(57)【要約】      （修正有）【課題】ミラーアレイ光学素子を用いた場合であっても、光強度分布（有効光源）を高精度に形成することができる露光装置を提供する。【解決手段】光源と、照明光学系と、投影光学系とを備える露光装置であって、前記照明光学系は、前記光源からの光を反射する反射面を有する複数のミラーエレメントを含み、前記複数のミラーエレメントのそれぞれの前記光源からの光に対する角度を独立して制御することが可能なミラーアレイ光学素子と、前記光源からの光を前記ミラーアレイ光学素子に入射させると共に、前記複数のミラーエレメントのうち前記反射面で反射された光が前記レチクルに入射するように前記角度が制御された所定のミラーエレメントで反射された光が入射する第１の光学系と、前記光源からの光を前記光学系に入射させる第２の光学系と、前記光学系からの光が入射する第３の光学系と、を含むことを特徴とする露光装置を提供する。【選択図】図１
2011108851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を用いてレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、
前記照明光学系は、
前記光源からの光を反射する反射面を有する複数のミラーエレメントを含み、前記複数のミラーエレメントのそれぞれの前記光源からの光に対する角度を独立して制御することが可能なミラーアレイ光学素子と、
前記光源からの光を前記ミラーアレイ光学素子に入射させると共に、前記複数のミラーエレメントのうち前記反射面で反射された光が前記レチクルに入射するように前記角度が制御された所定のミラーエレメントで反射された光が入射する第１の光学系と、
前記光学系よりも前記光源側にあって、前記光源からの光を前記光学系に入射させる第２の光学系と、
前記光学系よりも前記レチクル側にあって、前記光学系からの光が入射する第３の光学系と、
を含み、
前記第２の光学系の射出側の光軸及び前記第３の光学系の入射側の光軸は、前記所定のミラーエレメントの光軸と平行で、互いに離れており、
前記所定のミラーエレメントの反射面は、前記第２の光学系の射出側の光軸及び前記第３の光学系の入射側の光軸に直交することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記複数のミラーエレメントのそれぞれは、前記反射面で反射された光が前記レチクルに入射する第１の状態、及び、前記反射面で反射された光が前記レチクルに入射しない第２の状態の少なくとも２つの状態になるように前記角度が制御され、
前記複数のミラーエレメントの全てが前記第１の状態になるように前記角度が制御された場合に、前記複数のミラーエレメントの反射面は、１つの平面に属することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記ミラーアレイ光学素子を物体面としたときの前記第１の光学系の瞳面において、前記第１の光学系に入射する光と前記第１の光学系から射出する光は、互いに異なる領域を通過することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記第１の光学系は、前記光源からの光を反射する反射型の光学系を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
光源からの光を用いてレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、
前記照明光学系は、
前記光源からの光を反射する反射面を有する複数のミラーエレメントを含み、前記複数のミラーエレメントのそれぞれの前記光源からの光に対する角度を独立して制御することが可能なミラーアレイ光学素子と、
前記光源からの光を前記ミラーアレイ光学素子に入射させる第１の光学系と、
前記複数のミラーエレメントのうち前記反射面で反射された光が前記レチクルに入射するように前記角度が制御された所定のミラーエレメントで反射された光が入射する第２の光学系と、
前記第１の光学系よりも前記光源側にあって、前記光源からの光を前記第１の光学系に入射させる第３の光学系と、
前記第２の光学系よりも前記レチクル側にあって、前記第２の光学系からの光が入射する第４の光学系と、
を含み、
前記第３の光学系の射出側の光軸及び前記第４の光学系の入射側の光軸は、前記所定のミラーエレメントの光軸と平行で、互いに離れており、
前記所定のミラーエレメントの反射面は、前記第３の光学系の射出側の光軸及び前記第４の光学系の入射側の光軸に直交することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能な半導体デバイスを低コストで製造するために、ウエハなどの基板に転写するパターン（回路パターン）の微細化が進んでいる。近年では、微細なパターンに対して大きなプロセスマージンを確保するために、レチクル（マスク）のパターン及び有効光源（レチクルを照明する光の角度分布又は瞳面における光強度分布）を最適化する技術が注目されている。かかる技術は、一般的に、ＳＭＯ（Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍａｓｋ  Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）と呼ばれる。ＳＭＯによって最適化された有効光源は、円形形状や輪帯形状よりも複雑な形状になることが多い。
【０００３】
そこで、レチクルを照明する照明光学系にミラーアレイ光学素子を組み込むことで、ＳＭＯによって最適化された複雑な形状の有効光源を形成する技術が提案されている（特許文献１乃至３参照）。なお、ミラーアレイ光学素子は、複数のミラーエレメントを含み、かかる複数のミラーエレメントのそれぞれの傾きを独立して制御可能な光学素子である。
【０００４】
特許文献１では、個々のミラーエレメントは、１ｍｍ程度の大きさを有し、２つの軸に対して所定の角度に傾けることが可能である。但し、２つの軸に対して所定の角度に傾けることが可能なミラーエレメントを含むミラーアレイ光学素子を製造することは難しく、また、ミラーアレイ光学素子を構成するミラーエレメントの数を増やすことも難しい。従って、特許文献１では、ミラーアレイ光学素子に含まれるミラーエレメントの数は５００個程度にしかならないため、実際には、ＳＭＯによって最適化された複雑な形状の有効光源を形成することは困難である。
【０００５】
一方、特許文献２及び３では、「ｏｎ状態」と「ｏｆｆ状態」の２つの状態に制御（切り換え）可能なミラーエレメントを含むミラーアレイ光学素子が提案されている。かかるミラーアレイ素子は、「ｏｎ状態」と「ｏｆｆ状態」との間でミラーエレメントの角度を制御すればよいため、製造が比較的容易であり、多数のミラーエレメントを稠密に配置することができる。また、特許文献３では、有効光源の形状を計算機ホログラム（ＣＧＨ）で概略的に形成し、有効光源の詳細な形状をミラーアレイ光学素子で調整することで、照明効率の低下を抑えながら複雑な形状の有効光源の形成を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６５６３５６６号明細書
【特許文献２】特開平１１−３８４９号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００６／００８７６３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ミラーアレイ光学素子は、反射型の光学素子であるため、入射光（ミラーアレイ光学素子に入射する光）と射出光（ミラーアレイ光学素子で反射される光）とを分離する必要がある。特許文献２及び３では、ミラーアレイ光学素子を照明光学系の光軸に対して傾けて配置して光を偏向させ、入射光と射出光とを分離している。
【０００８】
しかしながら、本発明者が鋭意検討した結果、従来技術では、有効光源に非対称なボケが発生し（即ち、ｘ軸に沿った分布とｙ軸に沿った分布とが異なる）、露光性能に悪影響を与えることが明らかとなった。
【０００９】
以下、図７（ａ）乃至図７（ｅ）を参照して、従来技術の課題（照明光学系で形成される有効光源に非対称なボケが発生すること）について具体的に説明する。図７（ａ）は、従来の照明光学系の構成を示す概略図である。図７（ａ）に示す照明光学系においては、ミラーアレイ光学素子１０１０を入射側の光軸ＡＸａ及び射出側の光軸ＡＸｂに対して傾けて配置することによって、入射光Ｌａ（Ｌａ１及びＬａ２）と射出光Ｌｂ（Ｌｂ１及びＬｂ２）とを分離している。
【００１０】
ミラーアレイ光学素子１０１０に含まれる複数のミラーエレメント１０１２のそれぞれで反射された光は、リレーレンズ１０２０を介して、マイクロレンズアレイ１０３０（の入射面１０３２）に導光される。この際、ミラーアレイ光学素子１０１０は光軸ＡＸａ及びＡＸｂに対して傾いて配置されているため、射出光Ｌｂ１と射出光Ｌｂ２とでは、焦点の位置が異なる。具体的には、射出光Ｌｂ１は、入射面１０３２よりも光源側（−ｚ軸方向）に焦点を有し、射出光Ｌｂ２は、入射面１０３２よりもレチクル側（＋ｚ軸方向）に焦点を有する。
【００１１】
図７（ｂ）は、ミラーアレイ光学素子１０１０の外観を示す図であって、所定の形状の有効光源を形成するために、ミラーエレメント１０１２のそれぞれは、「ｏｎ状態」又は「ｏｆｆ状態」に独立して制御される。図７（ｂ）において、１０１２ａは、「ｏｎ状態」に制御されたミラーエレメントを、１０１２ｂは、「ｏｆｆ状態」に制御されたミラーエレメントを示し、ミラーアレイ光学素子１０１０は、輪帯形状の有効光源を形成している。
【００１２】
図７（ｃ）は、ミラーアレイ光学素子１０１０が図７（ｂ）に示す状態である場合に、マイクロレンズアレイ１０３０の入射面１０３２に形成される光強度分布を示す図である。上述したように、ミラーアレイ光学素子１０１０からの射出光Ｌｂは、ｙ軸方向の位置に応じて焦点の位置が異なるため、図７（ｃ）に示す光強度分布は理想的な輪帯形状から崩れ、ｙ軸に沿った分布にボケが発生する。図７（ｃ）において、領域Ｒａは光強度が一定である領域であり、領域Ｒｂは光強度が徐々に減衰する領域である。
【００１３】
図７（ｄ）及び図７（ｅ）のそれぞれは、図７（ｃ）に示す光強度分布のα―α’断面図及びβ−β’断面図である。ミラーアレイ光学素子１０１０からの射出光Ｌｂは、ｘ軸方向の位置に応じて焦点の位置は変わらないため、図７（ｄ）に示すように、ｘ軸に沿った分布にボケは発生せず、断面は矩形形状となる。一方、射出光Ｌｂは、ｙ軸方向の位置に応じて焦点の位置が異なるため、図７（ｅ）に示すように、ｙ軸に沿った分布にボケが発生し、断面は台形形状となる。このように、従来技術では、ｘ軸方向とｙ軸方向に関して有効光源に非対称性が発生するため、露光性能に悪影響を与えることになる。
【００１４】
そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、ミラーアレイ光学素子を用いた場合であっても、光強度分布（有効光源）を高精度に形成することができる技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光を用いてレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系とを備える露光装置であって、前記照明光学系は、前記光源からの光を反射する反射面を有する複数のミラーエレメントを含み、前記複数のミラーエレメントのそれぞれの前記光源からの光に対する角度を独立して制御することが可能なミラーアレイ光学素子と、前記光源からの光を前記ミラーアレイ光学素子に入射させると共に、前記複数のミラーエレメントのうち前記反射面で反射された光が前記レチクルに入射するように前記角度が制御された所定のミラーエレメントで反射された光が入射する第１の光学系と、前記光学系よりも前記光源側にあって、前記光源からの光を前記光学系に入射させる第２の光学系と、前記光学系よりも前記レチクル側にあって、前記光学系からの光が入射する第３の光学系と、を含み、前記第２の光学系の射出側の光軸及び前記第３の光学系の入射側の光軸は、前記所定のミラーエレメントの光軸と平行で、互いに離れており、前記所定のミラーエレメントの反射面は、前記第２の光学系の射出側の光軸及び前記第３の光学系の入射側の光軸に直交することを特徴とする。
【００１６】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、例えば、ミラーアレイ光学素子を用いた場合であっても、光強度分布（有効光源）を高精度に形成する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における露光装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す露光装置の照明光学系において、偏向ミラーからマイクロレンズアレイまでの光学系を説明するための図である。
【図３】図１に示す露光装置の照明光学系によって形成される有効光源の一例を説明するための図である。
【図４】図１に示す露光装置の照明光学系によって形成される有効光源の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における露光装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態における露光装置の構成を示す図である。
【図７】従来技術の課題を具体的に説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における露光装置１の構成を示す図である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクルのパターンをウエハに転写する投影露光装置である。
【００２０】
露光装置１は、光源１０からの光を用いてレチクル３０を照明する照明光学系２０と、レチクル３０を保持するレチクルステージ３５と、レチクル３０のパターンをウエハ５０に投影する投影光学系４０と、ウエハ５０を保持するウエハステージ５５とを備える。また、露光装置１は、第１の検出部６０と、第２の検出部６５と、制御部７０とを備える。
【００２１】
光源１０は、例えば、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーや波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどを使用する。但し、光源１０の種類及び個数は限定されるものではない。
【００２２】
照明光学系２０は、本実施形態では、ビーム整形光学系２０２と、回折光学素子２０４ａ及び２０４ｂと、コンデンサー光学系２０６と、プリズム２０８と、コンデンサー光学系２１０と、偏向ミラー２１２ａ及び２１２ｂとを含む。更に、照明光学系２０は、コンデンサー光学系（第１の光学系）２２０と、ミラーアレイ光学素子２３０と、ズーム光学系２４２と、マイクロレンズアレイ２４４と、コンデンサー光学系２４６と、視野絞り２４８と、結像光学系２５０とを含む。
【００２３】
光源１０から射出された光（ほぼ平行な光）は、周知の構成を有するビーム整形光学系２０２を介して所定の大きさの光に整形され、回折光学素子２０４ａ又は２０４ｂに入射する。回折光学素子２０４ａ及び２０４ｂは、互いに異なる回折作用を有し、例えば、図示しないターレットに搭載され、切り換え可能に構成されている。照明光学系２０の光路に位置する回折光学素子を切り換えることによって、円形形状、輪帯形状、多重極形状などの様々な形状の光強度分布をフーリエ変換面ＦＰに形成することが可能となる。
【００２４】
回折光学素子２０４ａ又は２０４ｂから射出された光は、コンデンサー光学系２０６を介して、フーリエ変換面ＦＰに集光される。回折光学素子２０４ａ及び２０４ｂとフーリエ変換面ＦＰとは、コンデンサー光学系２０６によって、光学的にフーリエ変換の関係になっており、回折光学素子２０４ａ又は２０４ｂの回折作用に基づく光強度分布がフーリエ変換面ＦＰに形成される。
【００２５】
フーリエ変換面ＦＰに形成された光強度分布は、プリズム２０８によって形状が調整され、コンデンサー光学系２１０を介して、偏向ミラー２１２ａ及び２１２ｂに導かれる。プリズム２０８は、例えば、第１の光学部材２０８ａと、第２の光学部材２０８ｂとを含み、第１の光学部材２０８ａと第２の光学部材２０８ｂとの間隔を調整することができるように構成される。第１の光学部材２０８ａと第２の光学部材２０８ｂとの間隔が十分に小さい場合には、プリズム２０８は平行平板ガラスとみなすことができる。従って、フーリエ変換面ＦＰに形成された光強度分布は、ほぼ相似形状を維持しながら、コンデンサー光学系２１０、偏向ミラー２１２ａ及び２１２ｂ、コンデンサー光学系２２０を介して、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する。また、第１の光学部材２０８ａと第２の光学部材２０８ｂとの間隔を大きくすることによって、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する光の輪帯比（ビームの内径／ビームの外径）を調整することができる。フーリエ変換面ＦＰとミラーアレイ光学素子２３０とは、コンデンサー光学系２１０及び２２０によって、光学的に共役の関係になっている。
【００２６】
ビーム整形光学系２０２乃至偏向ミラー２１２ｂを含み、コンデンサー光学系２２０よりも光源側にある光学系（第２の光学系）は、光源１０からの光をコンデンサー光学系２２０に入射させる。
【００２７】
ミラーアレイ光学素子２３０は、光源１０からの光を反射する反射面を有する複数のミラーエレメント２３２を２次元的に配列した光学素子であって、複数のミラーエレメント２３２のそれぞれの角度を独立して制御することが可能である。ミラーアレイ光学素子２３０は、本実施形態では、照明光学系２０の瞳面と光学的に共役な面近傍に配置され、有効光源の形状を調整するために使用される。
【００２８】
ミラーアレイ光学素子２３０で反射された光の一部は、コンデンサー光学系２２０に入射する。このように、コンデンサー光学系２２０は、光源１０からの光をミラーアレイ光学素子２３０に入射させると共に、反射面で反射された光がレチクル３０に入射するように角度が制御された所定のミラーエレメント２３２で反射された光が入射する光学系である。
【００２９】
ズーム光学系２４２乃至結像光学系２５０を含み、コンデンサー光学系２２０よりもレチクル側にある光学系（第３の光学系）には、コンデンサー光学系２２０からの光が入射する。具体的には、ミラーアレイ光学素子２３０で反射され、コンデンサー光学系２２０を通過した光は、ズーム光学系２４２を介して拡大又は縮小されて、マイクロレンズアレイ２４４に入射する。マイクロレンズアレイ２４４は、オプティカルインテグレータとして機能し、オプティカルロッドなどに置換することも可能である。マイクロレンズアレイ２４４の入射面とミラーアレイ光学素子２３０とは、コンデンサー光学系２２０及びズーム光学系２４２を介して光学的に共役な関係となるように配置される。
【００３０】
マイクロレンズアレイ２４４は、複数の微小レンズが２次元的に配置された光学素子である。マイクロレンズアレイ２４４に入射した光は波面分割され、各微小レンズの後側焦点面（マイクロレンズアレイ２４４の射出面）に集光される。マイクロレンズアレイ２４４の射出面には、多数の２次的な光源（２次光源）が形成される。かかる２次光源は、投影光学系４０の瞳面と光学的に共役な関係になっている。このように、マイクロレンズアレイ２４４の入射面は、投影光学系４０の瞳面と光学的に共役な面近傍に位置している。従って、マイクロレンズアレイ２４４の入射面と光学的に共役な位置に配置されたミラーアレイ光学素子２３０を制御することで、有効光源の形状を調整することができる。
【００３１】
マイクロレンズアレイ２４４から射出された光は、コンデンサー光学系２４６で集光され、レチクル３０（ウエハ５０）と光学的に共役な位置に配置された視野絞り２４８を重畳的に照明する。視野絞り２４８は、レチクル３０の照明領域（ウエハ５０の露光領域）を規定する遮光部材である。視野絞り２４８は、例えば、複数の遮光板を含み、かかる複数の遮光板を駆動することで照明領域に対応する開口形状を形成することができるように構成されている。
【００３２】
結像光学系２５０は、視野絞り２４８を通過した光束（即ち、視野絞り２４８で形成された開口形状）をレチクル３０に結像（投影）する。
【００３３】
レチクル３０は、ウエハ５０に形成すべきパターンを有し、レチクルステージ３５に保持及び駆動される。レチクル３０から発せられた回折光は、投影光学系４０を介して、ウエハ５０に投影される。
【００３４】
レチクルステージ３５は、レチクル３０を支持し、例えば、リニアモーターなどを利用して、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクル３０を駆動する。
【００３５】
投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウエハ５０に投影する光学系である。投影光学系４０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。
【００３６】
ウエハ５０は、レチクル３０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ５０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。ウエハ５０には、レジスト（感光剤）が塗布されている。
【００３７】
ウエハステージ５５は、ウエハ５０を支持し、レチクルステージ３５と同様に、例えば、リニアモーターを利用して、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウエハ５０を駆動する。
【００３８】
第１の検出部６０は、ウエハステージ５５上に配置され、ウエハ５０上の各点における光強度を検出する。第１の検出部６０は、例えば、ピンホールを有するピンホール板、及び、かかるピンホールを通過した光を検出するＣＣＤなどで構成される。第１の検出部６０は、検出した光強度に応じた信号を制御部７０に入力する。
【００３９】
制御部７０は、ＣＰＵやメモリを有し、露光装置１の全体（動作）を制御する。制御部７０は、例えば、第１の検出部６０によって検出された光強度を有効光源に変換し、変換した有効光源の形状と目標とする有効光源の形状とを比較する。変換した有効光源の形状と目標とする有効光源の形状との差が許容範囲外である場合、制御部７０は、有効光源の形状を補正（調整）するために必要な照明光学系２０の各部の設定を求める。ここで、照明光学系２０の各部の設定には、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のそれぞれの角度やプリズム２０８を構成する第１の光学部材２０８ａと第２の光学部材２０８ｂとの間隔が含まれる。また、照明光学系２０の各部の設定には、照明光学系２０の光路に配置する回折光学素子の切り換え（即ち、回折光学素子２０４ａ及び２０４ｂのどちらを配置するか）やズーム光学系２４２の駆動なども含まれる。そして、制御部７０は、照明光学系２０の各部の設定に基づいて、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のそれぞれの角度やズーム光学系２４２の駆動などを制御する。
【００４０】
ここで、ミラーアレイ光学素子２３０について詳細に説明する。ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のそれぞれは、本実施形態では、第１の状態と第２の状態の少なくとも２つの状態になるように角度が制御される。第１の状態とは、ミラーエレメント２３２の反射面で反射された光がレチクル３０に入射する状態（即ち、反射面で反射された光がマイクロレンズアレイ２４４に到達する状態）である。また、第２の状態とは、ミラーエレメント２３２の反射面で反射された光がレチクル３０に入射しない状態（即ち、反射面で反射された光がマイクロレンズアレイ２４４に到達しない状態）である。なお、本実施形態では、第２の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、第１の検出部６０と同様な構成を有する第２の検出部６５に入射するように構成されている。従って、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する全てのミラーエレメント２３２が第２の状態となるように角度を制御した場合には、第２の検出部６５は、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する光（コンデンサー光学系２２０からの光）の光強度分布を検出する。但し、第２の検出部６５は、露光装置１に必須の構成要素ではなく、第２の検出部６５の代わりに迷光を低減するためのディフューザーなどを配置してもよい。
【００４１】
ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のそれぞれの角度を独立して制御することで、ミラーアレイ光学素子２３０に入射した光から様々な形状の光強度分布を自由に切り出すことが可能となる。即ち、回折光学素子２０４ａ又は２０４ｂやプリズム２０８などで概略的に形成される光強度分布をミラーアレイ光学素子２３０で調整することで、有効光源を調整することができる。
【００４２】
但し、ミラーアレイ光学素子２３０を含む照明光学系２０は、有効光源の調整が容易であるが、概略的に形成される光強度分布から光を切り出しているため、光量損失が発生してしまう。その結果、ウエハ５０を露光するための露光時間が長くなり、半導体デバイスの生産性を低下させてしまうことがある。このような場合には、ミラーアレイ光学素子２３０を用いて有効光源を最適化した後に、最適化された有効光源を形成するための回折光学素子やプリズムを新たに製造すればよい。これにより、回折光学素子やプリズムの製造コスト及び製造時間はかかるが、ミラーアレイ光学素子２３０で光を切り出すことによって発生していた光量損失がなくなるため、半導体デバイスの生産性の低下を抑えることができる。
【００４３】
また、最適化された有効光源を形成する回折光学素子やプリズムなどを新たに製造すれば、ミラーアレイ光学素子２３０で光を切り出す必要がなくなる。このような場合には、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する全てのミラーエレメント２３２が第１の状態となるように角度を制御することで、通常の偏向ミラーと同じ機能を実現することが可能である。
【００４４】
但し、ミラーアレイ光学素子２３０は、上述したように、複数のミラーエレメント２３２を２次元的に配列した光学素子であり、ミラーエレメント２３２の充填率が１００％ではない。また、ミラーアレイ光学素子２３０の表面構造による回折、ミラーエレメント２３２の反射面における吸収や散乱などが発生する。従って、ミラーアレイ光学素子２３０を偏向ミラーとして機能させたとしても、通常の偏向ミラーよりも光の利用効率が悪くなってしまう。その結果、ウエハ５０を露光するための露光時間が長くなり、半導体デバイスの生産性の低下を招く可能性がある。このような場合には、ミラーアレイ光学素子２３０を通常の偏向ミラーと互いに切り換え可能なように構成すればよい。具体的には、光学素子をストックするストッカーと、光学素子を切り換えるためのハンドとを有する光学素子切換部を配置し、かかる光学素子切換部においてミラーアレイ光学素子２３０と偏向ミラーとの切り換えを行う。ミラーアレイ光学素子２３０による有効光源の調整を必要としない場合には、光の利用効率が高い通常の偏向ミラーに切り換えることによって、光源１０からの光の利用効率を向上させることができる。
【００４５】
図２（ａ）は、照明光学系２０の偏向ミラー２１２ｂからマイクロレンズアレイ２４４までの部分拡大図である。図２（ａ）では、コンデンサー光学系２２０を１つのレンズで図示しているが、実際には、コンデンサー光学系２２０は、収差補正の観点などから、複数のレンズで構成されることが一般的である。また、コンデンサー光学系２２０は、レンズだけではなく、ミラーなどを含んでいてもよい。
【００４６】
図２（ａ）に示すように、偏向ミラー２１２ｂの光軸（第２の光学系の射出側の光軸）ＡＸ１は、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の光軸ＡＸ３と平行で、光軸ＡＸ３からずれている（本実施形態では、−ｙ軸方向に離れている）。また、ズーム光学系２４２の光軸（第３の光学系の入射側の光軸）ＡＸ２は、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の光軸ＡＸ３と平行で、光軸ＡＸ３からずれている（本実施形態では、＋ｙ軸方向に離れている）。更に、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面は、偏向ミラー２１２ｂの光軸ＡＸ１及びズーム光学系２４２の光軸ＡＸ２に直交する。
【００４７】
面ＰＰは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面を物体面としたときのコンデンサー光学系２２０の瞳面の近傍に位置する。偏向ミラー２１２ｂで偏向された光は、面ＰＰを通過した後、コンデンサー光学系２２０によって集光され、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する。ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、コンデンサー光学系２２０によって集光され、面ＰＰを再び通過する。一方、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第２の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、上述したように、第２の検出部６５に導かれる。
【００４８】
なお、第１の状態におけるミラーエレメント２３２の角度は、ミラーエレメント２３２が配列される基板と平行（即ち、基板に対して０°）であるとよい。これにより、複数のミラーエレメント２３２の全てが第１の状態になるように角度が制御された場合に、複数のミラーエレメント２３２の反射面は、１つの平面に属することになる。その結果、マイクロレンズアレイ２４４の入射面に形成される光強度分布が歪むことを防止することができる。
【００４９】
ミラーアレイ光学素子２３０（第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面）とマイクロレンズアレイ２４４の入射面は、コンデンサー光学系２２０及びズーム光学系２４２によって、光学的に共役な関係になっている。従って、ズーム光学系２４２を構成するレンズの間隔を調整することによって、結像倍率を変更することができる。これにより、ミラーアレイ光学素子２３０によって形成（調整）された光強度分布は、ズーム光学系２４２で拡大又は縮小されて、マイクロレンズアレイ２４４の入射面に結像する。
【００５０】
図２（ｂ）は、面ＰＰにおいて、コンデンサー光学系２２０に入射する光が通過する領域及びコンデンサー光学系２２０から射出する光が通過する領域を示す図である。偏向ミラー２１２ｂで偏向された光は、面ＰＰの第１の領域ＰＰ１を通過する。第１の領域ＰＰ１を通過した光は、コンデンサー光学系２２０によって集光され、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する。ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、コンデンサー光学系２２０によって集光され、面ＰＰの第２の領域ＰＰ２を通過する。このように、面ＰＰにおいて、コンデンサー光学系２２０に入射する光（ミラーアレイ光学素子２３０に入射する前の光）とコンデンサー光学系２２０から射出する光（ミラーアレイ光学素子２３０に入射した後の光）は、互いに異なる領域を通過する。
【００５１】
図３（ａ）は、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する光の光強度分布を示している。図３（ａ）に示す光強度分布は、回折光学素子２０４ａ及び２０４ｂの切り換えやプリズム２０８を構成する第１の光学部材２０８ａと第２の光学部材２０８ｂとの間隔の調整によって、ある程度変更することが可能である。
【００５２】
図３（ｂ）は、ミラーアレイ光学素子２３０の外観を示す図である。図３（ｂ）において、２３２ａは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメントを、２３２ｂは、第２の状態になるように角度が制御されたミラーエレメントを示し、ミラーアレイ光学素子２３０は、４重極形状の光強度分布を形成している。図３（ｂ）に示すように複数のミラーエレメント２３２のそれぞれを第１の状態又は第２の状態に制御することで、照明光学系２０の瞳面に４重極形状の絞りを配置することと同等の効果を得ることができる。
【００５３】
図３（ｃ）は、ミラーアレイ光学素子２３０が図３（ｂ）に示す状態に制御されている場合に、ミラーエレメント２３２ａの反射面で反射された光の光強度分布を示す図である。図３（ｃ）を参照するに、ミラーアレイ光学素子２３０によって、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する光の輪帯形状の光強度分布から４重極形状の光強度分布が切り出されていることがわかる。
【００５４】
ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうちミラーエレメント２３２ａの反射面で反射された光は、コンデンサー光学系２２０によって集光され、ズーム光学系２４２で拡大又は縮小されて、マイクロレンズアレイ２４４に入射する。図３（ｄ）は、マイクロレンズアレイ２４４の入射面に形成される光強度分布（有効光源）を示す図である。
【００５５】
図３（ｅ）及び図３（ｆ）のそれぞれは、図３（ｄ）に示す光強度分布のα―α’断面図及びβ−β’断面図である。本実施形態では、上述したように、ミラーエレメント２３２の光軸ＡＸ３に対して、偏向ミラー２１２ｂの光軸ＡＸ１及びズーム光学系２４２の光軸ＡＸ２のそれぞれが平行に、且つ、光軸ＡＸ３からずれるように構成されている。従って、ミラーアレイ光学素子２３０からの光は、ｘ軸方向の位置及びｙ軸方向に応じて焦点の位置が変わらないため、図３（ｅ）及び図３（ｆ）に示すように、ｘ軸に沿った分布及びｙ軸に沿った分布にボケは発生せず、断面は矩形形状となる。
【００５６】
このように、本実施形態では、ｘ軸方向とｙ軸方向に関して光強度分布（有効光源）に非対称性が発生しないため、複雑な形状の有効光源を高精度に形成することができる。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置１を用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。
【００５７】
なお、照明光学系２０で形成することが可能な光強度分布（有効光源）は、４重極形状に限定されるものではなく、図４に示すように、様々な形状の光強度分布（有効光源）を形成することができる。
【００５８】
図４（ａ）及び図４（ｄ）は、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する光の光強度分布を示す図であって、図４（ａ）は、２重極（ダイポール）形状の光強度分布を示し、図４（ｂ）は、円形形状の光強度分布を示している。
【００５９】
図４（ｂ）及び図４（ｅ）は、ミラーアレイ光学素子２３０の外観を示す図である。図４（ｂ）及び図４（ｅ）において、２３２ａは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメントを、２３２ｂは、第２の状態になるように角度が制御されたミラーエレメントを示している。ミラーアレイ光学素子２３０は、図４（ｂ）では４重極形状の光強度分布を、図４（ｅ）ではより複雑な形状の光強度分布を形成している。
【００６０】
図４（ｃ）は、ミラーアレイ光学素子２３０が図４（ｂ）に示す状態に制御されている場合に、マイクロレンズアレイ２４４の入射面に形成される４重極形状の光強度分布（有効光源）を示す図である。図４（ｄ）は、ミラーアレイ光学素子２３０が図４（ｅ）に示す状態に制御されている場合に、マイクロレンズアレイ２４４の入射面に形成されるより複雑な形状の光強度分布（有効光源）を示す図である。図４（ｃ）及び図４（ｅ）を参照するに、ｘ軸方向とｙ軸方向に関して光強度分布（有効光源）に非対称性が発生していないことがわかる。
＜第２の実施形態＞
図５は、本発明の第２の実施形態における露光装置１Ａの構成を示す図である。露光装置１Ａは、基本的には、露光装置１と同様な構成を有する。但し、露光装置１Ａは、コンデンサー光学系２２０の代わりに、ミラーアレイ光学素子２３０の入射側に配置されるコンデンサー光学系２２０Ａと、ミラーアレイ光学素子２３０の射出側に配置されるコンデンサー光学系２２０Ｂとを有する。なお、ビーム整形光学系２０２乃至偏向ミラー２１２ｂを含み、コンデンサー光学系（第１の光学系）２２０Ａよりも光源側にある光学系（第３の光学系）は、光源１０からの光をコンデンサー光学系２２０Ａに入射させる。また、ズーム光学系２４２乃至結像光学系２５０を含み、コンデンサー光学系（第２の光学系）２２０Ｂよりもレチクル側にある光学系（第４の光学系）には、コンデンサー光学系２２０Ｂからの光が入射する。
【００６１】
コンデンサー光学系２２０Ａ及びコンデンサー光学系２２０Ｂのそれぞれは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の光軸ＡＸ３に対して偏心している。従って、偏向ミラー２１２ｂの光軸（第３の光学系の射出側の光軸）ＡＸ１及びズーム光学系２４２の光軸（第４の光学系の入射側の光軸）ＡＸ２のそれぞれは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の光軸ＡＸ３と平行になっている。また、偏向ミラー２１２ｂの光軸ＡＸ１及びズーム光学系２４２の光軸は、光軸ＡＸ３から互いに離れている。従って、ミラーアレイ光学素子２３０からの光は、ｘ軸方向の位置及びｙ軸方向に応じて焦点の位置が変わらない。その結果、第２の実施形態においても、ｘ軸方向とｙ軸方向に関して光強度分布（有効光源）に非対称性が発生しない。
【００６２】
なお、図５では、コンデンサー光学系２２０Ａ及び２２０Ｂのそれぞれを１つのレンズで図示しているが、実際には、コンデンサー光学系２２０Ａ及び２２０Ｂは、収差補正の観点などから、複数のレンズで構成されることが一般的である。また、本実施形態では、コンデンサー光学系２２０Ａ及び２２０Ｂのそれぞれは、互いに異なる焦点距離を有しているが、同じ焦点距離を有していてもよい。
【００６３】
面ＰＰＡは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面を物体面としたときのコンデンサー光学系２２０Ａの瞳面の近傍に位置する。偏向ミラー２１２ｂで偏向された光は、面ＰＰＡを通過した後、コンデンサー光学系２２０Ａによって集光され、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する。
【００６４】
面ＰＰＢは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面を物体面としたときのコンデンサー光学系２２０Ｂの瞳面の近傍に位置する。ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、コンデンサー光学系２２０Ｂによって集光され、面ＰＰＢを通過する。一方、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第２の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、第２の検出部６５に導かれる。
【００６５】
ミラーアレイ光学素子２３０（第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面）とマイクロレンズアレイ２４４の入射面は、コンデンサー光学系２２０Ｂ及びズーム光学系２４２によって、光学的に共役な関係になっている。従って、ズーム光学系２４２を構成するレンズの間隔を調整することによって、結像倍率を変更することができる。これにより、ミラーアレイ光学素子２３０によって形成（調整）された光強度分布は、ズーム光学系２４２で拡大又は縮小されて、マイクロレンズアレイ２４４の入射面に結像する。
【００６６】
このように、コンデンサー光学系２２０を２つのコンデンサー光学系２２０Ａ及び２２０Ｂで構成した場合にも、ｘ軸方向とｙ軸方向に関して光強度分布（有効光源）に非対称性が発生しないため、複雑な形状の有効光源を高精度に形成することができる。
＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態における露光装置１Ｂの構成を示す図である。露光装置１Ｂは、基本的には、露光装置１と同様な構成を有する。但し、露光装置１Ｂは、コンデンサー光学系２２０の代わりに、反射型（ミラータイプ）のコンデンサー光学系（第１の光学系）２２０Ｃを有する。なお、ビーム整形光学系２０２乃至偏向ミラー２１２ｂを含み、コンデンサー光学系２２０Ｃよりも光源側にある光学系（第２の光学系）は、光源１０からの光をコンデンサー光学系２２０Ｃに入射させる。また、ズーム光学系２４２乃至結像光学系２５０を含み、コンデンサー光学系２２０Ｃよりもレチクル側にある光学系（第３の光学系）には、コンデンサー光学系２２０Ｃからの光が入射する。
【００６７】
偏向ミラー２１２ｂの光軸（第２の光学系の射出側の光軸）ＡＸ１及びズーム光学系２４２の光軸（第３の光学系の入射側の光軸）ＡＸ２のそれぞれは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の光軸ＡＸ３と平行になっている。また、偏向ミラー２１２ｂの光軸ＡＸ１及びズーム光学系２４２の光軸は、光軸ＡＸ３から互いに離れている。従って、ミラーアレイ光学素子２３０からの光は、ｘ軸方向の位置及びｙ軸方向に応じて焦点の位置が変わらない。その結果、第３の実施形態においても、ｘ軸方向とｙ軸方向に関して光強度分布（有効光源）に非対称性が発生しない。
【００６８】
なお、図６では、コンデンサー光学系２２０Ｃを１つのミラーで図示しているが、実際には、コンデンサー光学系２２０Ｃは、収差補正の観点などから、複数のレンズなどを含む反射屈折光学系で構成されることが一般的である。また、コンデンサー光学系２２０は、収差補正の観点から、放物面などの非球面形状の反射面を有するとよい。
【００６９】
面ＰＰＣは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面を物体面としたときのコンデンサー光学系２２０Ｃの瞳面の近傍に位置する。偏向ミラー２１２ｂで偏向された光は、面ＰＰＣを通過した後、コンデンサー光学系２２０Ｃによって集光され、ミラーアレイ光学素子２３０に入射する。ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、コンデンサー光学系２２０Ｃによって集光され、面ＰＰＣを再び通過する。このように、面ＰＰＣにおいて、コンデンサー光学系２２０Ｃに入射する光（ミラーアレイ光学素子２３０に入射する前の光）とコンデンサー光学系２２０Ｃから射出する光（ミラーアレイ光学素子２３０に入射した後の光）は、互いに異なる領域を通過する。一方、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第２の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、第２の検出部６５に導かれる。
【００７０】
面ＰＰＤは、第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面を物体面としたときのコンデンサー光学系２２０Ｃの瞳面の近傍に位置する。ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、コンデンサー光学系２２０Ｂによって集光され、面ＰＰＢを通過する。一方、ミラーアレイ光学素子２３０を構成する複数のミラーエレメント２３２のうち第２の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面で反射された光は、第２の検出部（不図示）に導かれる。
【００７１】
ミラーアレイ光学素子２３０（第１の状態になるように角度が制御されたミラーエレメント２３２の反射面）とマイクロレンズアレイ２４４の入射面は、コンデンサー光学系２２０Ｃ及びズーム光学系２４２によって、光学的に共役な関係になっている。従って、ズーム光学系２４２を構成するレンズの間隔を調整することによって、結像倍率を変更することができる。これにより、ミラーアレイ光学素子２３０によって形成（調整）された光強度分布は、ズーム光学系２４２で拡大又は縮小されて、マイクロレンズアレイ２４４の入射面に結像する。
【００７２】
このように、コンデンサー光学系２２０を反射型のコンデンサー光学系２２０Ｃで構成した場合にも、ｘ軸方向とｙ軸方向に関して光強度分布（有効光源）に非対称性が発生しないため、複雑な形状の有効光源を高精度に形成することができる。
【００７３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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