JP2017129876A - 照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布を形成することのできる照明光学系を提供する。
【解決手段】光源ＬＳからの光により被照射面を照明する照明光学系は、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、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５と、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、入射光束に発散角を付与して射出する発散角付与部材３と、所定面の近傍の位置または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６とを備えている。
【選択図】図１

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）。この照明光学系では、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

従来の照明光学系では、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、瞳強度分布の外形形状（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、所望の外形形状に加えて、所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布を形成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、所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布を形成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、所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布を形成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、
前記所定面と光学的に共役な面を含む共役空間に配置されて、入射光束に発散角を付与して射出する発散角付与部材と、
前記所定面を含む所定空間または前記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、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少なくとも一部の光束に発散角を付与して発散角の異なる複数の光束を生成する発散角付与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３形態では、所定のパターンを照明するための第１形態または第２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４形態では、第３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。

第５形態では、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
第１面上の目標画像の光量分布情報を入力する入力装置と、
前記光源からの光をそれぞれ前記第１面の位置可変の局所領域に導くとともに、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の光学要素群に分けることが可能なＮ個（ＮはＫより大きい整数）の光学要素を持つ空間光変調器と、
前記Ｋ個の光学要素群によって前記第１面に導かれるＫ個のグループの前記局所領域の状態に関する変数をグループ毎に制御するＫ個のフィルタ部と、
Ｎ個の前記局所領域を前記第１面上で配列して得られる第１画像と前記目標画像との誤差に応じて、前記局所領域の前記位置のＮ個の第１の値及び前記変数のＮ１個（Ｎ１はＮ以下でＫより大きい整数）の値を求め、前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分け、前記Ｋ個のグループ毎の前記変数の値として共通の第２の値を求める演算装置と、
前記Ｋ個の光学要素毎に対応する前記局所領域の前記位置を前記第１の値に設定し、前記変数を前記第２の値に設定して前記第１面上に形成される第２画像の光量分布からの光で前記被照射面を照明するコンデンサー光学系と、
を備えることを特徴とする照明光学系を提供する。

第６形態では、露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
第５形態の照明光学系を備え、
前記照明光学系によって前記露光光で前記パターンを照明することを特徴とする露光装置を提供する。

第７形態では、第６形態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を提供する。

第８形態では、画像を形成する方法であって、
第１面上の目標画像を設定することと、
それぞれ前記第１面上での位置が制御可能であって、グループ毎に状態に関する変数が制御可能なＫ個（Ｋは２以上の整数）のグループに分けることが可能なＮ個（ＮはＫより大きい整数）の局所領域に関して、前記Ｎ個の局所領域を前記第１面上で配列して得られる第１画像と前記目標画像との誤差に応じて、前記局所領域の前記位置のＮ個の第１の値及び前記変数のＮ１個（Ｎ１はＮ以下でＫより大きい整数）の値を求めることと、
前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分けることと、
前記Ｋ個のグループの前記局所領域の前記変数の値として共通の第２の値を求めることと、
を含むことを特徴とする画像形成方法を提供する。

第９形態では、光源からの光で被照射面を照明する照明方法において、
第８形態の画像形成方法を用いて前記第１面に前記目標画像に基づいて前記光源からの光の光量分布を形成することと、
前記第１面からの光をコンデンサー光学系を介して前記被照射面に導くことと、
を含むことを特徴とする照明方法を提供する。

第１０形態では、露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び前記投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
第９形態の照明方法によって前記露光光で前記パターンを照明することを特徴とする露光方法を提供する。

第１１形態では、第１０形態の露光方法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。 レンズアレイからマイクロフライアイレンズの入射面までの光路を直線状に展開して示す図である。 回折光学素子へ入射する各光束の領域および偏光状態を示す図である。 空間光変調器へ入射する各光束の領域および偏光状態を示す図である。 回折光学素子および偏光変換ユニットが光路から退避した場合に得られる８極状の瞳強度分布を示す図である。 偏光変換ユニット中の偏光変換部材の特徴的な面形状を概略的に示す斜視図である。 回折光学素子および偏光変換ユニットが光路中に配置された場合に得られる８極状の瞳強度分布を示す図である。 別の回折光学素子が光路中に配置された状態を示す図である。 図１０の状態で得られる８極状の瞳強度分布を示す図である。 伝搬光束の一部だけに作用するように回折光学素子が配置された状態を示す図である。 図１２の状態で得られる８極状の瞳強度分布を示す図である。 図４の構成において回折光学素子が１つの平面に沿って発散角を付与する場合に得られる８極状の瞳強度分布を示す図である。 図１０の構成において回折光学素子が１つの平面に沿って発散角を付与する場合に得られる８極状の瞳強度分布を示す図である。 図１２の構成において回折光学素子が１つの平面に沿って発散角を付与する場合に得られる８極状の瞳強度分布を示す図である。 ４極状で径方向偏光状態の外側面光源と４極状で周方向偏光状態の内側面光源とからなる８極状の瞳強度分布を示す図である。 ３つの１／２波長板を用いて図９と同じ瞳強度分布を形成する例を示す図である。 発散角付与部材の作用により所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布が形成される様子を模式的に示す図である。 入射光軸および射出光軸が空間光変調器の配列面と４５度よりも小さい角度をなすように構成した例の要部構成を示す図である。 空間光変調器の被照射面側に回折光学素子を配置した例の要部構成を示す図である。 偏光部材に入射する光束の光強度分布を不均一にした例を示す図である。 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。 第２実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）は図２５中の空間光変調器のミラー要素のアレイの一部を示す拡大斜視図、（Ｂ）は図２５中の入射面（照明瞳面）の光量分布の一例を示す図である。 図２５中の３組の回折光学素子群の配置を示す図である。 （Ａ）は空間光変調器の複数のミラー要素からの反射光によって入射面（照明瞳面）に形成されるドットパターンの例を示す図、（Ｂ）はドットパターンの他の例を示す図である。 瞳形状を目標とする形状に設定して露光を行う動作の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は、ミラー要素のアレイからの反射光によって形成されるドットパターンの直径に関する条件を緩和したときに、入射面（照明瞳面）に形成される光量分布の一例を示す図、（Ｂ）は、図３０（Ａ）のドットパターンを３つのグループにクラスタリングしたときに入射面（照明瞳面）に形成される光量分布の一例を示す図である。 （Ａ）はドットパターンの直径に関する条件を緩和したときに得られる、Ｎ個のミラー要素からのドットパターンの直径ｄの分布の一例を示す図、（Ｂ）は図３１（Ａ）のドットパターンの直径の分布を３つのグループにクラスタリングした状態を示す図、（Ｃ）は図３１（Ｂ）の３つのグループのドットパターンの直径を同じ値に設定した状態を示す図である。 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。

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、回折光学素子３に入射する。回折光学素子３は、光路に対して挿脱自在に構成され、入射光束に発散角を付与して射出する発散角付与部材として機能する。

回折光学素子３を経た光は、前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとからなる再結像光学系４を介して、空間光変調器５に入射する。空間光変調器５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。空間光変調器５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）は、再結像光学系４を介して、回折光学素子３と光学的にほぼ共役な位置に位置決めされている。ここで、所定面としての空間光変調器の配列面は、当該配列面に隣接するパワーを持つ光学素子に挟まれた光路内の空間である所定空間に位置していると見なすことができる。また、所定空間は、空間光変調器の配列面よりも光の入射側であって当該配列面に隣接するパワーを持つ光学素子と、空間光変調器の配列面よりも光の射出側であって当該配列面に隣接するパワーを持つ光学素子との間の光路であると見なすこともできる。

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回折光学素子３（ひいては空間光変調器５）へ導くとともに、空間光変調器５の配列面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を介して回折光学素子３の入射面において重畳され、ひいては再結像光学系４を介して空間光変調器５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、回折光学素子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均一化部材２を構成している。また、レンズアレイ２ａ、リレー光学系２ｂおよび再結像光学系４は、空間光変調器５の配列面へ入射する光の強度分布の配列面内での均一性を、レンズアレイ２ａが配置される面における、当該レンズアレイ２ａに入射する光の強度分布の均一性よりも向上させる光強度均一化部材を構成している。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。また、再結像光学系４は、回折光学素子３が配置される面と空間光変調器５の配列面とを光学的に共役にする機能を有する。

リレー光学系２ｂと回折光学素子３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５へ入射する光の配列面内の位置、空間光変調器５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５の配列面における光強度分布を計測する。なお、ビームスプリッターＢＳとしては、例えば振幅分割型のビームスプリッターや偏光ビームスプリッターを用いることができる。

ビームモニターＢＭの計測結果は、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５を制御する。ビームモニターＢＭは、例えば、空間光変調器５の配列面における光の入射位置および光強度分布を計測するために、空間光変調器５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５へ入射する光の配列面における光の入射角度を計測するために、空間光変調器５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。

回折光学素子３の直前の位置において照明光路の一部の光路に対して挿脱自在（図１中でＹ方向に移動可能）に構成された１／２波長板６が設けられている。１／２波長板６は、照明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して機能する。空間光変調器５の構成および作用については後述する。また、発散角付与部材としての回折光学素子３と偏光部材としての１／２波長板６と空間光変調器５との協働作用については後述する。

空間光変調器５から＋Ｙ方向へ射出された光は、リレー光学系７を介して、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）８Ａに入射する。リレー光学系７は、その前側焦点位置が空間光変調器５の配列面の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ８Ａの入射面の近傍に位置しており、空間光変調器５の配列面とマイクロフライアイレンズ８Ａ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。したがって、空間光変調器５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マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面に可変的に形成する。

マイクロフライアイレンズ８Ａの直前の位置において、照明光路に対して挿脱自在に構成された偏光変換ユニット９が設けられている。偏光変換ユニット９は、所定の方向に偏光方向を有する直線偏光の入射光を、周方向偏光状態の射出光または径方向偏光状態の射出光に変換する機能を有する。偏光変換ユニット９の構成および作用については後述する。

マイクロフライアイレンズ８Ａ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８Ａ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８Ａ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８Ａ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８Ａの直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系１０Ａを介して、マスクブラインド１１Ａを重畳的に照明する。ここで、コンデンサー光学系１０Ａの前側焦点位置をマイクロフライアイレンズ８Ａの直後に形成される二次光源の位置とし、コンデンサー光学系１０Ａの後側焦点位置をマスクブラインド１１Ａの設置面としても良い。

こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１１Ａには、マイクロフライアイレンズ８Ａの矩形状の微小屈折面の入射面（波面分割面）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８Ａ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１１Ａの矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１２Ａの集光作用を受け、且つ結像光学系１２Ａの光路中に配置された光路折曲げミラーＭＲ１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１２Ａは、マスクブラインド１１Ａの矩形開口部とマスクＭとを光学的に共役にして、マスクブラインド１１Ａ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（１〜１２Ａ）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５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）を計測する。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、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の射出瞳位置に形成する瞳強度分布）を計測する。

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８Ａ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８Ａ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８Ａ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８Ａ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７およびマイクロフライアイレンズ８Ａは、空間光変調器５を経た光束に基づいてマイクロフライアイレンズ８Ａ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５の構成および作用を具体的に説明する。空間光変調器５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５ａと、複数のミラー要素５ａを保持する基盤５ｂと、基盤５ｂ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５ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部５ｃとを備えている。図２では、空間光変調器５からマイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａまでの光路を示し、偏光変換ユニット９の図示を省略している。

空間光変調器５では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部５ｃの作用により、複数のミラー要素５ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素５ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器５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５ａ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５が４×４＝１６個のミラー要素５ａ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５ａを備えている。例えば、空間光変調器５は４０００個〜１００００個程度のミラー要素５ａを備えていても良い。

図２を参照すると、空間光変調器５に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素５ａ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５では、すべてのミラー要素５ａ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、再結像光学系４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５で反射された後に、リレー光学系７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５の複数のミラー要素５ａの配列面とマイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａとは、リレー光学系７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５の複数のミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。すなわち、リレー光学系７は、その前側焦点位置が空間光変調器５の配列面に位置決めされ、その後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａに位置決めされる配置のもとで、空間光変調器５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５のファーフィールド（フラウンホーファー回折領域）である入射面８ａ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８Ａ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５およびリレー光学系７がマイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａに形成する光強度分布に対応した分布となる。なお、リレー光学系７の前側焦点位置は、上記の所定空間内であれば空間光変調器５の配列面から外れた位置であっても良い。また、リレー光学系７の後側焦点位置は、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの位置そのものではなく入射面８ａの近傍であっても良い。

空間光変調器５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５ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素５ａ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５ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素５ａ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５ａ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５ａ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５ａを示しているが、ミラー要素５ａ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５ａ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５ａ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５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５ａ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５ａ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５では、制御系ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部５ｃの作用により、複数のミラー要素５ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素５ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器５の複数のミラー要素５ａ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８Ａの入射面８ａの照明瞳に、ひいてはマイクロフライアイレンズ８Ａ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８Ａ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１２Ａ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５は、マイクロフライアイレンズ８Ａ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７は、空間光変調器５の複数のミラー要素５ａ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８Ａの入射面８ａ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５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からマイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａ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５を透過型の空間光変調器として図示し、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。図４において、回折光学素子３の直前の位置、すなわち空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役な位置には、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６が配置されている。１／２波長板６は、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ている。

以下、説明の理解を容易にするために、回折光学素子３には、光強度均一化部材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。１／２波長板６は、ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向を＋９０度（図５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ｘｚ平面内において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。

したがって、図５に示すように、回折光学素子３へ入射する光束Ｆ１（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）のうち、光軸ＡＸを含むｘｙ平面から−ｚ方向の領域に入射する第１光束Ｆ１１は、１／２波長板６の作用を受けることなく、ｚ方向直線偏光である。一方、光軸ＡＸを含むｘｙ平面から＋ｚ方向の領域に入射する第２光束Ｆ１２は、１／２波長板６の作用を受けて、ｘ方向直線偏光になる。

回折光学素子３は、平行光束が入射したときに所定の発散角を有する発散光束に変換して射出する特性を有する。実施形態において回折光学素子３に平行光束が入射しない場合には、角度分布を持つ入射光束にさらに発散角が付与される。すなわち、回折光学素子３は、入射した光束Ｆ１１およびＦ１２に所要の発散角を付与して射出する。具体的に、回折光学素子３は、入射した光束Ｆ１１およびＦ１２に対して、全方位に亘って互いに同じ発散角を付与する。

発散角の付与された第１光束Ｆ１１および第２光束Ｆ１２は、リレー光学系７を介して、空間光変調器５に入射する。すなわち、図６に示すように、第１光束Ｆ１１は、空間光変調器５の配列面における有効反射領域Ｒ１のうち、光軸ＡＸを含むｘｙ平面から＋ｚ方向の第１領域Ｒ１１に入射する。第２光束Ｆ１２は、有効反射領域Ｒ１のうち、光軸ＡＸを含むｘｙ平面から−ｚ方向の第２領域Ｒ１２に入射する。

ここで、回折光学素子３および偏光変換ユニット９が光路から退避している場合を考えると、空間光変調器５の駆動部５ｃは、図７に示すように、第１領域Ｒ１１に位置する第１ミラー要素群Ｓ１１を経た光がマイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａ上の４つの外側瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂ，Ｒ２１ｃ，Ｒ２１ｄへ導かれるように、第１ミラー要素群Ｓ１１に属する複数のミラー要素５ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ２１ａ，Ｒ２１ｂ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。一対の瞳領域Ｒ２１ｃ，Ｒ２１ｄ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５ｃは、第２領域Ｒ１２に位置する第２ミラー要素群Ｓ１２を経た光が入射面８ａ上の４つの内側瞳領域Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂ，Ｒ２２ｃ，Ｒ２２ｄへ導かれるように、第２ミラー要素群Ｓ１２に属する複数のミラー要素５ａの姿勢をそれぞれ制御する。一対の瞳領域Ｒ２２ａ，Ｒ２２ｂ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。一対の瞳領域Ｒ２２ｃ，Ｒ２２ｄ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。

こうして、回折光学素子３および偏光変換ユニット９が光路から退避している場合、空間光変調器５は、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳に、８つの実質的な面光源Ｐ２１ａ，Ｐ２１ｂ；Ｐ２１ｃ，Ｐ２１ｄ；Ｐ２２ａ，Ｐ２２ｂ；Ｐ２２ｃ，Ｐ２２ｄからなる８極状の光強度分布２１ｐを形成する。すなわち、第１光束Ｆ１１は、空間光変調器５の第１ミラー要素群Ｓ１１を経て、瞳領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄを占める面光源Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｄを形成する。面光源Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｄを形成する光は、１／２波長板６を経ていないので、ｚ方向直線偏光である。

第２光束Ｆ１２は、空間光変調器５の第２ミラー要素群Ｓ１２を経て、瞳領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄを占める面光源Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｄを形成する。面光源Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｄを形成する光は、１／２波長板６を経ているので、ｘ方向直線偏光である。さらに、マイクロフライアイレンズ８Ａの直後の照明瞳の位置、結像光学系１２Ａの瞳位置、および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、光強度分布２１ｐに対応する８極状の瞳強度分布が形成される。

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５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５を制御することができる。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５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２１ｐ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２１ｐ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５の複数のミラー要素５ａ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Ｓ１１およびＳ１２に仮想的に分割し、それぞれのミラー要素群Ｓ１１およびＳ１２が位置する部分領域Ｒ１１およびＲ１２を設定する。

制御部ＣＲは、空間光変調器５の部分領域Ｒ１１に位置する第１ミラー要素群Ｓ１１のミラー要素５ａを駆動して、第１ミラー要素群Ｓ１１からの光が面光源Ｐ２１ａ〜Ｐ２１ｄの占める瞳領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄに向かうように設定する。同様に、制御部ＣＲは、空間光変調器５の部分領域Ｒ１２に位置する第２ミラー要素群Ｓ１２のミラー要素５ａを駆動して、第２ミラー要素群Ｓ１２からの光が面光源Ｐ２２ａ〜Ｐ２２ｄの占める瞳領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄに向かうように設定する。また、制御部ＣＲは、空間光変調器５の部分領域Ｒ１２へ向かう光束が偏光部材としての１／２波長板６を通過するように（１／２波長板６のＸ方向の辺が部分領域Ｒ１１とＲ１２との境界に位置するように）、１／２波長板６のＹ方向の位置を制御する。

図８は、偏光変換ユニット中の偏光変換部材の特徴的な面形状を概略的に示す斜視図である。偏光変換ユニット９は、図４に示すように、光の入射側（光源側）から順に、補正部材９１と偏光変換部材９２とを有する。偏光変換部材９２は、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、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有する。一例として、偏光変換部材９２の入射側の面９２ａは図８に示すような直線状の段差を有する面形状に形成され、射出側（マスク側）の面９２ｂは平面状に形成されている。

具体的に、偏光変換部材９２の入射側の面９２ａは、光軸ＡＸを通ってｚ方向に沿って面９２ａの全体に亘って延びる直線状の段差を有する。この段差よりも＋ｘ方向側の半円状の面９２ａａは、光軸ＡＸを中心とする半円の周方向に沿って＋ｚ方向側から−ｚ方向側へ厚さが線形的に増大するように形成されている。一方、段差よりも−ｘ方向側の半円状の面９２ａｂは、光軸ＡＸを中心とする半円の周方向に沿って−ｚ方向側から＋ｚ方向側へ厚さが線形的に増大するように形成されている。

ここで、光軸ＡＸと直交するｘｚ平面を基準平面とし、この基準平面上の光軸ＡＸの位置を原点とした円柱（円筒）座標系を考えると、段差よりも＋ｘ方向側の半円状の面９２ａａおよび段差よりも−ｘ方向側の半円状の面９２ａｂは、光軸ＡＸ廻りの方位角である偏角にのみ依存して光軸方向（ｙ方向）の厚さが変化している曲面形状を有している。補正部材９１は、偏光変換部材９２の入射側に隣接して配置されて、偏光変換部材９２と同じ屈折率を有する光学材料、すなわち水晶により形成されている。

補正部材９１は、偏光変換部材９２による光の偏向作用（光の進行方向の変化）を補償するコンペンセータとして機能するための所要の面形状を有する。具体的に、補正部材９１の入射側の面は平面状に形成され、射出側の面は偏光変換部材９２の入射側の面９２ａの面形状と補完的な面形状を有する。補正部材９１は、通過する光の偏光状態を変化させることがないように、結晶光学軸が入射光の偏光方向と平行または垂直になるように配置されている。偏光変換部材９２は、入射光の偏光状態を変化させるために、その結晶光学軸が光軸ＡＸとほぼ一致（すなわち入射光の進行方向であるｙ方向とほぼ一致）するように設定されている。

偏光変換ユニット９では、例えば輪帯状の断面を有するｚ方向直線偏光の光束が入射した場合、偏光変換部材９２の直後に連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光束が形成されるように、偏光変換部材９２の厚さ分布が設定されている。すなわち、偏光変換部材９２は、その入射面９２ａ上の任意の点に入射したｚ方向直線偏光の光が、光軸ＡＸを中心として当該入射点を通る円の接線方向に偏光方向を有する直線偏光の光に変換されるように形成されている。

その結果、例えば輪帯状の断面を有するｘ方向直線偏光の光束が偏光変換ユニット９に入射した場合、偏光変換部材９２の直後には連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光束が形成される。すなわち、偏光変換部材９２は、その入射面９２ａ上の任意の点に入射したｘ方向直線偏光の光が、光軸ＡＸを中心として当該入射点を通る円の径方向に偏光方向を有する直線偏光の光に変換されるように形成されている。なお、偏光変換部材９２は、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って厚さが断続的に（階段状に）変化する形態であっても良い。このような偏光変換部材９２として、たとえば米国特許公開第２００９／０３１６１３２号公報に開示される偏光変換部材を用いることができる。

したがって、回折光学素子３および偏光変換ユニット９が光路中に配置されている場合、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳には、図９に示すように、４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂ，Ｐ３１ｃ，Ｐ３１ｄと、４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂ，Ｐ３２ｃ，Ｐ３２ｄとからなる８極状の光強度分布２２ｐが形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ８Ａの直後の照明瞳の位置、結像光学系１２Ａの瞳位置、および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、光強度分布２２ｐに対応する８極状の瞳強度分布が形成される。

面光源Ｐ３１ａ〜Ｐ３１ｄが占める領域Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂ，Ｒ３１ｃ，Ｒ３１ｄは、図７における領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄ（図９中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３が付与する発散角の大きさに応じて領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄを相似的に拡大した形状を有する。同様に、面光源Ｐ３２ａ〜Ｐ３２ｄが占める領域Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂ，Ｒ３２ｃ，Ｒ３２ｄは、図７における領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄ（図９中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３が付与する発散角の大きさに応じて領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄを相似的に拡大した形状を有する。

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。

一方、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。

本実施形態において、回折光学素子３は、特性の異なる別の回折光学素子３ａと交換可能に構成されている。回折光学素子の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。回折光学素子３ａは、図１０に示すように、入射した光束Ｆ１１とＦ１２とに互いに異なる発散角を付与して射出する。具体的に、回折光学素子３ａは、入射した光束Ｆ１１に対して全方位に亘って回折光学素子３よりも小さい発散角を付与し、入射した光束Ｆ１２に対して全方位に亘って回折光学素子３と同じ発散角を付与する。

換言すると、回折光学素子３ａは、平行光束が入射したときに第１の発散角を有する第１発散光束に変換して射出する特性を有する第１領域（光束Ｆ１１の入射領域）と、平行光束が入射したときに第１の発散角よりも大きい第２の発散角を有する第２発散光束に変換して射出する特性を有する第２領域（光束Ｆ１２の入射領域）とを有する。さらに別の表現をすると、回折光学素子３ａは、光路を伝搬する伝搬光束に発散角を付与して発散角の異なる複数の光束Ｆ１１，Ｆ１２を生成し、これら複数の光束は回折光学素子３ａが配置される面において互いに異なる位置を通過するように回折光学素子３ａから射出される。また別の表現をすると、回折光学素子３ａは、回折光学素子３ａに平行光束が入射したときにその射出面から射出される発散角の射出面での分布を、回折光学素子３に平行光束が入射したときにその射出面から射出される発散角の射出面での分布と異なるようにする。

したがって、回折光学素子３に代えて回折光学素子３ａを光路中に配置した場合、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳には、図１１に示すように、４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ４１ａ，Ｐ４１ｂ，Ｐ４１ｃ，Ｐ４１ｄと、４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ４２ａ，Ｐ４２ｂ，Ｐ４２ｃ，Ｐ４２ｄとからなる８極状の光強度分布２３ｐが形成される。

面光源Ｐ４１ａ〜Ｐ４１ｄが占める領域Ｒ４１ａ，Ｒ４１ｂ，Ｒ４１ｃ，Ｒ４１ｄは、図７における領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄ（図１１中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３ａが付与する比較的小さい発散角に応じて領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄを比較的小さい倍率で相似的に拡大した形状を有する。同様に、面光源Ｐ４２ａ〜Ｐ４２ｄが占める領域Ｒ４２ａ，Ｒ４２ｂ，Ｒ４２ｃ，Ｒ４２ｄは、図７における領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄ（図１１中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３ａが付与する比較的大きい発散角に応じて領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄを比較的大きい倍率で相似的に拡大した形状を有する。なお、図１０の例では、回折光学素子３ａにおける発散角の付与度合が変化する方向（図中ｚ方向）と偏光部材としての１／２波長板６の移動方向とが同じ方向であったが、回折光学素子３ａにおける発散角の付与度合が変化する方向と１／２波長板６の移動方向とが互いに直交する方向であっても良い。

図１２は、伝搬光束の一部だけに作用するように回折光学素子３を配置した状態を示す図である。この場合、回折光学素子３は、入射した光束Ｆ１２だけに全方位に亘って所要の発散角を付与する。換言すると、回折光学素子３は、光路を伝搬する伝搬光束のうちの一部の光束Ｆ１２に発散角を付与して発散角の異なる複数の光束Ｆ１１，Ｆ１２を生成する。

したがって、回折光学素子３が光束Ｆ１２だけに作用するように配置された場合、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳には、図１３に示すように、４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ５１ａ，Ｐ５１ｂ，Ｐ５１ｃ，Ｐ５１ｄと、４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ５２ａ，Ｐ５２ｂ，Ｐ５２ｃ，Ｐ５２ｄとからなる８極状の光強度分布２４ｐが形成される。

面光源Ｐ５１ａ〜Ｐ５１ｄが占める領域Ｒ５１ａ，Ｒ５１ｂ，Ｒ５１ｃ，Ｒ５１ｄは、図７における領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄと一致している。一方、面光源Ｐ５２ａ〜Ｐ５２ｄが占める領域Ｒ５２ａ，Ｒ５２ｂ，Ｒ５２ｃ，Ｒ５２ｄは、図７における領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄ（図１３中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３が付与する発散角に応じて領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄを相似的に拡大した形状を有する。

上述の説明では、回折光学素子３，３ａが入射する光束に対して全方位に亘って所要の発散角を付与しているが、回折光学素子３，３ａが例えばｙｚ平面に沿って発散角を付与するがｘｙ平面に沿って発散角を付与しない構成も可能である。具体的に、図４の構成において、回折光学素子３がｙｚ平面に沿って発散角を付与するがｘｙ平面に沿って発散角を付与しない場合、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳には、図１４に示すように、４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ６１ａ，Ｐ６１ｂ，Ｐ６１ｃ，Ｐ６１ｄと、４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ６２ａ，Ｐ６２ｂ，Ｐ６２ｃ，Ｐ６２ｄとからなる８極状の光強度分布２５ｐが形成される。

面光源Ｐ６１ａ〜Ｐ６１ｄが占める領域Ｒ６１ａ，Ｒ６１ｂ，Ｒ６１ｃ，Ｒ６１ｄは、図７における領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄ（図１４中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３が付与する発散角の大きさに応じて領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄをｚ方向にだけ拡大した形状を有する。同様に、面光源Ｐ６２ａ〜Ｐ６２ｄが占める領域Ｒ６２ａ，Ｒ６２ｂ，Ｒ６２ｃ，Ｒ６２ｄは、図７における領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄ（図１４中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３が付与する発散角の大きさに応じて領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄをｚ方向にだけ拡大した形状を有する。

図１０の構成において、回折光学素子３ａがｙｚ平面に沿って発散角を付与するがｘｙ平面に沿って発散角を付与しない場合、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳には、図１５に示すように、４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ７１ａ，Ｐ７１ｂ，Ｐ７１ｃ，Ｐ７１ｄと、４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ７２ａ，Ｐ７２ｂ，Ｐ７２ｃ，Ｐ７２ｄとからなる８極状の光強度分布２６ｐが形成される。

面光源Ｐ７１ａ〜Ｐ７１ｄが占める領域Ｒ７１ａ，Ｒ７１ｂ，Ｒ７１ｃ，Ｒ７１ｄは、図７における領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄ（図１５中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３ａが付与する比較的小さい発散角に応じて領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄを比較的小さい倍率でｚ方向にだけ拡大した形状を有する。同様に、面光源Ｐ７２ａ〜Ｐ７２ｄが占める領域Ｒ７２ａ，Ｒ７２ｂ，Ｒ７２ｃ，Ｒ７２ｄは、図７における領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄ（図１５中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３ａが付与する比較的大きい発散角に応じて領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄを比較的大きい倍率でｚ方向にだけ拡大した形状を有する。

図１２の構成において、回折光学素子３がｙｚ平面に沿って発散角を付与するがｘｙ平面に沿って発散角を付与しない場合、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳には、図１６に示すように、４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ８１ａ，Ｐ８１ｂ，Ｐ８１ｃ，Ｐ８１ｄと、４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ８２ａ，Ｐ８２ｂ，Ｐ８２ｃ，Ｐ８２ｄとからなる８極状の光強度分布２７ｐが形成される。

面光源Ｐ８１ａ〜Ｐ８１ｄが占める領域Ｒ８１ａ，Ｒ８１ｂ，Ｒ８１ｃ，Ｒ８１ｄは、図７における領域Ｒ２１ａ〜Ｒ２１ｄと一致している。一方、面光源Ｐ８２ａ〜Ｐ８２ｄが占める領域Ｒ８２ａ，Ｒ８２ｂ，Ｒ８２ｃ，Ｒ８２ｄは、図７における領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄ（図１６中破線で示す）に対応した位置にあり、回折光学素子３が付与する発散角に応じて領域Ｒ２２ａ〜Ｒ２２ｄをｚ方向にだけ拡大した形状を有する。

上述の説明では、外側の４極状の面光源が周方向偏光状態で且つ内側の４極状の面光源が径方向偏光状態の光強度分布２２ｐ〜２７ｐを形成している。しかしながら、例えば図４の構成において、光強度均一化部材２を経た光がｘ方向直線偏光になるように設定するか、あるいは光軸ＡＸを含むｘｙ平面から−ｚ方向の光路を伝搬する光束Ｆ１１に作用するように１／２波長板６を配置することにより、図１７に示すように、４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ９１ａ，Ｐ９１ｂ，Ｐ９１ｃ，Ｐ９１ｄと、４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ９２ａ，Ｐ９２ｂ，Ｐ９２ｃ，Ｐ９２ｄとからなる８極状の光強度分布２８ｐを形成することができる。

また、図示を省略するが、例えば図１０の構成および図１２の構成において、光強度均一化部材２を経た光がｘ方向直線偏光になるように設定するか、あるいは光軸ＡＸを含むｘｙ平面から−ｚ方向の光路を伝搬する光束Ｆ１１に作用するように１／２波長板６を配置することにより、４極状で径方向偏光状態の外側面光源と、４極状で周方向偏光状態の内側面光源とからなる８極状の光強度分布を形成することができる。

上述の説明では、偏光変換ユニット９を用いて、図９に示すように４極状で周方向偏光状態の光強度分布Ｐ３１ａ〜Ｐ３１ｄと４極状で径方向偏光状態の光強度分布Ｐ３２ａ〜Ｐ３２ｄとからなる８極状の光強度分布２２ｐを形成している。しかしながら、偏光変換ユニット９を用いることなく、例えば図１８に示すように３つの１／２波長板６，６ａ，６ｂを用いて、８極状の光強度分布２２ｐを形成することができる。

図１８に示す例では、回折光学素子３の直前の位置に、互いに異なる偏光変換特性を有する３つの１／２波長板６，６ａ，６ｂが並列的に配置されている。一例として、１／２波長板６，６ａ，６ｂは、光路を伝搬する伝搬光束Ｆ２のうちの１／４の光束Ｆ２１，Ｆ２２，Ｆ２３がそれぞれ入射するように配置されている。したがって、伝搬光束Ｆ２のうちの残りの１／４の光束Ｆ２４は、１／２波長板６，６ａ，６ｂを経ることなく、回折光学素子３に達する。

１／２波長板６は、上述したように、ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向を＋９０度（図１８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、光学軸の向きが設定されている。１／２波長板６ａは、ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向を−４５度（図１８の紙面において反時計廻りに４５度）回転させた−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６ｂは、ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、ｚ方向を＋４５度回転させた＋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。図１８に示す例において、第１光束Ｆ２１は、１／２波長板６を経てｘ方向直線偏光になり、空間光変調器５の第１ミラー要素群を経て、瞳領域Ｒ３１ｃ，Ｒ３１ｄを占める面光源Ｐ３１ｃ，Ｐ３１ｄを形成する。

第２光束Ｆ２２は、１／２波長板６ａを経て−４５度斜め方向直線偏光になり、空間光変調器５の第２ミラー要素群を経て、瞳領域Ｒ３２ａ，Ｒ３２ｂを占める面光源Ｐ３２ａ，Ｐ３２ｂを形成する。第３光束Ｆ２３は、１／２波長板６ｂを経て＋４５度斜め方向直線偏光になり、空間光変調器５の第３ミラー要素群を経て、瞳領域Ｒ３２ｃ，Ｒ３２ｄを占める面光源Ｐ３２ｃ，Ｐ３２ｄを形成する。

第４光束Ｆ２４は、１／２波長板６，６ａ，６ｂの作用を受けることなくｚ方向直線偏光で、空間光変調器５の第４ミラー要素群を経て、瞳領域Ｒ３１ａ，Ｒ３１ｂを占める面光源Ｐ３１ａ，Ｐ３１ｂを形成する。同様に、偏光変換ユニット９を用いなくても、例えば３つの１／２波長板６，６ａ，６ｂのような複数の偏光素子からなる偏光部材を用いて、８極状の光強度分布２３ｐ〜２８ｐを形成することができる。

なお、図１８では、１／２波長板６と６ａとがｘ方向に隣接し且つ１／２波長板６と６ｂとがｚ方向に隣接しているが、３つの１／２波長板６，６ａ，６ｂの配置については様々な形態が可能である。すなわち、３つの１／２波長板６，６ａ，６ｂのうちの少なくとも２つの１／２波長板を、ｘｚ平面に沿って互いに間隔を隔てて配置してもよい。

上述の説明では、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａに、ひいてはマイクロフライアイレンズ８Ａの直後の照明瞳に、８極状の光強度分布２１ｐ〜２８ｐを形成している。しかしながら、８極状に限定されることなく、空間光変調器５の作用により、他の複数極状（例えば４極状、６極状など）の瞳強度分布、輪帯状の瞳強度分布などを形成することができる。すなわち、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５ａを有する空間光変調器５を備えているので、瞳強度分布の外形形状（大きさを含む広い概念）の変更に関する自由度は高い。

また、本実施形態では、空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役な位置に配置された１／２波長板６（６ａ，６ｂ）と、必要に応じて光路中に配置される偏光変換ユニット９とを備えているので、瞳強度分布の偏光状態の変更に関する自由度も高い。さらに、本実施形態では、空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役な位置に配置された発散角付与部材としての回折光学素子３（３ａ）を備えているので、所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布を形成することができる。以下、図１９を参照して、この点を説明する。

図１９の上側の図は、図７の瞳強度分布２１ｐにおける面光源Ｐ２２ａについて、その中心を通ってｘ方向に延びる断面に沿ったビームプロファイル（光強度の断面分布）を模式的に示している。一般に、空間光変調器を構成するミラー要素の反射面の大きさが比較的大きな場合、瞳強度分布を構成する各面光源のビームプロファイルは、図１９の上側の図に示すようなトップハット型になり易い。

本実施形態では、回折光学素子３が空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役に配置されているので、回折光学素子３が入射光束に発散角を付与することは空間光変調器５の各ミラー要素５ａへの入射光束に発散角を付与することに他ならない。また。空間光変調器５からの射出光束の角度方向の分布は、リレー光学系７を介して、マイクロフライアイレンズ８Ａの入射面８ａの照明瞳における位置分布に変換される。

したがって、発散角付与部材としての回折光学素子３が光路から退避したときに得られる瞳強度分布２１ｐにおける面光源Ｐ２２ａが、光路中に挿入された回折光学素子３の発散角付与作用により、図９に示す瞳強度分布２２ｐにおける面光源Ｐ３２ａに変化する。すなわち、面光源Ｐ３２ａが占める領域Ｒ３２ａは、回折光学素子３が入射光束Ｆ１２に付与する発散角の大きさに応じて、面光源Ｐ２２ａが占める領域Ｒ２２ａを相似的に拡大した形状になる。

その結果、回折光学素子３の発散角付与作用により面光源Ｐ３２ａの外形形状が面光源Ｐ２２ａの外形形状から相似的に拡大変化するのに伴って、面光源Ｐ３２ａのビームプロファイルも面光源Ｐ２２ａのトップハット型のビームプロファイルから性状的に変化する。具体的に、面光源Ｐ３２ａの中心を通ってｘ方向に延びる断面に沿ったビームプロファイルは、図１９の下側の図に示すように、中央から周辺に向かって光強度が緩やかに減少するような性状になる。

外形形状の変化に伴ってビームプロファイルの性状が変化する点は、瞳強度分布２２ｐにおいて回折光学素子３の発散角付与作用により外形形状が拡大した他の面光源Ｐ３１ａ〜Ｐ３１ｄ；Ｐ３２ｂ〜Ｐ３２ｄについても同様である。さらに、他の瞳強度分布２３ｐ〜２８ｐにおいて回折光学素子３，３ａの発散角付与作用により外形形状が拡大した面光源についても同様である。

また、瞳強度分布における任意の面光源の外形形状の変化に伴ってビームプロファイルの性状が変化する度合いは、当該面光源を形成する光束に対して発散角付与部材が付与する発散角の大きさに依存する。換言すれば、瞳強度分布における任意の面光源を形成する光束に対して所要の発散角を付与する発散角付与部材を光路中に配置することにより、当該面光源のビームプロファイルを所望の性状にすることができる。

以上のように、本実施形態の照明光学系（１〜１２Ａ）では、マイクロフライアイレンズ８Ａの直後の照明瞳に、所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布を形成することができる。本実施形態の露光装置（１〜ＷＳ）では、所望のビームプロファイルを有する瞳強度分布を形成する照明光学系（１〜１２Ａ）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。

また、上述の実施形態では、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５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５の各ミラー要素５ａ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５ａ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５ａを駆動すべき空間光変調器５の制御性が向上する。

なお、上述の実施形態では、光強度均一化部材２を用いて回折光学素子３ａにほぼ均一な強度分布の光を供給している。しかしながら、たとえば図１０において、入射光束を第１発散光束に変換する第１領域と、入射光束を第２発散領域に変換する第２領域とに互いに光強度の異なる光を供給しても良い。ここで、第２発散光束の第２発散角よりも第１発散光束の第１発散角の方が大きいため、空間光変調器５の配列面に光強度分布がほぼ均一な光を導くと、空間光変調器５を介した第２発散光束によって生成される瞳上の領域Ｒ４２ａ〜Ｒ４２ｄの輝度が、空間光変調器５を介した第１発散光束によって生成される瞳上の領域Ｒ４１ａ〜Ｒ４１ｄの輝度よりも低下する。そのような場合には、回折光学素子３ａの第２領域の光強度の方が第１領域の光強度よりも大きな光強度となる光を回折光学素子３ａに導けば良い。

このように、光源からの光を、発散角付与部材と見なすことができる回折光学素子３ａの第１領域に入射する光強度よりも第２領域に入射する光強度が強い光強度分布に設定する光強度分布設定部材としては、波面分割素子としてのレンズアレイ２ａの各々の射出側にクサビ状光学部材を設けたものとリレー光学系２ｂとの組合せや、ファーフィールドに階段状の光強度分布を形成する回折光学素子とリレー光学系２ｂとの組合せなどを用いることができる。

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５の配列面における光強度分布のモニター結果（計測結果）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５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。

上述の説明では、光源ＬＳと空間光変調器５との間の光路中に配置されて空間光変調器５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均一化部材として、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）を用いて光強度均一化部材を構成することもできる。また、波面分割素子として、例えばレンズアレイ２ａの複数のレンズ要素を、これらのレンズ要素と同等の機能を有する回折面または反射面とした回折光学素子アレイまたは反射素子アレイを用いて光強度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。

上述の説明では、入射光束に発散角を付与して射出する発散角付与部材として、回折光学素子３を用いている。しかしながら、回折光学素子に限定されることなく、これに限定されることなく、例えばレンズアレイのような屈折型素子、例えばミラーアレイのような反射型素子、例えば拡散板のような散乱型素子などを用いて発散角付与部材を構成することもできる。

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１／２波長板６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１／４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。言い換えると、偏光部材として、入射する光の偏光状態を実質的に光量損失なく別の偏光状態に変換するものを用いることができる。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。ここで、旋光性を有する光学材料は、その光学材料に入射する右回り円偏光成分と左回り円偏光成分との間に位相差を与えるものと見なすことができ、波長板は、当該波長板に入射する互いに直交する偏光成分の間に位相差を与えるものと見なすことができる。このように、偏光部材は、その偏光部材に入射する光のうちのある特定の偏光成分と、当該ある特定の偏光成分とは異なる偏光状態の別の偏光成分との間に位相差を与えるものと見なすことができる。

なお、図１では、装置全体の図示および空間光変調器５の作用の理解を容易にするために、再結像光学系４の光軸ＡＸおよびリレー光学系７の光軸ＡＸが空間光変調器５の配列面と４５度をなすように構成している。しかしながら、この構成に限定されることなく、例えば図２０に示すように、一対の光路折曲げミラーＭＲ２，ＭＲ３を導入することにより、入射光軸である再結像光学系４の光軸ＡＸおよび射出光軸であるリレー光学系７の光軸ＡＸが、空間光変調器５の配列面と４５度よりも小さい角度をなすように構成することもできる。図２０では、１／２波長板６からマイクロフライアイレンズ８Ａまでの光路に沿った要部構成を示している。

上述の説明では、発散角付与部材としての回折光学素子３が、空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役な位置に配置された例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、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発散角付与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。

また、上述の説明では、偏光部材としての１／２波長板６が、空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役な位置に配置された例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、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。

また、上述の説明では、発散角付与部材としての回折光学素子３および偏光部材としての１／２波長板６が、空間光変調器５よりも光源側の光路中において空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役な位置に配置された例を示している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図２１に示すように、空間光変調器５よりも被照射面側の光路中において空間光変調器５の配列面と光学的にほぼ共役な位置に、回折光学素子３および１／２波長板６を配置しても上述の実施形態と同様の効果が得られる。あるいは、図２１中破線で示すように、空間光変調器５よりも光源側の平行光路中に１／２波長板６を配置してもよい。図２１では、光路折曲げミラーＭＲ２または１／２波長板６からマイクロフライアイレンズ８Ａまでの光路に沿った要部構成を示している。

このように、発散角付与部材と偏光部材と空間光変調器との間の位置関係については、様々な形態が可能である。すなわち、発散角付与部材の配置に着目すると、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共役な面を含む共役空間、または空間光変調器よりも被照射面側の光路中において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配置することができる。

偏光部材の配置に着目すると、発散角付与部材の光源側の近傍位置に限定されることなく、発散角付与部材の被照射面側の近傍位置、空間光変調器の光源側の近傍位置、空間光変調器の被照射面側の近傍位置、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共役な面を含む共役空間、空間光変調器よりも被照射面側の光路中において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配置することができる。

ただし、上述の実施形態のように、空間光変調器５よりも光源側の光路に偏光部材としての１／２波長板６を配置することにより、１／２波長板６を経て生成された偏光状態の異なる複数の光束と空間光変調器５における複数のミラー要素群との対応関係が単純になり、ひいては空間光変調器５の制御が容易になるという効果が得られる。また、発散角付与部材としての回折光学素子３よりも光源側の光路に偏光部材としての１／２波長板６を配置することにより、発散角の比較的小さい入射光に基づいて所望の直線偏光状態の射出光が得られるという効果が得られる。

また、偏光部材としての１／２波長板６が配置される面に入射する光束の光強度分布は、均一な分布（トップハット型の分布）である必要はない。例えば偏光部材としての１／２波長板６の移動方向と直交する方向で変化する光強度分布であっても良い。

図２２（ａ）は、偏光部材としての１／２波長板６と当該１／２波長板６に入射する光束Ｆ１との関係を示す図であり、図２２（ｂ）は光束Ｆ１のＸ方向断面の光強度分布を、図２２（ｃ）は光束Ｆ１のＹ方向断面の光強度分布を示す図である。

図２２に示すように、偏光部材としての１／２波長板６の移動方向における光強度分布がほぼ均一であれば、瞳強度分布における複数の偏光状態の面積・強度比を変更するために１／２波長板６の位置を変更する制御などが容易になる利点がある。

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５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５が所定面内で二次元的に配列された複数のミラー要素５ａ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２３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２３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２４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２４に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ_２レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。

また、上述の実施形態において、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。

ところで、空間光変調器を用いて照明光学系の瞳面上にある光量分布（瞳形状）を形成することは、その瞳面上で、空間光変調器の多数のミラー要素からの反射光によって形成される多数の微小パターン（微小領域）を所定配列で組み合わせてある画像（光量分布）を形成する方法であるとみなすことも可能である。この際に、ミラー要素の数が多いために、ある目標とする瞳形状が与えられたときに、その瞳形状を得るための全部の微小パターンの位置（対応するミラー要素の傾斜角の設定値）の配列をどのようにして効率的に計算するかが問題である。

さらに、多数のミラー要素のアレイに例えば並列に配置されて互いに透過率が複数段階で制御可能な複数個の光学フィルタを介して照明光を照射することによって、そのミラー要素のアレイを複数のグループに分けて、各微小パターンの光量をグループ別に制御することも可能である。このように瞳面上の微小パターンの光量等の状態がグループ別に制御可能であるときには、各微小パターンの位置とともにその状態に関する変数の組み合わせをどのように効率的に計算するかが問題となる。

このような事情に鑑み、複数の微小パターン又は微小領域等を組み合わせて目標とする光量分布又は目標画像等に近い光量分布等を形成する場合に、複数の微小パターン又は微小領域等の位置や状態の組み合わせを効率的に計算できるようにすることが、さらに解決すべき課題として挙げられる。

以下、空間光変調器の動作に関する制御手法にかかる第２実施形態について、図２５〜図３１を参照して説明する。
図２５は第２実施形態に係る露光装置ＥＸの概略構成を示す。露光装置ＥＸは、一例としてスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）である。図２５において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬを発生する光源１０と、光源１０からの照明光ＩＬでレチクルＲ（マスク）のパターン面であるレチクル面Ｒａ（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬＳとを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲを移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（感光基板）の表面に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系３５と、各種制御系等とを備えている。

以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を設定し、Ｚ軸に垂直な平面内において図２５の紙面に平行な方向にＸ軸を、図２５の紙面に垂直な方向にＹ軸を設定して説明する。第２実施形態では、露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転方向（傾斜方向）をθｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向として説明する。

光源１０としては、一例として波長１９３ｎｍの直線偏光のレーザ光をパルス発光するＡｒＦエキシマレーザ光源が使用されている。なお、光源１０として、波長２４８ｎｍのレーザ光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源、又は固体レーザ光源（ＹＡＧ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発生する高調波発生装置等も使用できる。

図２５において、不図示の電源部によって制御される光源１０から発光されたレーザ光よりなる直線偏光の照明光ＩＬは、ビームエキスパンダ１１を含む伝達光学系、偏光方向及び偏光状態を調整するための偏光光学系１２、及び光路折り曲げ用のミラーＭ１を経て、ほぼ平行光束として第１組、第２組、及び第３組の回折光学素子群１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが設置可能な照明領域５０（図２７参照）に入射する。回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃは、それぞれ照明光ＩＬの光路を横切る方向に隣接して配置された複数の回折光学素子（diffractive optical element: DOE）を有する。回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃ、及び回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃ内のいずれかの回折光学素子（以下、ＤＯＥという。）を照明光路に設置するか、又はその照明光路をＤＯＥが設置されない素通しの状態に設定するための駆動機構２０を含んで発散角可変部１８が構成されている。

図２７に示すように、回折光学素子群１９Ａは、照明光ＩＬの照明領域５０（照明光路）をほぼ３等分した互いにほぼ同じ長方形の第１、第２、及び第３の領域５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃのうちの第１の領域５１Ａを長手方向に横切ることができるように連結されて、それぞれ領域５１Ａとほぼ同じ大きさの第１、第２、及び第３のＤＯＥ１９Ａ１，１９Ａ２，１９Ａ３を有する。ＤＯＥ１９Ａ１〜１９Ａ３は一体的にガイド部に沿って移動可能な可動部２０Ａに連結され、可動部２０ＡによってＤＯＥ１９Ａ１〜１９Ａ３を長手方向に移動することで、ＤＯＥ１９Ａ１〜１９Ａ３のいずれか一つを領域５１Ａに設置するか、又は領域５１Ａを素通しの状態に設定できる。

同様に、回折光学素子群１９Ｂ，１９Ｃは、それぞれＤＯＥ１９Ａ１，１９Ａ２，１９Ａ３と同じ構成で同様に長手方向に連結されたＤＯＥ１９Ｂ１，１９Ｂ２，１９Ｂ３及び１９Ｃ１，１９Ｃ２，１９Ｃ３を有する。ＤＯＥ１９Ｂ１〜１９Ｂ３及び１９Ｃ１〜１９Ｃ３に関しても、それぞれ可動部２０Ｂ及び２０Ｃによって長手方向に移動することで、いずれか一つを領域５１Ｂ及び５１Ｃに設置するか、又は領域５１Ｂ，５１Ｃを素通しの状態に設定できる。可動部２０Ａ〜２０Ｃの動作は、図２５の主制御系３５の制御のもとにある照明制御部３６によって制御されている。可動部２０Ａ〜２０Ｃを含んで図２５の駆動機構２０が構成されている。

図２７において、領域５１Ａ〜５１Ｃが素通しである場合、領域５１Ａ〜５１Ｃに入射する点線で示すほぼ平行光束よりなる照明光ＩＬは、そのまま実線で示す照明光ＩＬ１として領域５１Ａ〜５１Ｃを通過する。また、領域５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに互いに同じ構成のＤＯＥ１９Ａ１，１９Ｂ１，１９Ｃ１が設置されている場合、ＤＯＥ１９Ａ１〜１９Ｃ１に入射する照明光ＩＬは、第１の開き角を持つ照明光ＩＬ２に変換されて領域５１Ａ〜５１Ｃを通過する。そして、領域５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに互いに同じ構成のＤＯＥ１９Ａ２，１９Ｂ２，１９Ｃ２又はＤＯＥ１９Ａ３，１９Ｂ３，１９Ｃ３が設置されている場合、これらのＤＯＥに入射する照明光ＩＬは、それぞれ第２の開き角（＞第１の開き角）又は第３の開き角（＞第２の開き角）を持つ照明光ＩＬ３又はＩＬ４に変換されて領域５１Ａ〜５１Ｃを通過する。

ＤＯＥ１９Ａ１〜１９Ａ３等は、光透過性のガラス基板又は合成樹脂の基板の一面に干渉縞状の２次元の凹凸パターンをフォトリソグラフィー工程又は型押し工程等で形成することによって製造できる。ＤＯＥ１９Ａ２の凹凸パターンはＤＯＥ１９Ａ１のパターンよりも微細であり、ＤＯＥ１９Ａ３の凹凸パターンはＤＯＥ１９Ａ２のパターンよりも微細である。第２実施形態では、領域５１Ａ〜５１Ｃに回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃ内の任意のＤＯＥを設置するか、又は領域５１Ａ〜５１Ｃを素通しにすることによって、領域５１Ａ〜５１Ｃを通過する照明光の開き角を互いに独立に、ほぼ０、第１の開き角、第２の開き角、又は第３の開き角のうちの任意の角度に設定できる。

図２５において、回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃを設置可能な照明領域を通過した照明光は、レンズ１３ａ及び１３ｂよりなるリレー光学系１３を介して空間光変調器（spatial light modulator: SLM）１４のそれぞれ直交する２軸の回りの傾斜角が可変の多数の微小なミラー要素１６の反射面に所定の小さい入射角で斜めに入射する。回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃの設置面とミラー要素１６のアレイの平均的な配置面とはリレー光学系１３に関してほぼ共役である。空間光変調器１４（以下、ＳＬＭ１４という。）は、ミラー要素１６のアレイと、各ミラー要素１６を支持して駆動する駆動基板部１５と、各ミラー要素１６の傾斜角を制御するＳＬＭ制御系１７とを有する。

図２６（Ａ）は、ＳＬＭ１４の一部を示す拡大斜視図である。図２６（Ａ）において、ＳＬＭ１４の駆動基板部１５の表面には、ほぼＹ方向及びＺ方向に一定ピッチで近接して配列されたミラー要素１６のアレイが支持されている。一例として、ミラー要素１６の幅は数μｍ〜数１０μｍであり、ミラー要素１６のほぼＹ方向及びＺ方向の配列数は数１０〜数１００程度である。この場合、ミラー要素１６の個数は全部で例えば数千〜三十万程度である。

このようにミラー要素１６のアレイ及びこれに対応する駆動機構が設けられた駆動基板部１５は、例えばＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム）技術を用いて製造できる。このような空間光変調器としては、例えば欧州特許公開第７７９５３０号明細書、又は米国特許第６，９００，９１５号明細書等に開示されているものを使用可能である。なお、ミラー要素１６はほぼ正方形の平面ミラーであるが、その形状は矩形等の任意の形状であってもよい。

また、図２８（Ａ）に示すように、ＳＬＭ１４のミラー要素１６のアレイの配列領域は、互いに同じ幅の第１、第２、及び第３の配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃに分かれている。そして、全部のミラー要素１６の個数をＮとして、配列領域５２Ａ，５２Ｂ，及び５２Ｃにおいてそれぞれ１番目の位置Ｐ１からＮ１番目（Ｎ１はほぼＮ／３となる整数）の位置ＰＮ、（Ｎ１＋１）番目の位置からＮ２番目（Ｎ２はほぼ２Ｎ／３となる整数）の位置ＰＮ２、及び（Ｎ２＋１）番目の位置からＮ番目の位置ＰＮまでミラー要素１６が配置されている。ＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃは、それぞれ図２５のリレー光学系１３に関して図２７の回折光学素子群１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが設置可能な領域５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃとほぼ共役である。

従って、ＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ〜５２Ｃには、それぞれ領域５１Ａ〜５１Ｃを通過して開き角が０又は第１〜第３の開き角のいずれかに設定された照明光ＩＬ１〜ＩＬ４が入射する。また、各ミラー要素１６に入射する照明光はそのまま反射されるため、ＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内のミラー要素１６で反射される照明光の開き角は、それぞれ領域５１Ａ〜５１Ｃを通過した照明光の開き角とほぼ同じである。なお、リレー光学系１３の倍率をほぼ等倍であるとしている。

図２５において、ＳＬＭ１４は、照明条件に応じて、多数のミラー要素１６からの反射光を後述のマイクロレンズアレイ２５の入射面２５Ｉに照射することで、入射面２５Ｉに所定の光量分布（光強度分布）を形成する。一例として、通常照明又は輪帯照明を行う場合には、ＳＬＭ１４は、照明光を反射してその入射面２５Ｉに、円形領域又は輪帯状の領域で強度が大きくなる光強度分布を形成する。また、２極又は４極照明時には、２箇所又は４箇所の領域で強度が大きくなる光強度分布を形成し、いわゆる最適化照明を行うときには、レチクルＲのパターンに応じて最適化された複雑な形状の光量分布を形成する。レチクルＲに応じた照明条件の情報は磁気記憶装置等の記憶装置３９内の露光データファイルに記録されている。主制御系３５は、その露光データファイルから読み出した照明条件の情報を照明制御部３６内の制御部に供給し、これに応じてその制御部がＳＬＭ制御系１７を介してＳＬＭ１４の全部のミラー要素１６の傾斜角を制御し、駆動機構２０を介して回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃから選択されたＤＯＥを照明光路に設置するか、又はその照明光路を素通しにする（詳細後述）。

ＳＬＭ１４の多数のミラー要素１６で反射された照明光は、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに沿って照明光ＩＬを平行光に変換する入射光学系２１に入射する。入射光学系２１を通過した照明光は、第１レンズ系２２ａ及び第２レンズ系２２ｂよりなるリレー光学系２２を介してマイクロレンズアレイ２５の入射面２５Ｉに入射する。ミラー要素１６のアレイの平均的な配置面と入射面２５Ｉとは、ほぼ光学的にフーリエ変換の関係にある。マイクロレンズアレイ２５は、多数の微小なレンズエレメントをＺ方向及びＹ方向にほぼ密着するように配置したものであり、マイクロレンズアレイ２５の射出面が照明光学系ＩＬＳの瞳面ＩＰＰ（射出瞳と共役な面）となる。その瞳面ＩＰＰ（以下、照明瞳面ＩＰＰという。）には、波面分割によって多数の二次光源（光源像）よりなる面光源が形成される。

マイクロレンズアレイ２５は、多数の微小光学系を並列に配置したものであるため、入射面２５Ｉにおける大局的な光量分布（光強度分布）がそのまま射出面である照明瞳面ＩＰＰに伝達される。言い換えると、入射面２５Ｉに形成される大局的な光量分布と、二次光源全体の大局的な光量分布とがほぼ同じ又は高い相関を示す。ここで、入射面２５Ｉは照明瞳面ＩＰＰと等価な面（光量分布がほぼ相似な面）であり、入射面２５Ｉに形成される照明光の任意の光量分布の形状（光強度が所定レベルとなる輪郭線で囲まれた領域の形状）がそのまま照明瞳面ＩＰＰにおける光量分布の形状である瞳形状となる。なお、マイクロレンズアレイ２５の代わりにフライアイレンズを使用してもよい。また、フライアイレンズとして、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されているシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いてもよい。

第２実施形態では、照明瞳面ＩＰＰには照明開口絞り２６が設置されている。図２６（Ｂ）は、入射面２５Ｉ（ひいては照明瞳面ＩＰＰ）において照明開口絞り２６で設定されるコヒーレンスファクタ（σ値）が１の円周５４内の目標とする光量分布５５の一例を示す。光量分布５５は、例えばレチクルＲに対して最適化された分布である。また、図２５では、一例として回折光学素子群１９Ａ及び１９Ｃの設置面からそれぞれ第１及び第３の開き角を持つ照明光ＩＬ２，ＩＬ４がミラー要素１６のアレイに入射している。この場合、ミラー要素１６で反射された照明光ＩＬ２（又はＩＬ４）は、マイクロレンズアレイ２５の入射面２５Ｉ（照明瞳面ＩＰＰ）に２番目に大きい直径ｄ２（又は最大の直径ｄ４）の円形の微小な光量分布であるドットパターン５３Ｂ（又は５３Ｄ）（図２８（Ａ）参照）を形成する。すなわち、ＳＬＭ１４のミラー要素１６に入射する照明光の開き角が大きいほど、そのミラー要素１６で反射されて入射面２５Ｉに入射する光のドットパターンの直径は大きくなる。

さらに、図２７に示すように、例えば照明領域５０内の領域５１ＡにＤＯＥが設置されておらず（素通し状態）、領域５１Ｂ及び５１ＣにそれぞれＤＯＥ１９Ｂ１及び１９Ｃ２が設置された状態で、照明領域５０に照明光ＩＬが照射されるとする。このとき、図２８（Ａ）に示すように、ＳＬＭ１４の第１の配列領域５２Ａ（領域５１Ａとほぼ共役な領域）内の任意のミラー要素１６Ａ１，１６Ａ２で反射された照明光ＩＬ１によって入射面２５Ｉ（ひいては照明瞳面ＩＰＰ、以下同様）の任意の位置ＰＡ１，ＰＡ２に形成されるドットパターン５３Ａの直径は共通に最小のｄ１である。そして、ＳＬＭ１４の第２の配列領域５２Ｂ（領域５１Ｂとほぼ共役な領域）内の任意のミラー要素１６Ｂ１，１６Ｂ２で反射された照明光ＩＬ２によって入射面２５Ｉの任意の位置ＰＢ１，ＰＢ２に形成されるドットパターン５３Ｂの直径は共通のｄ２であり、ＳＬＭ１４の第３の配列領域５２Ｃ（領域５１Ｃとほぼ共役な領域）内の任意のミラー要素１６Ｃ１，１６Ｃ２で反射された照明光ＩＬ３によって入射面２５Ｉの任意の位置ＰＣ１，ＰＣ２に形成されるドットパターン５３Ｃの直径は共通にｄ３である。さらに、仮に図２７の領域５１ＡにＤＯＥ１９Ａ３が設置されているときには、図２８の入射面２５Ｉの位置ＰＡ１，ＰＡ２には、点線で示す最大の直径ｄ４のドットパターン５３Ｄが形成される。

このように第２実施形態では、ＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ内の各ミラー要素１６で反射された照明光によって入射面２５Ｉ（照明瞳面ＩＰＰ）に形成されるドットパターンの２次元的な位置（Ｙ方向及びＺ方向の位置）は、少なくともσ値が１の円周５４内の領域を含む可動範囲内で任意に設定できる。各ミラー要素１６の反射光によって入射面２５Ｉに形成されるドットパターンの２次元的な位置は、各ミラー要素１６の直交する２軸の回りの傾斜角を制御することによって制御できる。

一方、配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ内の各ミラー要素１６で反射された照明光によって入射面２５Ｉに形成されるドットパターンの状態に関する変数である直径ｄは、配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ毎に共通にｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４のいずれかに設定される。直径ｄ１〜ｄ４の大きさには以下の関係があり、最小の直径ｄ１は例えばマイクロレンズアレイ２５を構成する各レンズエレメントの断面形状の短辺方向の幅よりも小さく設定されている。
ｄ１＜ｄ２＜ｄ３＜ｄ４ （１）

その配列領域５２Ａ〜５２Ｃ毎に共通に設定されるドットパターンの直径ｄは、図２５の発散角可変部１８の回折光学素子群１９Ａ〜１９ＣからどのＤＯＥを選択して照明光路の領域５１Ａ〜５１Ｃに設置するかによって制御できる。なお、第２実施形態では入射面２５Ｉに形成されるドットパターン５３Ａ〜５３Ｄは微小な円形である。これに対して、図２５のリレー光学系２２の開口数等によっては、ＳＬＭ１４のミラー要素１６の反射光により入射面２５Ｉには、図２８（Ｂ）に示すように一辺の幅が例えばｄ１〜ｄ４のほぼ正方形（ミラー要素１６の形状とほぼ相似）のドットパターン５７Ａ〜５７Ｄが形成される場合もありえる。なお、ＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ〜５２Ｃは少なくとも２つであってもよく、ドットパターン５３Ａ〜５３Ｄ等の種類（直径又は幅ｄ１〜ｄ４の個数）は、少なくとも２種類（例えばドットパターン５３Ａ，５３Ｂのみでもよい）あればよい。

図２５において、リレー光学系２２の第１レンズ２２ａと第２レンズ２２ｂとの間にビームスプリッターＢＳ１が設置され、照明光からビームスプリッターＢＳ１で分岐された光束が、集光レンズ２３を介してＣＣＤ又はＣＭＯＳ型の２次元の撮像素子２４の受光面に入射する。撮像素子２４の撮像信号は照明制御部３６内の特性計測部に供給されている。撮像素子２４の受光面ＨＰ１は、集光レンズ２３によって、マイクロレンズアレイ２５の入射面２５Ｉと共役に設定されている。言い換えると、撮像素子２４の受光面は照明瞳面ＩＰＰと実質的に等価な面でもあり、撮像素子２４の受光面には照明瞳面ＩＰＰの光量分布とほぼ相似な光量分布が形成される。照明制御部３６内の特性計測部は、撮像素子２４の検出信号から照明瞳面ＩＰＰの光量分布（瞳形状）を計測できる。

なお、照明光学系ＩＬＳの瞳形状を計測するモニタ装置は、レチクルステージＲＳＴ又はウエハステージＷＳＴに設置してもよい。照明瞳面ＩＰＰに形成された面光源からの照明光ＩＬは、第１リレーレンズ２８、レチクルブラインド（固定視野絞り及び可変視野絞り）２９、第２リレーレンズ３０、光路折り曲げ用のミラー３１、及びコンデンサー光学系３２を介して、レチクル面Ｒａの例えばＸ方向に細長い照明領域を均一な照度分布で照明する。ビームエキスパンダ１１から発散角可変部１８までの光学部材、リレー光学系１３、ＳＬＭ１４、入射光学系２１からマイクロレンズアレイ２５までの光学部材、及び照明開口絞り２６からコンデンサー光学系３２までの光学系を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。照明光学系ＩＬＳの各光学部材は、不図示のフレームに支持されている。

また、主制御系３５には、例えばホストコンピュータ（不図示）との間でレチクルＲの照明条件等の情報を受け渡しする入出力装置３４と、目標とする光量分布を得るためのＳＬＭ１４の各ミラー要素１６の傾斜角及び回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃから選択されるＤＯＥの種類を求める演算装置４０と、記憶装置３９とが接続されている。演算装置４０は、主制御系３５を構成するコンピュータのソフトウェア上の機能であってもよい。光源１０、照明光学系ＩＬＳ、入出力装置３４、照明制御部３６、演算装置４０、及び記憶装置３９を含んで照明装置８が構成されている。

照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷの一つのショット領域の露光領域に所定の投影倍率（例えば１／４、１／５等）で投影される。照明瞳面ＩＰＰは、投影光学系ＰＬの瞳面（射出瞳と共役な面）と共役であり、投影光学系ＰＬの瞳面には開口絞りＡＳが設置されている。ウエハＷは、シリコン等の基材の表面にフォトレジスト（感光材料）を所定の厚さで塗布したものを含む。

また、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベースの上面（ＸＹ平面に平行な面）に、Ｙ方向に一定速度で移動可能に、かつ少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向に移動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの２次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測情報に基づいて、主制御系３５がリニアモータ等を含む駆動系３７を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。

一方、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、不図示のウエハベースの上面（ＸＹ平面に平行な面）でＸ方向、Ｙ方向に移動可能であるとともに、Ｙ方向に一定速度で移動可能である。ウエハステージＷＳＴの２次元的な位置は不図示のレーザ干渉計又はエンコーダによって計測され、この計測情報に基づいて、主制御系３５がリニアモータ等を含む駆動系３８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、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行うためのアライメント系（不図示）も備えられている。

露光装置ＥＸによるウエハＷの露光時に基本的な動作として、主制御系３５は露光データファイルよりレチクルＲの照明条件を読み出し、読み出した照明条件を照明制御部３６に設定する。続いて、ウエハステージＷＳＴの移動（ステップ移動）によってウエハＷが走査開始位置に移動する。その後、光源１０の発光を開始して、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷを露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを介してレチクルＲ及びウエハＷを投影倍率を速度比として同期して移動することで、ウエハＷの一つのショット領域にレチクルＲのパターン像が走査露光される。このようにウエハＷのステップ移動と走査露光とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作によって、最適な照明条件のもとでウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される。

次に、露光装置ＥＸにおいて、照明瞳面ＩＰＰ（入射面２５Ｉ）にレチクルＲに最適化した光量分布（瞳形状）を設定する動作の一例につき図２９のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系３５によって制御される。まず、図２９のステップ１０２において、レチクルＲが図２５のレチクルステージＲＳＴにロードされ、入出力装置３４から主制御系３５を介して演算装置４０に、レチクルＲに形成されているデバイスパターンに対して計算上で最適化された照明瞳面ＩＰＰ（又は入射面２５Ｉ）上での光量分布（目標光量分布）の情報が入力される。入力された情報は、記憶装置３９内の露光データファイルにも記録される。ここで、図２６（Ｂ）の照明瞳面ＩＰＰのσ値が１の円周５４で囲まれる有効領域にＹ方向及びＺ方向にピッチΔｙ及びΔｚで配列される多数の格子点を設定したとき、所定の原点（ｙａ，ｚａ）に対してＹ方向にｍ番目でＺ方向にｎ番目の格子点のＹ方向及びＺ方向の座標（ｙｍ，ｚｎ）は次のように表される。なお、第２実施形態ではピッチΔｙとΔｚとは等しいが、それらは異なっていてもよい。また、ピッチΔｙ，Δｚは、図２８（Ａ）の最小のドットパターン５３Ａの直径ｄ１よりも小さく設定されている。
ｙｍ＝ｙａ＋ｍΔｙ、ただし ｍ＝０〜Ｍ１ （２Ａ）
ｚｎ＝ｚａ＋ｎΔｚ、ただし ｎ＝０〜Ｍ２ （２Ｂ）

これらの式におけるＭ１及びＭ２はＳＬＭ１４のミラー要素１６の配列数よりも大きい整数である。このとき、その目標光量分布は、一例として照明瞳面ＩＰＰの有効領域内の座標（ｙｍ，ｚｎ）にある全部の格子点における光強度ＴＥ（ｙｍ，ｚｎ）の集合で表わされる。一例として、光強度ＴＥ（ｙｍ，ｚｎ）は、有効領域内の積算値が１になるように規格化されている。その目標光量分布は、例えば図２６（Ｂ）の光量分布５５であるとする。光量分布５５は、後述の図３０（Ａ）及び（Ｂ）にも点線で表されている。

第２実施形態において、座標（ｙｍ，ｚｎ）の格子点を画素とみなすと、光強度ＴＥ（ｙｍ，ｚｎ）で表される目標光量分布は目標画像ともみなすことができる。次のステップ１０４において、主制御系３５は、例えば記憶装置３９に記憶されている露光データファイルから図２８（Ａ）のＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ内にある第ｊ組（ｊ＝１，２，３）のミラー要素１６の群の位置情報（位置ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮの番号Ｎ１，Ｎ２，Ｎ）を読み出し、読み出した位置情報を照明制御部３６の制御部に設定する。主制御系３５は、その番号Ｎ１，Ｎ２，Ｎ、式（２Ａ），（２Ｂ）の照明瞳面ＩＰＰにおける座標（ｙｍ，ｚｎ）、ミラー要素１６からの反射光によって形成されるドットパターン５３Ａ〜５３Ｄの直径ｄ１〜ｄ４、及びドットパターン５３Ａ〜５３Ｄ内の平均光強度（又はこの相対値）の情報を演算装置４０にも設定する。

次のステップ１０６において、演算装置４０は、仮想的に、ＳＬＭ１４のＮ個のミラー要素１６からの反射光によって入射面２５Ｉ（ひいては照明瞳面ＩＰＰ）に形成されるドットパターンの中心位置（ｙｉ，ｚｉ）及び直径Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を所定の初期値に設定する。その中心位置（ｙｉ，ｚｉ）の値は式（２Ａ），（２Ｂ）で表される有効領域内の格子点の座標（ｙｍ，ｚｎ）（ｍ＝０〜Ｍ１，ｎ＝０〜Ｍ２）のいずれかに設定され、直径Ｄｉは直径ｄ１〜ｄ４のいずれかに設定される。なお、実際には、ＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内の各ミラー要素１６からの反射光によって形成されるドットパターンの直径は共通であるが、このステップ１０６では、ＳＬＭ１４の全部のミラー要素１６からの反射光によって形成されるドットパターンの直径Ｄｉは互いに独立に可変範囲（ここではｄ１〜ｄ４）内の任意の値に設定されるものと仮定している。その初期値は可変範囲内の任意の組み合わせでよい。なお、この段階では、単に１番目〜Ｎ番目のドットパターンをそれぞれＳＬＭ１４の１番目〜Ｎ番目のミラー要素１６に対応させて記憶しておいてもよい。

次のステップ１０８において、演算装置４０は、ステップ１０６で設定されたＮ個のドットパターンの中心位置（ｙｉ，ｚｉ）及びその直径Ｄｉから、入射面２５Ｉの有効領域内の座標（ｙｍ，ｚｎ）で表される全部の格子点の光強度Ｄ１Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）（設定光量分布）を計算する。光強度Ｄ１Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）も有効領域内の積算値が１になるように規格化されている。第２実施形態では、一例として、光強度ＴＥ（ｙｍ，ｚｎ）（目標光量分布）と光強度Ｄ１Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）（設定光量分布）との差分情報を持つ目的関数ｆを次のように定義する。
ｆ＝ΣΣ｛ＴＥ（ｙｍ，ｚｎ）−Ｄ１Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）｝^２ （３）

式（３）の整数ｍ，ｎに関する積算は入射面２５Ｉ（照明瞳面ＩＰＰ）の有効領域内の全部の格子点に関して行われる。なお、式（３）の右辺の平方根等を目的関数ｆとしてもよい。次のステップ１１０において、演算装置４０は、式（３）から計算した目的関数ｆが所定の許容値以下であるかどうかを判定する。その許容値は、予め例えば入出力装置３４から主制御系３５を介して演算装置４０に設定されている。目的関数ｆがその許容値より大きい場合、動作はステップ１１２に移行して、演算装置４０は、ステップ１０６（又は前のステップ１１２）で設定したＮ個のドットパターンの中心位置（ｙｉ，ｚｉ）及び／又は直径Ｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の値を変更する。このステップ１１２でも、ＳＬＭ１４の全部のミラー要素１６からの反射光によって形成されるドットパターンの直径Ｄｉは互いに独立に可変範囲（ここではｄ１〜ｄ４）内の任意の値に設定可能としている。

その後、ステップ１０８に移行して、演算装置４０は、ステップ１１２で変更されたＮ個のドットパターンの中心位置（ｙｉ，ｚｉ）及びその直径Ｄｉから、入射面２５Ｉの有効領域内の全部の格子点の光強度Ｄ１Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）（設定光量分布）を計算し、式（３）から目的関数ｆを計算する。次のステップ１１０において、演算装置４０は、計算した目的関数ｆが上記の許容値以下であるかどうかを判定する。そして、目的関数ｆがその許容値より大きいときには、さらにステップ１１２，１０８，１１０の動作が繰り返される。一方、ステップ１１０で、目的関数ｆがその許容値以下になったとき、すなわち設定光量分布がほぼ目標光量分布になったときに、動作はステップ１１４に移行する。

ステップ１１０で目的関数ｆがその許容値以下になったときの、図３０（Ａ）の入射面２５Ｉ（照明瞳面ＩＰＰ）における有効領域内の各座標（ｙｍ，ｚｎ）にある格子点の光強度Ｄ１Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）の集合を第１設定光量分布５６とする。なお、図３０（Ａ）及び（Ｂ）の光量分布は演算装置４０で仮想的に計算される分布である。図３０（Ａ）においては、ＳＬＭ１４の各ミラー要素１６は、その反射光によって入射面２５Ｉに直径ｄ１〜ｄ４のドットパターン５３Ａ〜５３Ｄのうちの任意のドットパターンを形成できる。

図３１（Ａ）は、図３０（Ａ）の第１設定光量分布５６を形成している全部（Ｎ個）のドットパターンに関して、その直径Ｄｉ及びそれに対応するＳＬＭ１４のミラー要素１６の配列番号ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）をまとめたものである。ミラー要素１６の配列番号ｉによって、対応するドットパターンの入射面２５Ｉにおける中心位置（ｙｉ，ｚｉ）（いずれかの座標（ｙｍ，ｚｎ））が特定される。そして、ステップ１１４において、演算装置４０は、第１設定光量分布５６を形成しているＮ個のドットパターンを、例えば直径Ｄｉのばらつきの和が最も小さくなるように、それぞれ図２８（Ａ）のＳＬＭ１４の３個の配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ内のミラー要素１６の個数と同じ数のドットパターンを含む３個のグループにクラスタリングする。この場合のクラスタリングとしては、例えば非階層的クラスタリング手法の一つであるＫ−ｍｅａｎｓ法（分割最適化手法）を使用できる。例えば３個のグループ内の直径Ｄｉの重心点（又は最頻値等）とそのグループ内の各ドットパターンの直径との差分の二乗和を各グループの評価関数として、これら３個の評価関数の和が最小になるようにクラスタリングが行われる。クラスタリングによって、容易にかつ正確にドットパターンを３個のグループに分けることができる。

図３１（Ｂ）は、図３１（Ａ）のＮ個のドットパターンの直径Ｄｉを、そのクラスタリングによって第１、第２、及び第３のグループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに分けた結果の一例を示す。図３１（Ｂ）において、各グループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆの横軸の番号ｉの値Ｉ１〜Ｉ２，Ｉ３〜Ｉ４，Ｉ５〜Ｉ６は、各グループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに属するドットパターンに対応するＳＬＭ１４のミラー要素１６の配列番号の範囲を表している。そのミラー要素１６の配列番号の値Ｉ１〜Ｉ２等によって、対応するドットパターンの入射面２５Ｉにおける中心位置（ｙｉ，ｚｉ）が特定される。この例では、グループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに属するドットパターンの直径Ｄｉとして最も頻度の高い値はそれぞれｄ２，ｄ１，ｄ４である。

なお、ステップ１１４においては、クラスタリング以外の手法で、例えば単に画像（設定光量分布）を３グループに分ける等の手法でドットパターンを３つのグループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに分けてもよい。次のステップ１１６において、演算装置４０は、３個のグループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに属するドットパターンの直径Ｄｉをグループ内平均値Ｄｊ（ｊ＝１，２，３）で置き換える。一例として、そのグループ内平均値Ｄｊは、各グループ内の直径Ｄｉの最頻値である。この結果、図３１（Ｂ）のグループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆ内の共通化された直径Ｄｊは、図３１（Ｃ）に示すｄ２，ｄ１，ｄ４となる。なお、図３１（Ｃ）の横軸の配列番号ｉは、図２８（Ａ）のＳＬＭ１４の１番目からＮ番目のミラー要素１６の配列番号である。

図３０（Ａ）の第１設定光量分布５６において、グループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに属するドットパターンの直径Ｄｉを共通化された直径Ｄｊで置き換えると、図３０（Ｂ）の第２設定光量分布５６Ａが得られる。次のステップ１１８において、演算装置４０は、図３１（Ｂ）のｊ番目（ｊ＝１，２，３）のグループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに属するドットパターン（Ｉ１〜Ｉ２，Ｉ３〜Ｉ４，Ｉ５〜Ｉ６番のミラー要素１６に対応するドットパターン）の中心位置（ｙｊｉ，ｚｊｉ）及び共通化された直径Ｄｊを、図３０（Ｂ）（又は図２８（Ａ））のＳＬＭ１４のｊ番目の配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ内のミラー要素１６（第ｊ組のミラー要素群）の反射光によって入射面２５Ｉに形成されるドットパターンの中心位置（ｙｊｉ，ｚｊｉ）及び共通化された直径Ｄｊに設定する。これは、図３１（Ｃ）の横軸（ミラー要素１６の配列番号ｉ）において、図３１（Ｂ）のｊ番目のグループ５２Ｄ，５２Ｅ，５２Ｆに対応する領域をｊ番目の配列領域５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃとみなすことを意味する。

この場合、図３０（Ｂ）において、ＳＬＭ１４の１番目の配列領域５２Ａ内のミラー要素１６Ａ３〜１６Ａ５で反射された照明光によって入射面２５Ｉ（ひいては照明瞳面ＩＰＰ、以下同様）の位置ＰＡ３〜ＰＡ５に形成されるドットパターン５３Ｂの直径は共通にｄ２であり、２番目の配列領域５２Ｂ内のミラー要素１６Ｂ３〜１６Ｂ５で反射された照明光によって入射面２５Ｉの位置ＰＢ３〜ＰＢ５に形成されるドットパターン５３Ａの直径は共通にｄ１であり、３番目の配列領域５２Ｃ内のミラー要素１６Ｃ３〜１６Ｃ５で反射された照明光によって入射面２５Ｉの位置ＰＣ３〜ＰＣ５に形成されるドットパターン５３Ｄの直径は共通にｄ４である。第２実施形態では、ドットパターンの中心位置（ｙｊｉ，ｚｊｉ）は、対応するミラー要素１６の２軸の回りの傾斜角で設定でき、共通化された直径Ｄｊ（ｄ１〜ｄ４）は、発散角可変部１８によって設定できる。

次のステップ１２０において、演算装置４０は、図３０（Ｂ）の第２設定光量分布５６Ａにおける座標（ｙｍ，ｘｎ）の各格子点の光強度Ｄ２Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）を計算する。さらに、この光強度Ｄ２Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）で式（３）の光強度Ｄ１Ｅ（ｙｍ，ｚｎ）を置き換えて目的関数ｆ１を計算する。そして、ステップ１１８で設定されたｊ番目（ｊ＝１〜３）の配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内の各ミラー要素１６によって入射面２５Ｉに形成されるドットパターンの中心位置（ｙｊｉ，ｚｊｉ）及び直径Ｄｊ（ｊ＝１〜３）を初期値として、その目的関数ｆ１がより小さくなるようにドットパターンの中心位置（ｙｊｉ，ｚｊｉ）及び直径Ｄｊの値を微調整する。この際には、各配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内のミラー要素１６に対応するドットパターンの直径Ｄｊは共通にｄ１〜ｄ４の中で調整できるのみである。このようにして入射面２５Ｉで設定される光量分布を第３設定光量分布５６Ｂとする。

このステップ１２０によって、入射面２５Ｉに形成される光量分布をより目標光量分布に近づけることができる。なお、このステップ１２０は省略可能である。次のステップ１２２において、演算装置４０は、ステップ１２０で決定されたＳＬＭ１４の各配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内のミラー要素１６に対応するドットパターンの中心位置（ｙｊｉ，ｚｊｉ）及び共通の直径Ｄｊの値（最適化された照明条件の情報）を、主制御系３５を介して記憶装置３９内の露光データファイルに記録する。なお、各ミラー要素１６における２軸の回りの傾斜角と対応するドットパターンの入射面２５Ｉ上の中心位置（ｙｊｉ，ｚｊｉ）との関係は既知であり、共通の直径Ｄｊの値（ｄ１〜ｄ４）は、図２７のＤＯＥ１９Ａ１〜１９Ａ３等に対応するため、その最適化された照明条件の情報としては、各配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内のミラー要素１６の２軸の回りの傾斜角、及び配列領域５２Ａ〜５２Ｃに対応する領域５１Ａ〜５１Ｃに設定されるＤＯＥ１９Ａ１〜１９Ａ３等の種類（素通しを含む）を用いてもよい。その最適化された照明条件の情報は照明制御部３６内の制御部にも供給される。

照明制御部３６内の制御部は、ＳＬＭ制御系１７を介してＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内の各ミラー要素１６の２軸の回りの傾斜角をその最適化された照明条件に設定し、駆動機構２０を介して、配列領域５２Ａ〜５２Ｃに対応する領域５１Ａ〜５１Ｃにその最適化されたドットパターンの直径Ｄｊに応じた回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃ内のＤＯＥ（素通しを含む）を配置する。これによって、照明光学系ＩＬＳの照明条件がレチクルＲのパターンに対して最適化される。

次のステップ１２４でウエハステージＷＳＴに未露光のウエハＷがロードされ、次のステップ１２６で光源１０からの照明光ＩＬの照射が開始されて、ステップ１２８でウエハＷの露光が行われる。この際に、照明条件がレチクルＲに対して最適化されているため、レチクルＲのパターンの像を高精度にウエハＷの各ショット領域に露光できる。また、ステップ１２８で露光を開始する前に、照明制御部３６内の特性計測部で、撮像素子２４の撮像信号を取り込んで入射面２５Ｉ（照明瞳面ＩＰＰ）の光量分布を計測してもよい。この計測の結果、設定された光量分布と目標光量分布との差（又は特定の部分の差）が所定の許容範囲を超えているときには、照明制御部３６内の制御部は、例えばＳＬＭ１４の配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内の各ミラー要素１６からのドットパターンの位置を微調整するように、各ミラー要素１６の２軸の回りの傾斜角を調整してもよい。さらに、必要に応じて、配列領域５２Ａ〜５２Ｃ毎に領域５１Ａ〜５１Ｃに設定されるＤＯＥの種類を換えて、配列領域５２Ａ〜５２Ｃ毎にドットパターンの直径を調整してもよい。これによって、例えば照明光ＩＬの照射エネルギーで瞳形状が変化したような場合でも、例えばリアルタイムで照明条件を最適化して、高精度に露光を行うことができる。

第２実施形態の効果等は以下のとおりである。
第２実施形態の露光装置ＥＸは、ＳＬＭ１４が備える複数のミラー要素１６（光学要素）を介してレチクル面Ｒａ（被照射面）に光を照射する照明装置８を備えている。また、照明装置８によって、照明瞳面ＩＰＰ（第１面）に画像としての光量分布を形成する方法は、画像形成方法ともみなすことができる。この光量分布形成方法（画像形成方法）は、照明瞳面ＩＰＰ上の目標光量分布５５（目標画像）を設定するステップ１０２と、それぞれ照明瞳面ＩＰＰ上での位置が制御可能であって、グループ毎にドットパターンの状態の一例である直径が制御可能な３個（Ｋ＝３の場合）のグループに分けられたＮ個（ＮはＫより２桁以上大きい整数）のドットパターン５３Ａ等（局所領域）に関して、照明瞳面ＩＰＰ上での位置（中心位置）のＮ個の値（ｙｉ，ｚｉ）及びその直径のＮ個の値Ｄｉを変化させて、そのＮ個のドットパターン５３Ａ等を照明瞳面ＩＰＰ上で配列して得られる第１の設定光量分布５６（第１画像）とその目標光量分布との誤差に対応する目的関数ｆの値が小さくなるように、その位置のＮ個の第１の値（ｙｉ，ｚｉ）及びその直径のＮ個の値Ｄｉを求めるステップ１０６〜１１２と、を有する。さらに、その光量分布形成方法（画像形成方法）は、その直径のＮ個の値Ｄｉからその３個のグループ毎の直径の第２の値Ｄｊ及びその位置の第２の値（ｙｊｉ，ｚｊｉ）を求めるステップ１１４，１１６と、を含む。

また、照明装置８は、照明瞳面ＩＰＰ上の目標光量分布（目標画像）の情報を入力する入出力装置３４と、光源１０からの光をそれぞれ照明瞳面ＩＰＰの位置可変のドットパターン５３Ａ等（局所領域）に導くとともに、３個（Ｋ＝３）の配列領域５２Ａ〜５２Ｃ内のミラー要素群に分けることが可能なＮ個のミラー要素１６を持つＳＬＭ１４と、３個のミラー要素群によって照明瞳面ＩＰＰに導かれる３個のグープのドットパターン５３Ａ等の直径をグループ毎に制御する３個の回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃ（フィルタ部）と、Ｎ個のドットパターン５３Ａ等を照明瞳面ＩＰＰ上で配列して得られる第１の設定光量分布（第１画像）と目標光量分布との誤差に応じて、ドットパターン５３Ａ等の位置のＮ個の第１の値及び直径のＮ個の値Ｄｉを求め、Ｎ個のドットパターンを直径ＤｉのＮ個の値に応じて３個のグループ５２Ｄ〜５２Ｆに分け、３個のグループ毎の直径Ｄｉの値として共通の値Ｄｊを求める演算装置４０と、３個のミラー要素毎に対応するドットパターンの位置をその第１の値に設定し、直径をＤｊに設定して照明瞳面ＩＰＰ上に形成される第２の設定光量分布からの光でレチクル面Ｒａを照明するコンデンサー光学系３２と、を備えている。

第２実施形態によれば、ドットパターンの状態に関する変数である直径は、配列領域５２Ａ〜５２Ｃに対応する３個のグループ毎に制御可能であるため、その直径の値の数は３個（Ｋ＝３の場合）であるが、最初からその直径の値の数を３個にすると、その直径の値が例えば初期値からほとんど変動しない場合もある。そこで、ステップ１０６及び１１２では、その直径の値の数は３個よりも多いＮ個であるとして条件を緩和し、そのＮ個の値から３個の値を求めることによって、その直径の値を効率的に、かつ正確に求めることができ、照明瞳面ＩＰＰに目標光量分布（目標画像）に近い光量分布（画像）を設定できる。

なお、第２実施形態では、ステップ１０６及び１１２では、ドットパターンの直径の値の数をミラー要素１６の数と同じＮ個にしているが、そのドットパターンの直径の値の数をＮ１個（Ｎ１はＮ以下でＫより大きい整数）としてもよい。これは、例えばミラー要素１６のアレイをほぼＮ／２個のグループに分け、各グループ内のミラー要素１６に対応するドットパターンの直径を共通の値（ｄ１〜ｄ４）に設定することを意味している。

また、第２実施形態の照明方法は、第２実施形態の照明装置８による光量分布形成方法（画像形成方法）を用いて照明瞳面ＩＰＰに目標光量分布に基づいて光源１０からの光の光量分布を形成することと、照明瞳面ＩＰＰからの光をコンデンサー光学系３２を介してレチクル面Ｒａに導くことと、を有する。さらに、第２実施形態の露光方法はその照明方法を使用している。

また、第２実施形態の露光装置ＥＸは、露光用の照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基板）を露光する露光装置において、第２実施形態の照明装置８を備え、照明装置８によって照明光ＩＬでそのパターンを照明している。第２実施形態によれば、レチクルＲのパターンを容易に最適化された照明条件で照明できるため、レチクルＲのパターンの像を高精度にウエハＷに露光できる。

なお、上記の第２実施形態では、入射面２５Ｉ又は照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布（光量分布）を設定するために複数のミラー要素１６の直交する２軸の回りの傾斜角を制御可能なＳＬＭ１４が使用されている。しかしながら、ＳＬＭ１４の代わりに、それぞれ反射面の法線方向の位置が制御可能な複数のミラー要素のアレイを有する空間光変調器を使用する場合にも、上記の第２実施形態が適用可能である。さらに、ＳＬＭ１４の代わりに、例えばそれぞれ入射する光の状態（反射角、屈折角、透過率等）を制御可能な複数の光学要素を備える任意の光変調器を使用する場合にも、上記の第２実施形態が適用可能である。

また、上記の第２実施形態では、ドットパターンのグループ毎の状態に関する変数としてドットパターンの直径（又は幅）が使用されている。しかしながら、その状態に関する変数として、光量を使用してもよい。この場合には、回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃの代わりに、それぞれ光透過率が異なる複数のＮＤフィルタを連結した光学部材群を使用すればよい。さらに、ドットパターンの直径と光量とを同時に調整できるようにしてもよい。また、上記の第２実施形態では、発散角可変部１８が回折光学素子群１９Ａ〜１９Ｃを有するものとしたが、発散角可変部１８は、回折光学素子に代えて、マイクロレンズアレイ等の屈折光学素子のアレイやミラーアレイ等の反射光学素子のアレイを用いることもできる。

また、上記の第２実施形態では、発散角可変部１８の回折光学素子群の設置面とミラー要素１６のアレイの平均的な配置面とがリレー光学系１３に関してほぼ共役であったが、発散角可変部１８の回折光学素子群の設置面は、リレー光学系１３に関するミラー要素１６のアレイの平均的な配置面の共役面から外れた位置であっても良い。例えば、図２５の例において、リレー光学系１３とミラー要素１６のアレイとの間の光路中に発散角可変部１８を配置しても良い。

また、上記の第２実施形態ではオプティカルインテグレータとして図２５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２５が使用されている。しかしながら、オプティカルインテグレータとしては、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。また、上記の第２実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、この電子デバイスは、図３２に示すように、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（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した第２実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法によりマスクのパターンを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。

言い替えると、上記のデバイスの製造方法は、上記の第２実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて、マスクのパターンを介して基板（ウエハＷ）を露光する工程と、その露光された基板を処理する工程（即ち、基板のレジストを現像し、そのマスクのパターンに対応するマスク層をその基板の表面に形成する現像工程、及びそのマスク層を介してその基板の表面を加工（加熱及びエッチング等）する加工工程）と、を含んでいる。

このデバイス製造方法によれば、レチクルのパターンを高精度に露光できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。なお、本発明は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている液浸型露光装置にも適用できる。さらに、本発明は、ステッパー型の露光装置にも適用できる。

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。

このように本発明は上述の第２実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

１ ビーム送光部
２ 光強度均一化部材
３ 回折光学素子（発散角付与部材）
４ 再結像光学系
５ 空間光変調器
６ １／２波長板（偏光部材）
７ リレー光学系
８Ａ 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）
９ 偏光変換ユニット
１０Ａ コンデンサー光学系
１１Ａ マスクブラインド
１２Ａ 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 (66)

1. 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、
   前記所定面と光学的に共役な面を含む共役空間に配置されて、入射光束に発散角を付与して射出する発散角付与部材と、
   前記所定面を含む所定空間または前記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を備えていることを特徴とする照明光学系。
2. 前記偏光部材は、前記照明光学系の照明光路内の面である第１面に配置され、該第１面を通過する前記光源からの光が前記空間光変調器に入射することを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 前記偏光部材は、前記照明光学系の照明光路内の面である第１面に配置され、該第１面を通過する前記光源からの光が前記発散角付与部材に入射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。
4. 前記偏光部材は、前記所定面と光学的に共役な面に配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明光学系。
5. 前記発散角付与部材は、光路を伝搬する伝搬光束のうちの少なくとも一部の光束が進行する第１光路のみに配置されて、平行光束が入射したときに所定の発散角を有する発散光束に変換して射出する特性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明光学系。
6. 前記発散角付与部材は、平行光束が入射したときに第１の発散角を有する第１発散光束に変換して射出する特性を有する第１領域と、平行光束が入射したときに前記第１の発散角よりも大きい第２の発散角を有する第２発散光束に変換して射出する特性を有する第２領域とを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明光学系。
7. 前記発散角付与部材の入射側の光路に配置されて、前記第１領域に入射する光強度よりも前記第２領域に入射する光強度が強い光強度分布にする光強度分布設定部を備えていることを特徴とする請求項６に記載の照明光学系。
8. 前記発散角付与部材からは互いに発散角の異なる複数の光束が射出され、該発散角の異なる複数の光束は前記照明光学系の光軸と横切る面において互いに異なる位置を通過することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明光学系。
9. 前記発散角付与部材は、特性の異なる別の発散角付与部材と交換可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の照明光学系。
10. 前記発散角付与部材に平行光束が入射したとき、前記発散角付与部材から射出される光束の発散角の、前記照明光学系の光軸と横切る面における分布を第１発散角分布とし、前記別の発散角付与部材に平行光束が入射したとき、前記別の発散角付与部材から射出される光束の発散角の、前記照明光学系の光軸と横切る面における分布を第２発散角分布とするとき、前記第１および第２発散角分布は互いに異なる分布であることを特徴とする請求項９に記載の照明光学系。
11. 前記偏光部材は、入射した第１光束を第１の偏光状態の光に変化させる第１偏光素子と、入射した第２光束を第２の偏光状態の光に変化させる第２偏光素子とを有し、
    前記第２光束は前記第１光束と並列してい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。
12. 前記偏光部材は、入射した光束のうちの第１偏光成分と該第１偏光成分とは異なる偏光状態の第２偏光成分とに位相差を与えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の照明光学系。
13. 前記偏光部材は、前記伝搬光束のうちの一部の光束が進行する第１光路のみに配置された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。
14. 前記偏光部材は、前記伝搬光束のうちの一部の光束が進行する第１光路のみに配置された旋光子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。
15. オプティカルインテグレータを備え、
    前記偏光部材は、前記光源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１４のいずれか１項に記載の照明光学系。
16. 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少なくとも一部の光束に発散角を付与して発散角の異なる複数の光束を生成する発散角付与部材とを備えていることを特徴とする照明光学系。
17. 前記発散角付与部材からは互いに発散角の異なる複数の光束が射出され、該発散角の異なる複数の光束は前記照明光学系の光軸と横切る面において互いに異なる位置を通過することを特徴とする請求項１６に記載の照明光学系。
18. 前記発散角付与部材は、前記伝搬光束のうちの一部の光束が進行する第１光路に配置されて、平行光束が入射したときに所定の発散角を有する発散光束に変換して射出する特性を有することを特徴とする請求項１６または１７に記載の照明光学系。
19. 前記発散角付与部材は、平行光束が入射したときに第１の発散角を有する第１発散光束に変換して射出する特性を有する第１領域と、平行光束が入射したときに前記第１の発散角よりも大きい第２の発散角を有する第２発散光束に変換して射出する特性を有する第２領域とを備えていることを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１項に記載の照明光学系。
20. 前記発散角付与部材の入射側の光路に配置されて、前記第１領域に入射する光強度よりも前記第２領域に入射する光強度が強い光強度分布にする光強度分布設定部を備えていることを特徴とする請求項１９に記載の照明光学系。
21. 前記発散角付与部材は、特性の異なる別の発散角付与部材と交換可能であることを特徴とする請求項１６乃至２０のいずれか１項に記載の照明光学系。
22. 前記発散角付与部材に平行光束が入射したとき、前記発散角付与部材から射出される光束の発散角の、前記照明光学系の光軸と横切る面における分布を第１発散角分布とし、前記別の発散角付与部材に平行光束が入射したとき、前記別の発散角付与部材から射出される光束の発散角の、前記照明光学系の光軸と横切る面における分布を第２発散角分布とするとき、前記第１および第２発散角分布は互いに異なる分布であることを特徴とする請求項２１に記載の照明光学系。
23. 前記所定面を含む所定空間または前記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を備えていることを特徴とする請求項１６乃至２２のいずれか１項に記載の照明光学系。
24. 前記偏光部材は、入射した第１光束を第１の偏光状態の光に変化させる第１偏光素子と、入射した第２光束を第２の偏光状態の光に変化させる第２偏光素子とを有し、
    前記第２光束は前記第１光束と並列していることを特徴とする請求項２３に記載の照明光学系。
25. 前記偏光部材は、前記伝搬光束のうちの一部の光束が進行する第１光路のみに配置された波長板を有することを特徴とする請求項２３または２４に記載の照明光学系。
26. 前記偏光部材は、前記伝搬光束のうちの一部の光束が進行する第１光路のみに配置された旋光子を有することを特徴とする請求項２３乃至２５のいずれか１項に記載の照明光学系。
27. オプティカルインテグレータを備え、
    前記偏光部材は、前記光源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２３乃至２６のいずれか１項に記載の照明光学系。
28. 前記空間光変調器の入射側の光路中の第２所定面に配置されて、前記所定面へ入射する光の強度分布の前記所定面内での均一性を前記第２所定面に入射する光の強度分布の前記第２所定面内での均一性よりも向上させる光強度均一化部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至２７のいずれか１項に記載の照明光学系。
29. 前記光強度均一化部材は、入射した光束を複数の光束に波面分割する波面分割素子と、該波面分割素子により波面分割された前記複数の光束を前記所定面において重畳させるリレー光学系とを有することを特徴とする請求項２８に記載の照明光学系。
30. 前記リレー光学系の前側焦点位置に前記波面分割素子が配置され、前記所定面に前記リレー光学系の後側焦点位置が位置決めされることを特徴とする請求項２９に記載の照明光学系。
31. 前記光強度均一化部材は、前記光源と前記空間光変調器との間の光路の中間位置よりも前記光源側に配置されていることを特徴とする請求項２８乃至３０のいずれか１項に記載の照明光学系。
32. 前記波面分割素子と前記空間光変調器との間の光路から取り出した光に基づいて、前記所定面へ入射する光の前記光路を横切る面内の位置と、前記所定面へ入射する光の前記所定面に対する角度との少なくとも一方を検出するビーム検出部を備えていることを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の照明光学系。
33. 前記照明瞳の近傍に配置されて、所定の方向に偏光方向を有する直線偏光の入射光を、前記照明光学系の光軸を中心とする円の接線方向に偏光方向を有する周方向偏光の射出光または該円の半径方向に偏光方向を有する径方向偏光の射出光に変換する偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする請求項１乃至３２のいずれか１項に記載の照明光学系。
34. 前記偏光変換ユニットは、旋光性を有する光学材料により形成されて前記光軸を中心とする円の周方向に沿って厚さが変化する形態の偏光変換部材を有することを特徴とする請求項３３に記載の照明光学系。
35. 前記偏光変換部材は、前記光軸を中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形状を有することを特徴とする請求項３４に記載の照明光学系。
36. 前記空間光変調器は、前記所定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３５のいずれか１項に記載の照明光学系。
37. 前記空間光変調器と前記照明瞳との間の光路中に配置されて、前記空間光変調器の前記複数の光学要素が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乃至３６のいずれか１項に記載の照明光学系。
38. 前記分布形成光学系は、前記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３７に記載の照明光学系。
39. 前記分布形成光学系の前側焦点位置は前記所定空間に位置し、前記分布形成光学系の後側焦点位置は前記照明光学系の瞳空間に位置することを特徴とする請求項３７または３８に記載の照明光学系。
40. 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３９のいずれか１項に記載の照明光学系。
41. 第１面上の目標画像の光量分布情報を入力する入力装置を備え、
    前記空間光変調器は、前記光源からの光をそれぞれ前記第１面の位置可変の局所領域に導くとともに、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の光学要素群に分けることが可能なＮ個（ＮはＫより大きい整数）の光学要素を有し、
    前記照明光学系はさらに、
    前記Ｋ個の光学要素群によって前記第１面に導かれるＫ個のグループの前記局所領域の状態に関する変数をグループ毎に制御するＫ個のフィルタ部と、
    Ｎ個の前記局所領域を前記第１面上で配列して得られる第１画像と前記目標画像との誤差に応じて、前記局所領域の前記位置のＮ個の第１の値及び前記変数のＮ１個（Ｎ１はＮ以下でＫより大きい整数）の値を求め、前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分け、前記Ｋ個のグループ毎の前記変数の値として共通の第２の値を求める演算装置と、
    前記Ｋ個の光学要素毎に対応する前記局所領域の前記位置を前記第１の値に設定し、前記変数を前記第２の値に設定して前記第１面上に形成される第２画像の光量分布からの光で前記被照射面を照明するコンデンサー光学系と、
    を備えることを特徴とする請求項５乃至８および１７乃至２０のいずれか１項に記載の照明光学系。
42. 前記演算装置は、前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分けるために、前記Ｎ個の局所領域をそれぞれ前記変数の値のばらつきが小さいＫ個のグループにクラスタリングすることを特徴とする請求項４１に記載の照明光学系。
43. 前記Ｋ個のフィルタ部は、
    前記光学要素の平均的な配置面と共役な第２面又はこの近傍の面で前記Ｋ個の光学要素群に対応する位置に配置されて、それぞれ互いに独立に光の発散角が複数段階に制御可能なＫ個のフィルタ部材群であることを特徴とする請求項４１又は４２に記載の照明光学系。
44. 前記第１面上に形成される画像の光量分布を計測する計測装置を備え、
    前記演算装置は、前記計測装置の計測結果に基づいて前記位置の前記第１の値及び前記変数の前記第２の値を補正することを特徴とする請求項４１〜４３のいずれか一項に記載の照明光学系。
45. 前記変数のＮ１個の値はＮ個の値であることを特徴とする請求項４１〜４４のいずれか一項に記載の照明光学系。
46. 前記光学要素は、交差する２つの軸の回りの傾斜角が制御可能な反射要素であることを特徴とする請求項４１〜４５のいずれか一項に記載の照明光学系。
47. 所定のパターンを照明するための請求項１乃至４６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。
48. 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４７に記載の露光装置。
49. 請求項４７または４８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。
50. 光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
    第１面上の目標画像の光量分布情報を入力する入力装置と、
    前記光源からの光をそれぞれ前記第１面の位置可変の局所領域に導くとともに、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）の光学要素群に分けることが可能なＮ個（ＮはＫより大きい整数）の光学要素を持つ空間光変調器と、
    前記Ｋ個の光学要素群によって前記第１面に導かれるＫ個のグループの前記局所領域の状態に関する変数をグループ毎に制御するＫ個のフィルタ部と、
    Ｎ個の前記局所領域を前記第１面上で配列して得られる第１画像と前記目標画像との誤差に応じて、前記局所領域の前記位置のＮ個の第１の値及び前記変数のＮ１個（Ｎ１はＮ以下でＫより大きい整数）の値を求め、前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分け、前記Ｋ個のグループ毎の前記変数の値として共通の第２の値を求める演算装置と、
    前記Ｋ個の光学要素毎に対応する前記局所領域の前記位置を前記第１の値に設定し、前記変数を前記第２の値に設定して前記第１面上に形成される第２画像の光量分布からの光で前記被照射面を照明するコンデンサー光学系と、
    を備えることを特徴とする照明光学系。
51. 前記演算装置は、前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分けるために、前記Ｎ個の局所領域をそれぞれ前記変数の値のばらつきが小さいＫ個のグループにクラスタリングすることを特徴とする請求項５０に記載の照明光学系。
52. 前記Ｋ個のフィルタ部は、
    前記光学要素の平均的な配置面と共役な第２面又はこの近傍の面で前記Ｋ個の光学要素群に対応する位置に配置されて、それぞれ互いに独立に光の発散角が複数段階に制御可能なＫ個のフィルタ部材群であることを特徴とする請求項５０又は５１に記載の照明光学系。
53. 前記第１面上に形成される画像の光量分布を計測する計測装置を備え、
    前記演算装置は、前記計測装置の計測結果に基づいて前記位置の前記第１の値及び前記変数の前記第２の値を補正することを特徴とする請求項５０〜５２のいずれか一項に記載の照明光学系。
54. 前記変数のＮ１個の値はＮ個の値であることを特徴とする請求項５０〜５３のいずれか一項に記載の照明光学系。
55. 前記光学要素は、交差する２つの軸の回りの傾斜角が制御可能な反射要素であることを特徴とする請求項５０〜５４のいずれか一項に記載の照明光学系。
56. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
    請求項５０〜５５のいずれか一項に記載の照明光学系を備え、
    前記照明光学系によって前記露光光で前記パターンを照明することを特徴とする露光装置。
57. 請求項５６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。
58. 画像を形成する方法であって、
    第１面上の目標画像を設定することと、
    それぞれ前記第１面上での位置が制御可能であって、グループ毎に状態に関する変数が制御可能なＫ個（Ｋは２以上の整数）のグループに分けることが可能なＮ個（ＮはＫより大きい整数）の局所領域に関して、前記Ｎ個の局所領域を前記第１面上で配列して得られる第１画像と前記目標画像との誤差に応じて、前記局所領域の前記位置のＮ個の第１の値及び前記変数のＮ１個（Ｎ１はＮ以下でＫより大きい整数）の値を求めることと、
    前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分けることと、
    前記Ｋ個のグループの前記局所領域の前記変数の値として共通の第２の値を求めることと、
    を含むことを特徴とする画像形成方法。
59. 前記Ｎ個の局所領域を前記変数のＮ１個の値に応じて前記Ｋ個のグループに分けることは、前記Ｎ個の局所領域をそれぞれ前記変数の値のばらつきが小さいＫ個のグループにクラスタリングすることであることを特徴とする請求項５８に記載の画像形成方法。
60. 前記Ｋ個のグループの前記局所領域の前記位置の値及び前記変数の共通の値の少なくとも一方を前記第１の値及び前記第２の値に対して変化させて、前記Ｎ個の局所領域を前記第１面上で配列して得られる第２画像と前記目標画像との誤差が小さくなるように、前記位置のＮ個の値及び前記変数の前記Ｋ個のグループ毎の値を求めることと、
    求められた前記位置のＮ個の値で前記第１の値を更新し、求められた前記変数の前記Ｋ個のグループ毎の値で前記第２の値を更新することと、
    を含むことを特徴とする請求項５８又は５９に記載の画像形成方法。
61. 前記変数のＮ１個の値はＮ個の値であることを特徴とする請求項５８〜６０のいずれか一項に記載の画像形成方法。
62. 前記局所領域は大きさが可変の円形状又は正方形状のパターンであり、
    前記局所領域の状態に関する前記変数は、前記パターンの大きさを示すことを特徴とする請求項５８〜６１のいずれか一項に記載の画像形成方法。
63. 前記Ｎ個の局所領域を前記Ｋ個のグループに分けるために、
    それぞれ光源からの光を前記第１面の前記局所領域に導くことが可能なＮ個の光学要素を持つ空間光変調器の前記光学要素に、前記複数の光学要素が配置される平均的な面と共役な第２面又はこの近傍の面に配置されたＫ個の互いに独立に光の発散角が制御可能なフィルタ部材群を介して前記光を照射することを含む請求項５８〜６２のいずれか一項に記載の画像形成方法。
64. 光源からの光で被照射面を照明する照明方法において、
    請求項５８〜６３のいずれか一項に記載の画像形成方法を用いて前記第１面に前記目標画像に基づいて前記光源からの光の光量分布を形成することと、
    前記第１面からの光をコンデンサー光学系を介して前記被照射面に導くことと、
    を含むことを特徴とする照明方法。
65. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び前記投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
    請求項６４に記載の照明方法によって前記露光光で前記パターンを照明することを特徴とする露光方法。
66. 請求項６５に記載の露光方法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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