(57)【要約】【課題】  複数のミラー要素を経た光の過度な集光により光学部材が損傷を受けるのを確実に回避することのできる空間光変調ユニット。【解決手段】  光源からの光により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（３）は、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（３０ａ；ＳＥａ〜ＳＥｄ）を有し、該複数のミラー要素の反射面が凹面状（凸面状）に形成された空間光変調器（３０）と、入射した光束を発散光束（または収束光束）に変換して空間光変調器へ導く光束変換素子（３１）とを備えている。【選択図】  図２
2011222841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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用いられる空間光変調ユニットであって、
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を有し、該複数のミラー要素の反射面が曲面状に形成された空間光変調器と、
入射した光束を発散光束または収束光束に変換して前記空間光変調器へ導く光束変換素子とを備えていることを特徴とする空間光変調ユニット。
【請求項２】
前記光束変換素子は入射した光束を発散光束に変換し、前記複数のミラー要素は凹面状の反射面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。
【請求項３】
前記光束変換素子は入射した光束を収束光束に変換し、前記複数のミラー要素は凸面状の反射面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。
【請求項４】
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前記複数のミラー要素と、前記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３のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
【請求項５】
前記駆動部は、前記複数のミラー要素の向きを連続的または離散的に変化させることを特徴とする請求項４に記載の空間光変調ユニット。
【請求項６】
前記光束変換素子は、１つまたは複数のレンズを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
【請求項７】
前記空間光変調ユニット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共に用いられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
【請求項８】
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７のいずれか１項に記載の空間光変調ユニットと、
前記空間光変調ユニット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。
【請求項９】
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８に記載の照明光学系。
【請求項１０】
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８または９に記載の照明光学系。
【請求項１１】
所定のパターンを照明するための請求項８乃至１０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。
【請求項１２】
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１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の照明光学系に好適な空間光変調ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。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。
【０００３】
二次光源からの光は、コンデンサーレンズ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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５３１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された照明光学系では、姿勢が個別に制御される多数のミラー要素を有する空間光変調器を用いているので、瞳強度分布の形状および大きさの変更に関する自由度は高い。しかしながら、空間光変調器は、例えば、電源オフの状態で、全てのミラー要素の反射面の向きが揃ってしまい、空間光変調器の多数のミラー要素を経た光がフライアイレンズの入射面上の１点へ過度に集光する可能性があり、この過度な集光によりフライアイレンズが損傷を受ける恐れがある。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、複数のミラー要素を経た光の過度な集光により光学部材が損傷を受けるのを確実に回避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、本発明は、過度の光エネルギ照射による光学部材の損傷を確実に回避する空間光変調ユニットを用いて、被照射面を所望の照明条件で安定的に照明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、所望の照明条件を安定的に実現する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を安定的に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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光により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、
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を有し、該複数のミラー要素の反射面が曲面状に形成された空間光変調器と、
入射した光束を発散光束または収束光束に変換して前記空間光変調器へ導く光束変換素子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。
【０００９】
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、
前記空間光変調ユニット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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様にしたがう空間光変調ユニットでは、複数のミラー要素を経た光の過度な集光により光学部材が損傷を受けるのを回避することができる。本発明の照明光学系では、過度の光エネルギ照射による光学部材の損傷を確実に回避する空間光変調ユニットを用いて、被照射面を所望の照明条件で安定的に照明することができる。本発明の露光装置では、所望の照明条件を安定的に実現する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで良好な露光を安定的に行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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】空間光変調ユニットの構成および作用を概略的に示す図である。
【図３】空間光変調ユニット中の空間光変調器の部分斜視図である。
【図４】従来技術においてミラー要素の向きが揃うとフライアイレンズの入射面上の１点に集光する様子を示す図である。
【図５】本実施形態において発散光束が各ミラー要素の凹面状の反射面に入射して平行光束に変換される様子を示す図である。
【図６】本実施形態においてミラー要素の向きが揃ってもフライアイレンズの入射面にある程度の拡がりを有する照野が形成される様子を示す図である。
【図７】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８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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沿ってＸ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沿ってＹ軸をそれぞれ設定している。
【００１５】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置には、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。本実施形態の露光装置は、装置の光軸ＡＸに沿って、空間光変調ユニット３を含む照明光学系ＩＬと、マスクＭを支持するマスクステージＭＳと、投影光学系ＰＬと、ウェハＷを支持するウェハステージＷＳとを備えている。
【００１６】
光源１からの光は、照明光学系ＩＬを介してマスクＭを照明する。マスクＭを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、マスクＭのパターンの像をウェハＷ上に形成する。光源１からの光に基づいてマスクＭのパターン面（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬは、空間光変調ユニット３の作用により、複数極照明（２極照明、４極照明など）、輪帯照明等の変形照明、または通常の円形照明を行う。
【００１７】
照明光学系ＩＬは、光軸ＡＸに沿って光源１側から順に、ビーム送光部２と、空間光変調ユニット３と、リレー光学系４と、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５と、コンデンサー光学系６と、照明視野絞り（マスクブラインド）７と、結像光学系８とを備えている。空間光変調ユニット３は、ビーム送光部２を介した光源１からの光に基づいて、その遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）に所望の光強度分布（瞳強度分布）を形成する。空間光変調ユニット３の内部構成および作用については後述する。
【００１８】
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。リレー光学系４は、空間光変調ユニット３からの光を集光して、マイクロフライアイレンズ５へ導く。マイクロフライアイレンズ５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。
【００１９】
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５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。
【００２０】
マイクロフライアイレンズ５は、入射した光束を波面分割して、その後側焦点位置またはその近傍の照明瞳に多数の小光源からなる二次光源（実質的な面光源；瞳強度分布）を形成する。マイクロフライアイレンズ５の入射面は、リレー光学系４の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。なお、マイクロフライアイレンズ５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。
【００２１】
本実施形態では、マイクロフライアイレンズ５により形成される二次光源を光源として、照明光学系ＩＬの被照射面に配置されるマスクＭ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ＩＬ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。
【００２２】
なお、瞳強度分布とは、照明光学系ＩＬ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５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５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５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。
【００２３】
コンデンサー光学系６は、マイクロフライアイレンズ５から射出された光を集光して、照明視野絞り７を重畳的に照明する。照明視野絞り７を通過した光は、結像光学系８を介して、マスクＭのパターン形成領域の少なくとも一部に照明視野絞り７の開口部の像である照明領域を形成する。なお、図１では、光軸（ひいては光路）を折り曲げるための光路折曲げミラーの設置を省略しているが、必要に応じて光路折曲げミラーを照明光路中に適宜配置することが可能である。
【００２４】
マスクステージＭＳにはＸＹ平面（例えば水平面）に沿ってマスクＭが載置され、ウェハステージＷＳにはＸＹ平面に沿ってウェハＷが載置される。投影光学系ＰＬは、照明光学系ＩＬによってマスクＭのパターン面上に形成される照明領域からの光に基づいて、ウェハＷの転写面（露光面）上にマスクＭの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。
【００２５】
図２および図３を参照して、空間光変調ユニット３の内部構成および作用を説明する。空間光変調ユニット３は、図２に示すように、光の入射側から順に、１つまたは複数のレンズからなり全体的に負の屈折力を有するレンズ群３１と、プリズム３２と、プリズム３２のＹＺ平面に平行な側面３２ａに近接して配置された空間光変調器３０とを備えている。レンズ群３１およびプリズム３２は、例えば蛍石または石英のような光学材料により形成されている。
【００２６】
空間光変調器３０は、例えばＹＺ平面に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素３０ａと、複数のミラー要素３０ａを保持する基盤３０ｂと、基盤３０ｂ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３０ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３０ｃとを備えている。空間光変調器３０では、制御部ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部３０ｃの作用により、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３０ａがそれぞれ所定の向きに設定される。
【００２７】
プリズム３２は、直方体の１つの側面（空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが近接して配置される側面３２ａと反対側の面）をＶ字状に凹んだ側面３２ｂおよび３２ｃと置き換えることにより得られる形態を有し、ＸＺ平面に沿った断面形状に因んでＫプリズムとも呼ばれる。プリズム３２のＶ字状に凹んだ側面３２ｂおよび３２ｃは、鈍角をなすように交差する２つの平面Ｐ１およびＰ２によって規定されている。２つの平面Ｐ１およびＰ２はともにＸＺ平面と直交し、ＸＺ平面に沿ってＶ字状を呈している。
【００２８】
２つの平面Ｐ１とＰ２との接線（Ｙ方向に延びる直線）Ｐ３で接する２つの側面３２ｂおよび３２ｃの内面は、反射面Ｒ１およびＲ２として機能する。すなわち、反射面Ｒ１は平面Ｐ１上に位置し、反射面Ｒ２は平面Ｐ２上に位置し、反射面Ｒ１とＲ２とのなす角度は鈍角である。一例として、反射面Ｒ１とＲ２とのなす角度を１２０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズム３２の入射面ＩＰと反射面Ｒ１とのなす角度を６０度とし、光軸ＡＸに垂直なプリズム３２の射出面ＯＰと反射面Ｒ２とのなす角度を６０度とすることができる。
【００２９】
プリズム３２では、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが近接して配置される側面３２ａと光軸ＡＸとが平行であり、且つ反射面Ｒ１が光源１側（露光装置の上流側：図２中左側）に、反射面Ｒ２がマイクロフライアイレンズ５側（露光装置の下流側：図２中右側）に位置している。さらに詳細には、反射面Ｒ１は光軸ＡＸに対して斜設され、反射面Ｒ２は接線Ｐ３を通り且つＸＹ平面に平行な面に関して反射面Ｒ１とは対称的に光軸ＡＸに対して斜設されている。
【００３０】
プリズム３２の反射面Ｒ１は、入射面ＩＰを介して入射した光を空間光変調器３０に向かって反射する。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａは、反射面Ｒ１と反射面Ｒ２との間の光路中に配置され、反射面Ｒ１を経て入射した光を反射する。プリズム３２の反射面Ｒ２は、空間光変調器３０を経て入射した光を反射し、射出面ＯＰを介してリレー光学系４へ導く。
【００３１】
空間光変調器３０は、反射面Ｒ１を経て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付与して射出する。空間光変調器３０は、図３に示すように、所定面内で二次元的に配列された複数の微小なミラー要素（光学要素）３０ａを備えている。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３０が４×４＝１６個のミラー要素３０ａ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３０ａを備えている。
【００３２】
以下、理解を容易にするために、レンズ群３１と空間光変調器３０との協働作用を無視して、空間光変調ユニット３の基本的な作用を説明する。図２を参照すると、空間光変調ユニット３に入射してレンズ群３１を経た光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素３０ａ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。
【００３３】
空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの配列面は、リレー光学系４の前側焦点位置またはその近傍に配置されている。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａによって反射されて所定の角度分布が与えられた光は、リレー光学系４の後側焦点面４ａ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４は、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａが射出光に与える角度を、空間光変調器３０の遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である面４ａ上での位置に変換している。
【００３４】
再び図１を参照すると、リレー光学系４の後側焦点面４ａの位置にマイクロフライアイレンズ５の入射面が位置決めされている。したがって、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に形成される瞳強度分布は、空間光変調器３０およびリレー光学系４がマイクロフライアイレンズ５の入射面に形成する光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に対応した分布となる。空間光変調器３０は、図３に示すように、例えば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ミラー要素３０ａを含む可動マルチミラーである。
【００３５】
各ミラー要素３０ａ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３０ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素３０ａは、その配列面に平行で且つ互いに直交する二方向（Ｙ方向およびＺ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３０ａ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。
【００３６】
各ミラー要素３０ａ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３０ａを示しているが、ミラー要素３０ａ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３０ａ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）が好ましい。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素３０ａの間隔を必要最小限に抑えることが好ましい。
【００３７】
空間光変調器３０では、制御部ＣＲからの制御信号に応じて作動する駆動部３０ｃの作用により、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３０ａがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、リレー光学系４を介して、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に、複数極状（２極状、４極状など）、輪帯状、円形状等の光強度分布（瞳強度分布）を形成する。
【００３８】
すなわち、リレー光学系４およびマイクロフライアイレンズ５は、空間光変調ユニット３中の空間光変調器３０を介した光に基づいて、照明光学系ＩＬ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を構成している。マイクロフライアイレンズ５の後側焦点位置またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系８の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）にも、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳における光強度分布に対応する瞳強度分布が形成される。
【００３９】
露光装置では、マスクＭのパターンをウェハＷに高精度に且つ忠実に転写するために、例えばマスクＭのパターン特性に応じた適切な照明条件のもとで露光を行うことが重要である。本実施形態では、複数のミラー要素３０ａの姿勢がそれぞれ個別に変化する空間光変調器３０を備えた空間光変調ユニット３を用いて、空間光変調器３０の作用により形成される瞳強度分布を自在に且つ迅速に変化させ、ひいては多様な照明条件を実現することができる。
【００４０】
特許文献１に記載された照明光学系では、図４に示すように、空間光変調器４０の複数のミラー要素４０ａが平面状の反射面を有し、且つ本実施形態のレンズ群３１に対応する光学部材が空間光変調器４０の入射側に配置されていない。そのため、何らかの理由により空間光変調器４０の各ミラー要素４０ａの向きが揃うと（すなわち複数のミラー要素４０ａが互いに平行な状態になると）、各ミラー要素４０ａに入射した平行光束がリレー光学系４１を経てフライアイレンズ４２の入射面４２ａ上の１点に集光し、過度の光エネルギ照射によりフライアイレンズ４２が損傷を受ける恐れがある。
【００４１】
具体的には、空間光変調器４０に電気が通じなくなった場合や、空間光変調器４０のミラー要素４０ａの制御が不能な状態になった場合などに、空間光変調器４０の各ミラー要素４０ａの向きが揃うことが考えられる。なお、図４では、図面を明瞭化し且つ説明の理解を容易にするために、空間光変調器４０とマイクロフライアイレンズ４２との間の光路を直線状に展開するとともに、空間光変調器４０への入射光の図示を省略している。
【００４２】
本実施形態では、負屈折力のレンズ群３１を空間光変調器３０の入射側に付設するとともに、空間光変調器３０の各ミラー要素３０ａの反射面を凹面状（例えば凹球面状）に形成している。この場合、空間光変調ユニット３に入射した平行光束が、レンズ群３１の負屈折力の作用により発散光束に変換されて、空間光変調器３０へ導かれる。その結果、図５に示すように、各ミラー要素３０ａへ入射した発散光束は、凹面状の反射面のパワーによりほぼ平行光束に変換されて、リレー光学系４へ導かれる。
【００４３】
図５では、互いに同じ凹球面状の反射面を有する３つのミラー要素３０ａの向きが揃った状態、すなわち３つのミラー要素３０ａの反射面の中心における法線の向きが互いに平行になった状態を示している。負屈折力のレンズ群３１側に設定した仮想点５１からの発散光束がミラー要素３０ａに入射して平行光束に変換されるための条件は、仮想点５１からミラー要素３０ａの配列面までの距離Ｄがミラー要素３０ａの凹球面状の反射面の曲率半径Ｒの約１／２に等しく設定されることである。
【００４４】
本実施形態では、３つのミラー要素３０ａの向きが揃っても、各ミラー要素３０ａへ斜入射する発散光束の入射角（すなわち発散光束の中心線が配列面の法線となす角度）が互いに異なるため、各ミラー要素３０ａの反射面を経て生成される３つの光束の進行方向は互いに平行にはならない。その結果、図４に対応した図６に示すように、各ミラー要素３０ａを経て生成された平行光束は、リレー光学系４を経てマイクロフライアイレンズ５の入射面５ａ上に、ある程度の拡がりを有する照野６１を形成する。なお、図６では、光束の進行方向が互いに平行になっているように見えるが、実際には平行ではない。照野６１の大きさは、空間光変調器３０、すなわち、ミラー要素３０ａの全てに入射する発散光束の最大角の大きさに依存する。
【００４５】
これに対し、特許文献１に記載された従来技術では、各ミラー要素４０ａの平面状の反射面に平行光束が斜入射するため、各ミラー要素４０ａの向きが揃うと、その反射面を経て生成される平行光束の進行方向は互いに平行になる。その結果、各ミラー要素４０ａを経て生成された平行光束は、リレー光学系４１を経てフライアイレンズ４２の入射面４２ａ上の１点に集光する。なお、図４では、各ミラー要素４０ａの反射面が配列面に対して傾いた姿勢で互いに平行になった状態を示しているが、各ミラー要素４０ａの反射面が配列面に平行な状態で揃ったときには、フライアイレンズ４２の入射面４２ａと光軸ＡＸとの交点に集光する。
【００４６】
以上のように、本実施形態の空間光変調ユニット３では、空間光変調器３０の各ミラー要素３０ａの反射面が凹面状に形成され、且つ光束変換素子としてのレンズ群３１が入射した光束を発散光束に変換して空間光変調器３０へ導く。その結果、何らかの理由により空間光変調器３０の各ミラー要素３０ａの向きが揃うことがあっても、各ミラー要素３０ａおよびリレー光学系４を経てマイクロフライアイレンズ５の入射面５ａに達する光束はある程度の拡がりを有し、過度の光エネルギ照射によりマイクロフライアイレンズ５が損傷を受けるのを確実に回避することができる。
【００４７】
すなわち、本実施形態の空間光変調ユニット３では、複数のミラー要素３０ａを経た光の過度な集光によるマイクロフライアイレンズ５の損傷を確実に回避することができる。本実施形態の照明光学系ＩＬでは、過度の光エネルギ照射によるマイクロフライアイレンズ５の損傷を確実に回避する空間光変調ユニット３を用いて、マスクＭのパターン面（被照射面）を所望の照明条件で安定的に照明することができる。本実施形態の露光装置（ＩＬ，ＭＳ，ＰＬ，ＷＳ）では、所望の照明条件を安定的に実現する照明光学系ＩＬ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安定的に行うことができる。
【００４８】
なお、上述の実施形態では、入射した光束を発散光束に変換して空間光変調器３０へ導く光束変換素子として機能するレンズ群３１を用いるとともに、各ミラー要素３０ａの反射面を凹面状に形成している。しかしながら、これに限定されることなく、入射した光束を収束光束に変換して空間光変調器へ導く光束変換素子を用いるとともに、各ミラー要素の反射面を凸面状に形成することにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、光束変換素子として、例えば１つまたは複数のレンズからなり全体的に正の屈折力を有するレンズ群を用いることができる。
【００４９】
また、上述の実施形態では、空間光変調器３０の複数のミラー要素３０ａの配列面に対向した光学面を有するプリズム部材として、１つの光学ブロックで一体的に形成されたＫプリズム３２を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、一対のプリズムにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、１つの平行平面板と一対の三角プリズムとにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有するプリズム部材を構成することができる。また、１つの平行平面板と一対の平面ミラーとにより、Ｋプリズム３２と同様の機能を有する組立て光学部材を構成することができる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、空間光変調器３０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３０ａ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。
【００５１】
また、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。
【００５２】
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。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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７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７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）。
【００５５】
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。
【００５６】
図８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８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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク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。
【符号の説明】
【００６２】
１  光源
２  ビーム送光部
３  空間光変調ユニット
３０  空間光変調器
３０ａ  ミラー要素
３０ｃ  駆動部
３１  レンズ群（光束変換素子）
３２  Ｋプリズム
４  リレー光学系
５  マイクロフライアイレンズ
６  コンデンサー光学系
７  照明視野絞り（マスクブラインド）
８  結像光学系
ＩＬ  照明光学系
ＣＲ  制御部
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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