JP2013073976A - 空間光変調器、光学装置、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エレクトロウェッティングを用いて、高い解像度が得られるとともに、各画素を通過する光の位相を制御可能な空間光変調器を提供する。
【解決手段】配列面に入射する照明光ＩＬを変調する空間光変調器２８は、配列面を横切るＺ方向に沿った隔壁部３３ａを有するセル部３４と、セル部３４内にＺ方向に沿って配置された下部電極６０Ａ，６０Ｂ及び上部電極６４Ａ，６４Ｂと、セル部３４内の電極６０Ａ，６０Ｂ及び６４Ａ，６４Ｂ間に保持された液体Ｌｑと、を備え、電極６０Ａ，６０Ｂ及び６４Ａ，６４Ｂに与えられる電圧によって、セル部３４内の液体ＬｑのＺ方向の位置を制御して、セル部３４内で反射される照明光ＩＬの位相を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、入射する光を変調する空間光変調器、この空間光変調器を備える光学装置及び露光装置、並びにその露光装置を用いるデバイス製造技術に関する。

例えば半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス又はマイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、所定のパターンを投影光学系を介してウエハ又はガラスプレート等の基板に形成するために一括露光型又は走査露光型の露光装置等が使用されている。これらの露光装置としては、複数種類のデバイス毎に、さらに基板の複数のレイヤ毎にそれぞれマスクを用意することによる製造コストの増大を抑制し、各デバイスを効率的に製造するために、マスクの代わりに、それぞれヒンジ機構によって傾斜角又は高さが可変の多数の微小ミラーのアレイを有する空間光変調器(spatial light modulators)を用いて、投影光学系の物体面に反射型の可変の明暗パターン又は位相パターンを生成するいわゆるマスクレス方式の露光装置が知られている。このようにヒンジ機構を用いて微小ミラーの傾斜角を調整する方式では、微小ミラーの駆動機構が複雑であり、さらに透過型の変調器の実現が困難である。

そこで、マスクレス露光用に使用可能な空間光変調器として、いわゆるエレクトロウェッティング（Electrowetting:電気毛管現象）を利用して、各画素（光学要素）の光路上に透明な液体又は不透明な液体を移動することによって、各画素を明状態又は暗状態に設定可能な変調器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。エレクトロウェッティングとは表面の濡れ性を電気的に制御する技術で、微小液滴の搬送や、着色した油を用いたディスプレイへの応用などが研究されている（例えば、非特許文献１参照）。エレクトロウェッティングの原理はマクスウェル応力（静電力）に基づくと考えられている。すなわち、ある誘電媒質（誘電率ε）に電場（Ｅ）をかけると、誘電媒質には電場と平行かつ誘電媒質を縮める方向にεＥ^２／２の応力が働くというものである。表面の濡れ性が変わるメカニズムを、空気中に置かれた水滴の接触角変化の例で考える。水滴とその下に絶縁膜を挟んで置いた電極間に電位を加えると、水滴の周りの空気には電場が形成され、誘電媒質である空気を縮める向きにマクスウェル応力（静電力）が働く。それによって水滴の表面には水滴の垂直外向きに応力が働き、空気側に引っ張られる。この応力は水滴の場所によって異なり、絶縁膜に近いほど電場が強いため、より強く引っ張られる。したがって、水滴の中でも絶縁膜に近いほど、水滴表面の移動量が大きくなり、見た目上は水滴の接触角が減少するように見える。

特表２００７−５１５８０２号公報

Frieder Mugele and Jean-Christophe Baret, "Electrowetting: from basics to applications," Journal of Physics: Condensed Matter, 17(2005)R705-R774(英国)

従来のエレクトロウェッティングを利用した空間光変調器は、各画素が電極のみで区分されているため、例えば一列の複数の画素を交互に明状態及び暗状態に正確に設定するのが困難であり、解像度を高めるのが困難であった。さらに、従来のエレクトロウェッティングを利用した空間光変調器は、各画素を通過する光の位相を制御することが困難であった。

本発明の態様は、このような事情に鑑み、エレクトロウェッティングを用いて、高い解像度が得られるとともに、各画素（光学要素）を通過する光の位相を制御可能な空間光変調器及びこの空間光変調器を使用する技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、配列面に入射する光を変調する空間光変調器が供給される。この空間光変調器は、その配列面を横切る第１方向に沿った隔壁部を有するセル部と、そのセル部内にその第１方向に沿って配置された第１電極及び第２電極と、そのセル部内のその第１電極とその第２電極との間に保持された液体と、を備え、その第１及び第２電極に与えられる電圧によって、そのセル部内のその液体のその第１方向の位置を制御して、そのセル部内で反射される光の位相を制御するものである。

また、第２の態様によれば、本発明の空間光変調器と、その空間光変調器のそのセル部に照明光を照射する第１光学系と、そのセル部からの光を対象物に導く第２光学系と、を備える光学装置が提供される。
また、第３の態様によれば、露光光で基板を露光する第１の露光装置が提供される。この露光装置は、本発明の空間光変調器と、その空間光変調器の複数のセル部のアレイにその露光光を照射する照明光学系と、その複数のセル部からの反射光をその基板に導いてその基板にパターンを投影する投影光学系と、その基板に露光されるパターンを制御するために、その空間光変調器の複数のセル部からの反射光の位相パターンを制御する露光制御装置と、を備えるものである。

また、第４の態様によれば、露光光でマスクを介して基板を露光する第２の露光装置が提供される。この露光装置は、本発明の空間光変調器を有し、その露光光でその空間光変調器を介してそのマスクを照明する照明光学系と、そのマスクを照明するその露光光の入射角の分布を制御するために、その空間光変調器の複数のセル部からの反射光の位相パターンを制御する照明制御装置と、を備えるものである。

また、第５の態様によれば、本発明の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様の空間光変調器によれば、その第１及び第２電極に与えられる電圧によって、エレクトロウェッティングの作用によって、そのセル部内の液体の第１方向の位置が制御され、そのセル部内で反射される光（セル部を含む画素（光学要素）を通過する光）の位相が制御される。また、画素は隔壁部で仕切られているため、画素間の静電力の影響及び画素間の液体の流れが抑制されて、高い解像度が得られる。

（Ａ）は第１の実施形態に係る空間光変調器の概略構成を示す図、（Ｂ）はその空間光変調器の本体部の一部を示す拡大斜視図である。 図１（Ａ）の空間光変調器の一つの画素及び制御系を示す図である。 （Ａ）は図１（Ａ）の空間光変調器の２つの画素をＸ方向に見た拡大断面図、（Ｂ）は２つの画素をＹ方向に見た拡大断面図である。 （Ａ）は製造中の空間光変調器の本体部を示す拡大断面図、（Ｂ）はその本体部のセル部に液体を注入した状態を示す拡大断面図である。 第１変形例の空間光変調器の一つの画素を示す拡大斜視図である。 （Ａ）は第１変形例の第１の状態の画素を示す拡大断面図、（Ｂ）は第１変形例の第２の状態の画素を示す拡大断面図である。 （Ａ）は第２変形例の空間光変調器の一つの画素を示す拡大斜視図、（Ｂ）は第３変形例の空間光変調器の一つの画素を示す拡大斜視図である。 第２の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 第２の実施形態の変形例の概略構成を示す図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態につき図１（Ａ）〜図４（Ｂ）を参照して説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に係る空間光変調器（spatial light modulator: SLM )２８の概略構成を示し、図１（Ｂ）は空間光変調器２８の本体部３０の一部を拡大して示す。本実施形態の空間光変調器２８は、２次元のアレイ状に配列された複数の光学要素としての画素３２を有する本体部３０と、その複数の画素３２に入射して反射される照明光ＩＬの位相を個別に制御する変調制御部４８と、を有し、エレクトロウェッティング（Electrowetting:電気毛管現象）を用いて各画素３２に入射する光を変調する。照明光ＩＬは、例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光、又は固体レーザ（半導体レーザ等）から出力されるレーザ光の高調波等である。照明光ＩＬは、一例として数ｋＨｚ又は１〜２ＭＨｚ程度の周波数でパルス発光される光である。以下では、複数の画素３２の直交する第１及び第２の配列方向に沿ってＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸及びＹ軸に直交する方向にＺ軸を取って説明する。

図１（Ａ）において、空間光変調器２８の本体部３０は、上面が開いた矩形の箱状の絶縁体からなるベース部材３１と、Ｘ方向及びＹ方向に２次元の格子状に配列されるように複数の正方形の開口が形成された絶縁体よりなる隔壁部材３３と、ベース部材３１内に隔壁部材３３を支持する複数の連結部３３Ｓと、ベース部材３１の上面を覆うとともに照明光ＩＬが通過する（入射及び射出する）平板状のカバーガラス３５（図１（Ｂ）参照）と、を有する。本実施形態では、カバーガラス３５のＸＹ面に平行な底面（以下、配列面ＤＰと呼ぶ。）に沿って複数の画素３２が配列されている。

隔壁部材３３は、Ｘ方向、Ｙ方向に密着して等しいピッチ（周期）ｐｘ，ｐｙ（ｐｘ＝ｐｙ）で配列された正方形の筒状の隔壁部３３ａの集合である。隔壁部３３ａは、配列面ＤＰに垂直なＺ方向に沿った内面、すなわちＸＺ面に平行な２つの面及びＹＺ面に平行な２つの面で囲まれた断面形状が正方形の内面を有する。隔壁部３３ａからセル部３４が構成され、セル部３４及びセル部３４内に保持されて照明光ＩＬを透過する液体Ｌｑ（図１（Ｂ）参照）を含んで画素３２が構成されている。従って、複数の画素３２のＸ方向、Ｙ方向の配列ピッチはセル部３４の配列ピッチｐｘと等しい。

画素３２の配列ピッチｐｘは、例えば１０〜１μｍ程度であり、一例として、画素３２のＸ方向の配列数は数１０００〜数万、Ｙ方向の配列数はＸ方向の配列数の１／１０程度である。図１（Ａ）では、各画素３２は、拡大して表されている。なお、画素３２のＸ方向、Ｙ方向の配列数は任意であり、隔壁部３３ａの断面形状（画素３２の形状）は長方形でもよく、画素３２のＸ方向、Ｙ方向の配列ピッチｐｘ，ｐｙは互いに異なっていてもよい。

ベース部材３１は、例えばフルオロポリマー（フッ素重合体）よりなる絶縁体、シリコン基板の表面に酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）若しくは窒化ケイ素（例えばＳｉ₃Ｎ₄）等の絶縁層を形成した材料、又はセラミックス等から形成可能である。隔壁部材３３は、例えば酸化ケイ素若しくは窒化ケイ素、又はセラミックス等から形成可能である。カバーガラス３５は、例えば石英又は蛍石（ＣａＦ²）のような照明光ＩＬを透過する材料から形成されている。

本実施形態では、各画素３２は入射する照明光ＩＬを液体Ｌｑを介して反射するＸＹ面に平行な反射面を有する反射部材３７を備えている。そして、エレクトロウェッティングを用いることによって、各画素３２は、図１（Ｂ）に示す位置Ａ１の画素３２のように、垂直に（Ｚ方向に）入射する照明光ＩＬ１の位相を第１の所定の位相δだけ変化させて反射する第１の状態と、位置Ａ２の画素３２のように、入射する照明光ＩＬ２の位相をその位相δと１８０°（π（ｒａｄ））だけ異なる位相だけ変化させて反射する第２の状態とを含む複数の状態に設定可能である。その第１の状態の画素３２を画素３２（０）とも呼び、その第２の状態の画素３２を画素３２（π）とも呼ぶ。

次に、図２は、図１（Ａ）の空間光変調器２８の本体部３０中の一つの画素３２を代表的に拡大して示す。図２には、空間光変調器２８の変調制御部４８のブロック図も示されている。図２において、画素３２は、２点鎖線で示されるセル部３４（隔壁部３３ａ）と、セル部３４のカバーガラス３５と反対側（本実施形態では＋Ｚ方向側）の±Ｙ方向の内面に設けられた１対の金属膜よりなる下部電極６０Ａ，６０Ｂと、下部電極６０Ａ，６０Ｂの表面に設けられた絶縁体の薄膜（以下、絶縁膜という。）６２Ａ，６２Ｂと、絶縁膜６２Ａ，６２Ｂ間にＸ方向に等間隔に配置された複数の細い円柱状又は角柱状のワイヤー３８ａよりなる第１のワイヤー電極３８と、を有する。さらに、画素３２は、セル部３４のカバーガラス３５側（−Ｚ方向側）の端部の±Ｙ方向の内面に設けられた１対の金属膜よりなる上部電極６４Ａ，６４Ｂと、上部電極６４Ａ，６４Ｂの表面に設けられた絶縁膜６２Ｃ，６２Ｄと、絶縁膜６２Ｃ，６２Ｄ間にＸ方向に等間隔に配置された複数の例えばワイヤー３８ａとほぼ同じ形状のワイヤー３９ａよりなる第２のワイヤー電極３９と、を有する。

また、画素３２は、セル部３４内の第１及び第２のワイヤー電極３８，３９間に配置されたＸ方向の幅がセル部３４の内面のＸ方向の幅よりも狭いＹ方向に細長い金属の平板よりなる電極を兼用する反射部材３７と、セル部３４内のワイヤー電極３８，３９間の反射部材３７を含む空間内に、ワイヤー電極３８，３９の撥液性（液体Ｌｑの表面張力）によって漏れ出ないように保持された液体Ｌｑと、を有する。特に照明光ＩＬが通過する領域に配置された上方（ここでは−Ｚ方向）のワイヤー３９ａの直径（ワイヤーが角柱状であるときには断面の最大長さ）は、照明光ＩＬの利用効率を高めるために、撥液性又は表面張力によって液体Ｌｑが漏れ出ない範囲でできるだけ細いことが好ましい。一方、照明光ＩＬが通過しない領域にある下方のワイヤー３８ａの直径はワイヤー３９ａの直径より大きくしてもよい。電極６０Ａ，６０Ｂ及び６４Ａ，６４Ｂはそれぞれ配線によって接続されている。反射部材３７の表面は照明光ＩＬに対する反射面として作用する。

絶縁膜６２Ａ〜６２Ｄの材料としては、例えばフッ素添加の酸化ケイ素（ＳｉＯＦ）、炭素添加の酸化ケイ素（ＳｉＯＣ）、又はセラミックス等の誘電体の材料が使用可能である。電極６０Ａ，６０Ｂ，６４Ａ，６４Ｂ及び反射部材３７の材料としては、金属の他にポリシリコン等も使用できる。反射部材３７がポリシリコンである場合、その表面には誘電体多層膜等の反射膜を形成してもよい。ワイヤー電極３８，３９の材料としては、例えばカーボンナノチューブのように、微細加工が容易で、導電性が高く、かつ高い撥液性を持つ材料を使用することが好ましい。また、ワイヤー電極３８，３９は、金属線を絶縁膜でコーティングして形成してもよい。本実施形態において、セル部３４内面のＸ方向及びＹ方向の幅を等しくａ１とすると、電極６０Ａ〜６４Ｂ及び絶縁膜６２Ａ〜６２ＤのＸ方向の長さはほぼａ１に等しく、反射部材３７のＹ方向の長さはａ１に等しい。

一例として、幅ａ１を１μｍ（１０００ｎｍ）とすると、ワイヤー電極３８，３９のＹ方向の長さａ２はほぼ９００ｎｍ、ワイヤー３８ａ，３９ａの直径はほぼ２０ｎｍである。ただし、下方のワイヤー３８ａの直径はそれより大きくしてもよい。このとき、電極６０Ａ〜６４Ｂ及び絶縁膜６２Ａ〜６２Ｄの厚さ（Ｙ方向の高さ）及びＺ方向の幅はそれぞれほぼ２５ｎｍ及び１００ｎｍである。また、反射部材３７のＸ方向の幅ａ３はほぼ４００ｎｍ、反射部材３７の厚さはほぼ５０ｎｍであり、ワイヤー電極３８の上端とワイヤー電極３９の下端とのＺ方向の間隔ａ５はほぼ４１０ｎｍである。また、セル部３４内での液体Ｌｑの深さ（Ｚ方向の高さ）をａ４として、図２に示すように、液体Ｌｑがワイヤー電極３８の上端に保持されている状態で、液体Ｌｑの上面とワイヤー電極３９の下端とのＺ方向の間隔をｄとすると、以下のように、深さａ４と間隔ｄとの和は間隔ａ５になる。

ａ５＝ａ４＋ｄ …（１）
また、間隔ｄは照明光ＩＬの波長に応じて設定され（詳細後述）、深さａ４は式（１）及び間隔ｄに基づいて設定される。一例として、深さａ４は３００ｎｍ程度に設定される。さらに、間隔ｄは深さａ４より小さいとともに、反射部材３７の反射面とワイヤー電極３８の上端との間隔は、深さａ４よりも小さく設定される。従って、セル部３４内のワイヤー電極３８，３９間で液体Ｌｑが移動しても、反射部材３７は常に液体Ｌｑ中に配置されている。

本実施形態では、空間光変調器２８の通常の使用時には、一例として反射部材３７は接地される。ここでは、接地された電位（接地レベル）を０Ｖとする。また、下方のワイヤー電極３８は、反射部材３７の電位と下部電極６０Ａ，６０Ｂの電位との間で、下部電極６０Ａ，６０Ｂの電位に近い電位となり、上方のワイヤー電極３９は、反射部材３７の電位と上部電極６４Ａ，６４Ｂの電位との間で、上部電極６４Ａ，６４Ｂの電位に近い電位となる。本実施形態では、画素３２を上記の第１の状態に設定するときには、上部電極６４Ａ，６４Ｂの電位を０Ｖ（接地レベル）に設定し、下部電極６０Ａ，６０Ｂに正の電圧（＋Ｖ１）を印加する。液体Ｌｑが純水の場合で、電圧Ｖ１は例えば１５０Ｖ程度である。このとき、上方のワイヤー電極３９の電位は０Ｖ、下方のワイヤー電極３８の電位は０Ｖから１５０Ｖの間の電位になる。液体Ｌｑは反射部材３７に常に接触しているため、電位はほぼ０Ｖである。そのため、液体Ｌｑの上部では電場がほぼ０であるが、下部では電場が０にはならない。これによって、液体Ｌｑの下部にはマクスウェル応力が働き、液体Ｌｑが下方のワイヤー電極３８の方向に動くことになる。液滴が動いていき、下方のワイヤー電極３８に接触すると、液体Ｌｑに接触したワイヤーは液体Ｌｑと同じ電位になるため、ワイヤーと液体Ｌｑ間には力が働かなくなる。最終的にすべてのワイヤーに接触すると液体Ｌｑは静止する。

一方、画素３２を上記の第２の状態に設定するときには、上部電極６４Ａ，６４Ｂに正の電圧（＋Ｖ１）を印加し、下部電極６０Ａ，６０Ｂの電位を０Ｖに設定する。動作原理は上述の逆である。
このように、下部電極６０Ａ，６０Ｂと上部電極６４Ａ，６４Ｂの電位を、それぞれ＋Ｖ１と０Ｖにした場合と、逆に０Ｖと＋Ｖ１にした場合を入れ替えることによって、セル部３４内で液体ＬｑのＺ方向の位置が間隔ｄだけ変化する。

このように液体Ｌｑはワイヤー電極３８，３９との間の静電力でＺ方向に駆動されるため、液体Ｌｑは照明光ＩＬを透過するとともに、誘電率（比誘電率）が高いことが好ましい。つまり、誘電率が高いほど、反射部材３７の電位が液体Ｌｑ全体に伝わりやすく、周辺空間の電場が強くなり、マクスウェル応力が大きくなるためである。照明光ＩＬがＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）であるとき、液体Ｌｑとしては例えば純水（屈折率＝１．４４、比誘電率（例えば１００Ｈｚ以上で）＝８０）、又はデカリン(decalin）（屈折率＝１．６０、比誘電率＝約１０）が使用できる。比誘電率が高く、電圧Ｖ１を小さくできる点では、液体Ｌｑとして純水が好ましい。また、後述のように液体Ｌｑの屈折率ｎが大きいほど間隔ｄを小さくできるため、セル部３４の高さを小さくできる（画素３２を小型化できる）点では、液体Ｌｑとしてデカリンが好ましい。ただし、液体Ｌｑとしては、屈折率及び比誘電率が純水より小さいが、フロリナート（登録商標）、ハイドロフルオロエーテル（ＨＦＥ）、又はパーフロロポリエーテル（ＰＦＰＥ）のようなフッ素系オイルも使用可能である。

本実施形態の複数の画素３２（液体Ｌｑが充填されていない状態）及び反射部材３７（接地された電極）、電極６０Ａ〜６４Ｂ用の配線等が形成された隔壁部材３３は、例えばＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム）技術を用いて製造可能である。また、隔壁部材３３以外の部分は、例えば通常の半導体デバイスの製造工程で製造可能である。
次に、図２において、変調制御部４８は、図１（Ａ）の複数の画素３２の状態（第１の状態又は第２の状態）の分布を制御するコンピュータの一部である制御部５２と、複数の画素３２の状態の分布に対応するデジタルデータが格納されたメモリーであるＳＲＡＭ５４と、ＳＲＡＭ５４の出力を増幅する画素３２と同じ個数の増幅器５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃ，…と、各画素３２の反射部材３７を接地する信号ラインと、を有する。増幅器５５Ａ，５５Ｂ等の出力はそれぞれ信号ライン及び隔壁部材３３に設けた配線を介して対応する画素３２（セル部３４）の下部電極６０Ａ，６０Ｂに供給されている。本実施形態では、下部電極６０Ａ，６０Ｂには、電圧＋Ｖ１（第１の状態）又は０Ｖ（第２の状態）が印加される。なお、ＳＲＡＭ５４の代わりに、シフトレジスターを使用することも可能である。

また、変調制御部４８は、各画素３２に対応して設けられて、対応する増幅器５５Ａ，５５Ｂ，…の出力を変換する切り替え部５６を有する。切り替え部５６の出力は、信号ライン及び隔壁部材３３に設けた配線を介して対応する画素３２（セル部３４）の上部電極６４Ａ，６４Ｂに供給されている。切り替え部５６は、増幅器５５Ａ，５５Ｂ，…の出力（すなわち、下部電極６０Ａ，６０Ｂの電位）が０Ｖであるときに上部電極６４Ａ，６４Ｂに電圧＋Ｖ１を供給し、増幅器５５Ａ，５５Ｂ，…の出力が＋Ｖ１であるときに上部電極６４Ａ，６４Ｂに０Ｖを供給する。

次に、図３（Ａ）は、図１（Ｂ）の空間光変調器２８の本体部３０中の位置Ａ１及びＡ２の２つの画素３２をＸ方向に見た拡大断面図、図３（Ｂ）は、その２つの画素３２をＹ方向に見た拡大断面図である。なお、説明の便宜上、図３（Ａ）及び（Ｂ）中の位置Ａ１，Ａ２の関係は図１（Ｂ）中の位置関係とは異なっている。図３（Ａ）において、後述のように本体部３０の製造を容易にするために、セル部３４内の下方のワイヤー電極３８の下端からセル部３４の底面までの間隔は、セル部３４内に保持される液体Ｌｑの高さ（図２の高さａ４）と同じに設定されている。また、ベース部材３１内の隔壁部材３３の底面に、絶縁体よりなる上部が開いた浅い箱状の貯蔵部６６が載置され、貯蔵部６６の内面に金属膜よりなる電極６７が設けられ、電極６７を覆うように絶縁膜６８が設けられている。ベース部材３１内の底面には、本体部３０の製造時に、貯蔵部６６の高さを調整するための複数の高さ調整部６９が設けられている。高さ調整部６９は、例えば貯蔵部３１の下方に配置されるピエゾ素子等を含む駆動機構（不図示）によってＺ方向に移動する。本体部３０の製造時に、貯蔵部６６の内面には液体Ｌｑと同じ液体が所定量供給され、電極６７は所定の電位に設定される（詳細後述）。

また、図３（Ａ）において、カバーガラス３５を透過して各画素３２に入射する照明光は、上方のワイヤー電極３９の隙間及び液体Ｌｑを通過して反射部材３７に入射し、反射部材３７で反射された照明光は、液体Ｌｑ及びワイヤー電極３９の隙間を通過し、カバーガラス３５を介して射出される。従って、各画素３２の上方のワイヤー電極３９の下端と反射部材３７の反射面との間の空間が、その空間を往復する照明光の光路長、ひいては位相が調整される光路長可変部３４ａである。位置Ａ１の第１の状態の画素３２では、液体Ｌｑがワイヤー電極３８の上端に保持されており、液体Ｌｑの上面とワイヤー電極３９の下端との間隔ｄは光路長可変部３４ａの高さよりも狭く設定されている。

そして、位置Ａ１の画素３２で示すように、画素３２を上記の第１の状態に設定するときには、上部電極６４Ａ，６４Ｂの電位を０Ｖ（接地レベル）に設定し、下部電極６０Ａ，６０Ｂに正の電圧（＋Ｖ１）を印加する。このとき、上方のワイヤー電極３９はほぼ０Ｖになり、下方のワイヤー電極３８の電位は電圧（＋Ｖ１）に近い値になるため、液体Ｌｑとワイヤー電極３８との間に静電力の吸引力が作用する。さらに、ワイヤー電極３８の各ワイヤーに液体Ｌｑが接触すると、液体Ｌｑと接触したワイヤーの電位は同じになり、ワイヤーと液体Ｌｑ間には力が働かなくなる。そして、最終的にすべてのワイヤーに接触すると液体Ｌｑは静止する。液体Ｌｑはワイヤー電極３８の外側には漏れ出ないため、液体Ｌｑはワイヤー電極３８の上端に安定に保持される。

一方、位置Ａ２の画素で示すように、画素３２を上記の第２の状態に設定するときには、上部電極６４Ａ，６４Ｂに正の電圧（＋Ｖ１）を印加し、下部電極６０Ａ，６０Ｂの電位を０Ｖに設定する。このとき、下方のワイヤー電極３８の電位はほぼ０Ｖになり、ワイヤー電極３９の電位は電圧（＋Ｖ１）に近い電位になるため、液体Ｌｑとワイヤー電極３９との間に静電力の吸引力が作用する。そして、図３（Ｂ）に示すように、液体Ｌｑは、エレクトロウェッティングによって反射部材３７の側面を通過してワイヤー電極３９の下端に移動する。さらに、ワイヤー電極３９全体に液体Ｌｑが接触すると、液体Ｌｑは静止し、液体Ｌｑはワイヤー電極３９の下端に安定に保持される。このように、上記の第１の状態と第２の状態との間で、セル部３４内では液体ＬｑのＺ方向の位置が間隔ｄだけ変化する。各画素３２は、下部電極６０Ａ，６０Ｂ及び上部電極６４Ａ，６４Ｂの電圧を（＋Ｖ１，０）又は（０，＋Ｖ１）に切り替えるのみで、高速にその第１の状態又は第２の状態に切り替えることができる。

本実施形態では、第１の状態の画素３２（０）で反射される照明光ＩＬ１の位相の変化量に対して、第２の状態の画素３２（π）で反射される照明光ＩＬ２の位相の変化量は１８０°（π）異なっている。照明光ＩＬ１，ＩＬ２の波長をλ、液体Ｌｑの屈折率をｎとすると、第１の状態及び第２の状態の画素３２を設定するための条件は、次のように間隔ｄの液体Ｌｑ中を往復する照明光の位相の変化量と、間隔ｄの空気中を往復する照明光の位相の変化量との差が、光路長換算でλ／２となることである。

２ｄ（ｎ−１）＝λ／２ …（２）
式（２）から間隔ｄは次のようになる。
ｄ＝λ／｛４（ｎ−１）｝ …（３）
式（３）より間隔ｄは屈折率ｎが大きいほど小さくできることが分かる。一例として、波長λを１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ光）、液体Ｌｑを純水（屈折率ｎ＝１．４４）とすると、式（３）から間隔ｄは１１０ｎｍとなる。

本実施形態では、空間光変調器２８の使用時には、図２の変調制御部４８のＳＲＡＭ５４には予め全部の画素３２の状態に対応するデジタルデータの時系列的に変化するパターンが記憶されており、制御部５２は、所定の駆動周波数（例えば１〜２ＭＨｚ等）でＳＲＡＭ５４の該当する一連の番地のデータを増幅器５５Ａ等に出力させる。これに応じて、例えば図１（Ａ）に示すように、二次元のアレイ状に配列された複数の画素３２が、第１の状態の画素３２（０）又は斜線が施された第２の状態の画素３２（π）のいずれかに設定される。従って、所定の時間間隔で複数の画素３２の第１の状態又は第２の状態の配列を、一つの画素３２を単位として任意の配列に設定可能である。

次に、本実施形態の空間光変調器２８の本体部３０の製造方法の一例につき、図３（Ａ）及び（Ｂ）に対応する図４（Ａ）及び（Ｂ）の拡大断面図を参照して説明する。まず、ＭＥＭＳ技術等を用いて空間光変調器２８の本体部３０のうちの、図４（Ａ）に示すようにカバーガラス３５及び液体Ｌｑを除いた部分を製造する。この段階では、貯蔵部６６はベース部材３１内の底面に降下している。次に、全部のセル部３４において、下部電極６０Ａ，６０Ｂ、反射部材３７、及び上部電極６４Ａ，６４Ｂの電位を接地レベル（０Ｖ）に設定し、貯蔵部６６側の電極６７に例えば＋Ｖ１と同等の高い電圧を印加する。その後、例えば注入量を計測可能な注入器（不図示）を介して貯蔵部６６内に液体Ｌｑを所定量だけ注入する。図２の各画素３２のセル部３４内の液体Ｌｑの量をｂ、本体部３０の画素３２の個数をＮ１、貯蔵部６６内の隔壁部材３３の外側の面積（セル部３４内の面積を単位とする面積）をＮ２とすると、その所定量はほぼｂ（Ｎ１＋Ｎ２）である。

次に、図４（Ａ）に示すように、複数の高さ調整部６９を介してベース部材３１内で、貯蔵部６６の絶縁膜６８が各セル部３４の底面に接触するまで、貯蔵部６６を上昇させる。このとき、各セル部３４内で、貯蔵部６６の絶縁膜６８と下方のワイヤー電極３８との間にそれぞれ液体Ｌｑが保持される。この状態で、貯蔵部６６の電極６７の電位を接地レベルに切り替え、図３（Ａ）の上部電極６４Ａ，６４Ｂ及び反射部材３７の電位を例えば＋Ｖ１よりも高い電圧に切り替える。このとき、図４（Ｂ）に示すように、各セル部３４内でエレクトロウェッティングによってワイヤー電極３８の下方の液体Ｌｑがワイヤー電極３８の上方に移動する。その後、高さ調整部６９を介して貯蔵部６６をベース部材３１内の底面に降下させて、貯蔵部６６を固定し、貯蔵部６６内の液体を吸引する。そして、ベース部材３１の上面にカバーガラス３５を接着等で固定することで、空間光変調器２８の本体部３０を製造できる。

本実施形態の空間光変調器２８の本体部３０の製造方法によれば、昇降可能な貯蔵部６６を用いることによって、本体部３０の各画素３２のセル部３４内のワイヤー電極３８，３９間の空間に目標とする量の液体Ｌｑを封入できる。なお、本体部３０の製造方法は任意であり、例えば各セル部３４内に上方から液体Ｌｑを供給してもよい。

本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の配列面ＤＰに入射する照明光ＩＬを変調する空間光変調器２８は、配列面ＤＰを横切るＺ方向に沿った隔壁部３３ａを有するセル部３４と、セル部３４内にＺ方向に沿って配置された下部電極６０Ａ，６０Ｂ及び上部電極６４Ａ，６４Ｂと、下部電極６０Ａ，６０Ｂ及び上部電極６４Ａ，６４Ｂの間に配置された反射部材３７と、を備えている。さらに、空間光変調器２８は、セル部３４内の下部電極６０Ａ，６０Ｂと上部電極６４Ａ，６４Ｂとの間に保持された液体Ｌｑと、下部電極６０Ａ，６０Ｂ及び上部電極６４Ａ，６４Ｂに与えられる電圧によって、セル部３４内の液体ＬｑのＺ方向の位置を制御する変調制御部４８と、を備え、液体ＬｑのＺ方向の位置によってセル部３４内の反射部材３７で反射される照明光ＩＬの位相を制御している。

この空間光変調器２８によれば、下部電極６０Ａ，６０Ｂ及び上部電極６４Ａ，６４Ｂに与えられる電圧（電極６０Ａ，６０Ｂと電極６４Ａ，６４Ｂとの間の電位）によって、エレクトロウェッティングの作用に基づく静電力によって、セル部３４内の液体ＬｑのＺ方向の位置が制御され、セル部３４内の反射部材３７で反射される照明光ＩＬ（セル部３４を含む画素３２を通過する照明光ＩＬ）の位相が制御される。また、画素３２はセル部３４（隔壁部３３ａ）で仕切られているため、画素３２間の静電力の影響及び画素３２間の液体Ｌｑの流れが抑制されて、高い解像度が得られる。

（２）また、本実施形態では、セル部３４内において、下部電極６０Ａ，６０Ｂには絶縁膜６２Ａ，６２Ｂを介して、Ｚ方向に垂直なＸＹ面内でＸ方向に等間隔で配置された複数のワイヤー３８ａよりなる第１のワイヤー電極３８が接続され、上部電極６４Ａ，６４Ｂには絶縁膜６２Ｃ，６２Ｄを介して、ＸＹ面内でＸ方向に等間隔で配置された複数のワイヤー３９ａよりなる第２のワイヤー電極３９が接続されている。そして、液体Ｌｑは、セル部３４内でワイヤー電極３８とワイヤー電極３９との間に、ワイヤー電極３８，３９の撥液性（液体Ｌｑの表面張力）によって漏れ出ないように保持されている。この場合、ワイヤー電極３８，３９は液体ＬｑがＺ方向に移動するときに必要な空気の流通を可能にするとともに、ワイヤー電極３９は照明光ＩＬの透過率を大きくできる。従って、ワイヤー電極３８，３９間で液体ＬｑのＺ位置を高速に制御して、反射部材３７からの照明光ＩＬの反射光の位相を制御できるとともに、照明光ＩＬの利用効率を高くできる。

なお、ワイヤー電極３８，３９の少なくとも一方は、メッシュ状の２次元の格子状の電極としてもよい。さらに、特に下側のワイヤー電極３８は照明光ＩＬを遮光してもよいため、ワイヤー電極３８としては、開口率の小さい２次元の格子状の電極を使用可能である。

（３）また、空間光変調器２８の画素３２は２次元のアレイであるため、例えば露光装置に適用した場合に大面積のパターンを露光又は照明できる。なお、空間光変調器２８において、画素３２はＸ方向又はＹ方向に一列に（一次元）に配列されていてもよい。
なお、上記の実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、上記の実施形態では、各画素３２のセル部３４内で第１及び第２のワイヤー電極３８，３９間に液体Ｌｑを保持している。この他の構成として、図５の第１変形例の空間光変調器２８Ａの本体部３０Ａ内の一つの画素３２Ａで示すように、セル部３４内のワイヤー電極３８，３９の間で、反射部材３７の下方でワイヤー３８ａとほぼ同じ形状のワイヤー７０ａをＸ方向に等間隔で配置した液体保持用の第１のワイヤー部材７０と、反射部材３７の上方でワイヤー３９ａとほぼ同じ形状のワイヤー７２ａをＸ方向に等間隔で配置した液体保持用の第２のワイヤー部材７２と、を設け、第１及び第２のワイヤー部材７０，７２間に液体Ｌｑを保持してもよい。ワイヤー部材７０，７２の材料としては、ワイヤー電極３８，３９と同様に、例えばカーボンナノチューブのように、高い撥液性を持つ材料を使用することが好ましい。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は図５の画素３２ＡをＹ方向に見た断面図である。なお、図５及び図６（Ａ）、（Ｂ）において、図２及び図３（Ｂ）に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図５において、この変形例では、第１のワイヤー電極３８は下部電極６０Ａ，６０Ｂに直接接続され、第２のワイヤー電極３９は上部電極６４Ａ，６４Ｂに直接接続され、反射部材３７は接地（接地レベルを０とする）されている。また、第１及び第２のワイヤー部材７０，７２は、絶縁体であるセル部３４に固定されている。言い換えると、ワイヤー部材７０，７２は電気的に絶縁された状態（浮いた状態）で支持されている。この変形例の変調制御部としては、図２の変調制御部４８と同様の制御部を使用できる。

また、図６（Ａ）において、第１のワイヤー部材７０の上端と第２のワイヤー部材７２の下端とのＺ方向の間隔は、図２のワイヤー電極３８，３９間の間隔ａ５と同じである。この変形例では、ワイヤー部材７０，７２が撥液性を持つため、セル部３４内でワイヤー部材７０，７２間に液体Ｌｑが保持される。液体Ｌｑが第１のワイヤー部材７０の上端に保持されている状態では、液体Ｌｑの上面と第２のワイヤー部材７２の下端との間隔ｄは上記の式（３）で定まる値である。セル部３４内のＸ方向、Ｙ方向の幅（ａ１）がほぼ１０００ｎｍである場合、ワイヤー電極３８及びワイヤー部材７０の間隔、並びにワイヤー電極３９及びワイヤー部材７２の間隔は例えばそれぞれほぼ５０ｎｍである。

この変形例の画素３２Ａを、図６（Ａ）に示すように、上記の実施形態と同様の第１の状態（画素３２Ａ（０））に設定するときには、図５の上部電極６４Ａ，６４Ｂを介してワイヤー電極３９の電位を０Ｖ（接地レベル）に設定し、図５の下部電極６０Ａ，６０Ｂを介してワイヤー電極３８に正の電圧（＋Ｖ２）を印加する。反射部材３７は常時接地されている。液体Ｌｑが純水の場合、電圧Ｖ２は例えば５０Ｖと、上記の実施形態の電圧Ｖ１の１／３程度でよい。このとき、液体Ｌｑはワイヤー電極３８の方向に静電力で吸引される。しかしながら、ワイヤー部材７０の撥液性（液体Ｌｑの表面張力）によって液体Ｌｑはワイヤー部材７０の外側には漏れ出ないため、液体Ｌｑはワイヤー部材７０の上端に安定に保持される。ワイヤー電極３９及びワイヤー部材７２の隙間、並びに液体Ｌｑを介して入射した照明光ＩＬ１は、反射部材３７で反射され、液体Ｌｑ並びにワイヤー部材７２及びワイヤー電極３９の隙間を通過して射出される。

一方、図６（Ｂ）に示すように、画素３２Ａを第２の状態（画素３２Ａ（π））に設定するときには、図５の上部電極６４Ａ，６４Ｂを介してワイヤー電極３９に正の電圧（＋Ｖ２）を印加し、図５の下部電極６０Ａ，６０Ｂを介してワイヤー電極３８の電位を０Ｖに設定する。そして、液体Ｌｑはワイヤー電極３９の方向に静電力で吸引される。しかしながら、ワイヤー部材７２の撥液性（液体Ｌｑの表面張力）によって液体Ｌｑはワイヤー部材７２の外側には漏れ出ないため、液体Ｌｑはワイヤー部材７２の下端に安定に保持される。ワイヤー電極３９及びワイヤー部材７２の隙間並びに液体Ｌｑを介して入射した照明光ＩＬ２は、反射部材３７で反射され、液体Ｌｑ並びにワイヤー部材７２及びワイヤー電極３９の隙間を通過して射出される。この際に、照明光ＩＬ２の光路長は照明光ＩＬ１の光路長と２ｄ（ｎ−１）だけ異なっており（ｎは液体Ｌｑの屈折率）、間隔ｄが上記の式（３）を満たしているため、反射される照明光ＩＬ２の位相は、図６（Ａ）の照明光ＩＬ１に対して１８０°異なっている。

この変形例において、各画素３２Ａは、第１のワイヤー電極３８（下部電極６０Ａ，６０Ｂ）及び第２のワイヤー電極３９（上部電極６４Ａ，６４Ｂ）の電圧を（＋Ｖ２，０）又は（０，＋Ｖ２）に切り替えるのみで、高速にその第１の状態又は第２の状態に切り替えることができる。また、ワイヤー電極３８，３９の間に、撥液性で液体Ｌｑを保持するための電気的に絶縁されたワイヤー部材７０，７２を設けているため、ワイヤー電極３８，３９（電極６０Ａ〜６４Ｂ）に印加する電圧を小さくすることができ、変調制御部の構成が容易になる。

なお、この変形例において、ワイヤー部材７０，７２の少なくとも一方は、メッシュ状の２次元の格子状の部材としてもよい。さらに、特に下側のワイヤー部材７０は照明光ＩＬを遮光してもよいため、ワイヤー部材７０としては、開口率の小さい２次元の格子状の部材を使用可能である。
次に、上記の実施形態及びその変形例では照明光ＩＬを反射するために各画素３２，３２Ａ内に反射部材３７を配置している。しかしながら、図７（Ａ）の第２変形例及び図７（Ｂ）の第３変形例で示すように、反射部材３７を省略することが可能である。なお、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）において図２及び図５に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

まず、図７（Ａ）は、第２変形例の空間光変調器２８Ｂの本体部３０Ｂ内の一つの画素３２Ｂを示す。この変形例の画素３２Ｂは、図２の画素３２において、反射部材３７を省略し、かつ液体Ｌｑの代わりに常温に近い温度で液体になる金属である金属液体Ｌｑｍを保持したものである。その他の構成は図２の空間光変調器２８と同様である。
すなわち、図７（Ａ）において、画素３２Ｂのセル部３４内のワイヤー電極３８，３９間に金属液体Ｌｑｍが保持されている。金属液体Ｌｑｍとしては、例えば水銀（Ｈｇ、融点：−３８．８℃）又はガリウム（Ｇａ、融点：２９．８℃）等が使用できる。常温で液体になる点では金属液体Ｌｑｍとして水銀が好ましい。セル部３４の温度を３０℃以上に設定できる場合には、金属液体Ｌｑｍとしてガリウムを使用することもできる。

この変形例では、金属液体Ｌｑｍの表面が入射する照明光ＩＬを反射する反射面７４となるため、図２の反射部材３７を省略できる。また、第１の状態では、画素３２Ｂの上部電極６４Ａ，６４Ｂ（ワイヤー電極３９）よりも下部電極６０Ａ，６０Ｂ（ワイヤー電極３８）の電位を高くすることで、金属液体Ｌｑｍは第１のワイヤー電極３８側に静電力で吸引される。この際に、ワイヤー電極３８の撥液性（金属液体Ｌｑｍの表面張力）があるため、金属液体Ｌｑｍはワイヤー電極３８の上端に保持される。この第１の状態で、金属液体Ｌｑｍの表面（反射面７４）とワイヤー電極３９の下端とのＺ方向の間隔をｄとする。

そして、第２の状態では、画素３２Ｂの上部電極６４Ａ，６４Ｂ（ワイヤー電極３９）の電位を下部電極６０Ａ，６０Ｂ（ワイヤー電極３８）の電位より高くすることで、金属液体Ｌｑｍは第２のワイヤー電極３９側に静電力で吸引される。この際に、ワイヤー電極３９の撥液性（金属液体Ｌｑｍの表面張力）があるため、金属液体Ｌｑｍはワイヤー電極３９の下端に保持される。その第１の状態と第２の状態とで画素３２Ｂに入射して反射される照明光ＩＬ（波長λ）の光路長は２ｄだけ変化する。従って、その第１の状態と第２の状態とで反射される照明光ＩＬの位相が１８０°（π）異なるための間隔ｄの条件は次のようになる。

２ｄ＝λ／２、すなわち ｄ＝λ／４ …（４）
この第２変形例によれば、反射部材３７を省略でき画素３２Ｂの構成を簡素化できるとともに、反射面７４の面積を反射部材３７より広くでき、照明光ＩＬの利用効率を高めることができる。さらに、金属液体ＬｑｍをＺ方向にエレクトロウェッティングによって移動するために必要なワイヤー電極３８，３９間の電位差を小さくできる。また、式（４）の間隔ｄを図２の実施形態よりも小さくできる。

次に、図７（Ｂ）は、第３変形例の空間光変調器２８Ｃの本体部３０Ｃ内の一つの画素３２Ｃを示す。この変形例の画素３２Ｃは、図５の変形例の画素３２Ａにおいて、反射部材３７を省略し、かつワイヤー部材７０，７２間に液体Ｌｑの代わりに図７（Ａ）の変形例で使用された金属液体Ｌｑｍを保持したものである。その他の構成は図５の空間光変調器２８Ａと同様である。すなわち、図７（Ｂ）において、画素３２Ｃのセル部３４内のワイヤー部材７０，７２間に金属液体Ｌｑｍが保持され、金属液体Ｌｑｍの表面が照明光ＩＬに対する反射面７４となっている。

この変形例において、第１の状態ではワイヤー電極３９に対してワイヤー電極３８の電位を高くし、第２の状態ではワイヤー電極３８に対してワイヤー電極３９の電位を高くすることによって、画素３２Ｃをその第１の状態又は第２の状態に設定できる。この際に、図５の画素３２Ａに比べて構成を簡素化できるとともに、反射面７４の面積を広くでき、照明光ＩＬの利用効率を高めることができる。さらに、反射部材３７がないため、液体がＺ方向に移動する際の圧力損失が少なく、そのため金属液体ＬｑｍをＺ方向に移動するために必要なワイヤー電極３８，３９間の電位差を小さくできる。

［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態につき図８を参照して説明する。図８において、図１（Ａ）〜図２に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図８は、本実施形態に係るマスクレス方式の露光装置ＥＸの概略構成を示す。図８において、露光装置ＥＸは、パルス発光を行う露光用の光源２と、光源２からの露光用の照明光（露光光）ＩＬで被照射面を照明する照明光学系ＩＬＳと、ほぼその被照射面又はその近傍の面上に二次元のアレイ状に配列された複数の画素３２を有する本体部３０及び変調制御部４８を有するマスクパターン生成用の空間光変調器２８と、を備えている。さらに、露光装置ＥＸは、空間光変調器２８の複数の画素３２によって生成された可変の位相分布を持つ照明光ＩＬを受光して、その位相分布に対応して形成される空間像（デバイスパターン）をウエハＷ（基板）の表面に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷの位置決め及び移動を行うウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系４０と、各種制御系等とを備えている。

以下、図８において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を設定し、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面である）内において図８の紙面に平行な方向にＹ軸を、図８の紙面に垂直な方向にＸ軸を設定して説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの角度をそれぞれθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向の角度とも呼ぶ。座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と空間光変調器２８の本体部３０との関係は図２の例と同じである。本実施形態では、露光時にウエハＷはＹ方向（走査方向）に走査される。

光源２としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。光源２としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源、又はＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザ等）から出力されるレーザ光の高調波を生成する固体パルスレーザ光源等も使用できる。固体パルスレーザ光源は、例えば波長１９３ｎｍ（これ以外の種々の波長が可能）でパルス幅１ｎｓ程度のレーザ光を１〜２ＭＨｚ程度の周波数でパルス発光可能である。

本実施形態においては、光源２には電源部４２が連結されている。主制御系４０が、パルス発光のタイミング及び光量（パルスエネルギー）を指示する発光トリガパルスＴＰを電源部４２に供給する。その発光トリガパルスＴＰに同期して電源部４２は、指示されたタイミング及び光量で光源２にパルス発光を行わせる。
光源２から射出された断面形状が矩形でほぼ平行光束のパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬは、１対のレンズよりなるビームエキスパンダ４、照明光ＩＬの偏光状態を制御する偏光制御光学系６及びミラー８Ａを介して、照明系用の空間光変調器９のベース部材１１を有する本体部１０の複数の微小な画素１２（図２の画素３２に対応する光学要素）のアレイに入射する。偏光制御光学系６は、例えば照明光ＩＬの偏光方向を回転する１／２波長板、照明光ＩＬを円偏光に変換するための１／４波長板、及び照明光ＩＬをランダム偏光（非偏光）に変換するための楔型の複屈折性プリズム等を交換可能に設置可能な光学系である。

空間光変調器９は、空間光変調器２８とほぼ同じ構成であり、空間光変調器９の本体部１０は本体部３０に対応し、変調制御部４９は変調制御部４８に対応している。空間光変調器９の画素１２（セル部）は、ＸＹ平面に対してθｘ方向に傾斜した平面（配列面）に沿って二次元のアレイ状に配列され、それぞれ入力する照明光ＩＬの位相を制御して反射する。このように反射される照明光ＩＬの位相分布を制御することによって、例えば種々の特性の回折光学素子(Diffractive Optical Element:DOE) を切り替えて使用する場合のように、照明光学系ＩＬＳの瞳面における照明光ＩＬの光量分布を、通常照明用の円形、輪帯照明用の輪帯状、複数極照明用の２極又は４極状の形状等の任意の分布に制御できる。

例えば１ロットのウエハの露光開始前に、主制御系４０の制御のもとで照明系制御部４１が空間光変調器９の変調制御部４９に、各照明条件に対応して複数の画素１２のアレイによって設定される照明光ＩＬの位相分布の情報を供給する。これに応じて変調制御部４９が空間光変調器９の各画素１２を第１の状態（位相０）又は第２の状態（位相π）に制御する。なお、各画素１２は、反射光の位相を第１又は第２の状態以外の位相で変化させる状態に設定してもよい。

空間光変調器９で反射された照明光ＩＬは、レンズ１４ａ，１４ｂよりなるリレー光学系１４及びミラー８Ｂを介してＹ軸（光軸ＡＸＩ）に沿ってマイクロレンズアレイ１６の入射面に導かれる。マイクロレンズアレイ１６に入射した照明光ＩＬは、マイクロレンズアレイ１６を構成する多数の微小なレンズエレメントによって二次元的に分割（波面分割）され、各レンズエレメントの後側焦点面である照明光学系ＩＬＳの瞳面（以下、照明瞳面ＩＰＰという）には二次光源（面光源）が形成される。なお、マイクロレンズアレイ１６の代わりにフライアイレンズ等も使用可能である。

照明瞳面ＩＰＰに形成された二次光源からの照明光ＩＬは、第１リレーレンズ１８Ａ、視野絞り２０、第２リレーレンズ１８Ｂ、及びコンデンサ光学系２２を介してハーフミラー２４に入射し、ハーフミラー２４で＋Ｚ方向に反射された照明光ＩＬが、ＸＹ平面に平行な被照射面（設計上の転写用のパターンが配置される面）に入射する。その被照射面又はその近傍の面に沿って、空間光変調器２８の２次元のアレイ状に配列された多数の画素３２（図２のセル部３４を有する光学要素）の反射面が配置される。ビームエキスパンダ４からコンデンサ光学系２２までの光学部材を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。なお、ハーフミラー２４を偏光ビームスプリッターとして、これに入力する照明光ＩＬの偏光状態をＳ偏光として、偏光ビームスプリッターと空間光変調器２８との間に１／４波長板を配置してもよい。これによって、空間光変調器２８で反射される照明光ＩＬはほぼ全部が偏光ビームスプリッターを透過して投影光学系ＰＬに向かうため、照明光ＩＬの利用効率を高めることができる。

一例として、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬは、空間光変調器２８の多数の画素３２のアレイ上のＸ方向に細長い長方形状の照明領域２６Ａをほぼ均一な照度分布で照明する。照明光学系ＩＬＳ、ハーフミラー２４、及び空間光変調器２８の本体部３０は、不図示のフレームに支持されている。一例として、所定パルス数の照明光ＩＬの発光毎に、主制御系４０の制御下の露光パターン制御部４３が空間光変調器２８の変調制御部４８に、画素３２のアレイによって設定される照明光ＩＬの位相分布の情報を供給する。これに応じて変調制御部４８が空間光変調器２８の各画素３２を第１の状態（位相０）又は第２の状態（位相π）に制御する。なお、空間光変調器９，２８の代わりに、上記の変形例の空間光変調器２８Ａ〜２８Ｃと同様の空間光変調器を使用してもよい。

空間光変調器２８の照明領域２６Ａ内の多数の画素３２のアレイで反射された照明光ＩＬは、ハーフミラー２４を介して投影光学系ＰＬに入射する。不図示のコラムに支持された光軸ＡＸを持つ投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックの縮小投影光学系である。投影光学系ＰＬは、空間光変調器２８によって設定される照明光ＩＬの位相分布に応じた空間像の縮小像を、ウエハＷの１つのショット領域内の露光領域２６Ｂ（照明領域２６Ａと光学的に共役な領域）に形成する。投影光学系ＰＬの投影倍率βは例えば１／１０〜１／１００程度であり、その解像度（ハーフピッチ又は線幅）は、例えば空間光変調器２８の画素３２の像の幅程度である。例えば、画素３２の幅が数μｍ程度、投影光学系ＰＬの投影倍率βが１／１００程度であれば、投影光学系ＰＬの解像度は数１０ｎｍ程度である。

ウエハＷ（基板）は、例えばシリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の円形の平板状の基材の表面に、フォトレジスト（感光材料）を数１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで塗布したものを含む。また、露光装置ＥＸが液浸型である場合には、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書に開示されているように、投影光学系ＰＬの先端の光学部材とウエハＷとの間に照明光ＩＬを透過する液体（例えば純水）を供給して回収する局所液浸装置が設けられる。液浸型の場合には解像度をさらに高めることができる。

図８において、ウエハＷはウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージＷＳＴの上面に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴは、不図示のガイド面上でＸ方向、Ｙ方向にステップ移動を行うとともに、Ｙ方向に一定速度で移動する。ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角等はレーザ干渉計４５によって形成され、この計測情報がステージ制御系４４に供給されている。ステージ制御系４４は、主制御系４０からの制御情報及びレーザ干渉計４５からの計測情報に基づいて、リニアモータ等の駆動系４６を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。なお、ウエハＷのアライメントを行うために、ウエハＷのアライメントマークの位置を検出するアライメント系（不図示）等も備えられている。

ウエハＷの露光時には、ウエハＷのアライメントを行った後、空間光変調器９を用いて照明光学系ＩＬＳの照明条件を設定する。そして、ウエハＷの表面でＹ方向に一列に配列されたショット領域に露光を行うために、ウエハＷを走査開始位置に位置決めする。その後、ウエハＷの＋Ｙ方向への一定速度での走査を開始する。
次に、主制御系４０は、ウエハＷの露光領域２６Ｂのショット領域に対する相対位置に応じて、露光パターン制御部４３を介して変調制御部４８に露光領域２６Ｂに形成される空間像に対応する空間光変調器２８の反射面における照明光ＩＬの位相分布の情報を供給するとともに、電源部４２に発光トリガパルスＴＰを供給する。これによって、露光領域２６Ｂには、Ｙ方向の位置に応じて目標とする空間像が逐次露光される。この動作をショット領域が露光領域２６Ｂを横切るまで繰り返すことで、ショット領域に全体の空間像（回路パターン）が露光される。

その後、ウエハＷのそのショット領域に隣接するショット領域に露光するために、ウエハＷを同じ方向に走査したまま、主制御系４０は露光パターン制御部４３を介して変調制御部４８に照明光ＩＬの位相分布の情報を供給するとともに、電源部４２に発光トリガパルスＴＰを供給する。このようにして、第１のショット領域から次のショット領域にかけて連続的に露光を行うことができる。そして、ウエハＷのＸ方向に隣接するショット領域を含む列の露光に移行する場合には、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向（走査方向に直交する非走査方向）にステップ移動する。そして、露光領域２６Ｂに対するウエハＷの走査方向を逆の−Ｙ方向に設定し、主制御系４０から露光パターン制御部４３を介して変調制御部４８に逆の順序で照明光ＩＬの位相分布の情報を供給し、電源部４２に発光トリガパルスＴＰを供給することで、隣接する列の一連のショット領域に対して連続的に露光を行うことができる。この露光に際して、複数のショット領域に互いに異なる空間像を露光することも可能である。なお、各ショット領域を複数回の走査で露光してもよい。その後、ウエハＷのフォトレジストの現像を行うことで、ウエハＷの各ショット領域にレジストパターンが形成される。

本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態のウエハＷを照明光ＩＬで露光する露光装置ＥＸは、第１の観点では、空間光変調器２８と、空間光変調器２８の複数のセル部３４（画素３２）のアレイに照明光ＩＬを照射する照明光学系ＩＬＳと、複数のセル部３４からの照明光をウエハＷに導いてウエハＷにパターンを投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷに露光されるパターンを制御するために、空間光変調器２８の複数のセル部３４で反射される照明光の位相を制御する露光パターン制御部４３と、を備えている。

この第１の観点の露光装置ＥＸによれば、空間光変調器２８を備えているため、マスクレス方式でウエハＷに任意のパターンを露光できる。このようにマスクレス方式で露光を行う場合には、照明光学系ＩＬＳ中の空間光変調器９の代わりに、例えば米国特許第６，９００，９１５号明細書、米国特許第７，０９５，５４６号明細書、又は米国特許公開第２００５／００９５７４９号明細書等に開示されているように、それぞれ直交する２軸の回りの傾斜角が可変の多数の微小ミラーを有する空間光変調器を用いることもできる。さらに、空間光変調器９の代わりに、複数の回折光学素子(DOE)を切り替えて使用してもよい。

（２）また、空間光変調器２８のセル部３４（画素３２）Ｘ方向を長手方向とする長方形の領域に設けられ、ウエハＷを投影光学系ＰＬの像面でＸ方向と直交するＹ方向に対応する走査方向に移動するウエハステージＷＳＴ（基板ステージ）を備え、露光パターン制御部４３は、ウエハステージＷＳＴによるウエハＷの移動に応じて、複数の画素３２によって形成されるパターン（位相分布）をＹ方向に移動する。これによって、マスクレス方式でウエハＷの全面を効率的に露光できる。

（３）また、本実施形態のマスクパターンを介してウエハＷを照明光ＩＬで露光する露光装置ＥＸは、第２の観点では、空間光変調器９を有し、照明光ＩＬで空間光変調器９を介してそのマスクパターンを照明する照明光学系ＩＬＳと、そのマスクパターンを照明する照明光ＩＬの入射角の分布（照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布）を制御するために、記空間光変調器９の複数のセル部（画素１２）で反射される照明光ＩＬの位相を制御する照明系制御部４１と、を備えている。

この第２の観点の露光装置ＥＸによれば、照明光学系ＩＬＳで空間光変調器９を用いているため、空間光変調器９によって照明光ＩＬの位相分布を制御するのみで、そのマスクパターンを照明する照明光ＩＬの入射角の分布（照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布）を任意の分布に制御できる。なお、この第２の観点の露光装置ＥＸにおいては、マスクパターン（位相パターン）を設定する空間光変調器２８の代わりに、少なくともＹ方向に往復移動可能なレチクルステージと、レチクルステージに載置されて転写用のパターンが形成されたレチクルとを使用してもよい。

次に、本実施形態では、次のような変形が可能である。まず、本実施形態では、ウエハＷを連続的に移動してウエハＷを走査露光している。その他に、ウエハＷの各ショット領域をＹ方向に複数の部分領域に分割し、投影光学系ＰＬの露光領域２６Ｂにある部分領域が達したときに、照明光ＩＬを所定パルス数だけ発光させて、空間光変調器２８の画素３２のアレイからの反射光で部分領域を露光してもよい。この後、ウエハＷをＹ方向にステップ移動させて、次の部分領域が露光領域２６Ｂに達してから、同様に部分領域に露光が行われる。この方式は実質的にステップ・アンド・リピート方式であるが、隣接する部分領域には互いに異なるパターンが露光される。

また、上記の実施形態では、物体側及び像面側にテレセントリックの投影光学系ＰＬを用いている。それ以外に、図９の変形例の露光装置ＥＸＡで示すように、物体側に非テレセントリックの投影光学系ＰＬＡを用いることも可能である。図９において、露光装置ＥＸＡの照明光学系ＩＬＳＡは、図８の光源２から第１リレーレンズ１８Ａまでの光学部材を含む本体部ＩＬＳＢと、本体部ＩＬＳＢからの照明光ＩＬが順次照射される視野絞り２０、ミラー８Ｃ、第２リレーレンズ１８Ｂ、コンデンサ光学系２２、及びミラー８Ｄを備えている。照明光学系ＩＬＳＡは、投影光学系ＰＬＡの物体面に配置された空間光変調器２８の画素３２（セル部３４）のアレイを、θｘ方向に入射角βで照明光ＩＬを照射する。投影光学系ＰＬＡは、画素３２のアレイから斜めに反射される照明光ＩＬによりウエハＷの表面に所定の空間像を形成する。入射角βは例えば数ｄｅｇ（°）から数１０ｄｅｇである。この入射角βに応じて、第１の状態の画素３２で反射される照明光と第２の状態の画素３２で反射される照明光との位相差が１８０°になるように、式（３）又は式（４）のセル部３４内の間隔ｄの値を調整してもよい。この他の構成及び動作は、上記の実施形態と同様である。

また、図８の波面分割型のインテグレータであるマイクロレンズアレイ１６に代えて、内面反射型のオプティカル・インテグレータとしてのロッド型インテグレータを用いることもできる。この場合、図８において、リレー光学系１４よりも空間光変調器９側に集光光学系を追加して空間光変調器９の反射面の共役面を形成し、この共役面近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置してもよい。

また、このロッド型インテグレータの射出端面又は射出端面近傍に配置される照明視野絞りの像を空間光変調器９の反射面上に形成するためのリレー光学系を配置する。この構成の場合、二次光源はリレー光学系１４及び集光光学系の瞳面に形成される（二次光源の虚像はロッド型インテグレータの入射端近傍に形成される）。
また、電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１０に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスクのパターンデータを実施形態の露光装置ＥＸ，ＥＸＡの主制御系に記憶するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した露光装置ＥＸ，ＥＸＡ（又は露光方法）により空間光変調器２８（又はマスクパターン）で生成される位相分布の空間像を基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いてウエハＷを露光する工程と、露光されたウエハＷを処理する工程（ステップ２２４）とを含んでいる。従って、電子デバイスを効率的に高精度に製造できる。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＭＯＳ型、ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイス（電子デバイス）の製造プロセスにも広く適用できる。

また、上記の実施形態及びその変形例の空間光変調器２８，２８Ａ〜２８Ｃは、露光装置以外のプロジェクタ等の光学装置にも使用できる。この光学装置は、その空間光変調器２８（又は２８Ａ〜２８Ｃ）と、空間光変調器２８の複数のセル部３４（画素３２）に照明光を照射する照明系（第１光学系）と、それらのセル部３４（画素３２）で変調された光を像面（対象物の表面）に導く結像光学系（第２光学系）と、を備えている。この光学装置によれば、例えば高い解像度が得られる。

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

ＥＸ，ＥＸＡ…露光装置、ＩＬＳ，ＩＬＳＡ…照明光学系、ＰＬ，ＰＬＡ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、Ｌｑ…液体、Ｌｑｍ…液体金属、２８…空間光変調器、３０…本体部、３２…画素、３４…セル部、３７…反射部材、３８…ワイヤー電極、３９…ワイヤー電極、４８…変調制御部、５４…ＳＲＡＭ、６０Ａ，６０Ｂ…下部電極、６４Ａ，６４Ｂ…上部電極

Claims (14)

1. 配列面に入射する光を変調する空間光変調器であって、
   前記配列面を横切る第１方向に沿った隔壁部を有するセル部と、
   前記セル部内に前記第１方向に沿って配置された第１電極及び第２電極と、
   前記セル部内の前記第１電極と前記第２電極との間に保持された液体と、を備え、
   前記第１及び第２電極に与えられる電圧によって、前記セル部内の前記液体の前記第１方向の位置を制御して、前記セル部内で反射される光の位相を制御することを特徴とする空間光変調器。
2. 前記セル部内の前記第１及び第２電極の間に、かつ前記隔壁部との間に前記液体が通過する隙間を確保するように固定された反射部を備え、
   前記第１及び第２電極に印加される電圧によって、前記セル部内の前記反射部と前記第１電極との間の前記液体の厚さを制御して、前記反射部内で反射される光の位相を制御することを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
3. 前記反射部は、前記第１及び第２電極に与えられる２つの電圧の間の電圧が与えられる電極を兼用することを特徴とする請求項２に記載の空間光変調器。
4. 前記第１及び第２電極の少なくとも一方は、前記第１方向に垂直な面内に配置された１次元又は２次元の格子状の電極を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の空間光変調器。
5. 前記セル部の前記第１及び第２電極に近接して配置された第３及び第４電極と、
   前記第３及び第４電極と前記第１及び第２電極との間にそれぞれ設けられた第１及び第２絶縁膜と、を備え、
   前記第３及び第４電極に印加する電圧によって、前記第１及び第２電極の電圧を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の空間光変調器。
6. 前記セル部内の前記第１電極から前記第２電極側に離れた位置、及び前記第２電極から前記第１電極側に離れた位置の少なくとも一方で、前記第１方向に垂直な面内に配置された１次元又は２次元の格子状の導電部材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の空間光変調器。
7. 前記液体は、入射する光を反射する液体金属であることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
8. 前記第１及び第２電極には、前記セル部内で反射される光の位相を第１の位相だけ変化させる第１組の電圧、又は前記セル部内で反射される光の位相を前記第１の位相と１８０°異なる第２の位相だけ変化させる第２組の電圧を含む複数組の電圧のいずれかが与えられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の空間光変調器。
9. 前記隔壁部は枠状に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の空間光変調器。
10. ２次元又は１次元のアレイ状に前記配列面に沿って配列された複数の前記セル部と、
    前記複数のセル部にそれぞれ対応して設けられた前記第１電極、前記第２電極、及び前記液体と、
    前記複数のセル部について、互いに独立に対応する前記第１及び第２電極の電圧を制御して、前記セル部で反射される光の位相を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の空間光変調器。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の空間光変調器と、
    前記空間光変調器の前記セル部に照明光を照射する第１光学系と、
    前記セル部からの光を対象物に導く第２光学系と、を備えることを特徴とする光学装置。
12. 露光光で基板を露光する露光装置において、
    請求項１０に記載の空間光変調器と、
    前記空間光変調器の前記複数のセル部のアレイに前記露光光を照射する照明光学系と、
    前記複数のセル部からの反射光を前記基板上に導いて前記基板上にパターンを投影する投影光学系と、
    前記基板に露光されるパターンを制御するために、前記空間光変調器の前記複数のセル部からの反射光の位相パターンを制御する露光制御装置と、
    を備えることを特徴とする露光装置。
13. 露光光でマスクを介して基板を露光する露光装置において、
    請求項１０に記載の空間光変調器を有し、前記露光光で前記空間光変調器を介して前記マスクを照明する照明光学系と、
    前記マスクを照明する前記露光光の入射角の分布を制御するために、前記空間光変調器の前記複数のセル部からの反射光の位相パターンを制御する照明制御装置と、
    を備えることを特徴とする露光装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
    を含むデバイス製造方法。

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