６７６号明細書や第２００７/０１８８７３０号明細書を参照することができる。

　なお、上述の実施形態では、偏光部材５が、８つの（４種類の）１／２波長板５１ａ～５１ｄとデポラライザ５１ｅとにより構成され、再結像光学系３の瞳位置またはその近傍に並列配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光部材の具体的な構成、すなわち偏光部材を形成する１つまたは複数の偏光要素の種別、偏光変換特性、数、外形、配置などについて、様々な変形例が可能である。

　一例として、図１１に示すように、光路中に並列配置された互いに偏光変換特性の異なる８つの１／２波長板５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ，５２ｆ，５２ｇ，５２ｈにより偏光部材５Ａを構成することもできる。偏光部材５Ａは、図１１に示す設置状態において、例えば光軸ＡＸを中心とする円形状の外形を有し、光軸ＡＸから円の径方向に延びる線分によって分割された８つの扇形状の領域に対応して、光学軸の向きが互いに異なる８つの１／２波長板５２ａ～５２ｈが配置されている。

　図１１では、１／２波長板５２ａ，５２ｂが全体の１／４の面積を占め、１／２波長板５２ｃ，５２ｄが全体の１／８の面積を占め、１／２波長板５２ｅ～５２ｈが全体の１／１６の面積を占めている。１／２波長板５２ａは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ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５２ｂは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、その偏光方向を変化させることなくｘ偏光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５２ｃは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、ｘ方向を図１１中時計廻りに＋４５度回転させた方向、すなわち＋４５度斜め方向に偏光方向を有する＋４５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５２ｄは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、－４５度（あるいは＋１３５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５２ｅは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、＋２２．５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５２ｆは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、＋６７．５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５２ｇは、－２２．５度（あるいは＋１１２．５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５２ｈは、－６７．５度（あるいは＋１５７．５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。

　図１１に示す変形例では、空間光変調器２，４の有効反射領域が８つの部分領域に仮想的に分割され、空間光変調器２，４と偏光部材５Ａとの協働作用により、図１２に示すような輪帯状の瞳強度分布２４が形成される。すなわち、空間光変調器２の第１部分領域からの光は、１／２波長板５２ａおよび空間光変調器４の第１部分領域を経て、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円弧状の瞳領域Ｒ４１ａ，Ｒ４１ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４１ａ，Ｐ４１ｂを形成する。

　空間光変調器２の第２部分領域からの光は、１／２波長板５２ｂおよび空間光変調器４の第２部分領域を経て、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んでＺ方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ４２ａ，Ｒ４２ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４２ａ，Ｐ４２ｂを形成する。空間光変調器２の第３部分領域からの光は、１／２波長板５２ｃおよび空間光変調器４の第３部分領域を経て、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで＋Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ４３ａ，Ｒ４３ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４３ａ，Ｐ４３ｂを形成する。

　空間光変調器２の第４部分領域からの光は、１／２波長板５２ｄおよび空間光変調器４の第４部分領域を経て、照明瞳面において光軸ＡＸを挟んで－Ｘ方向および＋Ｚ方向と４５度をなす方向に間隔を隔てた一対の円弧状の瞳領域Ｒ４４ａ，Ｒ４４ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４４ａ，Ｐ４４ｂを形成する。空間光変調器２の第５部分領域からの光は、１／２波長板５２ｅおよび空間光変調器４の第５部分領域を経て、照明瞳面において瞳領域Ｒ４２ａとＲ４３ａとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４５ａおよび瞳領域Ｒ４２ｂとＲ４３ｂとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４５ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４５ａおよびＰ４５ｂを形成する。

　空間光変調器２の第６部分領域からの光は、１／２波長板５２ｆおよび空間光変調器４の第６部分領域を経て、照明瞳面において瞳領域Ｒ４１ｂとＲ４３ａとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４６ａおよび瞳領域Ｒ４１ａとＲ４３ｂとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４６ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４６ａおよびＰ４６ｂを形成する。空間光変調器２の第７部分領域からの光は、１／２波長板５２ｇおよび空間光変調器４の第７部分領域を経て、照明瞳面において瞳領域Ｒ４２ａとＲ４４ａとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４７ａおよび瞳領域Ｒ４２ｂとＲ４４ｂとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４７ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４７ａおよびＰ４７ｂを形成する。

　空間光変調器２の第８部分領域からの光は、１／２波長板５２ｈおよび空間光変調器４の第８部分領域を経て、照明瞳面において瞳領域Ｒ４１ａとＲ４４ａとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４８ａおよび瞳領域Ｒ４１ｂとＲ４４ｂとの間の円弧状の瞳領域Ｒ４８ｂへ導かれて、実質的な面光源Ｐ４８ａおよびＰ４８ｂを形成する。こうして、１６分割タイプの輪帯状で周方向偏光状態の瞳強度分布２４が形成される。

　偏光部材５Ａを用いる変形例では、空間光変調器４を制御するだけで、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に１６極状で周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、空間光変調器２を制御することにより、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳に、輪帯状で径方向偏光状態の瞳強度分布を形成したり、１６極状で径方向偏光状態の瞳強度分布を形成したりすることができる。

　具体的に、径方向偏光状態の瞳強度分布の形成に際して、空間光変調器２の第１部分領域からの光を１／２波長板５２ｂへ導き、第２部分領域からの光を１／２波長板５２ａへ導き、第３部分領域からの光を１／２波長板５２ｄへ導き、第４部分領域からの光を１／２波長板５２ｃへ導く。同様に、空間光変調器２の第５部分領域からの光を１／２波長板５２ｈへ導き、第６部分領域からの光を１／２波長板５２ｇへ導き、第７部分領域からの光を１／２波長板５２ｆへ導き、第８部分領域からの光を１／２波長板５２ｅへ導く。

　また、偏光部材５Ａを用いる変形例では、空間光変調器２，４を制御することにより、輪帯状または１６極状の瞳強度分布に対して、実質的に非偏光状態の中央極の面光源を追加することもできる。中央極の面光源の形成に際して、空間光変調器４の第１～第８部分領域からの光の一部は、マイクロフライアイレンズ８の直後の照明瞳において光軸ＡＸを含む中央瞳領域で重畳される。その結果、中央極の面光源は、様々な直線偏光成分を含む実質的な非偏光状態になる。

　ところで、偏光部材５Ａでは、縦偏光および横偏光を生成する使用頻度の比較的高い１／２波長板５２ａ，５２ｂに対して比較的大きな入射面積を付与し、４５度の斜め偏光を生成する平均的な使用頻度の１／２波長板５２ｃ，５２ｄに対して平均的な入射面積を付与し、その他の使用頻度の比較的低い１／２波長板５２ｅ～５２ｈに対して比較的小さな入射面積を付与している。その結果、偏光部材５Ａでは光照射による局部的な損傷の発生を抑えることができ、ひいては偏光部材５Ａの耐久性の向上を図ることができる。

　また、別の例として、図１３に示すように、例えばｘ方向に沿って厚さが連続的（線形状、曲線状、あるいは階段状）に変化したくさび状の形態を有する波長板５３ａと、波長板５３ａと補完的なくさび状の形態を有し波長板５３ａによる光の偏向作用を補償するための補正板５３ｂとにより偏光部材５Ｂを構成することもできる。図１３の偏光部材５Ｂを用いる変形例では、例えば輪帯状または複数極状の瞳強度分布における各瞳領域の偏光状態を、所望の直線偏光状態、所望の楕円偏光状態（円偏光状態を含む）、または実質的な非偏光状態に設定することができる。

　なお、図５の実施形態、図１１の変形例、および図１３の変形例では、波長板を用いて偏光部材５，５Ａ，５Ｂを構成している。しかしながら、波長板に限定されることなく、例えば旋光素子を用いて偏光部材を構成することもできる。一例として、図１４に示すように、８つの旋光素子５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄと１つのデポラライザ５４ｅとにより、図５の実施形態にかかる偏光部材５と同じ機能を有する偏光部材５Ｃを構成することができる。

　旋光素子５４ａ～５４ｄ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。旋光素子５４ａ～５４ｄの入射面（ひいては射出面）は光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸は光軸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）している。旋光素子５４ａ～５４ｄは、互いに異なる厚さを有し、ひいては互いに異なる偏光変換特性を有する。具体的に、旋光素子５４ａ～５４ｄは、図５の偏光部材５における１／２波長板５１ａ～５１ｄと同じ偏光変換特性を有する。

　すなわち、旋光素子５４ａは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向直線偏光の光を射出するように、光軸方向の厚さが設定されている。旋光素子５４ｂは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、その偏光方向を変化させることなくｘ偏光直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。旋光素子５４ｃは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、＋４５度斜め方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。旋光素子５４ｄは、ｘ方向直線偏光の光が入射した場合、－４５度斜め方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

　同様に、図示を省略するが、偏光変換特性の互いに異なる８つの旋光素子を用いて、図１１の変形例にかかる偏光部材５Ａと同じ機能を有する偏光部材を構成することができる。また、図１５に示すように、図１３の偏光部材５Ｂにおける波長板５３ａを、例えば同じ形態の旋光素子５５ａで置換することにより偏光部材５Ｄを構成することができる。図１５に示す偏光部材５Ｄを用いる変形例では、例えば輪帯状または複数極状の瞳強度分布における各瞳領域の偏光状態を、所望の直線偏光状態または実質的な非偏光状態に設定することができる。

　一般に、偏光部材は、照明光学系の光軸を横切る面内の第１領域を通過する第１光束に、第１領域とは異なる第２領域を通過する第２光束とは異なる偏光状態の変化を与えることが重要である。したがって、偏光部材では、偏光変換特性の互いに異なる複数のくさび状の波長板を光路中に並列的に配置しても良いし、偏光変換特性の互いに異なる複数のくさび状の旋光素子を光路中に並列的に配置しても良い。波長板と旋光素子とを混在させて偏光部材を構成しても良い。上述の各種の偏光部材から選択された複数種類の偏光部材を光路に沿って直列的に配置しても良い。各偏光部材を光路中に固定的に配置しても良いし、各偏光部材を移動可能または回転可能に構成しても良いし、各偏光部材を交換可能に構成しても良い。

　なお、上述の説明では、瞳形成用の空間光変調器４の配列面は、偏光仕分け用の空間光変調器２の配列面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。偏光部材５は、再結像光学系３の瞳位置またはその近傍、すなわち偏光仕分け用の空間光変調器２の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、瞳形成用の空間光変調器の配列面を、偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と光学的に共役な空間、または偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある空間に配置することができる。再結像光学系の瞳空間に偏光部材を配置することができる。偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある空間に、偏光部材を配置することができる。

　偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と「光学的に共役な空間」とは、偏光仕分け用の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。再結像光学系の「瞳空間」とは、再結像光学系の瞳位置の前側に隣接するパワーを有する光学素子と当該瞳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。

　偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と「光学的にフーリエ変換の関係にある空間」とは、偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にあるフーリエ変換面の前側に隣接するパワーを有する光学素子と当該フーリエ変換面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。「光学的に共役な空間」、「瞳空間」および「光学的にフーリエ変換の関係にある空間」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。

　したがって、偏光仕分け用の空間光変調器と偏光部材と瞳形成用の空間光変調器との配置関係について、様々な変形例が可能である。一例として、偏光仕分け用の空間光変調器よりも被照射面側において偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある空間に、偏光部材および瞳形成用の空間光変調器を配置する構成も可能である。

　具体的に、図１６に示す変形例では、偏光仕分け用の空間光変調器２よりもマスク側（被照射面側）の光路中に、空間光変調器２の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置を形成するリレー光学系３ｃが配置されている。リレー光学系３ｃと瞳形成用の空間光変調器４との間の光路中に、偏光部材５（５Ａ～５Ｄ）が配置されている。空間光変調器４の配列面は、リレー光学系３ｃによって形成される空間光変調器２の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に設定されている。

　図１６では、偏光仕分け用の空間光変調器２からマイクロフライアイレンズ８までの光路を示しているが、それ以外の構成は図１と同様である。別の表現をすれば、図１６における空間光変調器２と４との間の構成だけが、図１の構成と異なっている。図１６の構成においても図１の構成と同様に、リレー光学系６および７は、空間光変調器４の複数のミラー要素４ａ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８の直後の照明瞳と共役な位置（マイクロフライアイレンズ８の入射面またはその近傍）に結像させる分布形成光学系を構成している。

　図１６の変形例では、リレー光学系３ｃが、空間光変調器２の複数のミラー要素２ａが射出光に与える角度を、空間光変調器２のファーフィールドである偏光部材５（５Ａ～５Ｄ）の入射面上での位置、および空間光変調器４の配列面（複数のミラー要素４ａの入射面）上での位置に変換する。その結果、図１６の変形例においても、偏光仕分け用の空間光変調器２と偏光部材５（５Ａ～５Ｄ）と瞳形成用の空間光変調器４との協働作用により、所望の形状および偏光状態を有する瞳強度分布を形成することができる。

　また、別の例として、偏光仕分け用の空間光変調器よりも光源側において偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある空間に瞳形成用の空間光変調器を配置し、偏光仕分け用の空間光変調器よりも被照射面側において偏光仕分け用の空間光変調器の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある空間に偏光部材を配置する構成も可能である。

　具体的に、図１７に示す変形例では、瞳形成用の空間光変調器４よりもマスク側（被照射面側）の光路中に、空間光変調器４の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置を形成するリレー光学系３ｄが配置されている。偏光仕分け用の空間光変調器２の配列面は、リレー光学系３ｄによって形成される空間光変調器４の配列面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置またはその近傍に設定されている。空間光変調器２とマイクロフライアイレンズ８との間の光路中には、一対の結像光学系１２および１３が配置されている。

　第１結像光学系１２は、前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとからなり、空間光変調器２の配列面と光学的に共役な面１４を形成する。第２結像光学系１３は、前側レンズ群１３ａと後側レンズ群１３ｂとからなり、共役面１４と光学的に共役な面を、マイクロフライアイレンズ８の入射面またはその近傍に形成する。第１結像光学系１２の瞳空間、例えば前側レンズ群１２ａと後側レンズ群１２ｂとの間の瞳位置またはその近傍に、偏光部材５（５Ａ～５Ｄ）が配置されている。

　図１７では、瞳形成用の空間光変調器４からマイクロフライアイレンズ８までの光路を示しているが、それ以外の構成は図１と同様である。マイクロフライアイレンズ８との関係に着目すると、図１７における第２結像光学系１３の後側レンズ群１３ｂは図１におけるリレー光学系７に対応し、図１７における第２結像光学系１３の前側レンズ群１３ａおよび第１結像光学系１２の後側レンズ群１２ｂは図１におけるリレー光学系６の後側レンズ群６ｂおよび前側レンズ群６ａに対応し、図１７における瞳面６ｃは共役面１４に対応している。

　図１７の構成において、リレー光学系３ｄ、第１結像光学系１２および第２結像光学系１３は、空間光変調器４の複数のミラー要素４ａ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８の直後の照明瞳と共役な位置（マイクロフライアイレンズ８の入射面またはその近傍）に結像させる分布形成光学系を構成している。

　図１７の変形例では、第１結像光学系１２の前側レンズ群１２ａが、空間光変調器２の複数のミラー要素２ａが射出光に与える角度を、空間光変調器２のファーフィールドである偏光部材５（５Ａ～５Ｄ）の入射面上での位置に変換する。また、リレー光学系３ｄが、空間光変調器４の複数のミラー要素４ａが射出光に与える角度を、空間光変調器４のファーフィールドである空間光変調器２の配列面（複数のミラー要素２ａの入射面）上での位置に変換する。その結果、図１７の変形例においても、偏光仕分け用の空間光変調器２と偏光部材５（５Ａ～５Ｄ）と瞳形成用の空間光変調器４との協働作用により、所望の形状および偏光状態を有する瞳強度分布を形成することができる。

　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２，４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、たとえば米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに米国特許第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２，４が所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素２ａ，４ａ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。

　また、上述の実施形態では、瞳形成用の空間光変調器として１つの空間光変調器を用いたが、複数の瞳形成用の空間光変調器を用いることも可能である。複数の瞳形成用の空間光変調器を用いた露光装置向けの照明光学系として、例えば米国特許出願公開第２００９／０１０９４１７号明細書および米国特許出願公開第２００９／０１２８８８６号明細書に開示される照明光学系を採用することができる。

　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。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１８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１８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を感光性基板としてパターンの転写を行う。

　図１９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１９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、Ａｒ₂レーザ（出力波長１２６ｎｍ）、Ｋｒ₂レーザ（出力波長１４６ｎｍ）などのパルスレーザ光源、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高調波発生装置や、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝線を発する超高圧水銀ランプなどに対して本発明を適用することもできる。

　また、例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

　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。また、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示される手法も適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、特開平１０－３０３１１４号公報、欧州特許出願公開第１４２０２９８号、国際公開第２００４／０５５８０３号および米国特許第６,９５２,２５３号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、露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。

　また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウェハＷ上に形成することによって、ウェハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）に適用することができる。

　さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウェハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウェハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置に適用することができる。

　なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウェハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。

　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。

　「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」を満足するために必要とされる詳細において本特許出願において説明しかつ例示した「表題」の実施形態の特定の態様は、上述の実施形態の態様のあらゆる上述の目的、及び上述の実施形態の態様により又はその目的のあらゆる他の理由で又はその目的にために解決すべき問題を完全に達成することができるが、請求した内容の上述の実施形態のここで説明した態様は、請求した内容によって広く考察された内容を単に例示しかつ代表することは、当業者によって理解されるものとする。実施形態のここで説明しかつ主張する態様の範囲は、本明細書の教示内容に基づいて当業者に現在明らかであると考えられるか又は明らかになると考えられる他の実施形態を漏れなく包含するものである。本発明の「表題」の範囲は、単独にかつ完全に特許請求の範囲によってのみ限定され、いかなるものも特許請求の範囲の詳細説明を超えるものではない。単数形でのこのような請求項における要素への言及は、解釈において、明示的に説明していない限り、このような要素が「１つ及び１つのみ」であることを意味するように意図しておらず、かつ意味しないものとし、「１つ又はそれよりも多い」を意味する意図とし、かつ意味するものとする。当業者に公知か又は後で公知になる実施形態の上述の態様の要素のいずれかに対する全ての構造的及び機能的均等物は、引用により本明細書に明示的に組み込まれると共に、特許請求の範囲によって包含されるように意図されている。本明細書及び／又は本出願の請求項に使用され、かつ本明細書及び／又は本出願の請求項に明示的に意味を与えられたあらゆる用語は、このような用語に関するあらゆる辞書上の意味又は他の一般的に使用される意味によらず、その意味を有するものとする。実施形態のいずれかの態様として本明細書で説明した装置又は方法は、それが特許請求の範囲によって包含されるように本出願において開示する実施形態の態様によって解決するように求められる各及び全て問題に対処することを意図しておらず、また必要でもない。本発明の開示内容におけるいかなる要素、構成要素、又は方法段階も、その要素、構成要素、又は方法段階が特許請求の範囲において明示的に詳細に説明されているか否かに関係なく、一般大衆に捧げられることを意図したものではない。特許請求の範囲におけるいかなる請求項の要素も、その要素が「～のための手段」という語句を使用して明示的に列挙されるか又は方法の請求項の場合にはその要素が「作用」ではなく「段階」として列挙されていない限り、「３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２」第６項の規定に基づいて解釈されないものとする。

　米国の特許法の準拠において、本出願人は、本出願の明細書に添付されたあらゆるそれぞれの請求項、一部の場合には１つの請求項だけにおいて説明した各発明の少なくとも１つの権能付与的かつ作用する実施形態を開示したことが当業者によって理解されるであろう。本出願人は、開示内容の実施形態の態様／特徴／要素、開示内容の実施形態の作用、又は開示内容の実施形態の機能を定義し、及び／又は開示内容の実施形態の態様／特徴／要素のあらゆる他の定義を説明する際に、随時又は本出願を通して、定義的な動詞（例えば、「is」、「are」、「does」、「has」、又は「include」など）、及び／又は他の定義的な動詞（例えば、「生成する」、「引き起こす」、「サンプリングする」、「読み取る」、又は「知らせる」など）、及び／又は動名詞（例えば、「生成すること」、「使用すること」、「取ること」、「保つこと」、「製造すること」、「判断すること」、「測定すること」、又は「計算すること」など）を使用した。あらゆるこのような定義的語又は語句などが、本明細書で開示する１つ又はそれよりも多くの実施形態のいずれかの態様／特徴／要素、すなわち、あらゆる特徴、要素、システム、サブシステム、処理、又はアルゴリズムの段階、特定の材料などを説明するのに使用されている場合は、常に、本出願人が発明しかつ請求したものに関する本発明の範囲を解釈するために、以下の制限的語句、すなわち、「例示的に」、「例えば、」、「一例として」、「例示的に単に」、「例示的にのみ」などの１つ又はそれよりも多く又は全てが先行し、及び／又は語句「することができる」、「する可能性がある」、「かもしれない」、及び「することができるであろう」などのいずれか１つ又はそれよりも多く又は全てを含むと読むべきである。全てのこのような特徴、要素、段階、及び材料などは、たとえ特許法の要件の準拠において本出願人が特許請求した内容の実施形態又はいずれかの実施形態のあらゆるそのような態様／特徴／要素の単一の権能付与的な実施例だけを開示したとしても、１つ又はそれよりも多くの開示した実施形態の単に可能な態様として説明されており、いずれかの実施形態のいずれか１つ又はそれよりも多くの態様／特徴／要素の唯一の可能な実施、及び／又は特許請求した内容の唯一の可能な実施形態としで説明していないと考えるべきである。本出願又は本出願の実施において、特許請求の範囲のあらゆる開示する実施形態又はあらゆる特定の本発明の開示する実施形態の特定的な態様／特徴／要素が、特許請求の範囲の内容又はあらゆるそのような特許請求の範囲に説明されるあらゆる態様／特徴／要素を実行する１つ及び唯一の方法になると本出願人が考えていることを明示的かつ具体的に特に示さない限り、本出願人は、本特許出願の特許請求の範囲の内容のあらゆる開示する実施形態のあらゆる開示した態様／特徴／要素又は実施形態全体のあらゆる説明が、特許請求の範囲の内容又はそのあらゆる態様／特徴／要素を実行するそのような１つ及び唯一の方法であり、従って、特許請求の範囲の内容の他の可能な実施例と共にあらゆるそのように開示した実施例を包含するのに十分に広範囲にわたるものであるあらゆる特許請求の範囲をこのような開示した実施形態のそのような態様／特徴／要素又はそのような開示した実施形態に限定するように解釈されることを意図していない。本出願人は、１つ又は複数の親請求項に説明した特許請求の範囲の内容又は直接又は間接的に従属する請求項のあらゆる態様／特徴／要素、段階のようなあらゆる詳細と共にいずれかの請求項に従属する従属請求項を有するあらゆる請求項は、親請求項の説明事項が、他の実施例と共に従属請求項内に更なる詳細を包含するのに十分に広範囲にわたるものであること、及び更なる詳細が、あらゆるこのような親請求項で請求する態様／特徴／要素を実行し、従って従属請求項の更なる詳細を親請求項に取り込むことによって含むあらゆるこのような親請求項のより幅広い態様／特徴／要素の範囲をいかなる点においても制限するいずれかの従属請求項に説明されるいずれかのこのような態様／特徴／要素の更なる詳細に限られる唯一の方法ではないことを意味するように解釈されるべきであることを具体的、明示的、かつ明解に意図するものである。

ＬＳ　光源
１　ビーム送光部
２，４　空間光変調器
３　再結像光学系
５，５Ａ～５Ｄ　偏光部材
５１ａ～５１ｄ　１／２波長板
５１ｅ　デポラライザ
６，７　リレー光学系
８　マイクロフライアイレンズ
９　コンデンサー光学系
１０　マスクブラインド
１１　結像光学系
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

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、
　第１面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第１空間光変調器と、
　前記第１面よりも前記被照射面側の光路中に配置されて、前記照明光学系の光軸を横切る面内の第１領域を通過する第１光束に、前記横切る面内における前記第１領域とは異なる第２領域を通過する第２光束とは異なる偏光状態の変化を与える偏光部材と、
　前記第１面よりも前記被照射面側の前記光路中または前記第１面よりも前記光源側の光路中の第２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第２空間光変調器とを備えていることを特徴とする照明光学系。
前記第２面と前記照明瞳との間の光路中に配置されて、前記第２空間光変調器の前記複数の光学要素が前記第２空間光変調器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、前記照明瞳または前記照明瞳と共役な位置に結像させる分布形成光学系を備えていることを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
前記第２空間光変調器の前記複数の光学要素が配列される第２面は、前記第１面と光学的に共役な空間または前記第１面と光学的にフーリエ変換の関係にある空間に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の照明光学系。
前記偏光部材は、前記第１面と光学的にフーリエ変換の関係にある空間に配置されてい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。
前記第１面と光学的に共役な前記第２面を形成する再結像光学系をさらに備え、
　前記偏光部材は、前記再結像光学系の瞳空間に配置されてい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。
前記第１面よりも前記被照射面側の光路中に配置されて前記第１面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置を形成するリレー光学系をさらに備え、
　前記偏光部材は、前記リレー光学系と前記第２空間光変調器との間の光路中に配置されてい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。
前記第２空間光変調器の前記複数の光学要素が配列される前記第２面は、前記リレー光学系によって形成される前記第１面と光学的にフーリエ変換の関係にある前記位置に設定されることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
前記第２面よりも前記被照射面側の光路中に配置されて前記第２面と光学的にフーリエ変換の関係にある位置を形成するリレー光学系をさらに備え、
　前記第１空間光変調器は、前記リレー光学系と前記偏光部材との間の光路中に配置されてい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。
前記第２面と前記照明瞳との間の光路中に配置されて、前記第２空間光変調器の前記複数の光学要素が前記第２空間光変調器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、前記照明瞳または前記照明瞳と共役な位置に結像させる分布形成光学系を備え、
　前記リレー光学系は、該分布形成光学系の一部であることを特徴とする請求項８に記載の照明光学系。
前記第１空間光変調器の前記複数の光学要素が配列される前記第１面は、前記リレー光学系によって形成される前記第２面と光学的にフーリエ変換の関係にある前記位置に設定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。
前記偏光部材は、前記第１光束を第１の偏光状態の光に変化させる第１波長板と、該第１波長板と並列的に配置されて前記第２光束を第２の偏光状態の光に変化させる第２波長板とを有す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。
前記偏光部材は、前記第１波長板および前記第２波長板と並列的に配置されて入射光を非偏光化して射出するデポラライザをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の照明光学系。
前記偏光部材は、所定方向に沿って厚さが連続的に変化した形態の波長板を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明光学系。
前記偏光部材は、前記第１光束を第１の偏光状態の光に変化させる第１旋光素子と、該第１旋光素子と並列的に配置されて前記第２光束を第２の偏光状態の光に変化させる第２旋光素子とを有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の照明光学系。
前記偏光部材は、旋光性を有する光学材料により形成されて所定方向に沿って厚さが連続的に変化した形態の旋光部材を有す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。
前記偏光部材は、交換可能に構成され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。
オプティカルインテグレータを備え、
　前記偏光部材は、前記第１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中に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学系。
前記第２面と前記オプティカルインテグレータとの間の光路中に配置されて、前記第２空間光変調器の前記複数の光学要素が前記第２空間光変調器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、前記オプティカルインテグレータの入射面またはその近傍に結像させる分布形成光学系を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の照明光学系。
前記分布形成光学系は、前記第２空間光変調器からの射出光束の角度方向の分布を、前記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ことを特徴とする請求項２または１８に記載の照明光学系。
前記第２空間光変調器は、前記第２面内で二次元的に配列された複数のミラー要素と、該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ことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の照明光学系。
前記駆動部は、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ことを特徴とする請求項２０に記載の照明光学系。
前記複数のミラー要素のうちの前記第２面上の第１領域に位置するミラー要素の群を第１ミラー要素群とし、前記複数のミラー要素のうちの前記第１領域とは異なる前記第２面上の第２領域に位置するミラー要素の群を第２ミラー要素群とするとき、前記駆動部は、前記第１ミラー要素群を経た光が前記第２面の光学的なフーリエ変換面上の第１瞳領域へ導かれるように前記第１ミラー要素群を制御駆動し、且つ前記第２ミラー要素群を経た光が前記第２面の光学的なフーリエ変換面上の第２瞳領域へ導かれるように前記第２ミラー要素群を制御駆動することを特徴とする請求項２０または２１に記載の照明光学系。
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１乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学系。
所定のパターンを照明するための請求項１乃至２３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。
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、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２４に記載の露光装置。
請求項２４または２５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。