光学ユニット、照明光学装置、露光装置、およびデバイス製造方法
【課題】照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態につ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装置を提供する。
【解決手段】照明光学装置は、光学ユニット３を備えている。光学ユニットは、入射光束を２つの光束に分割する光分割器３５と、第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器３３と、第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器３４と、第１空間光変調器を介した光束と第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器３６とを備え、第１空間光変調器および第２空間光変調器は、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３３ａ，３４ａを有する。
【解決手段】照明光学装置は、光学ユニット３を備えている。光学ユニットは、入射光束を２つの光束に分割する光分割器３５と、第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器３３と、第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器３４と、第１空間光変調器を介した光束と第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器３６とを備え、第１空間光変調器および第２空間光変調器は、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３３ａ，３４ａを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ユニット、照明光学装置、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装置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、「照明瞳輝度分布」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、ズーム光学系を用いることなく照明瞳輝度分布（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装置が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に開示された照明光学装置では、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、ひいては所望の照明瞳輝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】
本発明は、照明瞳輝度分布の形状、及び大きさについてさらに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装置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ことのできる照明光学装置を用いて、パターン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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、入射光路を進行する入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成して射出光路へ向ける光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記光分割器側の前記入射光路と前記光合成器側の前記射出光路とは同じ方向に延ばされていることを特徴とする光学ユニットを提供する。
【０００８】
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装置において、
第１形態の光学ユニットと、
前記第１および第２空間光変調器を介した光束に基づいて、前記照明光学装置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装置を提供する。
【０００９】
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形態の照明光学装置を備え、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。
【００１０】
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、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記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】
【００１１】
本発明の照明光学装置では、照明瞳輝度分布の形状、及び大きさについてさらに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ことのできる照明光学装置を用いて、マスクＭのパターン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】
【００１２】
【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を概略的に示す図である。
【図３】シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】本実施形態においてアフォーカルレンズの瞳面に形成される４極状の光強度分布を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態において５極状の照明瞳輝度分布を形成する例を模式的に示す図である。
【図６】光分割器と光合成器とが共通の偏光ビームスプリッターを有する変形例にかかる空間光変調ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図７】透過型の空間光変調器を有する変形例にかかる空間光変調ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図８】偏光制御部を有する変形例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】光分割器として回折光学素子を用いる変形例の要部構成を概略的に示す図である。
【図１０】図９の空間光変調ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図１１】図９の空間光変調ユニットが備える空間光変調器の部分斜視図である。
【図１２】光分割器としてプリズムユニットを用いる変形例の要部構成を概略的に示す図である。
【図１３】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１４】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】
【００１３】
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、空間光変調ユニット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の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図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。
【００１４】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。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、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大された後、空間光変調ユニット３に入射する。
【００１５】
空間光変調ユニット３は、図２に示すように、一対のプリズム部材３１および３２と、一対の空間光変調器３３および３４とを備えている。空間光変調ユニット３のプリズム部材３１の入射面３１ａに光軸ＡＸに沿って入射した光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３５に入射する。偏光分離膜３５で反射されたｓ偏光の光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、第１空間光変調器３３に入射する。
【００１６】
第１空間光変調器３３は、二次元的に配列された複数のミラー要素（一般には光学要素）３３ａと、複数のミラー要素３３ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３３ｂ（図１では不図示）とを有する。同様に、第２空間光変調器３４は、二次元的に配列された複数のミラー要素３４ａと、複数のミラー要素３４ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３４ｂ（図１では不図示）とを有する。駆動部３３ｂ，３４ｂは、図示を省略した制御部からの指令にしたがって、複数のミラー要素３３ａ，３４ａの姿勢を個別に制御駆動する。
【００１７】
第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａにより反射された光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、ｓ偏光の状態でプリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３６に入射する。第１空間光変調器３３を経て偏光分離膜３６で反射された光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、プリズム部材３１の射出面３１ｂから空間光変調ユニット３の外部へ射出される。第１空間光変調器３３のすべてのミラー要素３３ａの反射面がＸＹ平面に沿って位置決めされた基準状態では、空間光変調ユニット３に光軸ＡＸに沿って入射して第１空間光変調器３３を経た光は、空間光変調ユニット３から光軸ＡＸに沿って射出される。
【００１８】
一方、偏光分離膜３５を透過したｐ偏光の光は、プリズム部材３２の内部を伝播し、プリズム部材３２と気体（空気または不活性ガス）３７との界面３２ａで全反射された後、第２空間光変調器３４に入射する。第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａにより反射された光は、プリズム部材３２の内部を伝播し、プリズム部材３２と気体３７との界面３２ｂで全反射された後、ｐ偏光の状態でプリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３６に入射する。
【００１９】
第２空間光変調器３４を経て偏光分離膜３６を透過した光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、プリズム部材３１の射出面３１ｂから空間光変調ユニット３の外部へ射出される。第２空間光変調器３４のすべてのミラー要素３４ａの反射面がＸＹ平面に沿って位置決めされた基準状態では、空間光変調ユニット３に光軸ＡＸに沿って入射して第２空間光変調器３４を経た光は、空間光変調ユニット３から光軸ＡＸに沿って射出される。
【００２０】
このように、空間光変調ユニット３において、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３５は、入射光束を２つの光束（一般には複数の光束）に分割する光分割器を構成している。また、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３６は、第１空間光変調器３３を介した光束と第２空間光変調器３４を介した光束とを合成する光合成器を構成している。
【００２１】
空間光変調ユニット３から射出された光は、アフォーカルレンズ４に入射する。アフォーカルレンズ４は、その前側焦点位置と第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａの位置および第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面５の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。
【００２２】
したがって、第１空間光変調器３３を介したｓ偏光の光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布からなるＺ方向２極状の光強度分布を形成した後、２極状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。一方、第２空間光変調器３４を介したｐ偏光の光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布からなるＸ方向２極状の光強度分布を形成した後、２極状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。
【００２３】
アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中においてその瞳面の位置またはその近傍の位置には、円錐アキシコン系６が配置されている。円錐アキシコン系６の構成および作用については後述する。アフォーカルレンズ４を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ７を介して、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８に入射する。
【００２４】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８は、図３に示すように、光源側に配置された第１フライアイ部材８ａとマスク側に配置された第２フライアイ部材８ｂとから構成されている。第１フライアイ部材８ａの光源側の面および第２フライアイ部材８ｂの光源側の面には、Ｘ方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群８ａａおよび８ｂａがそれぞれピッチｐ１で形成されている。第１フライアイ部材８ａのマスク側の面および第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面には、Ｚ方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群８ａｂおよび８ｂｂがそれぞれピッチｐ２（ｐ２＞ｐ１）で形成されている。
【００２５】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８のＸ方向に関する屈折作用（すなわちＸＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ａａによってＸ方向に沿ってピッチｐ１で波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ｂａのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面上に集光する。
【００２６】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＹＺ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ａｂによってＺ方向に沿ってピッチｐ２で波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ｂｂのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面上に集光する。
【００２７】
このように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８は、シリンドリカルレンズ群が両側面に配置された第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとにより構成されているが、Ｘ方向にｐ１のサイズを有しＺ方向にｐ２のサイズを有する多数の矩形状の微小屈折面が縦横に且つ稠密に一体形成されたマイクロフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８では、微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑え、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑えることができる。
【００２８】
所定面５の位置はズームレンズ７の前側焦点位置の近傍に配置され、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面５とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
【００２９】
したがって、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面上には、アフォーカルレンズ４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布と光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布とからなる４極状の照野が形成される。この４極状の照野の全体形状は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して相似的に変化する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８における波面分割単位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。
【００３０】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳）には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の実質的な面光源と光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の実質的な面光源とからなる４極状の二次光源（４極状の照明瞳輝度分布）が形成される。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り９に入射する。
【００３１】
開口絞り９は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍に形成される４極状の二次光源に対応した４極状の開口部（光透過部）を有する。開口絞り９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。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。開口絞り９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。
【００３２】
開口絞り９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１０を介して、マスクブラインド１１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１１には、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の波面分割単位である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１１の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１２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１２は、マスクブラインド１１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。
【００３３】
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。
【００３４】
円錐アキシコン系６は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材６ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材６ａおよび第２プリズム部材６ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、理解を容易にするために、４極状または輪帯状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系６の作用およびズームレンズ７の作用を説明する。
【００３５】
第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系６は平行平面板として機能し、形成される４極状または輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、４極状または輪帯状の二次光源の幅（４極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２；輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、４極状または輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、４極状または輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。
【００３６】
ズームレンズ７は、４極状または輪帯状の二次光源の全体形状を相似的（等方的）に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ７の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、４極状または輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ７の作用により、４極状または輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、４極状または輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００３７】
本実施形態では、空間光変調器３３，３４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３３ａ，３４ａ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３３ａ，３４ａ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。
【００３８】
第１空間光変調器３３では、制御部からの制御信号に応じて作動する駆動部３３ｂの作用により、複数のミラー要素３３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａによりそれぞれ所定の角度で反射されたｓ偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する。光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。
【００３９】
同様に、第２空間光変調器３４では、制御部からの制御信号に応じて作動する駆動部３４ｂの作用により、複数のミラー要素３４ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３４ａがそれぞれ所定の向きに設定される。第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａによりそれぞれ所定の角度で反射されたｐ偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する。光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。空間光変調ユニット３に入射する光束の偏光状態が円偏光または偏光方向がＸ軸およびＺ軸と４５度の角度をなす直線偏光（以下、「４５度直線偏光」という）である場合、４つの光強度分布４１ａ〜４１ｄの光強度は互いに等しくなる。
【００４０】
アフォーカルレンズ４の瞳面に４極状の光強度分布４１を形成した光は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面、およびシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（開口絞り９が配置されている位置）に、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布を形成する。すなわち、アフォーカルレンズ４、ズームレンズ７、およびシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８は、第１空間光変調器３３および第２空間光変調器３４を介した光束に基づいて、照明光学装置（２〜１２）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。さらに、開口絞り９と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系１２の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布が形成される。
【００４１】
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、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。本実施形態では、図４に示す４極状の光強度分布４１に対応する４極状の照明瞳輝度分布が形成され、この４極状の照明瞳輝度分布を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光状態で４極状の照明瞳輝度分布に基づく周方向偏光４極照明では、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。
【００４２】
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。また、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４極照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）が向上し、ウェハ（感光性基板）上において高コントラストの良好なマスクパターン像が得られる。
【００４３】
本実施形態では、複数のミラー要素３３ａ，３４ａの姿勢がそれぞれ個別に変化する一対の空間光変調器３３，３４を備えた空間光変調ユニット３を用いているので、第１空間光変調器３３の作用により照明瞳に形成されるｓ偏光状態の第１光強度分布と第２空間光変調器３４の作用により照明瞳に形成されるｐ偏光状態の第２光強度分布とからなる照明瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。換言すれば、本実施形態では、偏光状態の互いに異なる第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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。
【００４４】
以上のように、本実施形態において光源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装置（２〜１２）では、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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（１〜ＷＳ）では、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装置（２〜１２）を用いて、マスクＭのパターン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。
【００４５】
また、本実施形態では、空間光変調器３３および３４の基準状態において、光分割器として機能する偏光分離膜３５に入射する入射光束の進行方向と、光合成器として機能する偏光分離膜３６から射出される射出光束の進行方向とは平行（一致を含む）である。換言すれば、空間光変調器３３および３４の基準状態において、空間光変調ユニット３への入射光束および空間光変調ユニット３からの射出光束の進行方向は、照明光学装置の光軸ＡＸと一致している（または平行である）。このように、空間光変調ユニット３の上流と下流とで光路が同軸（または平行）になるので、例えば照明瞳輝度分布の形成のために回折光学素子を用いる従来の照明光学装置と光学系を共用することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａがプリズム部材３１に近接して配置され、第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａがプリズム部材３２に近接して配置されている。この場合、プリズム部材３１，３２が複数のミラー要素３３ａ，３４ａのカバー部材の役目を果たすことになり、空間光変調器３３，３４の耐久性の向上を図ることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３５に対する光の入射角θ（図２を参照）がブルースター角（Brewster's angle）に近づくように、空間光変調ユニット３を設計してもよい。この構成により、偏光分離膜３５でのｐ偏光の反射率を小さく抑えて、偏光効率を高めることができる。なお、偏光分離膜３５，３６は、誘電体多層膜で形成されるものに限定されることなく、例えば「周期的な格子構造を持つ偏光分離層」を有するものでもよい。このような「周期的な格子構造を持つ偏光分離層」として、第１方向に平行な複数の金属格子を、第１方向と直交する第２方向に周期的な配列したワイヤーグリッド型偏光分離素子を用いることができる。このような技術は、たとえば特開２００５−７７８１９号公報およびこれに対応する米国特許第７１１６４７８号公報に開示されている。
【００４８】
また、上述の実施形態では、一対のプリズム部材３１および３２と、一対の空間光変調器３３および３４とにより、空間光変調ユニット３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、空間光変調ユニット３の具体的な構成については様々な形態が可能である。
【００４９】
また、上述の実施形態では、空間光変調ユニット３とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８との間の光路中に、アフォーカルレンズ４、円錐アキシコン系６、およびズームレンズ７が配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、これらの光学部材に代えて、例えばフーリエ変換レンズとして機能する集光光学系を配置することもできる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、第１偏向面としてプリズム部材３２と気体３７との界面３２ａでの全反射により、光分割器として機能する偏光分離膜３５を介したｐ偏光の光を第２空間光変調器３４へ向けて偏向している。同様に、プリズム部材３２と気体３７との界面３２ｂでの全反射により、第２空間光変調器３４を介したｐ偏光の光を光合成器として機能する偏光分離膜３６へ向けて偏向している。しかしながら、これに限定されることなく、界面３２ａ，３２ｂに反射膜を設けることもできる。
【００５１】
また、上述の説明では、第１空間光変調器３３の作用によりＺ方向２極状の光強度分布４１ａ，４１ｂを形成し、第２空間光変調器３４の作用によりＸ方向２極状の光強度分布４１ｃ，４１ｄを形成することにより、４極状の照明瞳輝度分布を形成している。しかしながら、上述したように、本実施形態では、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態について様々な形態が可能である。以下、図５を参照して、５極状の照明瞳輝度分布を形成する例を模式的に示す。
【００５２】
この例では、第１空間光変調器３３の作用により、図５の左図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ａおよび４２ｂと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ’とが、アフォーカルレンズ４の瞳面に形成される。光強度分布４２ａ，４２ｂ，４２ｃ’を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。一方、第２空間光変調器３４の作用により、図５の中央図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ｄおよび４２ｅと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ''とが、アフォーカルレンズ４の瞳面に形成される。光強度分布４２ｄ，４２ｅ，４２ｃ''を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。
【００５３】
その結果、アフォーカルレンズ４の瞳面には、図５の右図に示すように、５極状の光強度分布４２ａ〜４２ｅが形成される。ここで、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃは、光強度分布４２ｃ’と４２ｃ''とが重なり合って形成される。第１空間光変調器３３を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｓ偏光の光と、第２空間光変調器３４を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｐ偏光の光との間に、光源１の時間コヒーレント長以上の光路長差が付与されている場合、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する光束とＸ方向に沿った偏光方向を有する光束とが光強度分布４２ｃの領域を通過する。
【００５４】
これに対し、第１空間光変調器３３を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｓ偏光の光と、第２空間光変調器３４を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｐ偏光の光との間に光路長差がない場合、光強度分布４２ｃの領域を通過する光束の偏光状態は空間光変調ユニット３への入射光束の偏光状態と一致する。空間光変調ユニット３に入射する光束の偏光状態が円偏光または４５度直線偏光である場合、４つの周辺の光強度分布４２ａ，４２ｂ，４２ｄ，４２ｅの光強度は互いに等しくなり、中央の光強度分布４２ｃの光強度はその２倍になる。
【００５５】
また、例えば１／２波長板を通過させた光を光分割器として機能する偏光分離膜３５に入射させてもよい。偏光分離膜３５よりも光源側に配置される１／２波長板を光軸を中心として回転させることにより、偏光分離膜３５で分離されるｓ偏光の強度とｐ偏光の強度との比を制御することができる。すなわち、アフォーカルレンズ４の瞳面に達するｓ偏光の光の強度とｐ偏光の光の強度との比を制御できる。例えば、偏光分離膜３５に対してｓ偏光となるように１／２波長板の回転角を制御するか、又は偏光分離膜３５に対してｐ偏光となるように１／２波長板の回転角を制御することにより、ｓ偏光又はｐ偏光のみの光がアフォーカルレンズ４の瞳面に達するようにすることもできる。これにより、２極状の光強度分布（例えば、図４の光強度分布４１ａ、４１ｂ）をアフォーカルレンズ４の瞳面に形成することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態では、光分割面に位置する偏光分離膜３５が光分割器として機能し、偏光分離膜３５とは別の位置に設けられた光合成面に位置する偏光分離膜３６が光合成器として機能している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図６に示すように、光分割器と光合成器とが共通の偏光ビームスプリッター５１を有する変形例も可能である。図６の変形例に示す空間光変調ユニット３Ａでは、偏光ビームスプリッター５１に光軸ＡＸに沿って入射した光のうち、偏光分離膜５１ａで反射されたｓ偏光の光は、１／４波長板５２を介して円偏光になり、第１空間光変調器５３に入射する。
【００５７】
第１空間光変調器５３の複数のミラー要素により反射された光は、１／４波長板５２を介してｐ偏光になり、偏光ビームスプリッター５１に戻る。第１空間光変調器５３を経て偏光ビームスプリッター５１に入射したｐ偏光の光は、偏光分離膜５１ａを透過し、偏光ビームスプリッター５１から射出される。第１空間光変調器５３の基準状態では、空間光変調ユニット３Ａに光軸ＡＸに沿って入射して第１空間光変調器５３を経た光は、空間光変調ユニット３Ａから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００５８】
一方、偏光ビームスプリッター５１の偏光分離膜５１ａを透過したｐ偏光の光は、１／４波長板５４を介して円偏光になり、第２空間光変調器５５に入射する。第２空間光変調器５５の複数のミラー要素により反射された光は、１／４波長板５４を介してｓ偏光になり、偏光ビームスプリッター５１に戻る。第２空間光変調器５５を経て偏光ビームスプリッター５１に入射したｓ偏光の光は、偏光分離膜５１ａで反射され、偏光ビームスプリッター５１から射出される。第２空間光変調器５５の基準状態では、空間光変調ユニット３Ａに光軸ＡＸに沿って入射して第２空間光変調器５５を経た光は、空間光変調ユニット３Ａから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００５９】
なお、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光学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。
【００６０】
また、上述の説明では、複数のミラー要素を有する反射型の空間光変調器を用いているが、これに限定されることなく、たとえば米国特許第５，２２９，８７２号公報に開示される透過型の空間光変調器を用いても良い。図７に、透過型の空間光変調器を有する変形例にかかる空間光変調ユニットの構成を概略的に示す。図７の変形例に示す空間光変調ユニット３Ｂでは、光分割器として機能する偏光ビームスプリッター６１に光軸ＡＸに沿って入射した光のうち、偏光分離膜６１ａで反射されたｓ偏光の光は、第１空間光変調器６２に入射する。
【００６１】
第１空間光変調器６２の複数の光学要素（プリズム要素など）を透過した光は、光路折曲げミラー６３により偏向された後、光合成器として機能する偏光ビームスプリッター６４に入射する。第１空間光変調器６２を経て偏光ビームスプリッター６４に入射したｓ偏光の光は、偏光分離膜６４ａで反射され、偏光ビームスプリッター６４から射出される。第１空間光変調器６２の基準状態では、空間光変調ユニット３Ｂに光軸ＡＸに沿って入射して第１空間光変調器６２を経た光は、空間光変調ユニット３Ｂから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００６２】
偏光ビームスプリッター６１の偏光分離膜６１ａを透過したｐ偏光の光は、第２空間光変調器６５に入射する。第２空間光変調器６５の複数の光学要素を透過した光は、光路折曲げミラー６６により偏向された後、偏光ビームスプリッター６４に入射する。第２空間光変調器６５を経て偏光ビームスプリッター６４に入射したｐ偏光の光は、偏光分離膜６４ａを透過し、偏光ビームスプリッター６４から射出される。第２空間光変調器６５の基準状態では、空間光変調ユニット３Ｂに光軸ＡＸに沿って入射して第２空間光変調器６５を経た光は、空間光変調ユニット３Ｂから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００６３】
また、上述の説明では、直線偏光を主成分とする偏光状態を供給する光源１からの光を、その偏光状態を実質的に維持しつつ空間光変調ユニット（３；３Ａ；３Ｂ）へ導く構成としたが、例えば図８に示すように、空間光変調ユニット３の光源１側の光路に、射出光の偏光状態を可変にする偏光制御部１３を設ける変形例も可能である。なお、図８において図１と同じ機能を有する部材には同じ符号を付している。
【００６４】
図８の変形例に示す偏光制御部１３は、整形光学系２および光路折曲げミラーを経由した光源１からの光を受け、空間光変調ユニット３に対して所望の偏光状態の光を射出する。この偏光制御部１３は、例えば光軸または光軸と平行な軸を中心として回転可能に設けられた１／２波長板１３ａと、この１／２波長板１３ａを回転駆動させる回転駆動部１３ｂとを備えている。
【００６５】
回転駆動部１３ｂを介して、１／２波長板１３ａを回転調整することにより、例えば空間光変調ユニット３に対して、ＸＺ平面内でＸ軸またはＺ軸に対し４５度方向に偏光方向（電場の方向）を持つ直線偏光を供給できる。このとき、空間光変調ユニット３の偏光分離膜によって分離されるｓ偏光の光（第１空間光変調器３３へ向かう光）とｐ偏光の光（第２空間光変調器３４へ向かう光）との光量はほぼ等しくなる。
【００６６】
ここで、偏光制御部１３内の１／２波長板１３ａの回転調整によって、空間光変調ユニット３の偏光分離膜によって分離されるｓ偏光の光（第１空間光変調器３３へ向かう光）とｐ偏光の光（第２空間光変調器３４へ向かう光）との光量比を任意の光量比に設定することができる。たとえば図４に示したような４極状の光強度分布４１ａ〜４１ｄを形成する場合、光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布４１ａ，４１ｂの光強度と、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布４１ｃ，４１ｄの光強度との比を所望の光量比に設定することができる。
【００６７】
図８に示す変形例では、瞳偏光分布計測装置１４で照明瞳偏光分布を計測しつつ、この計測結果に応じて偏光制御部１３を制御してもよい。このとき必要に応じて、空間光変調ユニット中の各空間光変調器を制御してもよい。この瞳偏光分布計測装置１４は、ウェハＷを保持するためのウェハステージＷＳ内または当該ウェハステージＷＳと別に設けられた計測ステージ内に設けられて、ウェハＷに入射する照明光（露光光）の瞳内（開口内）における偏光状態を測定するものである。偏光状態測定部１４の詳細な構成および作用については、たとえば特開２００５−５５２１号公報に開示されている。
【００６８】
これにより、たとえば照明光学系内あるいは投影光学系内に配置される光路折曲げミラーの偏光毎反射率差があったとしても、これによる悪影響を防ぐことができる。なお、図８の変形例では、偏光制御部１３によって空間光変調ユニット３への偏光方向を調整したが、光源１自体、或いは空間光変調ユニット３を光軸廻りに回転させても同様の効果を得ることができる。また、この偏光制御部１３は図６および図７に示した変形例にも適用できる。
【００６９】
なお、上述の実施形態並びに図６〜図８の変形例では、光分割器および光合成器が偏光分離膜（３５，３６；５１ａ；６１ａ，６４ａ）を有するが、これに限定されることなく、光分割器および光合成器が光束を振幅分割する分離膜を有する構成も可能である。この場合、第１空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第１光強度分布と第２空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第２光強度分布とで偏光状態は同じであるが、第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝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。
【００７０】
また、上述の実施形態並びに図６〜図８の変形例では、偏光分離膜（３５；５１ａ；６１ａ）を用いて入射光束を２つの光束に分割しているが、これに限定されることなく、例えば回折光学素子を用いて入射光束を２つの光束に分割する構成も可能である。図９は、光分割器として回折光学素子を用いる変形例の要部構成を概略的に示す図である。図９の変形例は、図１の実施形態における空間光変調ユニット３が、回折光学素子７１、集光レンズ７２、一対の１／２波長板７３Ａ，７３Ｂ、および一対の空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂにより置き換えられた構成を有する。
【００７１】
図９の変形例では、整形光学系２を介した光源１からの光束が、光軸ＡＸに沿って光分割器としての回折光学素子７１に入射する。回折光学素子７１は、例えば矩形状の断面を有する平行光束が光軸ＡＸに沿って入射した場合、ファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に、光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの矩形状の光強度分布を形成する機能を有する。換言すれば、回折光学素子７１は、入射光束を２つの光束に分割する機能を有する。
【００７２】
回折光学素子７１により分割された２つの光束のうちの第１光束は、フーリエ変換レンズとして機能する集光レンズ７２を介して、第１光束の光路の光軸ＡＸａ廻りまたは光軸ＡＸａと平行な軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ａに入射する。１／２波長板７３Ａを通過した直線偏光状態の光は、空間光変調ユニット７４Ａを経た後、アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａを介して、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに達する。一方、回折光学素子７１により分割された２つの光束のうちの第２光束は、集光レンズ７２を介して、第２光束の光路の光軸ＡＸｂ廻りまたは光軸ＡＸｂと平行な軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ｂに入射する。１／２波長板７３Ｂを通過した直線偏光状態の光は、空間光変調ユニット７４Ｂを経た後、アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａを介して瞳面４ｃに達する。アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａは、空間光変調ユニット７４Ａ中の空間光変調器を介した光束と空間光変調ユニット７４Ｂ中の空間光変調器を介した光束とを瞳面４ｃで重ね合わせる光学系であって、光合成器として機能する。
【００７３】
以下、説明を簡単にするために、第１光束の光路中に配置された空間光変調ユニット７４Ａと第２光束の光路中に配置された空間光変調ユニット７４Ｂとは互いに同じ構成を有するものとする。また、回折光学素子７１にはＺ方向およびＸ方向と４５度をなす方向に沿った偏光方向を有する直線偏光状態の平行光束が入射し、１／２波長板７３Ａの作用により空間光変調ユニット７４ＡにはＸ方向に偏光したＸ方向直線偏光状態（横偏光状態）の光が入射し、１／２波長板７３Ｂの作用により空間光変調ユニット７４ＢにはＺ方向に偏光したＺ方向直線偏光状態（縦偏光状態）の光が入射するものとする。
【００７４】
以下、図１０および図１１を参照して、空間光変調ユニット７４Ａの具体的な構成および作用を説明する。空間光変調ユニット７４Ｂは空間光変調ユニット７４Ａと基本的に同じ構成を有するため、空間光変調ユニット７４Ｂの具体的な構成および作用についての重複する説明を省略する。空間光変調ユニット７４Ａは、図１０に示すように、例えば蛍石のような光学材料により形成されたプリズム２３ｂと、プリズム２３ｂのＸＹ平面に平行な側面２３ｂａに近接して取り付けられた反射型の空間光変調器２３ａとを備えている。プリズム２３ｂを形成する光学材料は、蛍石に限定されることなく、光源１が供給する光の波長などに応じて、石英であっても良くその他の光学材料であっても良い。
【００７５】
プリズム２３ｂは、直方体の１つの側面（空間光変調器２３ａが近接して取り付けられる側面２３ｂａと対向する側面）をＶ字状に凹んだ側面２３ｂｂおよび２３ｂｃと置き換えることにより得られる形態を有し、ＹＺ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２３ｂのＶ字状に凹んだ側面２３ｂｂおよび２３ｂｃは、鈍角をなすように交差する２つの平面ＰＮ１およびＰＮ２によって規定されている。２つの平面ＰＮ１およびＰＮ２はともにＹＺ平面と直交し、ＹＺ平面に沿ってＶ字状を呈している。
【００７６】
２つの平面ＰＮ１とＰＮ２との接線（Ｘ方向に延びる直線）Ｐ３で接する２つの側面２３ｂｂおよび２３ｂｃ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ＰＮ１上に位置し、反射面Ｒ２は平面ＰＮ２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ＡＸａに垂直なプリズム２３ｂの入射面ＩＰと反射面Ｒ１とのなす角度を６０度とし、光軸ＡＸａに垂直なプリズム２３ｂ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。
【００７７】
プリズム２３ｂでは、空間光変調器２３ａが近接して取り付けられる側面２３ｂａと光軸ＡＸａ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１０中左側）に、反射面Ｒ２がアフォーカルレンズ４側（露光装置の下流側：図１０中右側）に位置している。さらに詳細には、反射面Ｒ１は光軸ＡＸａに対して斜設され、反射面Ｒ２は接線Ｐ３を通り且つＸＺ平面に平行な面に関して反射面Ｒ１とは対称的に光軸ＡＸａに対して斜設されている。プリズム２３ｂの側面２３ｂａは、後述するように、空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥが配列される面に対向した光学面である。
【００７８】
プリズム２３ｂ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２３ａに向かって反射する。空間光変調器２３ａ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２３ｂの反射面Ｒ２は、空間光変調器２３ａを経て入射した光を反射し、射出面ＯＰを介してアフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａへ導く。図１０では、説明の理解を容易にするために、空間光変調ユニット７４Ａよりも後側において光軸ＡＸａが直線状に延びるように光路を展開している。また、図１０にはプリズム２３ｂを１つの光学ブロックで一体的に形成した例を示しているが、複数の光学ブロックを用いてプリズム２３ｂを構成しても良い。
【００７９】
空間光変調器２３ａ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２３ａは、図１１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（光学要素）ＳＥを備えている。説明および図示を簡単にするために、図１０および図１１では空間光変調器２３ａが４×４＝１６個のミラー要素ＳＥ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ＳＥを備えている。
【００８０】
図１０を参照すると、光軸ＡＸａと平行な方向に沿って空間光変調ユニット２３に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素ＳＥ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。
【００８１】
空間光変調ユニット２３では、空間光変調器２３ａのすべてのミラー要素ＳＥの反射面がＸＹ平面に平行に設定された基準状態において、光軸ＡＸａと平行な方向に沿って反射面Ｒ１へ入射した光線が、空間光変調器２３ａを経た後に、反射面Ｒ２により光軸ＡＸａと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、空間光変調ユニット２３は、プリズム２３ｂの入射面ＩＰからミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄを経て射出面ＯＰまでの空気換算長と、プリズム２３ｂが光路中に配置されていないときの入射面ＩＰに相当する位置から射出面ＯＰに相当する位置までの空気換算長とが等しくなるように構成されている。ここで、空気換算長とは、光学系中の光路長を屈折率１の空気中の光路長に換算したものであり、屈折率ｎの媒質中の空気換算長は、その光路長に１／ｎを乗じたものである。
【００８２】
空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥが配列される面は、集光レンズ７２の後側焦点位置またはその近傍に位置決めされ、且つアフォーカルレンズ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２３ａには、回折光学素子７１の特性に応じた形状（例えば矩形状）の断面を有する光束が入射する。空間光変調器２３ａ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、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。すなわち、アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａは、空間光変調器２３ａ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２３ａの遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である面４ｃ上での位置に変換している。
【００８３】
図１を参照すると、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃ（図１では不図示）と光学的に共役な位置またはその近傍に、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面が位置決めされている。したがって、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８が形成する二次光源の光強度分布（輝度分布）は、空間光変調器２３ａおよびアフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａが瞳面４ｃに形成する光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に応じた分布となる。空間光変調器２３ａは、図１１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ＳＥを含む可動マルチミラーである。
【００８４】
各ミラー要素ＳＥ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（不図示）からの指令にしたがって作動する駆動部２３ｃ（図１１では不図示）の作用により独立に制御される。各ミラー要素ＳＥ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（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ＳＥ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。
【００８５】
なお、各ミラー要素ＳＥ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１１には外形が正方形状のミラー要素ＳＥを示しているが、ミラー要素ＳＥ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ＳＥ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）にしてもよい。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素ＳＥの間隔を必要最小限に抑えてもよい。
【００８６】
空間光変調器２３ａでは、制御部からの制御信号に応じて作動する駆動部２３ｃの作用により、複数のミラー要素ＳＥの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素ＳＥがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、アフォーカルレンズ４およびズームレンズ７を介して、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点位置またはその近傍の照明瞳に、複数極状（４極状、５極状など）等の光強度分布（照明瞳輝度分布）を形成する。この照明瞳輝度分布は、ズームレンズ７の作用により、相似的に（等方的に）変化する。
【００８７】
具体的には、空間光変調ユニット７４Ａ中の空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥによりそれぞれ所定の角度で反射された横偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する。光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。
【００８８】
同様に、空間光変調ユニット７４Ｂ中の空間光変調器の複数のミラー要素によりそれぞれ所定の角度で反射された縦偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する。光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。
【００８９】
アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに４極状の光強度分布４１を形成した光は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面、およびシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（開口絞り９が配置されている位置）に、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布を形成する。さらに、開口絞り９と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系１２の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布が形成される。
【００９０】
あるいは、空間光変調ユニット７４Ａの作用により、図５の左図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ａおよび４２ｂと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ’とが、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに形成される。光強度分布４２ａ，４２ｂ，４２ｃ’を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。一方、空間光変調ユニット７４Ｂの作用により、図５の中央図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ｄおよび４２ｅと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ''とが、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに形成される。光強度分布４２ｄ，４２ｅ，４２ｃ''を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。
【００９１】
その結果、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃには、図５の右図に示すように、５極状の光強度分布４２ａ〜４２ｅが形成される。ここで、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃは、光強度分布４２ｃ’と４２ｃ''とが重なり合って形成される。空間光変調ユニット７４Ａを経てアフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに達する横偏光の光と、空間光変調ユニット７４Ｂを経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達する縦偏光の光との間に、光源１の時間コヒーレント長以上の光路長差が付与されている場合、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する光束とＸ方向に沿った偏光方向を有する光束とが光強度分布４２ｃの領域を通過する。
【００９２】
このように、図９の変形例では、空間光変調ユニット７４Ａ中の空間光変調器の作用により照明瞳に形成される横偏光状態の第１光強度分布と空間光変調ユニット７４Ｂ中の空間光変調器の作用により照明瞳に形成される縦偏光状態の第２光強度分布とからなる照明瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。換言すれば、図９の変形例においても図１の実施形態と同様に、偏光状態の互いに異なる第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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。
【００９３】
図９の変形例では、光分割器として回折光学素子７１を用いているので、空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂ中の空間光変調器に入射する光の強度の均一性を向上させることができるという利点がある。また、回折光学素子７１に入射する光束の位置が変動しても、回折光学素子７１の直後の光束の角度が変化しないので、空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂ中の空間光変調器に入射する光束の位置が変動し難いという利点がある。
【００９４】
図９の変形例において、回折光学素子７１に矩形状の断面を有する光束が入射する場合、プリズム２３ｂの小型化、ひいては空間光変調ユニット７４Ａおよび７４Ｂの小型化を図るには、矩形状の断面の短辺方向に入射光束を分割してもよい。換言すれば、空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂ中の空間光変調器の有効領域の長手方向を法線とする面内で入射光束を分割してもよい。一般的には、回折光学素子７１への入射光束の断面内における第１の方向に沿った大きさよりも第１の方向と直交する第２の方向に沿った大きさの方が大きい断面形状を有する場合、入射光束を第１の方向に分割することにより、空間光変調ユニット７４Ａおよび７４Ｂの小型化を図ることができる。
【００９５】
なお、図９の変形例では、回折光学素子７１を用いて入射光束を２つの光束に分割している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図１２に示すように、一対のプリズム部材７６ａと７６ｂとを有するプリズムユニット７６を用いて入射光束を２つの光束に分割する構成も可能である。図１２の変形例は図９の変形例と類似の構成を有するが、回折光学素子７１および集光レンズ７２に代えてプリズムユニット７６が配置されている点だけが図９の変形例と相違している。図１２では、図９に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図９と同じ参照符号を付している。また、図１２に示す変形例では、一対のプリズム部材７６ａと７６ｂとを有するプリズムユニット７６を用いて入射光束を２つの光束に分割しているため、装置を小型化することが可能となる。
【００９６】
図１２の変形例において光分割器として機能するプリズムユニット７６は、光源側（図中左側）から順に、光源側に平面を向け且つマスク側（図中右側）に凹状で且つＶ字状の屈折面を向けた第１プリズム部材７６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面を向けた第２プリズム部材７６ｂとにより構成されている。第１プリズム部材７６ａの凹状屈折面は２つの平面から構成され、その交線（稜線）はＸ方向に沿って延びている。第２プリズム部材７６ｂの凸状屈折面は、第１プリズム部材７６ａの凹状屈折面と相補的に形成されている。すなわち、第２プリズム部材７６ｂの凸状屈折面も２つの平面から構成され、その交線（稜線）はＸ方向に沿って延びている。図１２の変形例では、一対のプリズム部材７６ａと７６ｂとにより光分割器としてのプリズムユニット７６を構成しているが、少なくとも１つのプリズムを用いて光分割器を構成することもできる。さらに、光分割器の具体的な構成については様々な形態が可能である。
【００９７】
なお、図９の変形例および図１２の変形例では、集光レンズ７２と空間光変調ユニット７４Ａおよび７４Ｂとの間の光路中に、１／２波長板７３Ａおよび７３Ｂがそれぞれ設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、回折光学素子７１またはプリズムユニット７６により分割された２つの光束のうちの第１光束の光路中の他の適当な位置および第２光束の光路中の他の適当な位置に、１／２波長板７３Ａおよび７３Ｂをそれぞれ設けることができる。
【００９８】
また、図９の変形例および図１２の変形例では、第１光束の光路中に所定の軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ａが設けられ、第２光束の光路中に所定の軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ｂが設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、少なくとも一方の光路中に１／２波長板を所定の軸線廻りに回転可能にまたは固定的に設けたり、少なくとも一方の光路中に１／２波長板以外の偏光子または旋光子を所定の軸線廻りに回転可能にまたは固定的に設けたりすることもできる。
【００９９】
また、１／２波長板（一般的には偏光子または旋光子）を光路に対して挿脱自在に構成し、必要でないときには光路から退避させることにより、１／２波長板の長寿命化を図ることもできる。同様に、１／２波長板（一般的には偏光子または旋光子）を同じ光路長のガラス基板と交換可能に構成することにより、１／２波長板の長寿命化を図ることもできる。
【０１００】
また、１／２波長板に加えて、所定の軸線廻りに回転可能な１／４波長板を配置することにより、楕円偏光を所望の直線偏光に調整することもできる。また、１／２波長板に加えて、あるいは１／２波長板に代えて、デポラライザ（非偏光化素子）を用いることにより、所望の非偏光状態の光を得ることもできる。なお、上述したように、例えば一方の光路中に所要の厚さの平行平面板を挿入して、第１光束と第２光束との間に時間コヒーレント長以上の光路長差を付与することにより、照明瞳で同一領域を通過した光束を非偏光化することもできる。さらに、第１光束と第２光束との間に時間コヒーレント長以上の光路長差を付与することによって、スペックルを√（１／２）程度、低減することが可能になる。
【０１０１】
実施形態及び変形例にかかる照明光学装置では、複数のミラー要素の姿勢がそれぞれ個別に変化する一対の空間光変調器を備えた光学ユニット（空間光変調ユニット）を用いているので、第１空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第１偏光状態の第１光強度分布と第２空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第２偏光状態の第２光強度分布とからなる照明瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。換言すれば、偏光状態の互いに異なる第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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。
【０１０２】
こうして、実施形態及び変形例に係る照明光学装置では、照明瞳輝度分布の形状、及び大きさ、および偏光状態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、実施形態及び変形例に係る露光装置では、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装置を用いて、マスクＭのパターン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。
【０１０３】
上述の実施形態並びに各変形例において、空間光変調ユニットを用いて照明瞳輝度分布を形成する際に、瞳輝度分布計測装置で照明瞳輝度分布を計測しつつ、この計測結果に応じて空間光変調ユニット中の各空間光変調器を制御してもよい。このような技術は、たとえば特開２００６−５４３２８号公報や特開２００３−２２９６７号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００３／００３８２２５号公報に開示されている。
【０１０４】
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、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報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。
なお、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、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。
【０１０５】
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うことができる。
【０１０６】
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１３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１３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）。
【０１０７】
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。
【０１０８】
図１４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１４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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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装置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装置に対して本発明を適用することもできる。
【０１１５】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。また、上記実施形態の各構成要素等は、いずれの組み合わせ等も可能とすることができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 光源
３，３Ａ，３Ｂ 空間光変調ユニット
４ アフォーカルレンズ
７ ズームレンズ
８ シリンドリカルマイクロフライアイレンズ
１０ コンデンサー光学系
１１ マスクブラインド
１２ 結像光学系
３１，３２ プリズム部材
３３，３４ 空間光変調器
３３ａ，３４ａ 空間光変調器の複数のミラー要素
３５，３６ 偏光分離膜
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ユニット、照明光学装置、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装置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、「照明瞳輝度分布」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、ズーム光学系を用いることなく照明瞳輝度分布（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装置が提案されている（特許文献１を参照）。特許文献１に開示された照明光学装置では、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、ひいては所望の照明瞳輝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】
本発明は、照明瞳輝度分布の形状、及び大きさについてさらに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装置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ことのできる照明光学装置を用いて、パターン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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、入射光路を進行する入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成して射出光路へ向ける光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記光分割器側の前記入射光路と前記光合成器側の前記射出光路とは同じ方向に延ばされていることを特徴とする光学ユニットを提供する。
【０００８】
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装置において、
第１形態の光学ユニットと、
前記第１および第２空間光変調器を介した光束に基づいて、前記照明光学装置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装置を提供する。
【０００９】
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形態の照明光学装置を備え、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。
【００１０】
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、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記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】
【００１１】
本発明の照明光学装置では、照明瞳輝度分布の形状、及び大きさについてさらに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ことのできる照明光学装置を用いて、マスクＭのパターン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】
【００１２】
【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を概略的に示す図である。
【図３】シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】本実施形態においてアフォーカルレンズの瞳面に形成される４極状の光強度分布を模式的に示す図である。
【図５】本実施形態において５極状の照明瞳輝度分布を形成する例を模式的に示す図である。
【図６】光分割器と光合成器とが共通の偏光ビームスプリッターを有する変形例にかかる空間光変調ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図７】透過型の空間光変調器を有する変形例にかかる空間光変調ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図８】偏光制御部を有する変形例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】光分割器として回折光学素子を用いる変形例の要部構成を概略的に示す図である。
【図１０】図９の空間光変調ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図１１】図９の空間光変調ユニットが備える空間光変調器の部分斜視図である。
【図１２】光分割器としてプリズムユニットを用いる変形例の要部構成を概略的に示す図である。
【図１３】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１４】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】
【００１３】
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、空間光変調ユニット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の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの面内において図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。
【００１４】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１を備えている。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、整形光学系２により所要の断面形状の光束に拡大された後、空間光変調ユニット３に入射する。
【００１５】
空間光変調ユニット３は、図２に示すように、一対のプリズム部材３１および３２と、一対の空間光変調器３３および３４とを備えている。空間光変調ユニット３のプリズム部材３１の入射面３１ａに光軸ＡＸに沿って入射した光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３５に入射する。偏光分離膜３５で反射されたｓ偏光の光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、第１空間光変調器３３に入射する。
【００１６】
第１空間光変調器３３は、二次元的に配列された複数のミラー要素（一般には光学要素）３３ａと、複数のミラー要素３３ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３３ｂ（図１では不図示）とを有する。同様に、第２空間光変調器３４は、二次元的に配列された複数のミラー要素３４ａと、複数のミラー要素３４ａの姿勢を個別に制御駆動する駆動部３４ｂ（図１では不図示）とを有する。駆動部３３ｂ，３４ｂは、図示を省略した制御部からの指令にしたがって、複数のミラー要素３３ａ，３４ａの姿勢を個別に制御駆動する。
【００１７】
第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａにより反射された光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、ｓ偏光の状態でプリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３６に入射する。第１空間光変調器３３を経て偏光分離膜３６で反射された光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、プリズム部材３１の射出面３１ｂから空間光変調ユニット３の外部へ射出される。第１空間光変調器３３のすべてのミラー要素３３ａの反射面がＸＹ平面に沿って位置決めされた基準状態では、空間光変調ユニット３に光軸ＡＸに沿って入射して第１空間光変調器３３を経た光は、空間光変調ユニット３から光軸ＡＸに沿って射出される。
【００１８】
一方、偏光分離膜３５を透過したｐ偏光の光は、プリズム部材３２の内部を伝播し、プリズム部材３２と気体（空気または不活性ガス）３７との界面３２ａで全反射された後、第２空間光変調器３４に入射する。第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａにより反射された光は、プリズム部材３２の内部を伝播し、プリズム部材３２と気体３７との界面３２ｂで全反射された後、ｐ偏光の状態でプリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３６に入射する。
【００１９】
第２空間光変調器３４を経て偏光分離膜３６を透過した光は、プリズム部材３１の内部を伝播した後、プリズム部材３１の射出面３１ｂから空間光変調ユニット３の外部へ射出される。第２空間光変調器３４のすべてのミラー要素３４ａの反射面がＸＹ平面に沿って位置決めされた基準状態では、空間光変調ユニット３に光軸ＡＸに沿って入射して第２空間光変調器３４を経た光は、空間光変調ユニット３から光軸ＡＸに沿って射出される。
【００２０】
このように、空間光変調ユニット３において、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３５は、入射光束を２つの光束（一般には複数の光束）に分割する光分割器を構成している。また、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３６は、第１空間光変調器３３を介した光束と第２空間光変調器３４を介した光束とを合成する光合成器を構成している。
【００２１】
空間光変調ユニット３から射出された光は、アフォーカルレンズ４に入射する。アフォーカルレンズ４は、その前側焦点位置と第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａの位置および第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａの位置とがほぼ一致し且つその後側焦点位置と図中破線で示す所定面５の位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。
【００２２】
したがって、第１空間光変調器３３を介したｓ偏光の光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布からなるＺ方向２極状の光強度分布を形成した後、２極状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。一方、第２空間光変調器３４を介したｐ偏光の光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布からなるＸ方向２極状の光強度分布を形成した後、２極状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。
【００２３】
アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとの間の光路中においてその瞳面の位置またはその近傍の位置には、円錐アキシコン系６が配置されている。円錐アキシコン系６の構成および作用については後述する。アフォーカルレンズ４を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学装置のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ７を介して、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８に入射する。
【００２４】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８は、図３に示すように、光源側に配置された第１フライアイ部材８ａとマスク側に配置された第２フライアイ部材８ｂとから構成されている。第１フライアイ部材８ａの光源側の面および第２フライアイ部材８ｂの光源側の面には、Ｘ方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群８ａａおよび８ｂａがそれぞれピッチｐ１で形成されている。第１フライアイ部材８ａのマスク側の面および第２フライアイ部材８ｂのマスク側の面には、Ｚ方向に並んで配列されたシリンドリカルレンズ群８ａｂおよび８ｂｂがそれぞれピッチｐ２（ｐ２＞ｐ１）で形成されている。
【００２５】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８のＸ方向に関する屈折作用（すなわちＸＹ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ａａによってＸ方向に沿ってピッチｐ１で波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂの光源側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ｂａのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面上に集光する。
【００２６】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８のＺ方向に関する屈折作用（すなわちＹＺ平面に関する屈折作用）に着目すると、光軸ＡＸに沿って入射した平行光束は、第１フライアイ部材８ａのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ａｂによってＺ方向に沿ってピッチｐ２で波面分割され、その屈折面で集光作用を受けた後、第２フライアイ部材８ｂのマスク側に形成されたシリンドリカルレンズ群８ｂｂのうちの対応するシリンドリカルレンズの屈折面で集光作用を受け、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面上に集光する。
【００２７】
このように、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８は、シリンドリカルレンズ群が両側面に配置された第１フライアイ部材８ａと第２フライアイ部材８ｂとにより構成されているが、Ｘ方向にｐ１のサイズを有しＺ方向にｐ２のサイズを有する多数の矩形状の微小屈折面が縦横に且つ稠密に一体形成されたマイクロフライアイレンズと同様の光学的機能を発揮する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８では、微小屈折面の面形状のばらつきに起因する歪曲収差の変化を小さく抑え、たとえばエッチング加工により一体的に形成される多数の微小屈折面の製造誤差が照度分布に与える影響を小さく抑えることができる。
【００２８】
所定面５の位置はズームレンズ７の前側焦点位置の近傍に配置され、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面はズームレンズ７の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ７は、所定面５とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。
【００２９】
したがって、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面上には、アフォーカルレンズ４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布と光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布とからなる４極状の照野が形成される。この４極状の照野の全体形状は、ズームレンズ７の焦点距離に依存して相似的に変化する。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８における波面分割単位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。
【００３０】
シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍（ひいては照明瞳）には、入射光束によって形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の実質的な面光源と光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の実質的な面光源とからなる４極状の二次光源（４極状の照明瞳輝度分布）が形成される。シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り９に入射する。
【００３１】
開口絞り９は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍に形成される４極状の二次光源に対応した４極状の開口部（光透過部）を有する。開口絞り９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。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。開口絞り９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。
【００３２】
開口絞り９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１０を介して、マスクブラインド１１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１１には、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の波面分割単位である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１１の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１２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１２は、マスクブラインド１１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。
【００３３】
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。
【００３４】
円錐アキシコン系６は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材６ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材６ａおよび第２プリズム部材６ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材６ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。以下、理解を容易にするために、４極状または輪帯状の二次光源に着目して、円錐アキシコン系６の作用およびズームレンズ７の作用を説明する。
【００３５】
第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系６は平行平面板として機能し、形成される４極状または輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材６ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材６ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、４極状または輪帯状の二次光源の幅（４極状の二次光源に外接する円の直径（外径）と内接する円の直径（内径）との差の１／２；輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、４極状または輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、４極状または輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。
【００３６】
ズームレンズ７は、４極状または輪帯状の二次光源の全体形状を相似的（等方的）に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ７の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、４極状または輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ７の作用により、４極状または輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系６およびズームレンズ７の作用により、４極状または輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００３７】
本実施形態では、空間光変調器３３，３４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３３ａ，３４ａ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３３ａ，３４ａ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。
【００３８】
第１空間光変調器３３では、制御部からの制御信号に応じて作動する駆動部３３ｂの作用により、複数のミラー要素３３ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３３ａがそれぞれ所定の向きに設定される。第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａによりそれぞれ所定の角度で反射されたｓ偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する。光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。
【００３９】
同様に、第２空間光変調器３４では、制御部からの制御信号に応じて作動する駆動部３４ｂの作用により、複数のミラー要素３４ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素３４ａがそれぞれ所定の向きに設定される。第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａによりそれぞれ所定の角度で反射されたｐ偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面に、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する。光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。空間光変調ユニット３に入射する光束の偏光状態が円偏光または偏光方向がＸ軸およびＺ軸と４５度の角度をなす直線偏光（以下、「４５度直線偏光」という）である場合、４つの光強度分布４１ａ〜４１ｄの光強度は互いに等しくなる。
【００４０】
アフォーカルレンズ４の瞳面に４極状の光強度分布４１を形成した光は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面、およびシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（開口絞り９が配置されている位置）に、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布を形成する。すなわち、アフォーカルレンズ４、ズームレンズ７、およびシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８は、第１空間光変調器３３および第２空間光変調器３４を介した光束に基づいて、照明光学装置（２〜１２）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。さらに、開口絞り９と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系１２の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布が形成される。
【００４１】
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、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。本実施形態では、図４に示す４極状の光強度分布４１に対応する４極状の照明瞳輝度分布が形成され、この４極状の照明瞳輝度分布を通過する光束が周方向偏光状態に設定される。周方向偏光状態で４極状の照明瞳輝度分布に基づく周方向偏光４極照明では、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。
【００４２】
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。また、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４極照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）が向上し、ウェハ（感光性基板）上において高コントラストの良好なマスクパターン像が得られる。
【００４３】
本実施形態では、複数のミラー要素３３ａ，３４ａの姿勢がそれぞれ個別に変化する一対の空間光変調器３３，３４を備えた空間光変調ユニット３を用いているので、第１空間光変調器３３の作用により照明瞳に形成されるｓ偏光状態の第１光強度分布と第２空間光変調器３４の作用により照明瞳に形成されるｐ偏光状態の第２光強度分布とからなる照明瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。換言すれば、本実施形態では、偏光状態の互いに異なる第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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。
【００４４】
以上のように、本実施形態において光源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装置（２〜１２）では、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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（１〜ＷＳ）では、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装置（２〜１２）を用いて、マスクＭのパターン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。
【００４５】
また、本実施形態では、空間光変調器３３および３４の基準状態において、光分割器として機能する偏光分離膜３５に入射する入射光束の進行方向と、光合成器として機能する偏光分離膜３６から射出される射出光束の進行方向とは平行（一致を含む）である。換言すれば、空間光変調器３３および３４の基準状態において、空間光変調ユニット３への入射光束および空間光変調ユニット３からの射出光束の進行方向は、照明光学装置の光軸ＡＸと一致している（または平行である）。このように、空間光変調ユニット３の上流と下流とで光路が同軸（または平行）になるので、例えば照明瞳輝度分布の形成のために回折光学素子を用いる従来の照明光学装置と光学系を共用することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、第１空間光変調器３３の複数のミラー要素３３ａがプリズム部材３１に近接して配置され、第２空間光変調器３４の複数のミラー要素３４ａがプリズム部材３２に近接して配置されている。この場合、プリズム部材３１，３２が複数のミラー要素３３ａ，３４ａのカバー部材の役目を果たすことになり、空間光変調器３３，３４の耐久性の向上を図ることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、プリズム部材３１と３２との間に形成された偏光分離膜３５に対する光の入射角θ（図２を参照）がブルースター角（Brewster's angle）に近づくように、空間光変調ユニット３を設計してもよい。この構成により、偏光分離膜３５でのｐ偏光の反射率を小さく抑えて、偏光効率を高めることができる。なお、偏光分離膜３５，３６は、誘電体多層膜で形成されるものに限定されることなく、例えば「周期的な格子構造を持つ偏光分離層」を有するものでもよい。このような「周期的な格子構造を持つ偏光分離層」として、第１方向に平行な複数の金属格子を、第１方向と直交する第２方向に周期的な配列したワイヤーグリッド型偏光分離素子を用いることができる。このような技術は、たとえば特開２００５−７７８１９号公報およびこれに対応する米国特許第７１１６４７８号公報に開示されている。
【００４８】
また、上述の実施形態では、一対のプリズム部材３１および３２と、一対の空間光変調器３３および３４とにより、空間光変調ユニット３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、空間光変調ユニット３の具体的な構成については様々な形態が可能である。
【００４９】
また、上述の実施形態では、空間光変調ユニット３とシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８との間の光路中に、アフォーカルレンズ４、円錐アキシコン系６、およびズームレンズ７が配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、これらの光学部材に代えて、例えばフーリエ変換レンズとして機能する集光光学系を配置することもできる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、第１偏向面としてプリズム部材３２と気体３７との界面３２ａでの全反射により、光分割器として機能する偏光分離膜３５を介したｐ偏光の光を第２空間光変調器３４へ向けて偏向している。同様に、プリズム部材３２と気体３７との界面３２ｂでの全反射により、第２空間光変調器３４を介したｐ偏光の光を光合成器として機能する偏光分離膜３６へ向けて偏向している。しかしながら、これに限定されることなく、界面３２ａ，３２ｂに反射膜を設けることもできる。
【００５１】
また、上述の説明では、第１空間光変調器３３の作用によりＺ方向２極状の光強度分布４１ａ，４１ｂを形成し、第２空間光変調器３４の作用によりＸ方向２極状の光強度分布４１ｃ，４１ｄを形成することにより、４極状の照明瞳輝度分布を形成している。しかしながら、上述したように、本実施形態では、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態について様々な形態が可能である。以下、図５を参照して、５極状の照明瞳輝度分布を形成する例を模式的に示す。
【００５２】
この例では、第１空間光変調器３３の作用により、図５の左図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ａおよび４２ｂと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ’とが、アフォーカルレンズ４の瞳面に形成される。光強度分布４２ａ，４２ｂ，４２ｃ’を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。一方、第２空間光変調器３４の作用により、図５の中央図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ｄおよび４２ｅと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ''とが、アフォーカルレンズ４の瞳面に形成される。光強度分布４２ｄ，４２ｅ，４２ｃ''を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。
【００５３】
その結果、アフォーカルレンズ４の瞳面には、図５の右図に示すように、５極状の光強度分布４２ａ〜４２ｅが形成される。ここで、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃは、光強度分布４２ｃ’と４２ｃ''とが重なり合って形成される。第１空間光変調器３３を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｓ偏光の光と、第２空間光変調器３４を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｐ偏光の光との間に、光源１の時間コヒーレント長以上の光路長差が付与されている場合、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する光束とＸ方向に沿った偏光方向を有する光束とが光強度分布４２ｃの領域を通過する。
【００５４】
これに対し、第１空間光変調器３３を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｓ偏光の光と、第２空間光変調器３４を経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達するｐ偏光の光との間に光路長差がない場合、光強度分布４２ｃの領域を通過する光束の偏光状態は空間光変調ユニット３への入射光束の偏光状態と一致する。空間光変調ユニット３に入射する光束の偏光状態が円偏光または４５度直線偏光である場合、４つの周辺の光強度分布４２ａ，４２ｂ，４２ｄ，４２ｅの光強度は互いに等しくなり、中央の光強度分布４２ｃの光強度はその２倍になる。
【００５５】
また、例えば１／２波長板を通過させた光を光分割器として機能する偏光分離膜３５に入射させてもよい。偏光分離膜３５よりも光源側に配置される１／２波長板を光軸を中心として回転させることにより、偏光分離膜３５で分離されるｓ偏光の強度とｐ偏光の強度との比を制御することができる。すなわち、アフォーカルレンズ４の瞳面に達するｓ偏光の光の強度とｐ偏光の光の強度との比を制御できる。例えば、偏光分離膜３５に対してｓ偏光となるように１／２波長板の回転角を制御するか、又は偏光分離膜３５に対してｐ偏光となるように１／２波長板の回転角を制御することにより、ｓ偏光又はｐ偏光のみの光がアフォーカルレンズ４の瞳面に達するようにすることもできる。これにより、２極状の光強度分布（例えば、図４の光強度分布４１ａ、４１ｂ）をアフォーカルレンズ４の瞳面に形成することができる。
【００５６】
また、上述の実施形態では、光分割面に位置する偏光分離膜３５が光分割器として機能し、偏光分離膜３５とは別の位置に設けられた光合成面に位置する偏光分離膜３６が光合成器として機能している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図６に示すように、光分割器と光合成器とが共通の偏光ビームスプリッター５１を有する変形例も可能である。図６の変形例に示す空間光変調ユニット３Ａでは、偏光ビームスプリッター５１に光軸ＡＸに沿って入射した光のうち、偏光分離膜５１ａで反射されたｓ偏光の光は、１／４波長板５２を介して円偏光になり、第１空間光変調器５３に入射する。
【００５７】
第１空間光変調器５３の複数のミラー要素により反射された光は、１／４波長板５２を介してｐ偏光になり、偏光ビームスプリッター５１に戻る。第１空間光変調器５３を経て偏光ビームスプリッター５１に入射したｐ偏光の光は、偏光分離膜５１ａを透過し、偏光ビームスプリッター５１から射出される。第１空間光変調器５３の基準状態では、空間光変調ユニット３Ａに光軸ＡＸに沿って入射して第１空間光変調器５３を経た光は、空間光変調ユニット３Ａから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００５８】
一方、偏光ビームスプリッター５１の偏光分離膜５１ａを透過したｐ偏光の光は、１／４波長板５４を介して円偏光になり、第２空間光変調器５５に入射する。第２空間光変調器５５の複数のミラー要素により反射された光は、１／４波長板５４を介してｓ偏光になり、偏光ビームスプリッター５１に戻る。第２空間光変調器５５を経て偏光ビームスプリッター５１に入射したｓ偏光の光は、偏光分離膜５１ａで反射され、偏光ビームスプリッター５１から射出される。第２空間光変調器５５の基準状態では、空間光変調ユニット３Ａに光軸ＡＸに沿って入射して第２空間光変調器５５を経た光は、空間光変調ユニット３Ａから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００５９】
なお、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光学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。
【００６０】
また、上述の説明では、複数のミラー要素を有する反射型の空間光変調器を用いているが、これに限定されることなく、たとえば米国特許第５，２２９，８７２号公報に開示される透過型の空間光変調器を用いても良い。図７に、透過型の空間光変調器を有する変形例にかかる空間光変調ユニットの構成を概略的に示す。図７の変形例に示す空間光変調ユニット３Ｂでは、光分割器として機能する偏光ビームスプリッター６１に光軸ＡＸに沿って入射した光のうち、偏光分離膜６１ａで反射されたｓ偏光の光は、第１空間光変調器６２に入射する。
【００６１】
第１空間光変調器６２の複数の光学要素（プリズム要素など）を透過した光は、光路折曲げミラー６３により偏向された後、光合成器として機能する偏光ビームスプリッター６４に入射する。第１空間光変調器６２を経て偏光ビームスプリッター６４に入射したｓ偏光の光は、偏光分離膜６４ａで反射され、偏光ビームスプリッター６４から射出される。第１空間光変調器６２の基準状態では、空間光変調ユニット３Ｂに光軸ＡＸに沿って入射して第１空間光変調器６２を経た光は、空間光変調ユニット３Ｂから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００６２】
偏光ビームスプリッター６１の偏光分離膜６１ａを透過したｐ偏光の光は、第２空間光変調器６５に入射する。第２空間光変調器６５の複数の光学要素を透過した光は、光路折曲げミラー６６により偏向された後、偏光ビームスプリッター６４に入射する。第２空間光変調器６５を経て偏光ビームスプリッター６４に入射したｐ偏光の光は、偏光分離膜６４ａを透過し、偏光ビームスプリッター６４から射出される。第２空間光変調器６５の基準状態では、空間光変調ユニット３Ｂに光軸ＡＸに沿って入射して第２空間光変調器６５を経た光は、空間光変調ユニット３Ｂから光軸ＡＸに沿って射出される。
【００６３】
また、上述の説明では、直線偏光を主成分とする偏光状態を供給する光源１からの光を、その偏光状態を実質的に維持しつつ空間光変調ユニット（３；３Ａ；３Ｂ）へ導く構成としたが、例えば図８に示すように、空間光変調ユニット３の光源１側の光路に、射出光の偏光状態を可変にする偏光制御部１３を設ける変形例も可能である。なお、図８において図１と同じ機能を有する部材には同じ符号を付している。
【００６４】
図８の変形例に示す偏光制御部１３は、整形光学系２および光路折曲げミラーを経由した光源１からの光を受け、空間光変調ユニット３に対して所望の偏光状態の光を射出する。この偏光制御部１３は、例えば光軸または光軸と平行な軸を中心として回転可能に設けられた１／２波長板１３ａと、この１／２波長板１３ａを回転駆動させる回転駆動部１３ｂとを備えている。
【００６５】
回転駆動部１３ｂを介して、１／２波長板１３ａを回転調整することにより、例えば空間光変調ユニット３に対して、ＸＺ平面内でＸ軸またはＺ軸に対し４５度方向に偏光方向（電場の方向）を持つ直線偏光を供給できる。このとき、空間光変調ユニット３の偏光分離膜によって分離されるｓ偏光の光（第１空間光変調器３３へ向かう光）とｐ偏光の光（第２空間光変調器３４へ向かう光）との光量はほぼ等しくなる。
【００６６】
ここで、偏光制御部１３内の１／２波長板１３ａの回転調整によって、空間光変調ユニット３の偏光分離膜によって分離されるｓ偏光の光（第１空間光変調器３３へ向かう光）とｐ偏光の光（第２空間光変調器３４へ向かう光）との光量比を任意の光量比に設定することができる。たとえば図４に示したような４極状の光強度分布４１ａ〜４１ｄを形成する場合、光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布４１ａ，４１ｂの光強度と、光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの光強度分布４１ｃ，４１ｄの光強度との比を所望の光量比に設定することができる。
【００６７】
図８に示す変形例では、瞳偏光分布計測装置１４で照明瞳偏光分布を計測しつつ、この計測結果に応じて偏光制御部１３を制御してもよい。このとき必要に応じて、空間光変調ユニット中の各空間光変調器を制御してもよい。この瞳偏光分布計測装置１４は、ウェハＷを保持するためのウェハステージＷＳ内または当該ウェハステージＷＳと別に設けられた計測ステージ内に設けられて、ウェハＷに入射する照明光（露光光）の瞳内（開口内）における偏光状態を測定するものである。偏光状態測定部１４の詳細な構成および作用については、たとえば特開２００５−５５２１号公報に開示されている。
【００６８】
これにより、たとえば照明光学系内あるいは投影光学系内に配置される光路折曲げミラーの偏光毎反射率差があったとしても、これによる悪影響を防ぐことができる。なお、図８の変形例では、偏光制御部１３によって空間光変調ユニット３への偏光方向を調整したが、光源１自体、或いは空間光変調ユニット３を光軸廻りに回転させても同様の効果を得ることができる。また、この偏光制御部１３は図６および図７に示した変形例にも適用できる。
【００６９】
なお、上述の実施形態並びに図６〜図８の変形例では、光分割器および光合成器が偏光分離膜（３５，３６；５１ａ；６１ａ，６４ａ）を有するが、これに限定されることなく、光分割器および光合成器が光束を振幅分割する分離膜を有する構成も可能である。この場合、第１空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第１光強度分布と第２空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第２光強度分布とで偏光状態は同じであるが、第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝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。
【００７０】
また、上述の実施形態並びに図６〜図８の変形例では、偏光分離膜（３５；５１ａ；６１ａ）を用いて入射光束を２つの光束に分割しているが、これに限定されることなく、例えば回折光学素子を用いて入射光束を２つの光束に分割する構成も可能である。図９は、光分割器として回折光学素子を用いる変形例の要部構成を概略的に示す図である。図９の変形例は、図１の実施形態における空間光変調ユニット３が、回折光学素子７１、集光レンズ７２、一対の１／２波長板７３Ａ，７３Ｂ、および一対の空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂにより置き換えられた構成を有する。
【００７１】
図９の変形例では、整形光学系２を介した光源１からの光束が、光軸ＡＸに沿って光分割器としての回折光学素子７１に入射する。回折光学素子７１は、例えば矩形状の断面を有する平行光束が光軸ＡＸに沿って入射した場合、ファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に、光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの矩形状の光強度分布を形成する機能を有する。換言すれば、回折光学素子７１は、入射光束を２つの光束に分割する機能を有する。
【００７２】
回折光学素子７１により分割された２つの光束のうちの第１光束は、フーリエ変換レンズとして機能する集光レンズ７２を介して、第１光束の光路の光軸ＡＸａ廻りまたは光軸ＡＸａと平行な軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ａに入射する。１／２波長板７３Ａを通過した直線偏光状態の光は、空間光変調ユニット７４Ａを経た後、アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａを介して、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに達する。一方、回折光学素子７１により分割された２つの光束のうちの第２光束は、集光レンズ７２を介して、第２光束の光路の光軸ＡＸｂ廻りまたは光軸ＡＸｂと平行な軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ｂに入射する。１／２波長板７３Ｂを通過した直線偏光状態の光は、空間光変調ユニット７４Ｂを経た後、アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａを介して瞳面４ｃに達する。アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａは、空間光変調ユニット７４Ａ中の空間光変調器を介した光束と空間光変調ユニット７４Ｂ中の空間光変調器を介した光束とを瞳面４ｃで重ね合わせる光学系であって、光合成器として機能する。
【００７３】
以下、説明を簡単にするために、第１光束の光路中に配置された空間光変調ユニット７４Ａと第２光束の光路中に配置された空間光変調ユニット７４Ｂとは互いに同じ構成を有するものとする。また、回折光学素子７１にはＺ方向およびＸ方向と４５度をなす方向に沿った偏光方向を有する直線偏光状態の平行光束が入射し、１／２波長板７３Ａの作用により空間光変調ユニット７４ＡにはＸ方向に偏光したＸ方向直線偏光状態（横偏光状態）の光が入射し、１／２波長板７３Ｂの作用により空間光変調ユニット７４ＢにはＺ方向に偏光したＺ方向直線偏光状態（縦偏光状態）の光が入射するものとする。
【００７４】
以下、図１０および図１１を参照して、空間光変調ユニット７４Ａの具体的な構成および作用を説明する。空間光変調ユニット７４Ｂは空間光変調ユニット７４Ａと基本的に同じ構成を有するため、空間光変調ユニット７４Ｂの具体的な構成および作用についての重複する説明を省略する。空間光変調ユニット７４Ａは、図１０に示すように、例えば蛍石のような光学材料により形成されたプリズム２３ｂと、プリズム２３ｂのＸＹ平面に平行な側面２３ｂａに近接して取り付けられた反射型の空間光変調器２３ａとを備えている。プリズム２３ｂを形成する光学材料は、蛍石に限定されることなく、光源１が供給する光の波長などに応じて、石英であっても良くその他の光学材料であっても良い。
【００７５】
プリズム２３ｂは、直方体の１つの側面（空間光変調器２３ａが近接して取り付けられる側面２３ｂａと対向する側面）をＶ字状に凹んだ側面２３ｂｂおよび２３ｂｃと置き換えることにより得られる形態を有し、ＹＺ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２３ｂのＶ字状に凹んだ側面２３ｂｂおよび２３ｂｃは、鈍角をなすように交差する２つの平面ＰＮ１およびＰＮ２によって規定されている。２つの平面ＰＮ１およびＰＮ２はともにＹＺ平面と直交し、ＹＺ平面に沿ってＶ字状を呈している。
【００７６】
２つの平面ＰＮ１とＰＮ２との接線（Ｘ方向に延びる直線）Ｐ３で接する２つの側面２３ｂｂおよび２３ｂｃ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ＰＮ１上に位置し、反射面Ｒ２は平面ＰＮ２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ＡＸａに垂直なプリズム２３ｂの入射面ＩＰと反射面Ｒ１とのなす角度を６０度とし、光軸ＡＸａに垂直なプリズム２３ｂ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。
【００７７】
プリズム２３ｂでは、空間光変調器２３ａが近接して取り付けられる側面２３ｂａと光軸ＡＸａ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１０中左側）に、反射面Ｒ２がアフォーカルレンズ４側（露光装置の下流側：図１０中右側）に位置している。さらに詳細には、反射面Ｒ１は光軸ＡＸａに対して斜設され、反射面Ｒ２は接線Ｐ３を通り且つＸＺ平面に平行な面に関して反射面Ｒ１とは対称的に光軸ＡＸａに対して斜設されている。プリズム２３ｂの側面２３ｂａは、後述するように、空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥが配列される面に対向した光学面である。
【００７８】
プリズム２３ｂ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２３ａに向かって反射する。空間光変調器２３ａ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２３ｂの反射面Ｒ２は、空間光変調器２３ａを経て入射した光を反射し、射出面ＯＰを介してアフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａへ導く。図１０では、説明の理解を容易にするために、空間光変調ユニット７４Ａよりも後側において光軸ＡＸａが直線状に延びるように光路を展開している。また、図１０にはプリズム２３ｂを１つの光学ブロックで一体的に形成した例を示しているが、複数の光学ブロックを用いてプリズム２３ｂを構成しても良い。
【００７９】
空間光変調器２３ａ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２３ａは、図１１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（光学要素）ＳＥを備えている。説明および図示を簡単にするために、図１０および図１１では空間光変調器２３ａが４×４＝１６個のミラー要素ＳＥ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ＳＥを備えている。
【００８０】
図１０を参照すると、光軸ＡＸａと平行な方向に沿って空間光変調ユニット２３に入射する光線群のうち、光線Ｌ１は複数のミラー要素ＳＥ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。
【００８１】
空間光変調ユニット２３では、空間光変調器２３ａのすべてのミラー要素ＳＥの反射面がＸＹ平面に平行に設定された基準状態において、光軸ＡＸａと平行な方向に沿って反射面Ｒ１へ入射した光線が、空間光変調器２３ａを経た後に、反射面Ｒ２により光軸ＡＸａと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、空間光変調ユニット２３は、プリズム２３ｂの入射面ＩＰからミラー要素ＳＥａ〜ＳＥｄを経て射出面ＯＰまでの空気換算長と、プリズム２３ｂが光路中に配置されていないときの入射面ＩＰに相当する位置から射出面ＯＰに相当する位置までの空気換算長とが等しくなるように構成されている。ここで、空気換算長とは、光学系中の光路長を屈折率１の空気中の光路長に換算したものであり、屈折率ｎの媒質中の空気換算長は、その光路長に１／ｎを乗じたものである。
【００８２】
空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥが配列される面は、集光レンズ７２の後側焦点位置またはその近傍に位置決めされ、且つアフォーカルレンズ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２３ａには、回折光学素子７１の特性に応じた形状（例えば矩形状）の断面を有する光束が入射する。空間光変調器２３ａ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、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに所定の光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４を形成する。すなわち、アフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａは、空間光変調器２３ａ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２３ａの遠視野領域（フラウンホーファー回折領域）である面４ｃ上での位置に変換している。
【００８３】
図１を参照すると、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃ（図１では不図示）と光学的に共役な位置またはその近傍に、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面が位置決めされている。したがって、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８が形成する二次光源の光強度分布（輝度分布）は、空間光変調器２３ａおよびアフォーカルレンズ４の前側レンズ群４ａが瞳面４ｃに形成する光強度分布ＳＰ１〜ＳＰ４に応じた分布となる。空間光変調器２３ａは、図１１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ＳＥを含む可動マルチミラーである。
【００８４】
各ミラー要素ＳＥ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（不図示）からの指令にしたがって作動する駆動部２３ｃ（図１１では不図示）の作用により独立に制御される。各ミラー要素ＳＥ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（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ＳＥ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。
【００８５】
なお、各ミラー要素ＳＥ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１１には外形が正方形状のミラー要素ＳＥを示しているが、ミラー要素ＳＥ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ＳＥ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）にしてもよい。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素ＳＥの間隔を必要最小限に抑えてもよい。
【００８６】
空間光変調器２３ａでは、制御部からの制御信号に応じて作動する駆動部２３ｃの作用により、複数のミラー要素ＳＥの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素ＳＥがそれぞれ所定の向きに設定される。空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥによりそれぞれ所定の角度で反射された光は、アフォーカルレンズ４およびズームレンズ７を介して、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点位置またはその近傍の照明瞳に、複数極状（４極状、５極状など）等の光強度分布（照明瞳輝度分布）を形成する。この照明瞳輝度分布は、ズームレンズ７の作用により、相似的に（等方的に）変化する。
【００８７】
具体的には、空間光変調ユニット７４Ａ中の空間光変調器２３ａの複数のミラー要素ＳＥによりそれぞれ所定の角度で反射された横偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する。光強度分布４１ａおよび４１ｂを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。
【００８８】
同様に、空間光変調ユニット７４Ｂ中の空間光変調器の複数のミラー要素によりそれぞれ所定の角度で反射された縦偏光の光は、図４に示すように、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する。光強度分布４１ｃおよび４１ｄを形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。
【００８９】
アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに４極状の光強度分布４１を形成した光は、シリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の入射面、およびシリンドリカルマイクロフライアイレンズ８の後側焦点面またはその近傍の照明瞳（開口絞り９が配置されている位置）に、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布を形成する。さらに、開口絞り９と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系１２の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、光強度分布４１ａ〜４１ｄに対応する４極状の光強度分布が形成される。
【００９０】
あるいは、空間光変調ユニット７４Ａの作用により、図５の左図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＺ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ａおよび４２ｂと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ’とが、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに形成される。光強度分布４２ａ，４２ｂ，４２ｃ’を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＸ方向に沿った偏光方向を有する。一方、空間光変調ユニット７４Ｂの作用により、図５の中央図に示すように、例えば光軸ＡＸを中心としてＸ方向に間隔を隔てた２つの円形状の光強度分布４２ｄおよび４２ｅと、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃ''とが、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに形成される。光強度分布４２ｄ，４２ｅ，４２ｃ''を形成する光は、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する。
【００９１】
その結果、アフォーカルレンズ４の瞳面４ｃには、図５の右図に示すように、５極状の光強度分布４２ａ〜４２ｅが形成される。ここで、光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布４２ｃは、光強度分布４２ｃ’と４２ｃ''とが重なり合って形成される。空間光変調ユニット７４Ａを経てアフォーカルレンズ４の瞳面４ｃに達する横偏光の光と、空間光変調ユニット７４Ｂを経てアフォーカルレンズ４の瞳面に達する縦偏光の光との間に、光源１の時間コヒーレント長以上の光路長差が付与されている場合、図中両方向矢印で示すようにＺ方向に沿った偏光方向を有する光束とＸ方向に沿った偏光方向を有する光束とが光強度分布４２ｃの領域を通過する。
【００９２】
このように、図９の変形例では、空間光変調ユニット７４Ａ中の空間光変調器の作用により照明瞳に形成される横偏光状態の第１光強度分布と空間光変調ユニット７４Ｂ中の空間光変調器の作用により照明瞳に形成される縦偏光状態の第２光強度分布とからなる照明瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。換言すれば、図９の変形例においても図１の実施形態と同様に、偏光状態の互いに異なる第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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。
【００９３】
図９の変形例では、光分割器として回折光学素子７１を用いているので、空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂ中の空間光変調器に入射する光の強度の均一性を向上させることができるという利点がある。また、回折光学素子７１に入射する光束の位置が変動しても、回折光学素子７１の直後の光束の角度が変化しないので、空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂ中の空間光変調器に入射する光束の位置が変動し難いという利点がある。
【００９４】
図９の変形例において、回折光学素子７１に矩形状の断面を有する光束が入射する場合、プリズム２３ｂの小型化、ひいては空間光変調ユニット７４Ａおよび７４Ｂの小型化を図るには、矩形状の断面の短辺方向に入射光束を分割してもよい。換言すれば、空間光変調ユニット７４Ａ，７４Ｂ中の空間光変調器の有効領域の長手方向を法線とする面内で入射光束を分割してもよい。一般的には、回折光学素子７１への入射光束の断面内における第１の方向に沿った大きさよりも第１の方向と直交する第２の方向に沿った大きさの方が大きい断面形状を有する場合、入射光束を第１の方向に分割することにより、空間光変調ユニット７４Ａおよび７４Ｂの小型化を図ることができる。
【００９５】
なお、図９の変形例では、回折光学素子７１を用いて入射光束を２つの光束に分割している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図１２に示すように、一対のプリズム部材７６ａと７６ｂとを有するプリズムユニット７６を用いて入射光束を２つの光束に分割する構成も可能である。図１２の変形例は図９の変形例と類似の構成を有するが、回折光学素子７１および集光レンズ７２に代えてプリズムユニット７６が配置されている点だけが図９の変形例と相違している。図１２では、図９に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図９と同じ参照符号を付している。また、図１２に示す変形例では、一対のプリズム部材７６ａと７６ｂとを有するプリズムユニット７６を用いて入射光束を２つの光束に分割しているため、装置を小型化することが可能となる。
【００９６】
図１２の変形例において光分割器として機能するプリズムユニット７６は、光源側（図中左側）から順に、光源側に平面を向け且つマスク側（図中右側）に凹状で且つＶ字状の屈折面を向けた第１プリズム部材７６ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸状で且つＶ字状の屈折面を向けた第２プリズム部材７６ｂとにより構成されている。第１プリズム部材７６ａの凹状屈折面は２つの平面から構成され、その交線（稜線）はＸ方向に沿って延びている。第２プリズム部材７６ｂの凸状屈折面は、第１プリズム部材７６ａの凹状屈折面と相補的に形成されている。すなわち、第２プリズム部材７６ｂの凸状屈折面も２つの平面から構成され、その交線（稜線）はＸ方向に沿って延びている。図１２の変形例では、一対のプリズム部材７６ａと７６ｂとにより光分割器としてのプリズムユニット７６を構成しているが、少なくとも１つのプリズムを用いて光分割器を構成することもできる。さらに、光分割器の具体的な構成については様々な形態が可能である。
【００９７】
なお、図９の変形例および図１２の変形例では、集光レンズ７２と空間光変調ユニット７４Ａおよび７４Ｂとの間の光路中に、１／２波長板７３Ａおよび７３Ｂがそれぞれ設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、回折光学素子７１またはプリズムユニット７６により分割された２つの光束のうちの第１光束の光路中の他の適当な位置および第２光束の光路中の他の適当な位置に、１／２波長板７３Ａおよび７３Ｂをそれぞれ設けることができる。
【００９８】
また、図９の変形例および図１２の変形例では、第１光束の光路中に所定の軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ａが設けられ、第２光束の光路中に所定の軸線廻りに回転可能な１／２波長板７３Ｂが設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、少なくとも一方の光路中に１／２波長板を所定の軸線廻りに回転可能にまたは固定的に設けたり、少なくとも一方の光路中に１／２波長板以外の偏光子または旋光子を所定の軸線廻りに回転可能にまたは固定的に設けたりすることもできる。
【００９９】
また、１／２波長板（一般的には偏光子または旋光子）を光路に対して挿脱自在に構成し、必要でないときには光路から退避させることにより、１／２波長板の長寿命化を図ることもできる。同様に、１／２波長板（一般的には偏光子または旋光子）を同じ光路長のガラス基板と交換可能に構成することにより、１／２波長板の長寿命化を図ることもできる。
【０１００】
また、１／２波長板に加えて、所定の軸線廻りに回転可能な１／４波長板を配置することにより、楕円偏光を所望の直線偏光に調整することもできる。また、１／２波長板に加えて、あるいは１／２波長板に代えて、デポラライザ（非偏光化素子）を用いることにより、所望の非偏光状態の光を得ることもできる。なお、上述したように、例えば一方の光路中に所要の厚さの平行平面板を挿入して、第１光束と第２光束との間に時間コヒーレント長以上の光路長差を付与することにより、照明瞳で同一領域を通過した光束を非偏光化することもできる。さらに、第１光束と第２光束との間に時間コヒーレント長以上の光路長差を付与することによって、スペックルを√（１／２）程度、低減することが可能になる。
【０１０１】
実施形態及び変形例にかかる照明光学装置では、複数のミラー要素の姿勢がそれぞれ個別に変化する一対の空間光変調器を備えた光学ユニット（空間光変調ユニット）を用いているので、第１空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第１偏光状態の第１光強度分布と第２空間光変調器の作用により照明瞳に形成される第２偏光状態の第２光強度分布とからなる照明瞳輝度分布を自在に且つ迅速に変化させることができる。換言すれば、偏光状態の互いに異なる第１光強度分布および第２光強度分布の形状および大きさをそれぞれ変化させることにより、照明瞳輝度分布の形状、大きさ、および偏光状態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。
【０１０２】
こうして、実施形態及び変形例に係る照明光学装置では、照明瞳輝度分布の形状、及び大きさ、および偏光状態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、実施形態及び変形例に係る露光装置では、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装置を用いて、マスクＭのパターン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。
【０１０３】
上述の実施形態並びに各変形例において、空間光変調ユニットを用いて照明瞳輝度分布を形成する際に、瞳輝度分布計測装置で照明瞳輝度分布を計測しつつ、この計測結果に応じて空間光変調ユニット中の各空間光変調器を制御してもよい。このような技術は、たとえば特開２００６−５４３２８号公報や特開２００３−２２９６７号公報およびこれに対応する米国特許公開第２００３／００３８２２５号公報に開示されている。
【０１０４】
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、国際公開番号ＷＯ９９／４９５０４号公報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。
なお、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、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。
【０１０５】
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うことができる。
【０１０６】
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１３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１３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）。
【０１０７】
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。
【０１０８】
図１４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１４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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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装置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装置に対して本発明を適用することもできる。
【０１１５】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。また、上記実施形態の各構成要素等は、いずれの組み合わせ等も可能とすることができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１ 光源
３，３Ａ，３Ｂ 空間光変調ユニット
４ アフォーカルレンズ
７ ズームレンズ
８ シリンドリカルマイクロフライアイレンズ
１０ コンデンサー光学系
１１ マスクブラインド
１２ 結像光学系
３１，３２ プリズム部材
３３，３４ 空間光変調器
３３ａ，３４ａ 空間光変調器の複数のミラー要素
３５，３６ 偏光分離膜
Ｍ マスク
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光路を進行する入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成して射出光路へ向ける光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記光分割器側の前記入射光路と前記光合成器側の前記射出光路とは同じ方向に延ばされていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記少なくとも一方の空間光変調器は、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１に記載の光学ユニット。
【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に変化させることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記光分割器は、偏光分離膜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項に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記光合成器は、偏光分離膜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項に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光分割器を介した前記第２光束を前記第２空間光変調器へ向けて偏向する第１偏向面と、
前記第２空間光変調器を介した前記第２光束を前記光合成器へ向けて偏向する第２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５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記光分割器の光分割面と前記光合成器の光合成面とは異なる位置に設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記第１空間光変調器は、前記入射光路と前記射出光路とを結ぶ軸線を含む平面で分割される複数の空間のうちの第１空間に配置可能であり、
前記第２空間光変調器は、前記複数の空間のうちの前記第１空間とは異なる第２空間に配置可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記第１空間光変調器と前記第２空間光変調器とは、前記軸線を挟んで対向する位置に配置可能であることを特徴とする請求項８に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記光分割器に入射する前記入射光束の進行方向と、前記光合成器から射出される射出光束の基準状態での進行方向とは平行であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記光学ユニットは、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置に用いられ、
前記射出光束の前記基準状態での進行方向は、前記照明光学装置の光軸と一致または平行であることを特徴とする請求項１０に記載の光学ユニット。
【請求項１２】
前記光分割器と前記光合成器とは、共通の偏光ビームスプリッター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項に記載の光学ユニット。
【請求項１３】
前記光分割器は、回折光学素子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項に記載の光学ユニット。
【請求項１４】
前記光分割器は、少なくとも１つのプリズム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項に記載の光学ユニット。
【請求項１５】
前記光分割器と前記光合成器との間において前記第１光束の光路および前記第２光束の光路のうちの少なくとも一方に配置可能な偏光子または旋光子をさらに備えていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光学ユニット。
【請求項１６】
前記光合成器は、前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを所定面で重ね合わせる光学系を有することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１７】
前記光分割器に対する前記入射光束の入射角がブルースター角であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１８】
前記第１空間光変調器を経る前記第１光束の光と、前記第２空間光変調器を経る前記第２光束の光との間で光路長差が付与されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１９】
入射光束を互いに偏光状態の異なる複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２０】
前記入射光束は、前記入射光束の断面内における第１の方向に沿った大きさよりも該第１の方向と直交する第２の方向に沿った大きさの方が大きい断面形状を有し、
前記光分割器は、前記入射光束を前記第１の方向に分割することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項２１】
入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記入射光束は、前記入射光束の断面内における第１の方向に沿った大きさよりも該第１の方向と直交する第２の方向に沿った大きさの方が大きい断面形状を有し、
前記光分割器は、前記入射光束を前記第１の方向に分割することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２２】
所定の光軸を有する光学系と共に用いられる光学ユニットであって、
前記光学系の光路に配置可能であって、入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路中の位置であって、前記所定の光軸とは異なる位置である第１位置に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路中の位置であって、前記所定の光軸とは異なる位置である第２位置に配置可能な第２空間光変調器と、
前記光学系の光路に配置可能であって、前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記第１位置および前記第２位置は前記光学系の前記所定の光軸から外れた位置であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２３】
前記第１空間光変調器は、前記所定の光軸を含む平面で分割される複数の空間のうちの第１空間に配置可能であり、
前記第２空間光変調器は、前記複数の空間のうちの前記第１空間とは異なる第２空間に配置可能であることを特徴とする請求項２２に記載の光学ユニット。
【請求項２４】
前記第１空間光変調器と前記第２空間光変調器とは、前記所定の光軸を挟んで対向する位置に配置可能であることを特徴とする請求項２２に記載の光学ユニット。
【請求項２５】
所定の光軸を有する光学系と共に用いられる光学ユニットであって、
前記光学系の光軸と平行に入射した光を反射する第１の反射面と、
前記第１の反射面で反射した光の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光反射して前記光学系中に射出する第２の反射面と、
前記光学系の光軸と平行に入射した光を反射する第３の反射面と、
前記第３の反射面で反射した光の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第２空間光変調器を介した光反射して前記光学系中に射出する第４の反射面とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２６】
前記第１乃至第４の反射面は、前記光学系の前記所定の光軸に対して斜設されていることを特徴とする請求項２５に記載の光学ユニット。
【請求項２７】
前記第１空間光変調器は、前記第２の反射面で反射して前記光学系中に射出する光が前記第１の反射面への入射光と平行になるように光を変調でき、
前記第２空間光変調器は、前記第４の反射面で反射して前記光学系中に射出する光が前記第３の反射面への入射光と平行になるように光を変調できることを特徴とする請求項２５または２６に記載の光学ユニット。
【請求項２８】
前記第１の反射面は第１の平面上に位置し、
前記第２の反射面は前記第１の平面と交差する第２の平面上に位置し、
前記第３の反射面は第３の平面上に位置し、
前記第４の反射面は前記第３の平面と交差する第４の平面上に位置することを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項２９】
前記第１及び第２の平面によって形成される稜線は前記第１及び第２の反射面に対して前記第１空間光変調器側に向けられ、
前記第３及び第４の平面によって形成される稜線は前記第３及び第４の反射面に対して前記第２空間光変調器側に向けられ、
前記第１及び第２の反射面同士のなす角は鈍角であり、前記第３及び第４の反射面同士のなす角は鈍角であることを特徴とする請求項２８に記載の光学ユニット。
【請求項３０】
前記光学ユニットは、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置に用いられ、該照明光学装置の照明瞳に所定の光強度分布を形成するために前記照明光学装置中の分布形成光学系に光を導くことを特徴とする請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項３１】
光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
前記第１および第２空間光変調器を介した光束に基づいて、前記照明光学装置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装置。
【請求項３２】
所定のパターンを照明するための請求項３１に記載の照明光学装置を備え、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３３】
請求項３２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。
【請求項１】
入射光路を進行する入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成して射出光路へ向ける光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記光分割器側の前記入射光路と前記光合成器側の前記射出光路とは同じ方向に延ばされていることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２】
前記少なくとも一方の空間光変調器は、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１に記載の光学ユニット。
【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に変化させることを特徴とする請求項２に記載の光学ユニット。
【請求項４】
前記光分割器は、偏光分離膜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項に記載の光学ユニット。
【請求項５】
前記光合成器は、偏光分離膜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項に記載の光学ユニット。
【請求項６】
前記光分割器を介した前記第２光束を前記第２空間光変調器へ向けて偏向する第１偏向面と、
前記第２空間光変調器を介した前記第２光束を前記光合成器へ向けて偏向する第２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５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項７】
前記光分割器の光分割面と前記光合成器の光合成面とは異なる位置に設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項８】
前記第１空間光変調器は、前記入射光路と前記射出光路とを結ぶ軸線を含む平面で分割される複数の空間のうちの第１空間に配置可能であり、
前記第２空間光変調器は、前記複数の空間のうちの前記第１空間とは異なる第２空間に配置可能であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項９】
前記第１空間光変調器と前記第２空間光変調器とは、前記軸線を挟んで対向する位置に配置可能であることを特徴とする請求項８に記載の光学ユニット。
【請求項１０】
前記光分割器に入射する前記入射光束の進行方向と、前記光合成器から射出される射出光束の基準状態での進行方向とは平行であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１１】
前記光学ユニットは、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置に用いられ、
前記射出光束の前記基準状態での進行方向は、前記照明光学装置の光軸と一致または平行であることを特徴とする請求項１０に記載の光学ユニット。
【請求項１２】
前記光分割器と前記光合成器とは、共通の偏光ビームスプリッター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項に記載の光学ユニット。
【請求項１３】
前記光分割器は、回折光学素子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項に記載の光学ユニット。
【請求項１４】
前記光分割器は、少なくとも１つのプリズム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項に記載の光学ユニット。
【請求項１５】
前記光分割器と前記光合成器との間において前記第１光束の光路および前記第２光束の光路のうちの少なくとも一方に配置可能な偏光子または旋光子をさらに備えていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光学ユニット。
【請求項１６】
前記光合成器は、前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを所定面で重ね合わせる光学系を有することを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１７】
前記光分割器に対する前記入射光束の入射角がブルースター角であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１８】
前記第１空間光変調器を経る前記第１光束の光と、前記第２空間光変調器を経る前記第２光束の光との間で光路長差が付与されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項１９】
入射光束を互いに偏光状態の異なる複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２０】
前記入射光束は、前記入射光束の断面内における第１の方向に沿った大きさよりも該第１の方向と直交する第２の方向に沿った大きさの方が大きい断面形状を有し、
前記光分割器は、前記入射光束を前記第１の方向に分割することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項２１】
入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記入射光束は、前記入射光束の断面内における第１の方向に沿った大きさよりも該第１の方向と直交する第２の方向に沿った大きさの方が大きい断面形状を有し、
前記光分割器は、前記入射光束を前記第１の方向に分割することを特徴とする光学ユニット。
【請求項２２】
所定の光軸を有する光学系と共に用いられる光学ユニットであって、
前記光学系の光路に配置可能であって、入射光束を複数の光束に分割する光分割器と、
前記複数の光束のうちの第１光束の光路中の位置であって、前記所定の光軸とは異なる位置である第１位置に配置可能な第１空間光変調器と、
前記複数の光束のうちの第２光束の光路中の位置であって、前記所定の光軸とは異なる位置である第２位置に配置可能な第２空間光変調器と、
前記光学系の光路に配置可能であって、前記第１空間光変調器を介した光束と前記第２空間光変調器を介した光束とを合成する光合成器とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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し、
前記第１位置および前記第２位置は前記光学系の前記所定の光軸から外れた位置であることを特徴とする光学ユニット。
【請求項２３】
前記第１空間光変調器は、前記所定の光軸を含む平面で分割される複数の空間のうちの第１空間に配置可能であり、
前記第２空間光変調器は、前記複数の空間のうちの前記第１空間とは異なる第２空間に配置可能であることを特徴とする請求項２２に記載の光学ユニット。
【請求項２４】
前記第１空間光変調器と前記第２空間光変調器とは、前記所定の光軸を挟んで対向する位置に配置可能であることを特徴とする請求項２２に記載の光学ユニット。
【請求項２５】
所定の光軸を有する光学系と共に用いられる光学ユニットであって、
前記光学系の光軸と平行に入射した光を反射する第１の反射面と、
前記第１の反射面で反射した光の光路に配置可能な第１空間光変調器と、
前記第１空間光変調器を介した光反射して前記光学系中に射出する第２の反射面と、
前記光学系の光軸と平行に入射した光を反射する第３の反射面と、
前記第３の反射面で反射した光の光路に配置可能な第２空間光変調器と、
前記第２空間光変調器を介した光反射して前記光学系中に射出する第４の反射面とを備え、
前記第１空間光変調器および前記第２空間光変調器のうちの少なくとも一方の空間光変調器は、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ことを特徴とする光学ユニット。
【請求項２６】
前記第１乃至第４の反射面は、前記光学系の前記所定の光軸に対して斜設されていることを特徴とする請求項２５に記載の光学ユニット。
【請求項２７】
前記第１空間光変調器は、前記第２の反射面で反射して前記光学系中に射出する光が前記第１の反射面への入射光と平行になるように光を変調でき、
前記第２空間光変調器は、前記第４の反射面で反射して前記光学系中に射出する光が前記第３の反射面への入射光と平行になるように光を変調できることを特徴とする請求項２５または２６に記載の光学ユニット。
【請求項２８】
前記第１の反射面は第１の平面上に位置し、
前記第２の反射面は前記第１の平面と交差する第２の平面上に位置し、
前記第３の反射面は第３の平面上に位置し、
前記第４の反射面は前記第３の平面と交差する第４の平面上に位置することを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項２９】
前記第１及び第２の平面によって形成される稜線は前記第１及び第２の反射面に対して前記第１空間光変調器側に向けられ、
前記第３及び第４の平面によって形成される稜線は前記第３及び第４の反射面に対して前記第２空間光変調器側に向けられ、
前記第１及び第２の反射面同士のなす角は鈍角であり、前記第３及び第４の反射面同士のなす角は鈍角であることを特徴とする請求項２８に記載の光学ユニット。
【請求項３０】
前記光学ユニットは、光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置に用いられ、該照明光学装置の照明瞳に所定の光強度分布を形成するために前記照明光学装置中の分布形成光学系に光を導くことを特徴とする請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の光学ユニット。
【請求項３１】
光源からの光に基づいて被照射面を照明する照明光学装置において、
請求項１乃至３０のいずれか１項に記載の光学ユニットと、
前記第１および第２空間光変調器を介した光束に基づいて、前記照明光学装置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装置。
【請求項３２】
所定のパターンを照明するための請求項３１に記載の照明光学装置を備え、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３３】
請求項３２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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１９９５５２（Ｐ２０１２−１９９５５２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８０３７４（Ｐ２０１２−８０３７４）
【出願日】平成２４年３月３０日（２０１２．３．３０）
【分割の表示】特願２００８−２６３４０５（Ｐ２００８−２６３４０５）の分割
【原出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月３０日（２０１２．３．３０）
【分割の表示】特願２００８−２６３４０５（Ｐ２００８−２６３４０５）の分割
【原出願日】平成２０年１０月１０日（２００８．１０．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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