JP5403244B2 - 空間光変調ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、空間光変調ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学系に関するものである。

この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、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。

二次光源からの光束は、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高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。

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（特許文献１を参照）。特許文献１に開示された照明光学系では、アレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小なミラー要素により構成された可動マルチミラーを用いて、入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換し、ひいては所望の瞳強度分布を実現している。

特開２００２−３５３１０５号公報

特許文献１に記載された照明光学系では、可動マルチミラーを用いているので瞳強度分布の形状および大きさの変更に関する自由度は高いが、空間光変調器としての可動マルチミラーを単体で使用しているため、ミラー要素の反射面に入射する光の単位面積当たりのエネルギーが比較的大きくなる。その結果、光照射に起因してミラー要素の反射率が経時的に低下し易く、ひいては空間光変調器が所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮することが困難になる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、内蔵する空間光変調器の所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮することのできる空間光変調ユニットを提供することを目的とする。また、内蔵する空間光変調器の所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮する空間光変調ユニットを用いて、多様性に富んだ照明条件を安定的に実現することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、多様性に富んだ照明条件を安定的に実現する照明光学系を用いて、転写すべき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良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられる空間光変調ユニットであって、
互いに並列的に配置されて、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第１乃至第３空間光変調器と、
前記光源から入射した光を前記第１乃至第３空間光変調器のうちの少なくとも１つの空間光変調器へ選択的に導く選択導光部とを備えていることを特徴とする空間光変調ユニットを提供する。

本発明の第２形態では、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系において、
第１形態の空間光変調ユニットと、
前記第１乃至第３空間光変調器のうちの少なくとも１つの空間光変調器を経た光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。

本発明の第３形態では、所定のパターンを照明するための第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。

本発明の第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露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の空間光変調ユニットでは、３つの反射型の空間光変調器が照明光路中に並列的に配置され、少なくとも１つの空間光変調器へ選択的に照明光が導かれる。したがって、３つの空間光変調器の同時使用により瞳強度分布を自在に且つ迅速に変化させ、瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、３つの空間光変調器の同時使用により、ミラー要素の反射面に入射する光の単位面積当たりのエネルギーを小さく抑え、各空間光変調器の所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮することができる。また、任意の空間光変調器が故障しても、他の空間光変調器を用いて装置の稼働を続けることができ、ひいては装置を停止させることなく故障した空間光変調器を交換することができる。

こうして、本発明の照明光学系では、内蔵する空間光変調器の所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮する空間光変調ユニットを用いて、瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本発明の露光装置では、多様性に富んだ照明条件を実現する照明光学系を用いて、転写すべき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良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 図１の空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す第１の図である。 図１の空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す第２の図である。 ３つの前側偏向部材が入射光束を４分割する様子を示す図である。 空間光変調ユニットにおける空間光変調器の作用を説明する図である。 空間光変調器の要部の部分斜視図である。 マイクロフライアイレンズの入射面および後側焦点面に形成される輪帯状の光強度分布を模式的に示す図である。 第３空間光変調器の故障時に２つの前側偏向部材が入射光束を３分割する様子を示す図である。 第２空間光変調器の故障時に３つの前側偏向部材が入射光束を３分割する様子を示す図である。 第３空間光変調器の故障時に入射光束を２つの前側偏向部材によりほぼ３等分する変形例を示す図である。 図１０の変形例にかかる空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。 偏光照明方法を適用した変形例にかかる空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。 図１２の偏光素子の構成を概略的に示す図である。 図１２の変形例において得られる輪帯状の瞳強度分布を模式的に示す図である。 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。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図２および図３は、図１の空間光変調ユニットの内部構成を概略的に示す図である。図１において、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１から射出された光は、ビーム送光部２および空間光変調ユニット３を介して、リレー光学系４に入射する。ビーム送光部２は、光源１からの入射光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ空間光変調ユニット３へ導くとともに、空間光変調ユニット３に入射する光束の位置変動および角度変動をアクティブに補正する機能を有する。

空間光変調ユニット３は、図２および図３に示すように、照明光路中に並列的に配置された４つの空間光変調器３１，３２，３３，３４を備えている。各空間光変調器３１〜３４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。４つの空間光変調器３１〜３４よりも光源側（図２，図３中左側）の光路中において最も光源側には、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３５が配置されている。平行平面板３５と第１空間光変調器３１および第２空間光変調器３２との間の光路中には、偏向部材３６が配置されている。

平行平面板３５と第３空間光変調器３３との間の光路中には偏向部材３７が配置され、平行平面板３５と第４空間光変調器３４との間の光路中には偏向部材３８が配置されている。第１空間光変調器３１および第２空間光変調器３２とリレー光学系４との間の光路中には、偏向部材３９が配置されている。第３空間光変調器３３とリレー光学系４との間の光路中には偏向部材４０が配置され、第４空間光変調器３４とリレー光学系４との間の光路中には偏向部材４１が配置されている。

以下、説明の理解を容易にするために、平行平面板３５は、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交する基準姿勢に設定されているものとする。この場合、３つの前側偏向部材３６〜３８は、光源１からの光束を４分割し、第１光束を第１空間光変調器３１へ導き、第２光束を第２空間光変調器３２へ導き、第３光束を第３空間光変調器３３へ導き、第４光束を第４空間光変調器３４へ導く。３つの後側偏向部材３９〜４１は、各空間光変調器３１〜３４を経た光をリレー光学系４へ導く。空間光変調ユニット３の具体的な構成および作用については後述する。なお、図２では、図面の明瞭化のために、偏向部材３７，３８，４０，４１の図示を省略している。

空間光変調ユニット３から射出された光は、リレー光学系４を介して、所定面５に入射する。リレー光学系４は、その前側焦点位置が各空間光変調器３１〜３４の複数のミラー要素の配列面の位置とほぼ一致し且つその後側焦点位置が所定面５の位置とほぼ一致するように設定されている。後述するように、各空間光変調器３１〜３４を経た光は、複数のミラー要素の姿勢に応じた光強度分布を所定面５に可変的に形成する。

所定面５に光強度分布を形成した光は、リレー光学系６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）７に入射する。リレー光学系６は、所定面５とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的に共役に設定している。したがって、空間光変調ユニット３を経た光は、所定面５と光学的に共役な位置に配置されたマイクロフライアイレンズ７の入射面に、所定面５に形成された光強度分布と同じ外形形状の光強度分布を形成する。

マイクロフライアイレンズ７は、たとえば縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。

マイクロフライアイレンズ７における単位波面分割面としての矩形状の微小屈折面は、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状である。なお、マイクロフライアイレンズ７として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号公報に開示されている。

マイクロフライアイレンズ７に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、入射面に形成される光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光束は、照明開口絞り（不図示）に入射する。照明開口絞りは、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍に配置され、二次光源に対応した形状の開口部（光透過部）を有する。

照明開口絞りは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。照明開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞りは、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。なお、照明開口絞りの設置を省略することもできる。

照明開口絞りにより制限された二次光源からの光は、コンデンサー光学系８を介して、マスクブラインド９を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ７の矩形状の微小屈折面の形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１０の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１０は、マスクブラインド９の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。

マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。

本実施形態の露光装置は、投影光学系ＰＬを介した光に基づいて投影光学系ＰＬの瞳面における瞳強度分布を計測する瞳強度分布計測部ＤＴと、瞳強度分布計測部ＤＴの計測結果に基づいて空間光変調ユニット３中の各空間光変調器３１〜３４を制御する制御部ＣＲとを備えている。瞳強度分布計測部ＤＴは、例えば投影光学系ＰＬの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された撮像面を有するＣＣＤ撮像部を備え、投影光学系ＰＬの像面の各点に関する瞳強度分布（各点に入射する光が投影光学系ＰＬの瞳位置に形成する瞳強度分布）をモニターする。瞳強度分布計測部ＤＴの詳細な構成および作用については、例えば米国特許公開第２００８／００３０７０７号公報を参照することができる。

本実施形態では、マイクロフライアイレンズ７により形成される二次光源を光源として、照明光学系の被照射面に配置されるマスクＭ（ひいてはウェハＷ）をケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。なお、瞳強度分布とは、照明光学系の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。

マイクロフライアイレンズ７による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ７の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ７の入射面および当該入射面と光学的に共役な面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４，６、およびマイクロフライアイレンズ７は、空間光変調ユニット３中の空間光変調器３１〜３４を経た光束に基づいてマイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。

次に、空間光変調ユニット３の内部構成および作用を具体的に説明する。平行平面板３５は、光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びる第１軸線（不図示）廻りに回転可能で且つ光軸ＡＸを通ってＺ方向に延びる第２軸線（不図示）廻りに回転可能に構成されている。その結果、ハービングとしての平行平面板３５は、制御部ＣＲからの指令にしたがって、図２および図３に示す基準姿勢から第１軸線廻りに任意の角度だけ回転した姿勢や、基準姿勢から第２軸線廻りに任意の角度だけ回転した姿勢をとることができる。基準姿勢に設定された平行平面板３５では、その入射面および射出面が光軸ＡＸと直交し、ひいてはＸＺ平面と平行である。

偏向部材３６および３９は、例えばＸ方向に延びる三角柱状のプリズムミラーの形態を有する。偏向部材３６は、光源側に向けた一対の反射面３６ａおよび３６ｂを有し、反射面３６ａと３６ｂとの稜線は光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びている。偏向部材３９は、マスク側に向けた一対の反射面３９ａおよび３９ｂを有し、反射面３９ａと３９ｂとの稜線は光軸ＡＸを通ってＸ方向に延びている。図４に示すように、光軸ＡＸに沿って光源側から見ると、一体的な一対の反射面３６ａおよび３６ｂは全体としてＺ方向に沿って細長い長方形の外形形状を有する。また、図示を省略したが、光軸ＡＸに沿ってマスク側から見ると、一体的な一対の反射面３９ａおよび３９ｂも全体としてＺ方向に沿って細長い長方形の外形形状を有する。

偏向部材３７，３８，４０，４１は、例えばＺ方向に延びる三角柱状のプリズムミラーの形態を有する。偏向部材３７，３８は、光源側に向けた反射面３７ａ，３８ａを有する。図４に示すように、光軸ＡＸに沿って光源側から見ると、偏向部材３７の反射面３７ａは反射面３６ａおよび３６ｂの＋Ｘ方向側の端縁部と接するように配置され、偏向部材３８の反射面３８ａは反射面３６ａおよび３６ｂの−Ｘ方向側の端縁部と接するように配置されている。

また、図示を省略したが、光軸ＡＸに沿ってマスク側から見ると、偏向部材４０の反射面４０ａは反射面３９ａおよび３９ｂの＋Ｘ方向側の端縁部と接するように配置され、偏向部材４１の反射面４１ａは反射面３９ａおよび３９ｂの−Ｘ方向側の端縁部と接するように配置されている。なお、例えば金属のような非光学材料や石英のような光学材料により形成された三角柱状の部材の側面に、アルミニウムや銀などからなる反射膜を設けることにより、偏向部材３６〜４１を形成することもできる。あるいは、偏向部材３６〜４１を、それぞれミラーとして形成することもできる。

平行平面板３５が基準姿勢に設定されている通常状態では、光軸ＡＸに沿って空間光変調ユニット３に入射した平行光束は、平行平面板３５の入射面および射出面で屈折作用を受けることなくそのまま通過した後、偏向部材３６〜３８に入射する。図４に示すように、偏向部材３６〜３８への入射光束、例えば矩形状の断面を有する入射光束Ｆ０のうち、偏向部材３６の第１反射面３６ａによって反射された矩形状の断面を有する第１光束Ｆ０１は第１空間光変調器３１に入射し、第２反射面３６ｂによって反射された矩形状の断面を有する第２光束Ｆ０２は第２空間光変調器３２に入射する。

偏向部材３７の反射面３７ａによって反射された矩形状の断面を有する第３光束Ｆ０３は第３空間光変調器３３に入射し、偏向部材３８の反射面３８ａによって反射された矩形状の断面を有する第４光束Ｆ０４は第４空間光変調器３４に入射する。以下、説明を単純化するために、入射光束Ｆ０の断面形状および偏向部材３６〜３８への入射光束Ｆ０の入射位置は、各光束Ｆ０１〜Ｆ０４が互いにほぼ同じ断面を有するように設定されているものとする。

第１空間光変調器３１により変調された光は、偏向部材３９の第１反射面３９ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。第２空間光変調器３２により変調された光は、偏向部材３９の第２反射面３９ｂにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。第３空間光変調器３３により変調された光は、偏向部材４０の反射面４０ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。第４空間光変調器３４により変調された光は、偏向部材４１の反射面４１ａにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。

以下、説明を単純化するために、各空間光変調器３１〜３４は互いに同じ構成を有し、第１空間光変調器３１の複数のミラー要素の配列面と第２空間光変調器３２の複数のミラー要素の配列面とは、光軸ＡＸを含んでＸＹ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。また、第３空間光変調器３３の複数のミラー要素の配列面と第４空間光変調器３４の複数のミラー要素の配列面とは、光軸ＡＸを含んでＹＺ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。すなわち、各空間光変調器３１〜３４は、その複数のミラー要素の配列面が光軸ＡＸと平行になるように配置されている。

同様に、偏向部材３６の第１反射面３６ａと第２反射面３６ｂ、および偏向部材３９の第１反射面３９ａと第２反射面３９ｂとは、光軸ＡＸを含んでＸＹ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。また、偏向部材３７の反射面３７ａと偏向部材３８の反射面３８ａ、および偏向部材４０の反射面４０ａと偏向部材４１の反射面４１ａとは、光軸ＡＸを含んでＹＺ平面に平行な面に関して対称に配置されているものとする。したがって、３つの空間光変調器３２〜３４について第１空間光変調器３１と重複する説明を省略し、第１空間光変調器３１に着目して、空間光変調ユニット３における各空間光変調器３１〜３４の構成および作用を説明する。

空間光変調器３１は、図５に示すように、ＸＹ平面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素３１ａと、複数のミラー要素３１ａを保持する基盤３１ｂと、基盤３１ｂ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３１ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３１ｃとを備えている。空間光変調器３１は、図６に示すように、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素３１ａ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５および図６では空間光変調器３１が４×４＝１６個のミラー要素３１ａ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３１ａを備えている。

図５を参照すると、光軸ＡＸと平行な方向に沿って偏向部材３６（図５では不図示）の第１反射面３６ａに入射して空間光変調器３１に向かって反射された光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３１ａ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３１では、すべてのミラー要素３１ａの反射面が１つの平面（ＸＹ平面）に沿って設定された基準状態において、光軸ＡＸと平行な方向に沿って反射面３６ａに入射した光線が、空間光変調器３１で反射された後に、偏向部材３９（図５では不図示）の第１反射面３９ａにより光軸ＡＸとほぼ平行な方向に向かって反射されるように構成されている。また、空間光変調器３１の複数のミラー要素３１ａの配列面は、上述したように、リレー光学系４の前側焦点位置またはその近傍に位置決めされている。

したがって、空間光変調器３１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、所定面５に所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成し、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面に光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した光強度分布を形成する。すなわち、リレー光学系４は、空間光変調器３１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３１の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である所定面５上での位置に変換する。

同様に、他の３つの空間光変調器３２〜３４によって変調された光は、その回折特性に応じた光強度分布を、所定面５に、ひいてはマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する。こうして、マイクロフライアイレンズ７が形成する二次光源の光強度分布（瞳強度分布）は、第１空間光変調器３１およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第１の光強度分布と、第２空間光変調器３２およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第２の光強度分布と、第３空間光変調器３３およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第３の光強度分布と、第４空間光変調器３４およびリレー光学系４，６がマイクロフライアイレンズ７の入射面に形成する第４の光強度分布との合成分布に対応した分布となる。ここで、第１乃至第４の光強度分布は、互いに隔絶したものであっても良いし、互いに一部または全部が重複するものであっても良いし、後述するようにランダムに混在するものであっても良い。

空間光変調器３１は、図６に示すように、平面形状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素３１ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素３１ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御部ＣＲからの指令にしたがって作動する駆動部３１ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３１ａ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（例えばＸ方向およびＹ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３１ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。

なお、各ミラー要素３１ａの反射面を離散的に回転させる場合、回転角を複数の状態（例えば、・・・、−２．５度、−２．０度、・・・０度、＋０．５度・・・＋２．５度、・・・）で切り換え制御するのが良い。図６には外形が正方形状のミラー要素３１ａを示しているが、ミラー要素３１ａ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３１ａ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３１ａ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３１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３１ａの向きを連続的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いている。このような空間光変調器として、たとえば特表平１０−５０３３００号公報およびこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報およびこれに対応する米国特許第６,９００,９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報およびこれに対応する米国特許第７,０９５,５４６号公報、並びに特開２００６−１１３４３７号公報に開示される空間光変調器を用いることができる。なお、二次元的に配列された複数のミラー要素３１ａ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３１では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３１ｃの作用により、複数のミラー要素３１ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３１ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３１の複数のミラー要素３１ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、図７に示すように、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた一対の円弧形状の光強度分布２０ａを形成する。

同様に、第２空間光変調器３２を経た光は、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた一対の円弧形状の光強度分布２０ｂを形成する。第３空間光変調器３３を経た光は、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向およびＺ方向と４５度をなす第１斜め方向に間隔を隔てた一対の円弧形状の光強度分布２０ｃを形成する。第４空間光変調器３４を経た光は、例えば光軸ＡＸを中心として第１斜め方向と直交する第２斜め方向に間隔を隔てた一対の円弧形状の光強度分布２０ｄを形成する。こうして、４つの空間光変調器３１〜３４を経た光は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、例えば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の光強度分布２０（２０ａ〜２０ｄ）を形成する。

その結果、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、輪帯状の光強度分布２０に対応する輪帯状の光強度分布２１（２１ａ〜２１ｄ）が形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点面またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１０の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、輪帯状の光強度分布２０に対応する輪帯状の光強度分布が形成される。

本実施形態では、第３空間光変調器３３が故障した場合、平行平面板３５を図３に示す基準姿勢からＺ方向に延びる第２軸線廻りに所要の角度だけ回転した第１姿勢に設定する。第１姿勢に設定された平行平面板３５は入射光束を−Ｘ方向へ所要距離だけ平行移動させ、図８に示すように、２つの前側偏向部材３６および３８は入射光束Ｆ１を３分割する。この場合、偏向部材３６の第１反射面３６ａによって反射された矩形状の断面を有する光束Ｆ１１は第１空間光変調器３１に入射し、第２反射面３６ｂによって反射された矩形状の断面を有する光束Ｆ１２は第２空間光変調器３２に入射する。

偏向部材３８の反射面３８ａによって反射された矩形状の断面を有する光束Ｆ１４は第４空間光変調器３４に入射する。なお、光束Ｆ１は偏向部材３７の反射面３７ａへ入射しないため、故障した第３空間光変調器３３へ光束Ｆ１の一部が導かれることはない。ここで、入射光束Ｆ１は図４の入射光束Ｆ０と同じ断面を有し、光束Ｆ１１およびＦ１２は図４の光束Ｆ０１およびＦ０２と同じ断面を有し、光束Ｆ１４は図４の光束Ｆ０３とＦ０４との合計と同じ断面を有する。

こうして、第３空間光変調器３３の故障時には、例えば、空間光変調器３１を経た光が一対の円弧形状の光強度分布２０ａを形成し、空間光変調器３２を経た光が一対の円弧形状の光強度分布２０ｂを形成し、空間光変調器３４を経た光が一対の円弧形状の光強度分布２０ｃおよび一対の円弧形状の光強度分布２０ｄを形成する。すなわち、第３空間光変調器３３が故障しても、他の３つの空間光変調器３１，３２，３４を用いて装置の稼働を続けることができ、ひいては装置を停止させることなく故障した空間光変調器３３を交換することができる。

図示を省略したが、第４空間光変調器３４が故障した場合、ハービングとしての平行平面板３５により入射光束を＋Ｘ方向へ平行移動させて、２つの前側偏向部材３６および３７により入射光束を３分割すれば良い。その結果、第４空間光変調器３４が故障しても、他の３つの空間光変調器３１〜３３を用いて装置の稼働を続けることができ、ひいては装置を停止させることなく故障した空間光変調器３４を交換することができる。

次に、第２空間光変調器３２が故障した場合、平行平面板３５を図３に示す基準姿勢からＸ方向に延びる第１軸線廻りに所要の角度だけ回転した第２姿勢に設定することにより入射光束を＋Ｚ方向へ平行移動させて、図９に示すように３つの前側偏向部材３６，３７３８により入射光束Ｆ２を３分割する。この場合、偏向部材３６の第１反射面３６ａによって反射された矩形状の断面を有する光束Ｆ２１は第１空間光変調器３１に入射する。

偏向部材３７の反射面３７ａによって反射された矩形状の断面を有する光束Ｆ２３は第３空間光変調器３３に入射し、入射偏向部材３８の反射面３８ａによって反射された矩形状の断面を有する光束Ｆ２４は第４空間光変調器３４に入射する。なお、光束Ｆ２は偏向部材３６の第２反射面３６ｂへ入射しないため、故障した第２空間光変調器３２へ光束Ｆ２の一部が導かれることはない。ここで、入射光束Ｆ２は図４の入射光束Ｆ０と同じ断面を有し、光束Ｆ２３およびＦ２４は図４の光束Ｆ０３およびＦ０４と同じ断面を有し、光束Ｆ２１は図４の光束Ｆ０１とＦ０２との合計と同じ断面を有する。

こうして、第２空間光変調器３２の故障時には、例えば、空間光変調器３１を経た光が一対の円弧形状の光強度分布２０ａおよび一対の円弧形状の光強度分布２０ｂを形成し、空間光変調器３３を経た光が一対の円弧形状の光強度分布２０ｃを形成し、空間光変調器３４を経た光が一対の円弧形状の光強度分布２０ｄを形成する。すなわち、第２空間光変調器３２が故障しても、他の３つの空間光変調器３１，３３，３４を用いて装置の稼働を続けることができ、ひいては装置を停止させることなく故障した空間光変調器３２を交換することができる。

図示を省略したが、第１空間光変調器３１が故障した場合、ハービングとしての平行平面板３５により入射光束を−Ｚ方向へ平行移動させて、３つの前側偏向部材３６，３７，３８により入射光束を３分割すれば良い。その結果、第１空間光変調器３１が故障しても、他の３つの空間光変調器３２〜３４を用いて装置の稼働を続けることができ、ひいては装置を停止させることなく故障した空間光変調器３１を交換することができる。

以上のように、光源１からの光に基づいて被照射面としてのマスクＭを照明する照明光学系（２〜１０）に用いられる本実施形態の空間光変調ユニット３では、４つの反射型の空間光変調器３１〜３４が照明光路中に並列的に配置され、ハービングとしての平行平面板３５の作用により少なくとも３つの任意の空間光変調器へ選択的に照明光が導かれる。その結果、本実施形態の空間光変調ユニット３では、少なくとも３つの空間光変調器の同時使用により瞳強度分布を自在に且つ迅速に変化させ、瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現することができる。

また、本実施形態の空間光変調ユニット３では、４つの空間光変調器３１〜３４を同時使用する通常状態においても、１つの空間光変調器の故障時に３つの空間光変調器を同時使用する非常状態においても、空間光変調器を単体で使用する場合に比して、ミラー要素ＳＥの反射面に入射する光の単位面積当たりのエネルギーが小さく（例えば１／４または１／３に）抑えられる。その結果、各空間光変調器では、ミラー要素ＳＥの反射率が低下しにくく、所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮することができる。

また、本実施形態の空間光変調ユニット３では、任意の空間光変調器が故障しても、ハービングとしての平行平面板３５の作用により、故障した空間光変調器を除く他の３つの空間光変調器へ照明光を導くことができる。その結果、空間光変調器の故障時にも他の３つの空間光変調器を用いて装置の稼働を続けることができ、ひいては装置を停止させることなく故障した空間光変調器を交換することができる。

このように、本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、内蔵する空間光変調器３１〜３４の所要の機能を所要期間に亘って安定的に発揮する空間光変調ユニット３を用いて、瞳強度分布の形状および大きさについて多様性に富んだ照明条件を実現することができる。また、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、多様性に富んだ照明条件を実現する照明光学系（２〜１０）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３５により、光源１から入射した光束を平行移動させて射出する光束移動部を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、光束移動部の構成については様々な形態が可能である。例えば、一対のミラーを用いて光束移動部を構成することもできる。

また、上述の実施形態では、光軸ＡＸに対して傾斜可能な平行平面板３５と、３つの前側偏向部材３６〜３８とにより、光源１から入射した光を少なくとも３つの空間光変調器へ選択的に導く選択導光部を構成している。しかしながら、これに限定されることなく、選択導光部の構成については様々な形態が可能である。光束移動部を経て入射した光束を第１空間光変調器へ向けて偏向する第１前側偏向面（反射面３６ａに対応）と、第２空間光変調器へ向けて偏向する第２前側偏向面（反射面３６ｂに対応）と、第３空間光変調器へ向けて偏向する第３前側偏向面（反射面３７ａに対応）と、第４空間光変調器へ向けて偏向する第４前側偏向面（反射面３８ａに対応）とを、例えば別々のミラーとして構成することもできる。

また、上述の実施形態では、第３空間光変調器３３（または第４空間光変調器３４）の故障に際して、図４の入射光束Ｆ０と同じ断面を有する入射光束Ｆ１を３分割している。しかしながら、図１０に示すように、入射光束Ｆ１とは断面の縦横比が異なる入射光束Ｆ１’を２つの前側偏向部材３６および３８（または３７）によりほぼ３等分することもできる。入射光束Ｆ１’は、図１１に示すように、例えば平行平面板（光束移動部）３５よりも光源側の光路に配置された光束断面可変部材４２の作用により得られる。

光束断面可変部材４２は、例えば複数のシリンドリカルレンズを含むアフォーカルズームレンズを有し、入射した光束の断面形状をＸ方向およびＺ方向に独立に変化させて射出する。光束断面可変部材４２は、場合によっては、平行平面板３５と前側偏向部材３６〜３８との間の光路に配置されていても良い。また、光束断面可変部材４２が回折光学素子を含む構成を採用することにより、入射した光束の断面形状を自在に変化させて射出することもできる。

図１０に示す態様では、空間光変調器３３（または３４）の故障に際して、他の３つの空間光変調器３１，３２，３４（または３３）を経た光が、例えば輪帯状の光強度分布２０をランダム形態にしたがって形成するようにしても良い。この場合、３つの空間光変調器３１，３２，３４（または３３）の各ミラー要素と輪帯状の光強度分布２０を形成する各小光源とがランダムに一対一対応するので、空間光変調ユニット３への入射光束の光軸ＡＸに対する位置ずれが瞳強度分布に与える影響を小さく抑えることができる。使用する空間光変調器の各ミラー要素と瞳強度分布の各小光源とをランダムに一対一対応させる手法は、使用する空間光変調器の数、瞳強度分布の形状などに限定されることなく適用可能である。

図１１に示す構成では、ハービングとしての平行平面板３５と光束断面可変部材４２との協働作用により、図４の光束Ｆ０１に対応する光束を偏向部材３６の第１反射面３６ａに入射させ、且つ光束Ｆ０２に対応する光束を偏向部材３６の第２反射面３６ｂに入射させることができる。また、図４の光束Ｆ０１に対応する光束を偏向部材３６の第１反射面３６ａにだけ入射させたり、図４の光束Ｆ０２に対応する光束を偏向部材３６の第２反射面３６ｂにだけ入射させたりすることができる。

同様に、図４の光束Ｆ０３に対応する光束を偏向部材３７の反射面３７ａにだけ入射させたり、図４の光束Ｆ０４に対応する光束を偏向部材３８の反射面３８ａにだけ入射させたりすることができる。すなわち、図１１に示す構成では、光源１から入射した光を少なくとも１つの空間光変調器へ選択的に導くことができるので、３つの空間光変調器が同時に故障することがあっても、装置を停止させることなく故障した空間光変調器を交換することができる。

また、上述の実施形態では、光束移動部としての平行平面板３５を経た光束が矩形状の断面を有し、３つの前側偏向部材３６〜３８により波面分割された各光束の断面もそれぞれ矩形状である。しかしながら、これに限定されることなく、光束移動部を経た光束の断面形状および大きさ、複数の前側偏向面により波面分割された各光束の断面形状および大きさなどについて様々な形態が可能である。

また、上述の実施形態に対して、いわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。一例として、図１２に示すように、光束移動部としての平行平面板３５よりも光源側の光路に偏光素子４３を配置可能に設けることにより、例えば周方向偏光状態の輪帯照明を行うことができる。偏光素子４３は、場合によっては、平行平面板３５と前側偏向部材３６〜３８との間の光路に配置可能に設けられていても良い。

偏光素子４３は、図１３に示すように、互いに厚さの異なる４つの平行平面板状の旋光部材４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄを有する。各旋光部材４３ａ〜４３ｄ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いる。偏光素子４３が光路中に位置決めされた状態において、各旋光部材４３ａ〜４３ｄの入射面（ひいては射出面）は光軸ＡＸと直交し、その結晶光学軸は光軸ＡＸとほぼ一致（すなわち入射光の進行方向とほぼ一致）する。また、４つの旋光部材４３ａ〜４３ｄは、前側偏向部材３６〜３８により４分割される各光束Ｆ０１〜Ｆ０４に対応する各光束Ｆ３１〜Ｆ３４がそれぞれ通過するように区分されている。

偏向部材３６の第１反射面３６ａに入射する光束Ｆ３１が通過する旋光部材４３ａは、Ｚ方向に偏光方向を有するＺ方向直線偏光の光が入射した場合、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厚さが設定されている。偏向部材３６の第２反射面３６ｂに入射する光束Ｆ３２が通過する旋光部材４３ｂは、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｚ方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

偏向部材３７の反射面３７ａに入射する光束Ｆ３３が通過する旋光部材４３ｃは、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、Ｘ方向およびＹ方向と４５度をなす第１斜め方向に偏光方向を有する第１斜め方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。偏向部材３８の反射面３８ａに入射する光束Ｆ３４が通過する旋光部材４３ｄは、Ｚ方向直線偏光の光が入射した場合、第１斜め方向と直交する第２斜め方向に偏光方向を有する第２斜め方向直線偏光の光を射出するように厚さが設定されている。

したがって、偏光素子４３にＺ方向直線偏光の光が入射する場合、図１４に示すように、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に形成される輪帯状の瞳強度分布２１のうち、旋光部材３４ａの旋光作用を受けた光束Ｆ３１が形成する一対の円弧形状の光強度分布２１ａの偏光方向はＸ方向になり、旋光部材３４ｂの旋光作用を受けた光束Ｆ３２が形成する一対の円弧形状の光強度分布２１ｂの偏光方向はＺ方向になる。旋光部材３４ｃの旋光作用を受けた光束Ｆ３３および旋光部材３４ｄの旋光作用を受けた光束Ｆ３４が形成する一対の円弧形状の光強度分布２１ｃおよび一対の円弧形状の光強度分布２１ｄの偏光方向は斜め方向になる。その結果、偏光素子４３の作用により、周方向偏光状態の瞳強度分布２１が得られる。なお、図示を省略したが、偏光素子４３にＸ方向直線偏光の光が入射する場合、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、径方向偏光状態の瞳強度分布が得られる。

一般に、周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。ただし、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。

なお、図１２の構成では、４つの旋光部材４３ａ〜４３ｄにより、周方向偏光照明用（または径方向偏光照明用）の偏光素子４３を形成している。しかしながら、これに限定されることなく、偏光素子の具体的な構成、ひいては偏光素子が実現する偏光照明の種類などについて様々な形態が可能であり、必要に応じて所要の特性を有する偏光素子が照明光路中に位置決めされる。例えば、旋光部材に代えて、入射光を所要の偏光状態の光に変化させる複数種類の波長板、入射光から所要の偏光状態の光を選択して射出する複数種類の偏光子などを用いて、様々な入射光束に対応して様々な偏光照明を実現する偏光素子を構成することもできる。

また、上述の実施形態では、４つの空間光変調器３１〜３４が照明光路中に並列的に配置され、一対の空間光変調器３１および３２の配列面が光軸ＡＸを挟んで互いに平行に配置され、一対の空間光変調器３３および３４の配列面が光軸ＡＸを挟んで互いに平行に配置されている。そして、光源１から入射した光を、少なくとも３つの空間光変調器へ選択的に導いている。しかしながら、これに限定されることなく、光路中に並列的に配置される空間光変調器の数、各空間光変調器の配列面の位置関係、照明光が選択的に導かれる空間光変調器の数などについて、様々な形態が可能である。一般に、本発明では、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３つ以上の空間光変調器が照明光路中に互いに並列的に配置されていること、および光源から入射した光が少なくとも１つの空間光変調器へ選択的に導かれることが重要である。

なお、上述の説明では、照明瞳に輪帯状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち輪帯照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、輪帯照明に限定されることなく、例えば円形状の瞳強度分布が形成される円形照明、複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。

また、上述の説明では、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を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、たとえば二次元的に配列された複数の反射面の高さ（位置）を個別に制御可能な空間光変調器を用いることもできる。このような空間光変調器としては、たとえば特開平６−２８１８６９号公報及びこれに対応する米国特許第５，３１２，５１３号公報、並びに特表２００４−５２０６１８号公報およびこれに対応する米国特許第６，８８５，４９３号公報の図１ｄに開示される空間光変調器を用いることができる。これらの空間光変調器では、二次元的な高さ分布を形成することで回折面と同様の作用を入射光に与えることができる。なお、上述した二次元的に配列された複数の反射面を持つ空間光変調器を、たとえば特表２００６−５１３４４２号公報およびこれに対応する米国特許第６，８９１，６５５号公報や、特表２００５−５２４１１２号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００５／００９５７４９号公報の開示に従って変形しても良い。

なお、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ７を用いているが、その代わりに、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）を用いても良い。この場合、リレー光学系６の代わりに、所定面５からの光を集光する集光光学系を配置する。そして、マイクロフライアイレンズ７とコンデンサー光学系８との代わりに、所定面５からの光を集光する集光光学系の後側焦点位置またはその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する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端がマスクブラインド９の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の結像光学系１０内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。ここで、上記の集光光学系、上記の結像光学系、およびロッド型インテグレータを分布形成光学系とみなすことができる。

上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。なお、可変パターン形成装置として、複数のＤＭＤを用いる場合において、本実施形態にかかる光束分割素子を用いて複数のＤＭＤへ光を導く構成としても良い。

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

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１５は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１５に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。

その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。

図１６は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１６に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。

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

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

なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ₂レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。

また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。

また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。

１ 光源
２ ビーム送光部
３ 空間光変調ユニット
３１〜３４ 反射型の空間光変調器
３５ 傾斜可能な平行平面板
３６〜４１ 偏向部材
４，６ リレー光学系
７ マイクロフライアイレンズ
８ コンデンサー光学系
９ マスクブラインド
１０ 結像光学系
ＤＴ 瞳強度分布計測部
ＣＲ 制御部
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 (18)

1. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系に用いられる空間光変調ユニットであって、
   互いに並列的に配置されて、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第１および第２空間光変調器と、
   前記光源から入射した光を前記第１および第２空間光変調器のうちの少なくとも１つの空間光変調器へ選択的に導く選択導光部とを備え、
   前記選択導光部は、
   前記光源から入射した光束を移動させて射出する光束移動部と、
   前記光束移動部を経て入射した光束を前記第１空間光変調器へ向けて偏向する第１前側偏向面と、
   前記光束移動部を経て入射した光束を前記第２空間光変調器へ向けて偏向する第２前側偏向面と、
   前記第１および第２前側偏向面よりも前記光源側の光路に配置されて、入射した光束の断面形状を変化させて射出する光束断面可変部材とを有することを特徴とする空間光変調ユニット。
2. 前記光束移動部は、前記照明光学系の光軸に対して傾斜可能な平行平面板を有することを特徴とする請求項１に記載の空間光変調ユニット。
3. 前記光束移動部を経た光束は矩形状の断面を有し、
   前記第１および第２前側偏向面は、該第１および第２前側偏向面により波面分割された各光束の断面がそれぞれ矩形状になるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の空間光変調ユニット。
4. 前記第１および第２空間光変調器は、前記複数のミラー要素の配列面が前記照明光学系の光軸と平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
5. 前記選択導光部は、前記第１および第２前側偏向面よりも前記光源側の光路に配置可能に設けられて、入射光束に基づいて第１偏光状態の光束および前記第１偏光状態とは異なる第２偏光状態の光束を生成する偏光素子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項に記載の空間光変調ユニット。
6. 前記偏光素子は、前記光束移動部よりも前記光源側の光路に配置可能に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の空間光変調ユニット。
7. 前記偏光素子は、旋光性を有する光学材料により形成されて第１の厚さを有する平行平面板状の第１旋光部材と、旋光性を有する光学材料により形成されて前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する平行平面板状の第２旋光部材とを有することを特徴とする請求項５または６に記載の空間光変調ユニット。
8. 前記偏光素子は、入射光を前記第１偏光状態の光に変化させる第１波長板と、入射光を前記第１の直線偏光状態とは異なる前記第２偏光状態の光に変化させる第２波長板とを有することを特徴とする請求項５または６に記載の空間光変調ユニット。
9. 前記偏光素子は、入射光から前記第１偏光状態の光を選択して射出する第１偏光子と、入射光から前記第２偏光状態の光を選択して射出する第２偏光子とを有することを特徴とする請求項５または６に記載の空間光変調ユニット。
10. 前記光束断面可変部材は、前記光束移動部よりも前記光源側の光路に配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
11. 前記第１および第２空間光変調器は、前記複数のミラー要素の向きを連続的または離散的に変化させる駆動部をそれぞれ有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
12. 前記第１空間光変調器を経た光を後続の光学系に向かって偏向する第１後側偏向面と、前記第２空間光変調器を経た光を前記後続の光学系に向かって偏向する第２後側偏向面とをさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
13. 光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学系において、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の空間光変調ユニットと、
    前記第１および第２空間光変調器のうちの少なくとも１つの空間光変調器を経た光に基づいて、前記照明光学系の照明瞳に所定の光強度分布を形成する分布形成光学系とを備えていることを特徴とする照明光学系。
14. 前記分布形成光学系は、オプティカルインテグレータと、該オプティカルインテグレータと前記空間光変調ユニットとの間の光路中に配置された集光光学系とを有することを特徴とする請求項１３に記載の照明光学系。
15. 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１３または１４に記載の照明光学系。
16. 所定のパターンを照明するための請求項１３乃至１５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。
17. 前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項１６に記載の露光装置。
18. 請求項１６または１７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露光工程と、
    前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
    前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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