以下、本発明の好ましい実施形態の一例に� ��き図1~図6を参照して説明する。
 図1は、本実施形態のスキャニング・ステッ パよりなる走査露光型の露光装置(投影露光� �置)100の概略構成を示す図である。図1におい て、露光装置100は、パルス発光を行う露光用 の光源7と、光源7からの露光用の照明光(露光 光)ILでレチクルR(マスク)のパターン面(被照� �面)を照明する照明光学系ILSと、レチクルRの 位置決め及び移動を行うレチクルステージRST と、レチクルRのパターンの像をウエハW(感光 性基板)上に投影する投影光学系PLと、ウエハ Wの位置決め及び移動を行うウエハステージWS Tと、装置全体の動作を統括制御するコンピ� �ータよりなる主制御系30と、各種制御系等と を備えている。図1において、ウエハステー� �WSTのガイド面(不図示)に垂直にZ軸を設定し� �Z軸に垂直な平面内において図1の紙面に平行 な方向にY軸を、図1の紙面に垂直な方向にX軸 をそれぞれ設定する。本実施形態では、露光 時にレチクルR及びウエハWはY方向(走査方向)� ��走査される。

 図1の光源7としては、波長193nmでパルス幅50n s程度のほぼ直線偏光のレーザ光を4~6kHz程度� �周波数でパルス発光するArFエキシマレーザ� �源が使用されている。なお、光源7として、� ��長248nmのパルス光を供給するKrFエキシマレ� �ザ光源、波長157nmのパルス光を供給するF ₂  レーザ光源、又はパルス点灯される発光ダ� ��オード等も使用可能である。さらに、光源7 としては、YAGレーザ又は半導体レーザ等から 出力されるレーザ光の高調波を生成する固体 パルスレーザ光源や半導体レーザ光をファイ バアンプで増幅させた光の高調波を生成する 固体パルスレーザ光源も使用できる。固体パ ルスレーザ光源は、例えば波長193nm(これ以外 の種々の波長が可能)でパルス幅1ns程度のレ� �ザ光を1~2MHz程度の周波数でパルス発光可能� �ある。

 本実施形態においては、光源7には電源制 御部32が連結されている。そして、露光装置1 00の主制御系30が、パルス発光のタイミング� �び光量(パルスエネルギー)を指示する発光ト リガパルスTPを電源制御部32に供給する。そ� �発光トリガパルスTPに同期して電源制御部32� ��、指示されたタイミング及び光量で光源7に パルス発光を行わせる。

 光源7から射出された光束断面の強度分布 が矩形でほぼ平行光束のパルスレーザ光より なる直線偏光の照明光ILは、1対の凹レンズ及 び凸レンズよりなるビームエキスパンダ8に� �射して拡大される。ビームエキスパンダ8か� ��射出された照明光ILは、光軸AXIを有する照� �光学系ILSにおいて、照明光ILの偏光方向を所 定の複数の角度だけ回転するための1/2波長板 9(偏光制御部材)及び照明光ILをランダム偏光( 非偏光)に変換するデポラライザ10よりなる偏 光光学系を通過する。デポラライザ10は、複� ��折性材料(例えば水晶)よりなる楔型の第1プ� ��ズム10aと、これと相補型の形状で複屈折性� ��有しない材料(例えば石英)よりなる第2プリ� ��ム10bとから構成されている。

 一例として、1/2波長板9に入射する照明光 ILの偏光方向はX方向であり、初期状態におけ る1/2波長板9の結晶軸の方向はX方向で、デポ� ��ライザ10の第1プリズム10aの直交する2つの結 晶軸のうちの第1の結晶軸の方向はX方向であ� ��。この場合、1/2波長板9を初期状態に対して 光軸AXIの周りに0°又は45°(偏光方向は90°回転 する)回転することによって、デポラライザ10 を通過した照明光ILはX方向又はY方向の直線� �光となる。また、1/2波長板9を初期状態に対� ��て光軸AXIの周りに22.5°(偏光方向は45°回転� �る)回転することによって、デポラライザ10� �通過した照明光ILは非偏光となる。このよう な、1/2波長板9及びデポラライザ10を含む偏光 光学系の詳細な構成及びその動作については 国際公開第2004/051717号パンフレットに開示さ� ��ている。

 そこで、本実施形態では、照明光ILの所� �のkパルス(kは1以上の整数)の発光毎に、1/2波 長板9が初期状態に対して光軸AXIの周りに0°� �22.5°、及び45°だけ回転した状態になるよう� ��、1/2波長板9を高速に回動する駆動部33が装� ��されている。駆動部33は、例えば1/2波長板9� ��保持する回動可能な保持部材と、この保持� ��材を高速に0°、±22.5°、又は±45°だけ回転� �る可動コイル型のモータとを含んで構成で� �る。主制御系30が駆動部33を介して1/2波長板9 の回転角を制御することによって、照明光IL� ��kパルスの発光毎に、デポラライザ10から射� ��される照明光ILの偏光状態、ひいてはレチ� �ルR(ウエハW)に照射される照明光ILの偏光状� �を偏光方向がX方向若しくはY方向の直線偏光 、又は非偏光に制御することができる。

 デポラライザ10を通過した照明光ILは、光路 折り曲げ用のミラー11によって+Y方向に反射� �れた後、光軸AXIに沿って、光軸AXIに垂直な� �射面12d及び射出面12eを有するプリズム12の入 射面12dに入射する。プリズム12は、照明光IL� �透過する蛍石(CaF ₂ )又は石英等の光学材料から形成されている� �また、プリズム12は、一例として、入射面12d に対してX軸に平行な軸を中心として時計周� �にほぼ60°で交差する第1反射面12aと、この第 1反射面12aとXZ平面に平行な面に対してほぼ対 称な第2反射面12bと、XY平面に平行で入射面12d (射出面12e)に対して直交する透過面12cとを有� ��ている。

 また、プリズム12の近傍に、二次元のア� �イ状に配列されたそれぞれ傾斜角が可変の� �小なミラーである多数のミラー要素3と、こ� ��らのミラー要素3を駆動する駆動部4とを有� �る空間光変調器13が設置されている。空間光 変調器13の多数のミラー要素3は、全体として 透過面12cにほぼ平行に、かつ近接して配置さ れている。また、各ミラー要素3は、それぞ� �X軸及びY軸に平行な軸(直交する2軸)の周りの 反射面の傾斜角が所定の可変範囲内でほぼ連 続的に制御可能である。一例として、その可 変範囲内の中央においては、各ミラー要素3� �反射面は透過面12cにほぼ平行である。主制� �系30が変調制御部31に照明条件の情報及び照� ��光ILの発光タイミングの情報を供給する。� �調制御部31では、照明光ILが少なくとも1パル ス発光される毎に、その照明条件が維持され るという条件のもとで、多数のミラー要素3� �2軸の周りの傾斜角の分布を周期的に複数の� ��態に順次切り替えるように駆動部4を制御す る(詳細後述)。ここで、空間光変調器13は、� �の遠視野に所望の瞳輝度分布を形成する。

 この場合、光軸AXIに平行又は略平行にプ� ��ズム12の入射面12dに入射した照明光ILは、第 1反射面12aで全反射された後、透過面12cを透� �して空間光変調器13の多数のミラー要素3に� �射する。そして、多数のミラー要素3で反射� ��れた照明光ILは、再び透過面12cに入射した� �、第2反射面12bで全反射されて射出面12eから� ��出される。従って、第1反射面12aの入射面12d に対する角度は、入射面12dに垂直に入射した 光束が第1反射面12aで全反射するとともに、� �1反射面12aで全反射された光束が透過面12cを� ��過する範囲であればよい。この際には、任� ��のミラー要素3の反射面が透過面12cにほぼ平 行であれば、そのミラー要素3で反射された� �明光ILは、透過面12cを透過して第2反射面12b� �全反射された後、射出面12eを経て光軸AXIに� �ぼ平行に射出される。従って、各ミラー要� �3の2軸の周りの傾斜角を制御することによっ て、そのミラー要素3で反射されてプリズム12 から射出される照明光ILの光軸AXIに対する直� ��する2方向の角度を制御できる。このように 照明光ILの光軸AXIに対する角度を制御するこ� ��が、本実施形態の各ミラー要素3による空間 的な変調であり、各ミラー要素3からの照明� �ILの光軸AXIに対する角度の分布が、一つの照 明制御パターンに対応する。

 このようにプリズム12の反射面12a,12bは全反� ��を用いているが、その反射面12a,12bに反射膜 を形成して、この反射膜で照明光ILを反射し� ��もよい。
 そして、プリズム12から射出された照明光IL は、リレー光学系14を介してフライアイレン� ��15(オプティカルインテグレータ)に入射する 。ここでは、リレー光学系14のほぼ前側焦点� ��に各ミラー要素3の反射面が配置され、リレ ー光学系14のほぼ後側焦点面にフライアイレ� ��ズ15の入射面が配置されているが、必ずし� �この配置に限定されない。

 図3(A)は、図1のプリズム12からフライアイレ ンズ15までの光学系を示す。図3(A)において、 リレー光学系14に入射する光束の光軸AXIに対� ��る傾斜角をθ、リレー光学系14の後側焦点距 離をfとすると、一例として、フライアイレ� �ズ15の入射面においてその光束が集光される 位置の光軸AXIからの高さhは次のようになる� �
 h=f・tanθ   …(1)
 従って、図1において、リレー光学系14は、� ��ミラー要素3によって反射された照明光ILを� ��その光軸AXIに対する直交する2方向の角度に 応じて定まる、フライアイレンズ15の入射面� ��のX方向及びZ方向の位置に集光する角度・� �置変換機能を備えている。

 言い換えると、プリズム12を介して空間� �変調器13に入射した照明光ILは、ミラー要素3 を単位として分割され、各ミラー要素3の傾� �方向及び傾斜角に従い、所定方向に所定角� �をもって偏向(反射)される。そして、各ミラ ー要素3からの反射光は、プリズム12及びリレ ー光学系14によって、その方向と角度とに応� ��たフライアイレンズ15の入射面上の任意の� �置に集光可能である。

 フライアイレンズ15に入射した照明光ILは 、多数のレンズエレメントにより二次元的に 分割され、各レンズエレメントの後側焦点面 にはそれぞれ光源が形成される。こうして、 フライアイレンズ15の後側焦点面である照明� ��学系ILSの瞳面(照明瞳面22)には、フライアイ レンズ15への入射光束によって形成される照� ��領域とほぼ同じ強度分布を有する二次光源� ��すなわち実質的な面光源からなる二次光源� ��形成される。本実施形態においては、空間� ��変調器13の各ミラー要素3の反射面の傾斜方� ��及び傾斜角を個別に制御することによって� ��フライアイレンズ15の入射面上の光強度分� �、ひいては照明瞳面22における二次光源の強 度分布をほぼ任意の分布に制御することが可 能である。

 例えば図1のレチクルRのパターン面(レチ� ��ル面)において、Y方向(又はX方向)に解像限� �に近いピッチで配列されたライン・アンド� �スペースパターンを主に露光する場合には� �照明瞳面22における二次光源は図3(B)のZ方向( レチクル面のY方向に対応する)に2極の二次光 源24A,24B(又は図4(A)のX方向に2極の二次光源24C, 24D)に設定される。同様に、空間光変調器13に よって、照明瞳面22上の二次光源を、図4(B)の 通常照明用の円形の二次光源28A、図4(C)の輪� �照明用の二次光源28B、及び図4(D)の4極照明用 の4極の二次光源24E~24H等の任意の強度分布に� ��定可能である。さらに、空間光変調器13に� �って、例えば図3(B)において、二次光源24A,24B の間隔、及び/又は二次光源24A,24Bの個々の大� ��さを任意の値に変更することも可能である� ��

 ここで、本実施形態では、被照射面に配� ��されるレチクルR(マスク)をケーラー照明し� ��いるため、上述の二次光源が形成される面� ��、投影光学系PLの開口絞り(不図示)と共役な 面となり、照明光学系ILSの照明瞳面22という� ��とができる。典型的には、照明瞳面22に対� �て被照射面(レチクルRが配置される面又はウ エハWが配置される面)が光学的なフーリエ変� ��面となる。なお、瞳輝度分布とは、照明光� ��系ILSの照明瞳面22又はその照明瞳面22と共役 な面における輝度分布であるが、フライアイ レンズ15による波面分割数が大きい場合には� ��フライアイレンズ15の入射面に形成される� �局的な輝度分布と、二次光源全体の大局的� �輝度分布(瞳輝度分布)とが高い相関を示すた め、フライアイレンズ15の入射面及びその入� ��面と共役な面における輝度分布についても� ��輝度分布ということができる。

 なお、フライアイレンズ15の代わりに、マ� �クロレンズアレイ等も使用可能である。
 図1において、照明瞳面22に形成された二次� ��源からの照明光ILは、第1リレーレンズ16、� �チクルブラインド(視野絞り)17、第2リレーレ ンズ18、光路折り曲げ用のミラー19、及びコ� �デンサ光学系20を介して、レチクルRのパタ� �ン面(下面)のX方向に細長い矩形の照明領域26 を均一な照度分布が得られるように重畳して 照明する。例えば、この際に、照明光ILは空� ��コヒーレンシィの高いレーザ光であるため� ��照明領域26内には照明光ILによるスペックル パターン等の微細ピッチのランダムな干渉縞 が形成され、照度むらとなる。この照度むら の対策については後述する。ビームエキスパ ンダ8からコンデンサ光学系20までの光学部材 を含んで照明光学系ILSが構成されている。照 明光学系ILSの空間光変調器13を含む各光学部� ��は、不図示のフレームに支持されている。

 また、図1のミラー11とプリズム12との間� �照明光ILの光路に挿脱可能に、照明光ILの断� ��を覆うことができる受光面を有する2次元の CCD型若しくはCMOS型の撮像素子、又は二次元� �フォトダイオードアレイ等よりなる光電セ� �サ23が配置されている。光電センサ23は、例� ��ば上記のフレームに移動可能に支持された� ��ライダ(不図示)に固定されており、光電セ� �サ23の検出信号は変調制御部31に供給されて� ��る。照明光ILの光路に光電センサ23を設置し た状態で、照明光ILをパルス発光して、光電� ��ンサ23の各画素(各受光素子)の検出信号を取 り込むことで、変調制御部31は、照明光ILの� �面内の強度分布、ひいては空間光変調器13の 各ミラー要素3に入射する照明光ILの強度比(� �えば中央のミラー要素3の入射光の強度を1と した場合の強度)を計測できる。この強度比� �用いて照明瞳面22の二次光源の強度分布の設 定精度を向上できる(詳細後述)。

 レチクルRの照明領域26内のパターンは、両� ��(又はウエハ側に片側)テレセントリックの� �影光学系PLを介して、レジスト(感光材料)が� ��布されたウエハWの一つのショット領域上の 露光領域27に所定の投影倍率(例えば1/4,1/5等)� ��投影される。
 また、レチクルRはレチクルステージRST上に 吸着保持され、レチクルステージRSTは、不図 示のレチクルベースのガイド面上にY方向に� �定速度で移動可能に、かつ少なくともX方向� ��Y方向、Z軸の周りの回転方向に移動可能に� �置されている。レチクルステージRSTの2次元� ��な位置は不図示のレーザ干渉計によって計� ��され、この計測情報に基づいて主制御系30� �、リニアモータ等の駆動系(不図示)を介して レチクルステージRSTの位置及び速度を制御す る。

 一方、ウエハWはウエハホルダ(不図示)を� ��してウエハステージWST上に吸着保持され、� ��エハステージWSTは、不図示のガイド面上でX 方向、Y方向にステップ移動を行うとともに� �Y方向に一定速度で移動可能である。ウエハ� ��テージWSTのガイド面上での2次元的な位置は 不図示のレーザ干渉計によって計測され、こ の計測情報に基づいて主制御系30が、リニア� ��ータ等の駆動系(不図示)を介してウエハス� �ージWSTの位置及び速度を制御する。なお、� �エハWのアライメントを行うために、ウエハW 上のアライメントマークの位置を検出するア ライメント系(不図示)等も備えられている。

 露光装置100によるウエハWの露光時に、主 制御系30は、レチクルRのパターンに応じて照 明条件(例えば、照明瞳面22上の二次光源の強 度分布)を選択し、選択した照明条件を変調� �御部31に設定する。これに応じて変調制御部 31は、空間光変調器13の各ミラー要素3の傾斜� ��向及び傾斜角を個別に制御して、照明瞳面2 2上の二次光源の強度分布を設定する。続い� �、ウエハステージWSTのステップ移動によっ� �ウエハWが走査開始位置に移動する。その後� ��光源7のパルス発光を開始して、レチクルス テージRSTを介してレチクルRを照明領域26に対 してY方向に移動するのに同期して、ウエハ� �テージWSTを介してウエハWを露光領域27に対� �て対応する方向に投影倍率を速度比として� �動することで、ウエハWの一つのショット領� ��が走査露光される。このようにウエハWのス テップ移動と走査露光とを繰り返すステップ ・アンド・スキャン動作によって、ウエハW� �の全部のショット領域にレチクルRのパター� ��の像が露光される。

 この露光に際して、上述のようにレチク� ��Rの照明領域26、ひいては照明領域26と投影� �学系PLに関して共役なウエハW上の露光領域27 には、照明光ILによるスペックルパターン等� ��微細ピッチのランダムな干渉縞が形成され� ��。この干渉縞は、レチクルRの照明領域26内� ��照度むらの一つの要因となる。さらには、� ��エハWの露光量むら(各ショット領域の走査� �光後の積算露光量のむら)の一つの要因とな� ��。

 そこで、本実施形態では、照明光ILが少� �くとも1パルス発光される毎に、即ちここで� ��照明光ILが所定のmパルス(mは1以上の整数)だ け発光される毎に、図1の照明光学系ILS中の� �間光変調器13の多数のミラー要素3の傾斜方� �及び傾斜角の分布を複数の互いに異なる分� �に周期的に制御する。なお、その整数mは、1 回の走査露光中に次第に変化してもよい。

 以下、図1の空間光変調器13の構成例及びそ� ��動作につき説明する。
 図2(A)は、空間光変調器13の一部を示す拡大� ��視図である。図2(A)において、空間光変調器 13は、X方向、Y方向に一定ピッチでほぼ密着� �るように配列された多数のミラー要素3と、� ��の多数のミラー要素3の反射面の角度を個別 に制御する駆動部4とを含んでいる。X方向、Z 方向のミラー要素3の配列数は例えば数1000で� ��る。

 図2(B)に示すように、一例として、ミラー 要素3の駆動機構は、ミラー要素3を支持する� ��ンジ部材37と、ヒンジ部材37に突設された4� �の電極35と、支持基板38と、支持基板38上に� �ンジ部材37を支持する1対の支柱部材36と、4� �の電極35に対向するように支持基板38上に形� ��された4つの電極39とを備えている。この構� ��例では、対応する4組の電極35と電極39との� �の電位差を制御して、電極間に作用する静� �力を制御することで、ヒンジ部材37を揺動及 び傾斜させることができる。これによって、 ヒンジ部材37に支持されたミラー要素3の反射 面の直交する2軸の周りの傾斜角を所定の可� �範囲内で連続的に制御することができる。� �間光変調器13のより詳細な構成は、例えば特 開2002-353105号公報に開示されている。

 なお、ミラー要素3の駆動機構は本実施形 態の構成には限られず、他の任意の機構を使 用できる。さらに、ミラー要素3はほぼ正方� �の平面ミラーであるが、その形状は矩形等� �任意の形状であってもよい。ただし、光の� �用効率の観点からは、隙間無く配列可能な� �状が好ましい。また、隣接するミラー要素3� ��間隔は必要最小限とすることが好ましい。� ��た、現状では、ミラー要素3の形状は例えば 10μm角~数10μm角程度であるが、照明条件の細� ��な変更を可能とするために、ミラー要素3は 可能な限り小さいことが好ましい。

 さらに、ミラー要素3の代わりに、図2(C)に� �すように、凹面のミラー要素3’又は凸面の� ��ラー要素(不図示)を使用することも可能で� �る。
 なお、上記の空間光変調器13としては、例� �ば特表平10-503300号公報及びこれに対応する� �州特許公開第779530号公報、特開2004-78136号公� ��及びこれに対応する米国特許第6,900,915号公� ��、特表2006-524349号公報及びこれに対応する� �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。これらの空間光変調器を照明光 学系ILSに用いた場合には、空間光変調器の個 別の反射面を介したそれぞれの光が所定の角 度で強度分布形成光学系(リレー光学系14)に� �射し、複数のミラー要素(反射要素)への制御 信号に応じた所定の光強度分布を照明瞳面に おいて形成することができる。

 また、空間光変調器13としては、例えば� �次元的に配列されて反射面の高さを個別に� �御可能な空間光変調器を用いることもでき� �。このような空間光変調器としては、例え� �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� ��報及びこれに対応する米国特許第6,885,493号� ��報の図1dに開示される空間光変調器を用い� �ことができる。これらの空間光変調器では� �複数の位相要素(光学素子)によって二次元的 な高さ分布を形成することで位相型の回折格 子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� ��反射面を持つ空間光変調器を、例えば特表2 006-513442号公報及びこれに対応する米国特許� �6,891,655号公報、又は特表2005-524112号公報及び 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。
 次に、照明瞳面22上で図3(B)のZ方向に離れた 2極の二次光源24A,24Bを生成して、照明条件を2 極照明に設定する場合を例に取って、空間光 変調器13の動作の一例を説明する。図3(A)、(C) 、(E)は、一例として、それぞれ図1の空間光� �調器13のY方向に配列された一列の数1000個の� ��ラー要素3から代表的に選択された複数個の ミラー要素3A~3Gからの反射光を示している。� ��えば、図3(B)の2極の二次光源24A,24Bを形成す� ��ためには、図3(A)、(C)、(E)のフライアイレン ズ15の入射面の対応する2箇所のほぼ円形の領 域25A,25Bに照明光ILを集光する必要がある。ま た、図3(D)は、図3(B)の照明瞳面22における二� �光源24A,24Bの光軸を通りZ軸に平行な直線上で の光強度S(Z)の分布の一例を示している。

 先ず、図3(A)に示すように、空間光変調器 13の各ミラー要素3A~3Gの傾斜角(実際には2軸の 周りの傾斜角、以下同様)を設定して、それ� �からの反射光をプリズム12の第2反射面12b及� �リレー光学系14を介して、フライアイレンズ 15の入射面の2つの領域25A,25Bに集光させる。� �れによって、図3(B)に示すZ方向に2極の二次� �源24A,24Bが生成される。図3(A)において、ミラ ー3A~3Cの傾斜角は同じであるため、これらの� ��ラー3A~3Cからの反射光は共通に領域25Aに集� �されている。一方、ミラー3D~3Gの傾斜角は同 じで、かつミラー3A~3Cと対称であるため、ミ� ��ー3D~3Gからの反射光は共通に領域25Aと対称� �領域25Bに集光される。空間光変調器13の同一 列内の他のミラー要素3、及び他の列のミラ� �要素3の2軸の周りの傾斜角も、その反射光が 領域25A,25Bのいずれかに集光されるように設� �される。

 本実施形態では、図3(A)の状態でmパルス� �照明光ILを照射した後、図3(C)に示すように� �間光変調器13のミラー要素3A~3Gの傾斜角の分� ��を変更して、ミラー要素3A~3Cからの照明光IL で領域25Bを照射し、ミラー要素3D~3Gからの照� ��光ILで領域25Aを照射する。この場合には、� �明瞳面22上の二次光源24A,24Bの強度分布はほ� �同じ、即ち所定の許容範囲内(例えば特定ピ� ��チのX方向のライン・アンド・スペースパタ ーンの投影像が解像できる範囲内)で同じ強� �分布であり、領域25A,25Bに集光される照明光I Lを反射するミラー要素3A~3Gの組み合わせが異 なっている。そして、この状態でmパルスの� �明光ILを照射した後、図3(E)に示すように空� �光変調器13のミラー要素3A~3Gの傾斜角の分布� ��変更して、両側のミラー要素3A,3B,3F,3Gから� �照明光ILで領域25Bを照射し、中央のミラー要 素3C~3Eからの照明光ILで領域25Aを照射する。� �の場合にも、照明瞳面22上の二次光源24A,24B� �強度分布はほぼ同じである。

 このようにして、mパルスの照明光ILを照� ��する毎に、二次光源24A,24Bの強度分布をほぼ 同じに維持しながら、二次光源24A,24Bに対応� �る領域25A,25Bに集光される照明光ILを反射す� �ミラー要素3A~3Gの組み合わせ、ひいてはミラ ー要素3A~3Gで反射された照明光ILの光軸AXIに� �する角度の分布(照明制御パターン)を次第に 変えていく。そして、所定の組み合わせを全 部使用した後、ミラー要素3A~3Gの傾斜角の分� ��を、再び図3(A)、図3(C)、図3(E)、…のように� ��期的に変化させる。

 図5(A)は、図1のレチクルRを照明領域26に� �して走査方向SD(ここでは-Y方向)に走査する� �態を示す。図5(A)において、照明領域26のY方� ��の幅をDYとして、レチクルRのパターン面の� ��意の点41が、照明光ILのパルス発光の間に位 置41Aまで移動するときの移動量をδYとする。 このとき、点41に対する照明光ILの照射パル� �数(露光パルス数)N(Nは2以上の整数)は、ほぼ� ��のようになる。この照射パルス数Nは例えば 数10である。

 N=DY/δY …(2)
 また、図3(A)の空間光変調器13のミラー要素3 A~3Gの傾斜角の分布の組み合わせは、照明光IL がmパルス発光される毎に変化するため、ミ� �ー要素3A~3Gの傾斜角の分布の組み合わせに対 応する照明制御パターンの個数Mは、次のよ� �に少なくともN/m以上の最小の整数であれば� �い。

 M=N/m以上の最小の整数 …(3)
 なお、照明光ILが1パルス発光される毎に照� ��制御パターンを切り替える場合には、その� ��明制御パターンの個数Mは少なくともNにな� �。
 図1の空間光変調器13の各列のミラー要素3の 個数は実際には数1000であるため、仮にミラ� �要素3をX方向及びY方向に100個ずつのブロッ� �に分けて、100×100の各ブロック毎にミラー要 素3の傾斜方向及び傾斜角をほぼ同じ状態で� �御したとしても、ミラー要素3の傾斜方向及� ��傾斜角の異なる分布の個数(個数M)は、ほぼ1 0000の階乗という膨大な数が可能である。こ� �に対して、m=1であっても、N/mは数10であるた め、式(3)の条件は余裕を持って満たすことが できる。

 この結果、図5(A)のレチクルR上の任意の� �41に対しては、照明光ILを全部でNパルス照射 する間に、照明光ILがmパルス照射される毎に 、順次、空間光変調器13の互いに異なる組み� ��わせの傾斜角の分布のミラー要素3からの反 射光を用いて、ほぼ同じ二次光源24A,24Bによ� �て2極照明を行うことができる。この結果、� ��えば、図5(A)のB部の拡大図である図5(B)及び� ��5(C)に示すように、レチクルRの照明領域26内 の同じ部分(ひいては図1のウエハW上の露光領 域27内の対応する部分)においては、照明光IL� ��mパルス照射される毎に、その部分に形成さ れる照明光ILの微細な干渉縞のパターンがパ� ��ーン42A,42B,…と順次異なるパターンになる� �従って、レチクルR上の任意の点41に対して� �明光ILをNパルス照射した後では、平均化効� �によって照明領域26内における干渉縞の影響 (照度むら)は低減される。さらには、レチク� ��Rに対応するウエハW上の点における露光量(� ��算露光量)は適正露光量となり、露光量むら が大幅に低減される。

 なお、実際には、図3(B)の二次光源24A,24Bを� �成する際には、例えば、その光強度分布が� �3(D)の点線の曲線29Aで示すように、目標とす� ��領域で均一になり、その他の領域でほぼ0に なるようにミラー要素3A~3Gの傾斜角分布を制� ��することが好ましい。
 しかしながら、光源7からの照明光ILの断面� ��の強度分布は一定ではなく、経時的に次第� ��変化する恐れがある。このように照明光IL� �強度分布が変化すると、図3(B)の二次光源24A, 24Bの強度分布は、例えば、図3(D)の実線の曲� �29Bで示すように変化して、2極照明のバラン� ��が僅かに崩れる。これによって、照明瞳面2 2において(ひいては照明領域26において)照度� ��らとなる。そこで、本実施形態の露光装置1 00では、例えば、図6(A)に示すように、ミラー 11とプリズム12との間の照明光ILの光路上に光 電センサ23を設置して、照明光ILをパルス発� �させて照明光ILの断面内の強度分布を計測し 、空間光変調器13のミラー要素3に入射する照 明光ILの強度比の情報を定期的に更新する。� ��のとき、図1の空間光変調器13のX方向にj番� �(j=1,2,…,J)で、Y方向にi番目(i=1,2,…,I)のミラ� ��要素3に入射する照明光ILの光量をI(Xj,Yi)と� �る。そして、光電センサ23からの検出信号を 処理することで、図1の変調制御部31では、図 6(B)に示すように、各ミラー要素3に入射する� ��量I(Xj,Yi)の分布、ひいては各ミラー要素3に� ��射する照明光ILの強度比を求め、この強度� �の情報を内部の記憶部に記憶しておく。こ� �後は、その更新された強度比を用いて、空� �光変調器13のミラー要素3の傾斜角の分布の� �能な組み合わせの中から、二次光源の強度� �布が図3(D)の曲線29Aに近くなる照明制御パタ� ��ンを選択し、上述のように照明光ILがmパル� ��発光される毎に空間光変調器13の各ミラー� �素3をそれぞれ制御する。これによって、照� ��むらが低減された高精度な2極照明を行うこ とができる。

 同様に、図4(A)のX方向の2極照明、図4(B)の 通常照明、図4(C)の輪帯照明、図4(D)の4極照明 等を行う場合にも、変調制御部31は、照明光I Lがmパルス発光される毎に、照明瞳面22上の� �次光源の各部に集光される照明光ILを反射す る空間光変調器13のミラー要素3の組み合わせ を次第に異なる組み合わせに変化させる。こ の結果、照明光ILによって照明領域26(露光領� ��27)に形成される微細な干渉縞のパターンが� ��第に変化するため、走査露光後のウエハW上 の各点の露光量むらが低減される。

 本実施形態の作用効果は以下の通りである� ��
 (1)本実施形態の図1の露光装置100に備えられ た照明光学系ILSは、パルス発光される照明光 ILを用いてレチクル面(被照射面)を照明する� �明光学装置であって、レチクル面より上流(� ��明光ILが供給される側)に配置されて、照明� ��ILの入射する位置に応じて照明光ILの光軸AXI に対する角度を制御する(空間的な変調を与� �る)複数のミラー要素3(光学素子)を含む空間� ��変調器13(光学デバイス)と、照明光ILが少な� ��とも一つパルス発光される毎に、複数のミ� ��ー要素3によって照明光ILに互いに異なる角� ��を与え、且つ複数のミラー要素3によって角 度が制御された照明光ILのそれぞれの強度分� ��が照明瞳面22(所定面)において実質的にほぼ 同じ強度分布になるように、複数のミラー要 素3を制御する変調制御部31(照明制御系)とを� ��えている。

 本実施形態によれば、空間光変調器13の� �数のミラー要素3によって照明光ILの角度を� �別に制御する(空間的に変調を与える)ことで 、照明光ILの利用効率を高く維持して、フラ� ��アイレンズ15の入射面における照明光ILの強 度分布、ひいてはフライアイレンズ15の射出� ��である照明瞳面22における光強度分布を制� �して、照明条件を制御できる。また、1回の� ��査露光中に、その照明光ILが少なくとも1パ� ��ス発光される毎に、照明瞳面22における強� �分布をほぼ同じ分布に維持しながら、複数� �ミラー要素3からの光の角度を異なる角度の� ��み合わせに切り替えていくことによって、� ��均化効果によって、レーザ光源から射出さ� ��るレーザ光(照明光IL)に起因する照度むらの 影響を軽減できる。また、このように、空間 光変調器13は、光強度分布形成部材と照度む� ��の軽減部材とを兼用しているため、照明光� ��系ILSの構成が複雑化しない。

 (2)また、図1の実施形態では、照明瞳面22� ��所定面として、照明瞳面22での照明光ILの強 度分布を制御しているため、照明条件を正確 に制御できる。しかしながら、照明瞳面22と� ��役な面を所定面としてもよい。さらには、� ��明瞳面22の近傍の面、又は照明瞳面22との共 役面の近傍の面をその所定面とみなして、こ れらの面での光強度分布を制御してもよい。

 また、フライアイレンズ15を用いる場合に� �、フライアイレンズ15の入射面の光強度分布 がその射出面(照明瞳面22)の光強度分布とほ� �同様の分布となる。従って、そのフライア� �レンズ15の入射面又はこの近傍の面を所定面 とみなすことも可能である。
 (3)また、図1の実施形態においては、複数の 光学要素を含む光学デバイスとして、照明光 ILを反射する傾斜角が可変の反射面を含む複� ��のミラー要素3(反射要素)を備える空間光変� ��器13が使用されている。このように反射面� �用いる場合には照明光ILの利用効率が高い。

 (4)また、図1の空間光変調器13の各ミラー� ��素3の反射面は直交する2軸の周りの傾斜角� �可変であるため、各ミラー要素3からの反射� ��をプリズム12及びリレー光学系14を介してフ ライアイレンズ15の入射面、ひいては照明瞳� ��22上の2次元的な任意の位置に導くことがで� ��る。従って、照明光ILの利用効率をほぼ100%� ��維持して、任意の照明条件を高精度に設定� ��きる。

 なお、各ミラー要素3の傾斜角は、少なく とも1軸(例えば図1のX軸に平行な軸)の周りの� ��斜角が制御できるだけでもよい。1軸の周り の傾斜角のみが制御できる場合には、空間光 変調器13の各列の複数のミラー要素3からの反 射光を、フライアイレンズ15の入射面上の対� ��する1列の領域のいずれかに集光させればよ い。また、対応する1列の領域で照明光ILを集 光する部分がない場合には、その列に対応す るミラー要素3の傾斜角は、反射光がフライ� �イレンズ15の入射面から外れるように設定す ればよい。この場合には、照明光ILの利用効� ��は多少低下するが、空間光変調器13の制御� �簡単になる。

 (5)なお、空間光変調器13の代わりに、それ� �れ透過光の光量を制御する複数の画素(透過� ��素)を含む液晶セルを用いることも可能であ る。この場合には、各画素を通過する光に対 する透過率を制御することが空間的な変調と なる。
 (6)また、空間光変調器13の代わりに、それ� �れ通過光の位相を制御する複数の位相要素(� ��変段差要素等)を含む上記の空間光変調器を 用いることも可能である。この位相要素を含 む空間光変調器は、回折パターンが可変の回 折光学素子として使用できる。

 (7)また、図1の照明光学系ILSは、空間光変 調器13の近傍に配置されて、照明光ILを複数� �ミラー要素3に入射させる方向(又は複数のミ ラー要素3側)に偏向する第1反射面12a(第1面)と 、複数のミラー要素3を介した反射光を被照� �面(レチクル面)に入射させる方向に偏向する 第2反射面12b(第2面)とを含むプリズム12(光学� �材)を備えている。

 従って、照明光学系ILSを構成する各光学部� ��を同一の直線、又は途中で90°折れ曲がった 折れ線に沿って配置できるため、照明光学系 ILSの設計、製造が容易である。
 (8)また、図1の照明光学系ILSは、複数のミラ ー要素3に入射する照明光ILの強度分布を計測 する光電センサ23を備え、変調制御部31は、� �電センサ23で計測される強度分布に基づいて 、上記の所定面における照明光ILの強度分布� ��所定の均一性を満たす条件のもとで、複数� ��ミラー要素3からの光の角度の状態を切り替 えている。従って、照明光ILの断面内の強度� ��布が変動しても、照明瞳面22における照度� �ら、ひいてはレチクル面での照度むらを低� �できる。

 (9)また、照明光学系ILSには、空間光変調� ��13に対する入射側に配置されて、所定数kの� ��明光ILのパルス発光毎に、照明光ILの偏光状 態を制御可能な回動可能な1/2波長板9及びデ� �ラライザ10(偏光制御光学系)を備えている。� ��って、例えば図1のレチクルRの代わりに空� �光変調器13と同様の空間光変調器を用いて、 転写対象のパターンを所定数の照明光ILのパ� ��ス発光毎に高速に切り替えるような場合に� ��その切り替えられたパターンに応じて空間� ��変調器13によって二次光源の強度分布を切� �替えると同時に、偏光照明の状態も順次高� �に切り替えることができる。従って、1回の� ��光によって種々のパターンをそれぞれ最適� ��照明条件(ここでは二次光源の強度分布及び 偏光照明)でウエハ上に露光できる。

 (10)また、その1/2波長板9に供給される照� �光ILがほぼ直線偏光であり、その1/2波長板9� �光軸AXI(光軸AXIに平行な軸でもよい)の周りの 回転角(回動角)が可変であるため、その1/2波� ��板9の回転角を制御するのみで、レチクル面 (ウエハWの上面)における照明光ILの偏光状態� ��、X方向若しくはY方向の直線偏光、又は斜� �方向の直線偏光に設定できる。さらに、デ� �ラライザ10を用いているため、その照明光IL� ��偏光状態を非偏光にも設定できる。

 (11)また、上記の実施形態では、例えば、 レチクル面の各点に対する照明光ILの照射パ� ��ス数をN(Nは2以上の整数)として、照明光ILが mパルス(mは1以上の整数)発光される毎に、複� ��のミラー要素3の傾斜角の組み合わせ、ひい ては複数のミラー要素3からの照明光ILの角度 の分布(照明制御パターン)を式(3)で規定され� ��M通りに切り替えている。この場合には、空 間光変調器13の複数のミラー要素3の傾斜角の 組み合わせを、そのM通りの照明制御パター� �のいずれかに対応させて周期的に設定する� �みで、レチクル面の任意の点において、1回� ��走査露光中に照明光ILがmパルス照射される� ��に形成される微細な干渉縞のパターンが全� ��異なるパターンになる。従って、効率的に� ��の干渉縞に起因する照度むら、ひいては露� ��量むらを低減できる。

 なお、複数のミラー要素3の傾斜角の組み 合わせ(ひいては照明制御パターン)の個数をN 通りとしてもよい。この場合には、照明光IL� ��1パルス発光される毎に、複数のミラー要素 3の傾斜角の組み合わせをそのN通りの組み合� ��せのいずれかに周期的に切り替えることに� ��って、レチクル面の任意の点において、1回 の走査露光中に照明光ILが1パルス照射される 毎に形成される微細な干渉縞のパターンが全 部異なるパターンになる。従って、その干渉 縞に起因する照度むら、ひいては露光量むら を最も大きく低減できる。

 (12)また、図1の照明光学系ILSは、照明瞳面22 からの照明光ILでレチクル面を重畳して照明� ��るフライアイレンズ15(オプティカルインテ� ��レータ)を備えているため、レチクル面での 照度分布の均一性が向上する。
 (13)また、照明光学系ILSに照明光ILを供給す� ��光源7、電源制御部32及び主制御系30が備え� �れている。従って、光源7のパルス発光のタ� ��ミングを容易に高精度に制御可能である。

 (14)また、上記の実施形態の露光装置100は 、レチクル面(第1面)の像をウエハWの上面(第2 面)に投影する露光装置であって、そのレチ� �ル面をパルス発光される照明光ILで照明する 照明光学系ILSと、照明光学系ILSによってレチ クル面上に形成される照明領域26からの光に� ��づいて、レチクル面の像をウエハW上に形成 する投影光学系PLとを備えている。この場合� ��照明光学系ILSからレチクル面に照射される� ��明光ILによって形成される微細な干渉縞の� �ターンは、例えばmパルスの照明光ILの発光� �に次第に異なるパターンに変化する。従っ� �、露光後のウエハW上の露光量むら(積算露光 量のむら)が低減され、最終的なデバイスを� �精度に製造できる。

 次に、上記の実施形態では次のような変形� ��可能である。
 (1)上記の実施形態の露光装置100は、走査露� ��型であるため、走査露光によっても照明光I Lによって形成される干渉縞の照度むらの影� �が軽減される。なお、上記の実施形態の照� �光学系ILSをステッパ等のステップ・アンド� �リピート方式の露光装置に適用してもよい� �この場合には、図1のウエハステージWSTは、X 方向、Y方向にステップ移動する機能を備え� �いればよい。このようにステップ・アンド� �リピート方式で露光を行う場合には、走査� �光による照度むらの影響の低減効果が得ら� �ない。この場合でも、上記の照明光学系ILS� �よってmパルスの照明光ILの照射毎に、レチ� �ル面に照射される照明光ILの微細な干渉縞の パターンを異なるパターンに次第に変化させ ることによって、レチクル上(被照射面)の照� ��むら、ひいてはウエハW上の露光量のむら(� �算露光量のむら)を大幅に低減できるため、� ��発明の効果が特に大きい。

 (2)また、図1の波面分割型のインテグレータ であるフライアイレンズ15に代えて、内面反� ��型のオプティカルインテグレータとしての� ��ッド型インテグレータを用いることもでき� ��。
 この場合、図7(A)の照明光学系ILSAで示すよ� �に、リレー光学系14よりもレチクルR側に集� �光学系51を追加して空間光変調器13の反射面( ミラー要素3の反射面)の共役面を形成し、こ� ��共役面近傍に入射端が位置決めされるよう� ��ロッド型インテグレータ50を配置する。

 また、このロッド型インテグレータ50の� �出端面又は射出端面近傍に配置されるレチ� �ルブラインド17(視野絞り)の像をレチクルRの パターン面(レチクル面)上に形成するための� ��レー光学系(リレーレンズ18、ミラー19、及� �コンデンサ光学系20)を配置する。この他の� �明光学系ILSAの構成は、図1の照明光学系ILSと 同様である。図7(A)の構成の場合、二次光源� �リレー光学系14及び集光光学系51の瞳面22に� �成される(二次光源の虚像はロッド型インテ� ��レータ50の入射端近傍に形成される)。

 (3)また、図1の照明光学系ILSでは、プリズ ム12が使用されているが、プリズム12の代わ� �に、反射面12a及び12bを有するミラーを照明� �ILの光路上に設置してもよい。さらに、図7(B )に示すように、プリズム12を省略してもよい 。図7(B)の構成では、空間光変調器13の多数の ミラー要素3に対して斜め方向から照明光ILを 照射し、多数のミラー要素3で反射された照� �光ILを光軸AXIに沿ってリレー光学系14を介し� ��不図示のフライアイレンズに供給している� ��

 また、上記の実施形態の露光装置を用い� ��半導体デバイス等のデバイス(電子デバイス 、マイクロデバイス)を製造する場合、この� �バイスは、図8に示すように、デバイスの機� ��・性能設計を行うステップ221、この設計ス� ��ップに基づいたマスク(レチクル)を製作す� �ステップ222、デバイスの基材である基板(ウ� ��ハ)を製造するステップ223、前述した実施形 態の露光装置100(投影露光装置)によりマスク� ��パターンを基板に露光する工程、露光した� ��板を現像する工程、現像した基板の加熱(キ ュア)及びエッチング工程などを含む基板処� �ステップ224、デバイス組み立てステップ(ダ� ��シング工程、ボンディング工程、パッケー� ��工程などの加工プロセスを含む)225、並びに 検査ステップ226等を経て製造される。

 言い換えると、上記のデバイスの製造方法� ��、上記の実施形態の露光装置100を用いてウ� ��ハWを露光する工程と、露光されたウエハW� �処理する工程(ステップ224)とを含んでいる。
 さらに、そのデバイス製造方法は、リソグ� ��フィ工程を含むデバイス製造方法であって� ��そのリソグラフィ工程において、上記の実� ��形態の露光装置100を用いている。これらの� ��バイス製造方法によれば、露光量むらが低� ��されているため、デバイスを高精度に製造� ��きる。

 なお、本発明は、例えば国際公開第99/49504� �パンフレット、国際公開第2004/019128号パンフ レット等などに開示される液浸型の露光装置 にも適用でき、本発明の照明光学装置は、投 影光学系を用いないプロキシミティ方式の露 光装置等にも適用することができる。
 また、本発明は、半導体デバイスの製造プ� ��セスへの適用に限定されることなく、例え� ��、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等� ��製造プロセスや、撮像素子(CMOS型、CCD等)、� ��イクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Syste ms:微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド� �及びDNAチップ等の各種デバイス(電子デバイ� ��)の製造プロセスにも広く適用できる。

 また、上記の実施の形態の照明光学系(照明 光学装置)は、本願の請求の範囲の記載に対� �する構成要素を照明光学系の鏡筒又はフレ� �ムに組み込み光学調整をして、配線等を行� �、更に電気調整等をすることにより製造で� �る。また、上記の実施の形態の露光装置は� �その照明光学系及び投影光学系を露光装置� �体に組み込み光学調整をして、多数の機械� �品からなるレチクルステージやウエハステ� �ジを露光装置本体に取り付けて配線や配管� �接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認� ��)をすることにより製造することができる。 なお、その露光装置の製造は温度及びクリー ン度等が管理されたクリーンルームで行うこ とが望ましい。
 また、本発明は上述の実施形態に限定され� ��、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の� ��成を取り得る。また、明細書、特許請求の� ��囲、図面、及び要約を含む2007年11月6日付け 提出の日本国特許出願第2007-289089号の全ての� ��示内容は、そっくりそのまま引用して本願� ��組み込まれている。