(57)【要約】【課題】  入射光束の強度分布に依存することなく、所望の強度分布を有する光束を複数の空間光変調器へ導くことのできる光束分割装置。【解決手段】  光束分割装置は、入射光束を２つの光束に分割し、第１光束を第１光路に沿って導き且つ第２光束を第２光路に沿って導くために、所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素（３０ａ）と、該複数の光学要素を駆動する駆動部（３０ｃ）とを有し、制御部（ＣＲ）からの制御信号に基づいて駆動部を駆動させる分割用空間光変調器（３０）を備えている。分割用空間光変調器は、複数の光学要素のうちの第１群の光学要素を経た光が第１光路に沿って導かれ、且つ複数の光学要素のうちの第１群とは異なる第２群の光学要素を経た光が第２光路に沿って導かれるように、制御部によって制御される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光束を複数の光束に分割し、該複数の光束のうちの第１光束を第１光路に沿って導き且つ第２光束を前記第１光路とは異なる第２光路に沿って導く光束分割装置において、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素と、該複数の光学要素を駆動する駆動部とを有し、制御部からの制御信号に基づいて前記駆動部を駆動させる分割用空間光変調器を備え、
該分割用空間光変調器は、前記複数の光学要素のうちの第１群の光学要素を経た光が前記第１光路に沿って導かれ、且つ前記複数の光学要素のうちの前記第１群とは異なる第２群の光学要素を経た光が前記第２光路に沿って導かれるように、前記制御部によって制御されることを特徴とする光束分割装置。
【請求項２】
前記分割用空間光変調器は、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を備え、前記駆動部は、前記複数のミラー要素の姿勢を個別に制御駆動することを特徴とする請求項１に記載の光束分割装置。
【請求項３】
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２に記載の光束分割装置。
【請求項４】
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、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光束分割装置と、
前記第１光路中に配置されて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する第１空間光変調器と、
前記第２光路中に配置されて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する第２空間光変調器とを備えていることを特徴とする空間光変調ユニット。
【請求項５】
前記第１光路中に配置されて、入射光束に基づいて第１偏光状態の光束を生成する第１偏光素子と、
前記第２光路中に配置されて、入射光束に基づいて前記第１偏光状態とは異なる第２偏光状態の光束を生成する第２偏光素子とを備えてい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】
前記第１偏光素子および前記第２偏光素子のうちの少なくとも一方は、旋光性を有する光学材料により形成された平行平面板状の旋光部材を有す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。
【請求項７】
前記第１偏光素子および前記第２偏光素子のうちの少なくとも一方は、入射光を所要の偏光状態の光に変化させる波長板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。
【請求項８】
前記第１偏光素子および前記第２偏光素子のうちの少なくとも一方は、入射光から所要の偏光状態の光を選択して射出する偏光子を有することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
【請求項９】
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器は、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４乃至８のいずれか１項に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１０】
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９に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１１】
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器は、前記分割用空間光変調器への入射光束の光路に沿って延びる基準直線の片側に配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１２】
前記第１空間光変調器は前記分割用空間光変調器への入射光束の光路に沿って延びる基準直線の一方の側に配置され、前記第２空間光変調器は前記基準直線の他方の側に配置されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１３】
前記分割用空間光変調器への入射光束の光路と前記分割用空間光変調器から前記第１光路への射出光束の光路とは鋭角をなし、
前記分割用空間光変調器への入射光束の光路と前記分割用空間光変調器から前記第２光路への射出光束の光路とは鋭角をなすことを特徴とする請求項１２に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１４】
前記分割用空間光変調器を経て入射した前記第１光束を前記第１空間光変調器へ向けて偏向する前側第１偏向面と、
前記分割用空間光変調器を経て入射した前記第２光束を前記第２空間光変調器へ向けて偏向する前側第２偏向面と、
前記第１空間光変調器を経て入射した前記第１光束を後続光学系へ向けて偏向する後側第１偏向面と、
前記第２空間光変調器を経て入射した前記第２光束を前記後続光学系へ向けて偏向する後側第２偏向面とを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１５】
前記分割用空間光変調器から入射して前記第１空間光変調器を経た前記第１光束に基づいて、前記第１光路中において前記照明光学系の照明瞳と光学的に共役な第１共役位置に第１瞳強度分布を形成する第１分布形成光学系と、
前記第１光路中の前記第１共役位置またはその近傍の位置に配置されて、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反射型空間光変調器と、
前記第１反射型空間光変調器を経て入射した前記第１光束を後続光学系へ向けて偏向する後側第１偏向面と、
前記分割用空間光変調器から入射して前記第２空間光変調器を経た前記第２光束に基づいて、前記第２光路中において前記照明瞳と光学的に共役な第２共役位置に第２瞳強度分布を形成する第２分布形成光学系と、
前記第２光路中の前記第２共役位置またはその近傍の位置に配置されて、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２反射型空間光変調器と、
前記第２反射型空間光変調器を経て入射した前記第２光束を前記後続光学系へ向けて偏向する後側第２偏向面とを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１６】
前記後側第１偏向面を経て前記後続光学系へ入射する前記第１光束の光路、および前記後側第２偏向面を経て前記後続光学系へ入射する前記第２光束の光路は、前記分割用空間光変調器への入射光束の光路と平行であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１７】
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光学要素を有する分割用空間光変調器と、
前記複数の光学要素のうちの一群の光学要素を経た光が所定の光路に沿って導かれるように前記分割用空間光変調器を制御する制御部と、
前記所定の光路中に配置されて、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調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１８】
前記分割用空間光変調器は、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１７に記載の空間光変調ユニット。
【請求項１９】
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１７または１８に記載の空間光変調ユニット。
【請求項２０】
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４乃至１９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２１】
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２０に記載の照明光学系。
【請求項２２】
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２０または２１に記載の照明光学系。
【請求項２３】
所定のパターンを照明するための請求項２０乃至２２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２４】
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２３に記載の露光装置。
【請求項２５】
請求項２３または２４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、光束分割装置、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、例えば半導体素子、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。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
従来、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一対の可動マルチミラー（空間光変調器）を並列配置して、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（すなわち所望の照明条件）を実現す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に記載された照明光学系では、プリズム等の屈折光学素子や回折光学素子などを用いて光源からの光束を２つの光束に波面分割し、一方の光束を第１空間光変調器へ導き、他方の光束を第２空間光変調器へ導いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１０９４１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
並列配置された一対の空間光変調器を備えた照明光学系では、瞳強度分布の制御性を向上させるために、光源からの光束の強度分布に依存することなく、所望の強度分布を有する光束を各空間光変調器へ導くことが望まれる。具体的には、光源からの光束が不均一な強度分布を有する場合であっても、例えば均一な強度分布を有する光束を各空間光変調器へ導くことが望まれる。また、瞳強度分布の強度に関する自由度を向上させるために、第１空間光変調器へ導かれる第１光束と第２空間光変調器へ導かれる第２光束との間の光量比を変化させることが望まれる。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、入射光束の強度分布に依存することなく、所望の強度分布を有する光束を複数の空間光変調器へ導くことのできる光束分割装置を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の強度分布を有する光束を複数の空間光変調器へ導く光束分割装置を備え、照明光学系に用いられて瞳強度分布の制御性を向上させ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。
【０００８】
また、本発明は、複数の空間光変調器を備えた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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、入射光束を複数の光束に分割し、該複数の光束のうちの第１光束を第１光路に沿って導き且つ第２光束を前記第１光路とは異なる第２光路に沿って導く光束分割装置において、
所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素と、該複数の光学要素を駆動する駆動部とを有し、制御部からの制御信号に基づいて前記駆動部を駆動させる分割用空間光変調器を備え、
該分割用空間光変調器は、前記複数の光学要素のうちの第１群の光学要素を経た光が前記第１光路に沿って導かれ、且つ前記複数の光学要素のうちの前記第１群とは異なる第２群の光学要素を経た光が前記第２光路に沿って導かれるように、前記制御部によって制御されることを特徴とする光束分割装置を提供する。
【００１０】
本発明の第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用いられる空間光変調ユニットであって、
第１形態の光束分割装置と、
前記第１光路中に配置されて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する第１空間光変調器と、
前記第２光路中に配置されて、二次元的に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する第２空間光変調器とを備えていることを特徴とする空間光変調ユニットを提供する。
【００１１】
本発明の第３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光学要素を有する分割用空間光変調器と、
前記複数の光学要素のうちの一群の光学要素を経た光が所定の光路に沿って導かれるように前記分割用空間光変調器を制御する制御部と、
前記所定の光路中に配置されて、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調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。
【００１２】
本発明の第４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２形態または第３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。
【００１３】
本発明の第５形態では、所定のパターンを照明するための第４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。
【００１４】
本発明の第６形態では、第５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】
【００１５】
本発明の一態様にしたがう光束分割装置では、分割用空間光変調器の複数のミラー要素の姿勢に応じた所望の光強度分布を一対の空間光変調器の入射面に形成すること、すなわち入射光束の強度分布に依存することなく所望の強度分布を有する光束を各空間光変調器へ導くこと、ひいては第１空間光変調器へ導かれる第１光束と第２空間光変調器へ導かれる第２光束との間の光量比を変化させることができる。したがって、光束分割装置と一対の空間光変調器とを備えた空間光変調ユニットでは、所望の強度分布（例えばほぼ均一な強度分布）を有する光束を各空間光変調器へ導くことにより瞳強度分布の制御性を向上させるとともに、第１空間光変調器への光束と第２空間光変調器への光束との光量比を変化させることにより瞳強度分布の強度に関する自由度を向上させることができる。
【００１６】
本発明の照明光学系では、複数の空間光変調器を備えた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。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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内部構成を概略的に示す図である。
【図３】分割用空間光変調器の構成を概略的に示す図である。
【図４】瞳形成用空間光変調器の構成および作用を説明する図である。
【図５】空間光変調器の要部の部分斜視図である。
【図６】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４極状の光強度分布を模式的に示す図である。
【図７】第１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８】第２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９】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１０】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】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
空間光変調ユニット３は、図２に示すように、光源１からの入射光束を２つの光束に分割する分割用空間光変調器３０と、照明光路に並列配置された一対の瞳形成用空間光変調器（以下、単に「空間光変調器」ともいう）３１および３２とを備えている。分割用空間光変調器３０および一対の空間光変調器３１，３２は、所定面に沿っ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。分割用空間光変調器３０と第１空間光変調器３１との間の光路中には、光の入射順に、光路折曲げミラー３３ａ、旋光部材３４ａ、および偏光状態計測装置３５ａのビームスプリッター３５ａａが配置されている。分割用空間光変調器３０と第２空間光変調器３２との間の光路中には、光の入射順に、光路折曲げミラー３３ｂ、旋光部材３４ｂ、および偏光状態計測装置３５ｂのビームスプリッター３５ｂａが配置されている。
【００２１】
偏光状態計測装置３５ａと偏光状態計測装置３５ｂとは、互いに同じ構成を有する。具体的に、偏光状態計測装置３５ａ（３５ｂ）は、ビームスプリッター３５ａａ（３５ｂａ）により照明光路から取り出された光が入射する偏光ビームスプリッター３５ａｂ（３５ｂｂ）と、偏光ビームスプリッター３５ａｂ（３５ｂｂ）を透過した光を検出するディテクター３５ａｃ（３５ｂｃ）と、偏光ビームスプリッター３５ａｂ（３５ｂｂ）で反射された光を検出するディテクター３５ａｄ（３５ｂｄ）とを備えている。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３６が配置されている。
【００２２】
以下、説明の理解を容易にするために、空間光変調ユニット３は、照明光学系の基準光軸（以下、単に「光軸」ともいう」ＡＸを通るＸＹ平面に関して対称に構成されているものとする。空間光変調ユニット３において、分割用空間光変調器３０は、光源１からの光束を２つの光束に分割し、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へ導く。偏向部材３６は、空間光変調器３１，３２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。
【００２３】
空間光変調ユニット３から射出された光は、フーリエ変換光学系としてのリレー光学系４を介して、所定面５に入射する。すなわち、リレー光学系４は、その前側焦点位置が空間光変調器３１，３２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、空間光変調器３１，３２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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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中の分割用空間光変調器３０、および一対の瞳形成用空間光変調器３１，３２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。
【００３２】
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。
【００３３】
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３１，３２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。
【００３４】
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。分割用空間光変調器３０は、図３に示すように、例えば基準光軸ＡＸと直交するＸＺ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。分割用空間光変調器３０は、一対の瞳形成用空間光変調器３１，３２と同様の構成を有する。分割用空間光変調器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。
【００３５】
各ミラー要素３０ａにより反射された光は、第１光路に沿って光路折曲げミラー３３ａへ向かうか、あるいは第２光路に沿って光路折曲げミラー３３ｂへ向かう。すなわち、分割用空間光変調器３０は、光源１からの入射光束を２つの光束に分割する。具体的に、分割用空間光変調器３０では、複数のミラー要素３０ａのうちの第１群のミラー要素を経て生成された第１光束は光路折曲げミラー３３ａへ導かれ、複数のミラー要素３０ａのうちの第２群のミラー要素を経て生成された第２光束は光路折曲げミラー３３ｂへ導かれる。このように、分割用空間光変調器３０は、光源１からの入射光束を２つの光束に分割し、第１光束を第１光路に沿って導き且つ第２光束を第２光路に沿って導く光束分割装置を構成している。
【００３６】
光路折曲げミラー３３ａ（３３ｂ）で反射された光は、平行平面板状の旋光部材３４ａ（３４ｂ）を介して、ビームスプリッター３５ａａ（３５ｂａ）に入射する。旋光部材３４ａ（３４ｂ）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。旋光部材３４ａ（３４ｂ）の入射面（ひいては射出面）は光軸ＡＸ１（ＡＸ２）と直交し、その結晶光学軸は光軸ＡＸ１（ＡＸ２）とほぼ一致（すなわち入射光の進行方向とほぼ一致）している。旋光部材３４ａ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。旋光部材３４ｂ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。
【００３７】
以下、分割用空間光変調器３０に入射する光はＺ方向直線偏光状態にあるものとする。したがって、理想的な光学状態において、旋光部材３４ａを経た第１光束はＸ方向直線偏光状態にあり、旋光部材３４ｂを経た光はＺ方向直線偏光状態にある。ビームスプリッター３５ａａ（３５ｂａ）で反射されて照明光路から取り出された光は、偏光ビームスプリッター３５ａｂ（３５ｂｂ）に入射する。偏光ビームスプリッター３５ａｂ（３５ｂｂ）の透過光はディテクター３５ａｃ（３５ｂｃ）で検出され、偏光ビームスプリッター３５ａｂ（３５ｂｂ）の反射光はディテクター３５ａｄ（３５ｂｄ）で検出される。偏光状態計測装置３５ａ（３５ｂ）では、一対のディテクター３５ａｃ，３５ａｄ（３５ｂｃ，３５ｂｄ）の検出結果に基づいて、旋光部材３４ａ（３４ｂ）を経て生成された光の偏光状態が計測される。ビームスプリッター３５ａａ（３５ｂａ）を透過した光は、照明光路に沿って瞳形成用空間光変調器３１（３２）で反射された後、偏向部材３６を介して、リレー光学系４へ導かれる。
【００３８】
偏向部材３６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、マスク側（図２中右側）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。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を形成することができる。あるいは、偏向部材３６を、それぞれミラーとして形成することもできる。第１空間光変調器３１により変調された光は、偏向部材３６の第１反射面３６ａ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３６の第２反射面３６ｂにより反射され、リレー光学系４へ導かれる。
【００３９】
空間光変調ユニット３において、光路折曲げミラー３３ａの反射面は分割用空間光変調器３０を経て入射した第１光束を第１空間光変調器３１へ向けて偏向する前側第１偏向面を構成し、光路折曲げミラー３３ｂの反射面は分割用空間光変調器３０を経て入射した第２光束を第２空間光変調器３２へ向けて偏向する前側第２偏向面を構成している。偏向部材３６の反射面３６ａは第１空間光変調器３１を経て入射した第１光束を後続のリレー光学系４へ向けて偏向する後側第１偏向面を構成し、偏向部材３６の反射面３６ｂは第２空間光変調器３２を経て入射した第２光束を後続のリレー光学系４へ向けて偏向する後側第２偏向面を構成している。偏向部材３６の反射面３６ａを経てリレー光学系４へ入射する第１光束の光路（光軸ＡＸ１に沿って延びる光路）、および偏向部材３６の反射面３６ｂを経てリレー光学系４へ入射する第２光束の光路（光軸ＡＸ２に沿って延びる光路）は、分割用空間光変調器３０への入射光束の光路（基準光軸ＡＸに沿って延びる光路）とほぼ平行である。
【００４０】
以下、第１空間光変調器３１に着目して、空間光変調ユニット３における空間光変調器３１，３２の構成および作用を説明する。なお、上述したように、分割用空間光変調器３０の構成は、第１空間光変調器３１の構成と同様である。空間光変調器３１は、図４に示すように、所定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。なお、図４では、図面の明瞭化および理解の容易化のために複数のミラー要素３１ａをＸＹ平面に沿って二次元的に配列しているが、ミラー要素３１ａの実際の配列面は図２に示すようにＸＹ平面に対して傾いている。
【００４１】
空間光変調器３１は、図５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４および図５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４を参照すると、空間光変調器３１に入射する光線群のうち、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。
【００４２】
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３６（図４では不図示）の第１反射面３６ａ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。
【００４３】
同様に、第２空間光変調器３２によって変調された光は、その複数のミラー要素３２ａの姿勢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の光強度分布との合成分布に対応した分布となる。ここで、第１の光強度分布と第２の光強度分布とは、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、ランダムに混在するものであっても良い。
【００４４】
空間光変調器３１は、図５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。
【００４５】
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５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。
【００４６】
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。
【００４７】
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６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。こうして、一対の空間光変調器３１，３２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４極状の光強度分布２０（２０ａ，２０ｂ）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、４極状の光強度分布２０に対応する４極状の光強度分布２１（２１ａ，２１ｂ）が形成される。
【００４８】
４極状の光強度分布２１において、Ｚ方向に間隔を隔てた一対の光強度分布２１ａを形成する光は旋光部材３４ａの作用によりＸ方向偏光状態にあり、Ｘ方向に間隔を隔てた一対の光強度分布２１ｂを形成する光は旋光部材３４ｂの作用によりＺ方向偏光状態にある。換言すれば、４極状の光強度分布２１は、いわゆる周方向偏光状態にある。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、４極状の光強度分布２０に対応する４極状で周方向偏光状態の光強度分布が形成される。
【００４９】
本実施形態において、光束分割装置としての分割用空間光変調器３０は、その複数のミラー要素３０ａの姿勢に応じた所望の光強度分布を空間光変調器３１，３２の入射面に形成することができる。このことは、分割用空間光変調器３０が、光源１からの入射光束の強度分布に依存することなく、所望の強度分布を有する光束を各空間光変調器３１，３２へ導くことができること、ひいては第１空間光変調器３１へ導かれる第１光束と第２空間光変調器３２へ導かれる第２光束との間の光量比を必要に応じて変化させることができることを意味している。
【００５０】
したがって、分割用空間光変調器３０と一対の瞳形成用空間光変調器３１，３２とを備えた空間光変調ユニット３では、光源１からの入射光束が不均一な強度分布を有する場合であっても、所望の強度分布（例えば均一な強度分布）を有する光束を空間光変調器３１，３２へ導くことにより瞳強度分布の制御性を向上させるとともに、第１空間光変調器３１への光束と第２空間光変調器３２への光束との光量比を変化させることにより瞳強度分布の強度に関する自由度を向上させることができる。具体的に、第１空間光変調器３１と第２空間光変調器３２との間で入射光束の光量比を変化させることにより、４極状の光強度分布２１においてＺ方向に間隔を隔てた一対の光強度分布２１ａとＸ方向に間隔を隔てた一対の光強度分布２１ｂとの間の強度比を変化させる（または強度バランスを調整する）ことができる。
【００５１】
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、一対の空間光変調器３１，３２に対して所望の強度分布の光束を供給する光束分割装置としての分割用空間光変調器３０を備えているので、照明光学系において形成される瞳強度分布の制御性および強度に関する自由度を向上させることができる。また、本実施形態の空間光変調ユニット３では、一対の空間光変調器３１，３２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。本実施形態の照明光学系（２〜１０）では、一対の空間光変調器３１，３２を内蔵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。
【００５２】
なお、上述の実施形態では、分割用空間光変調器３０への入射光束の光路（基準光軸ＡＸに沿って延びる光路）と分割用空間光変調器３０から第１光路への射出光束の光路（光軸ＡＸ１に沿って延びる光路）とが鋭角をなし、分割用空間光変調器３０への入射光束の光路と分割用空間光変調器３０から第２光路への射出光束の光路（光軸ＡＸ２に沿って延びる光路）とが鋭角をなしている。この構成により、光路折曲げミラー３３ａ，３３ｂの反射面への光の入射角度を小さく抑えて、光路折曲げミラー３３ａ，３３ｂにおける反射率を比較的大きく確保することができる。同様に、空間光変調器３１，３２の各ミラー要素３１ａ，３２ａの反射面への光の入射角度を小さく抑えて、空間光変調器３１，３２における反射率を比較的大きく確保することができる。
【００５３】
また、上述の実施形態では、第１空間光変調器３１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２１ａと、第２空間光変調器３２が形成する第２の光強度分布２１ｂとが互いに隔絶している。しかしながら、上述したように、第１の光強度分布と第２の光強度分布とを互いに重複させることもできる。この場合、旋光部材３４ａを経て第１空間光変調器３１へ入射する光束と旋光部材３４ｂを経て第２空間光変調器３２へ入射する光束との光量比を変化させることにより、重複領域における瞳強度分布を形成する光の偏光度を変化させることができる。
【００５４】
また、上述の実施形態では、光束分割装置としての分割用空間光変調器３０が光源１からの入射光束を２つの光束に分割し、第１光束を第１空間光変調器３１へ導き且つ第２光束を第２空間光変調器３２へ導いている。しかしながら、光束分割装置による入射光束の分割数は２つに限定されることなく、入射光束を複数の光束に分割し、各光束を複数の空間光変調器の各々へ導くこともできる。また、上述の実施形態では、分割用空間光変調器３０が二次元的に配列された複数のミラー要素３０ａ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。
【００５５】
また、上述の実施形態では、分割用空間光変調器３０にＺ方向直線偏光を入射させて周方向偏光状態の瞳強度分布２１（２１ａ，２１ｂ）を形成しているが、分割用空間光変調器３０にＸ方向直線偏光を入射させて径方向偏光状態の瞳強度分布を形成することもできる。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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、上述の実施形態では、第１空間光変調器３１への第１光路中に配置されて入射光に基づいてＸ方向直線偏光の光を生成する偏光素子として旋光部材３４ａを用い、第２空間光変調器３２への第２光路中に配置されて入射光に基づいてＺ方向直線偏光の光を生成する偏光素子として旋光部材３４ｂを用いている。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偏光子などを用いることもできる。
【００５８】
また、上述の実施形態では、図２に示す特定の構成を有する空間光変調ユニット３に基づいて本発明を説明しているが、空間光変調ユニットの構成については様々な形態が可能である。一例として、図７に示す第１変形例にかかる空間光変調ユニット３Ａでは、光束分割装置としての分割用空間光変調器３０により分割された２つの光束のうち、第１光束を第１空間光変調器３１へ直接導き、第２光束を第２空間光変調器３２へ直接導いている。図７では、図１および図２に示す要素と同様の機能を有する構成要素に、図１および図２の要素と同じ参照符号を付している。
【００５９】
空間光変調器３１（３２）により変調された光は、フーリエ変換光学系３７ａ（３７ｂ）を介して、反射型空間光変調器３７（３８）の入射面またはその近傍に第１の光強度分布（第２の光強度分布）を形成する。反射型空間光変調器３７（３８）を経た光は、偏向部材３６の反射面３６ａ（３６ｂ）で反射された後、結像光学系としてのリレー光学系６を介してマイクロフライアイレンズ７（図７では不図示）に入射する。空間光変調ユニット３Ａでは、反射型空間光変調器３７（３８）の入射面がリレー光学系６を介してマイクロフライアイレンズ７の入射面と光学的にほぼ共役に設定されている。
【００６０】
したがって、フーリエ変換光学系３７ａ（３７ｂ）は、分割用空間光変調器３０から入射して空間光変調器３１（３２）を経た光束に基づいて、照明光学系の照明瞳と光学的に共役な位置（すなわち反射型空間光変調器３７（３８）の入射面またはその近傍の位置）に瞳強度分布を形成する第１分布形成光学系（第２分布形成光学系）を構成している。反射型空間光変調器３７（３８）は、分割用空間光変調器３０および瞳形成用空間光変調器３１，３２と同様に、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。
【００６１】
空間光変調ユニット３Ａでは、可変開口絞りとして機能する反射型空間光変調器３７（３８）の作用により、その入射面近傍に形成される瞳強度分布の外形を整形したり、不要光が後続のリレー光学系６へ導かれるのを遮ったりすることができる。図示を省略したが、必要に応じて、分割用空間光変調器３０と空間光変調器３１（３２）との間の光路中に、旋光部材３４ａ（３４ｂ）および偏光状態計測装置３５ａ（３５ｂ）のビームスプリッター３５ａａ（３５ｂａ）を付設することができる。
【００６２】
また、図２および図７に示す構成では、第１空間光変調器３１が分割用空間光変調器３０への入射光束の光路に沿って延びる基準光軸ＡＸの一方の側に配置され、第２空間光変調器３２は基準光軸ＡＸの他方の側に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、図８に示すように、一対の瞳形成用空間光変調器３１および３２を、分割用空間光変調器３０への入射光束の光路に沿って延びる基準光軸ＡＸの片側に配置する構成も可能である。図８では、図１および図２に示す要素と同様の機能を有する構成要素に、図１および図２の要素と同じ参照符号を付している。
【００６３】
図８に示す第２変形例にかかる空間光変調ユニット３Ｂでは、光束分割装置としての分割用空間光変調器３０により分割された２つの光束を、基準光軸ＡＸの＋Ｚ方向側に配置された一対の空間光変調器３１，３２へ直接導いている。空間光変調器３１（３２）により変調された光は、平面反射鏡４０ａ（４０ｂ）を介して、リレー光学系４に入射する。  空間光変調ユニット３Ｂでは、必要に応じて、分割用空間光変調器３０と空間光変調器３１（３２）との間の光路中に、旋光部材３４ａ（３４ｂ）および偏光状態計測装置３５ａ（３５ｂ）のビームスプリッター３５ａａ（３５ｂａ）を付設することができる。また、基準光軸ＡＸの−Ｚ方向側に、例えば一対の瞳形成用空間光変調器を付設することもできる。
【００６４】
なお、上述の説明では、照明瞳に４極状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち４極照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、４極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、輪帯状の瞳強度分布が形成される輪帯照明、４極状以外の複数極状（２極状、８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。
【００６５】
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。
【００６６】
また、上述の説明では、瞳形成用空間光変調器３１，３２が二次元的に配列された複数のミラー要素３１ａ，３２ａを備えているが、これに代えて、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調素子を用いることもできる。この種の空間光変調素子として、例えば、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、透過型の回折光学素子、反射型の回折光学素子などを用いることができる。一般に、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本発明の空間光変調ユニットは、所定面内に配列されて個別に制御される複数の光学要素を有する分割用空間光変調器と、前記複数の光学要素のうちの一群の光学要素を経た光が所定の光路に沿って導かれるように前記分割用空間光変調器を制御する制御部と、前記所定の光路中に配置されて、入射光に空間的な変調を付与して射出する空間光変調素子とを備えている。
【００６７】
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。
【００６８】
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。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。
【００６９】
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。
【００７０】
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９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９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）。
【００７１】
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。
【００７２】
図１０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１０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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【符号の説明】
【００７８】
１  光源
２  ビーム送光部
３，３Ａ，３Ｂ  空間光変調ユニット
３０  分割用空間光変調器
３１，３２  瞳形成用空間光変調器
３４  旋光部材
３５  偏光状態計測装置
３６  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
【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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【図９】
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【図１０】
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