JP2014239088A - 照明光学系、照明方法、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可干渉性の高い光を使用する場合に、被照射面におけるスペックルパターンの影響を低減する。【解決手段】光源１０からの照明光ＩＬでレチクル面Ｒａを照明する照明光学系ＩＬＳにおいて、光源１０からの光の角度分布を変化させて射出する回折光学素子１３Ａと、回折光学素子１３Ａから射出される光の角度分布を、ＭＦＬ（マイクロフライアイレンズ）２０の入射面２０Ｉで位置分布に変換する集光光学系１７と、集光光学系１７を介した光の光路に配置されるＭＦＬ２０と、回折光学素子１３Ａと集光光学系１７との間に配置されて、回折光学素子１３Ａから射出される光を、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに垂直な方向にほぼ連続的にシフト量を不規則に変化させながらシフトさせる光束シフト光学系１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被照射面を照明する照明技術、この照明技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程で使用される露光装置においては、電子デバイスの微細化に対応して解像度を高めるために、露光用の照明光（露光光）の波長は短波長化しており、最近では、露光光としてＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）のエキシマレーザ光が使用されている。しかしながら、このようなレーザ光は、水銀ランプの輝線等と比べると可干渉性（例えば空間コヒーレンス）が高く、被照射面でいわゆるスペックルパターンによる照度むらが生じる恐れがある。

そこで、露光光としてレーザ光を用いる従来の露光装置の照明光学系においては、光源から射出されてオプティカルインテグレータとしての例えばフライアイレンズに入射するレーザ光の光路に、そのレーザ光を複数の光束に分岐し、分岐された複数の光束に互いに異なる遅延時間を与え、これらの異なる遅延時間が与えられた複数の光束を合成する光学系を設けることによって、被照射面におけるスペックルパターンを低減していた（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第６，２３８，０６３号明細書

従来のようにフライアイレンズに入射するレーザ光の光路に、分岐された複数の光束間に異なる遅延時間を与えて合成する光学系を設置するだけでは、被照射面においてスペックルパターンによって生じる照度むらのうちで、特に高い空間周波数の成分を十分には低減できない恐れがある。
さらに、最近では、露光光用のレーザ光として、エキシマレーザ光の他に、固体レーザ光源から出力されるレーザ光（固体レーザ光）又はこのレーザ光を波長変換して得られる光を使用することも検討されている。しかしながら、このような固体レーザ光又はこれを波長変換して得られる光は、一般にエキシマレーザ光よりも可干渉性（例えば空間コヒーレンス）が高いため、従来の光学系ではスペックルパターンの影響を十分には低減できない恐れがある。

本発明の態様は、このような事情に鑑み、可干渉性の高い光を使用する場合に、被照射面におけるスペックルパターンの影響を低減することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、その光源からの光の角度分布を変化させて射出する複数の角度分布変更部を照明光路を横切る第１面に並列に配置した第１光学部材と、その第１光学部材から射出される光の角度分布を、照明光路を横切る第２面で位置分布に変換する第２光学部材と、その第２光学部材を介した光の光路に配置されるオプティカルインテグレータと、その第１光学部材とその第２光学部材との間に配置されて、その第１光学部材から射出される光のうち少なくとも一部の光をその照明光学系の光軸に垂直な方向に動的にシフトさせる第１シフト部材と、を備える照明光学系が提供される。

第２の態様によれば、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、その光源からの光の角度分布を変化させて射出する複数の角度分布変更部を照明光路を横切る第１面に並列に配置した第１光学部材と、その第１光学部材から射出される光の角度分布を、照明光路を横切る第２面で位置分布に変換する第２光学部材と、その第２光学部材を介した光の光路に配置されるオプティカルインテグレータと、そのオプティカルインテグレータに入射する光のうち少なくとも一部の光の角度を動的に変化させる第１角度制御部と、を備える照明光学系が提供される。

第３の態様によれば、露光光源からの光でパターンを照明し、その露光光源からの光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、本発明の態様の照明光学系を備え、その照明光学系からの光でそのパターンを介して基板を露光する露光装置が提供される。
第４の態様によれば、光源からの光で被照射面を照明する照明方法において、その光源からの光を照明光路を横切る第１面上の複数の第１領域に入射させ、該複数の第１領域に入射する光の角度分布をそれぞれ変化させることと、その角度分布が変化した光の少なくとも一部の光を該光の光軸に垂直な方向に動的にシフトさせることと、その光軸に垂直な方向にシフトした光を光学的にフーリエ変換することと、その光学的にフーリエ変換された光を、照明光路を横切る第２面上の複数の第２領域に入射させ、該複数の第２領域に入射する光の角度分布をそれぞれ変化させることと、その複数の第２領域を通過した複数の光を、その被照射面において少なくとも一部が重畳するように集光することと、を含む照明方法が提供される。

第５の態様によれば、光源からの光で被照射面を照明する照明方法において、その光源からの光を照明光路を横切る第１面上の複数の第１領域に入射させ、該複数の第１領域に入射する光の角度分布を変化させることと、その角度分布が変化した光を光学的にフーリエ変換することと、その光学的にフーリエ変換された光を、照明光路を横切る第２面上の複数の第２領域に入射させ、該複数の第２領域に入射する光の角度分布をそれぞれ変化させることと、その複数の第２領域を通過した複数の光を、その被照射面において少なくとも一部が重畳するように集光することと、その第２面に入射する光のうち少なくとも一部の光の角度を動的に変化させることと、を含む照明方法が提供される。

第６の態様によれば、露光光源からの光でパターンを照明し、その露光光源からの光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、本発明の態様の照明方法を用いてその露光光源からの光でそのパターンを照明する露光方法が提供される。
第７の態様によれば、本発明の態様の露光装置又は露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、例えば第１シフト部材又は第１角度制御部を用いて、オプティカルインテグレータ又は第２面に入射する光の角度を変化させることができるため、このように角度が変化した光を用いて、積算して被照射面を照明することによって、被照射面においてスペックルパターンによって生じる積算光量むらのうちで、特に高い空間周波数成分を大きく低減できる。このため、可干渉性の高い光を使用する場合にスペックルパターンの影響を低減できる。

（Ａ）は第１の実施形態に係る露光装置を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）、及び（Ｄ）は、それぞれ図１（Ａ）中の光束シフト光学系による互いに異なる光束のシフトの状態を示す図である。 （Ａ）は照明瞳面における光強度分布の一例を示す図、（Ｂ）は照明瞳面における光強度分布の他の例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ図１（Ａ）の光束のシフト量が互いに異なる状態の照明光学系の要部を簡略化して示す図である。 （Ａ）は実施形態に係るレチクル面の光強度分布の一例を示す図、（Ｂ）は図４（Ａ）の分布の空間周波数分布を示す図、（Ｃ）は比較例に係るレチクル面の光強度分布を示す図、（Ｄ）は図４（Ｃ）の分布の空間周波数分布を示す図である。 照明方法を含む露光方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は変形例に係る照明光学系を示す図、（Ｂ）は図６（Ａ）中の遅延光学系を示す図である。 （Ａ）は図６（Ａ）の照明光学系の要部を簡略化して示す図、（Ｂ）は図７（Ａ）のレチクル面の光強度分布の一例を示す図、（Ｃ）は図７（Ｂ）の分布の空間周波数分布を示す図である。 別の変形例に係る照明光学系を示す図である。 （Ａ）は図８の照明光学系の要部を簡略化して示す図、（Ｂ）は図９（Ａ）のレチクル面の光強度分布の一例を示す図、（Ｃ）は図９（Ｂ）の分布の空間周波数分布を示す図である。 （Ａ）は第２の実施形態に係る照明光学系を示す図、（Ｂ）は図１０（Ａ）の照明光学系の要部を簡略化して示す図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１（Ａ）〜図５を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態に係るスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）ＥＸの構成を示す。図１（Ａ）において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光（露光光）ＩＬを発生する光源１０と、光源１０からの照明光ＩＬでレチクルＲ（マスク）のパターン面（以下、レチクル面という）Ｒａを照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲの位置及び速度を制御するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像を半導体ウエハ（以下、単にウエハという）Ｗの表面に投影する投影光学系ＰＬとを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、ウエハＷの位置及び速度を制御するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系３５と、照明光学系ＩＬＳの動作を制御する照明制御部３６と、その他の制御系等とを備えている。なお、照明制御部３６は、主制御系３５を構成するコンピュータのソフトウェア上の機能でもよい。

以下、図１（Ａ）において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１（Ａ）の紙面に平行にＸ軸を、図１（Ａ）の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向は、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。
本実施形態において、光源１０としては、一例として、固体レーザ光源、又は固体レーザ光源とこの固体レーザ光源から射出されるレーザ光の高調波等を生成する波長変換部とを含む光源装置が使用されている。一例として、固体レーザ光源としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源、又は半導体レーザ光源とエルビウム等をドープした光ファンバー増幅器とを組み合わせた光源が使用できる。また、波長変換部としては、高調波、和周波数、及び／又は差周波数の光を発生する部分、及び／又は波長可変レーザ光源を含む装置が使用できる。

一例として、半導体レーザ光源と光ファンバー増幅器とを組み合わせた光源から射出される波長１５４４ｎｍのレーザ光の８倍高調波を生成することによって、波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長）のレーザ光を生成できる。同様に、波長９９０ｎｍのレーザ光の４倍高調波を生成することによって、波長２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザと同じ波長）のレーザ光を生成できる。また、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源から出力される波長１０６４ｎｍのレーザ光（基本波）の２倍高調波（波長５３２ｎｍ）から波長可変レーザによって波長７７２ｎｍのレーザ光を生成し、このレーザ光の４倍高調波を生成することで、波長１９３ｎｍのレーザ光を生成できる。このように固体レーザ光源、又は固体レーザ光源と波長変換部とを含む光源から射出されるレーザ光は一般にパルス光であり、可干渉性（例えば空間コヒーレンス）がエキシマレーザ光に比べて高くなっている。そのパルス光のパルス幅は例えば１ｎｓ〜数１０ｎｓであり、そのパルス光の周波数は例えば数１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度である。

本実施形態の光源１０は、一例として固体レーザ光源と波長変換部とを含む光源であり、光源１０からは波長１９３ｎｍ（又は２４８ｎｍ等でもよい）でパルス幅が１ｎｓ程度で周波数が数１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度であり、かつ可干渉性がエキシマレーザ光に比べて高いパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬが射出される。なお、そのような固体レーザ光源と波長変換部とを含む光源の一例は、例えば国際公開第２００１／０２０６５１号に開示されている。

光源１０から射出された所定の偏光状態（例えば直線偏光）のパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬは、ビームエキスパンダ１１により光束の断面形状が所望の形状に変換された後、光路折り曲げ用のミラー１２及び偏光状態を制御するための偏光光学系（不図示）を介して光軸ＡＸＩに沿って、照明条件切り替え装置８の一部に入射する。照明条件切り替え装置８は、光軸ＡＸＩに平行な軸（ここではＸ軸に平行な軸）の回りに回転可能なターレット板３１と、ターレット板３１の回転中心の回りにほぼ等角度間隔で固定され、互いに異なる照明条件を設定するための複数の回折光学素子（Diffractive Optical Element: ＤＯＥ)１３Ａ，１３Ｂ等と、ターレット板３１を指定された角度だけ回転するロータリーエンコーダを内蔵した駆動部３０Ａと、を備えている。照明制御部３６が、主制御系３５の制御のもとで駆動部３０Ａによるターレット板３１の回転を制御する。図１（Ａ）では、ターレット板３１に固定された回折光学素子１３Ａ，１３Ｂだけが図示されているが、ターレット板３１には他の回折光学素子（不図示）も固定されている。駆動部３０Ａは、照明光学系ＩＬＳを支持するフレーム（不図示）に固定されている。

一例として、回折光学素子１３Ａ及び１３Ｂは、それぞれいわゆる４極照明及び輪帯照明を設定するために使用される。そのため、回折光学素子１３Ａ及び１３Ｂは、それぞれ入射した照明光ＩＬを回折してファーフィールドに、光軸ＡＸＩに関してほぼ対称にＺ方向（レチクル面のＸ方向に対応する方向）及びＹ方向に偏心した４箇所の領域で光量が大きくなる回折光のパターン、及び輪帯状の領域で光量が大きくなる回折光のパターンを形成する。他の不図示の複数の回折光学素子は、例えば通常照明、２極照明、又は小さいコヒーレンスファクタ（σ値）の照明（小σ照明）等を設定するために使用される。

回折光学素子１３Ａ，１３Ｂ等は、それぞれ照明光ＩＬを透過する矩形のガラス基板の一面に、ファーフィールドに形成する回折光のパターンに応じた種々の凹凸の回折パターン（種々のピッチの回折格子）をエッチング等で形成することによって製造できる。それらの回折パターンは、計算機ホログラム(Computer Generated Hologram: CGH) から形成することも可能である。また、その回折パターンとして、位相分布型のホログラム、キノフォーム(Kinoform)、又は振幅分布型のホログラムも使用可能である。例えば回折光学素子１３Ａは、図３（Ａ）に示すように、互いに射出される回折光の角度分布が異なる複数の回折部１３Ａａ，１３Ａｂ等（角度分布変更部又は第１領域）を、光軸ＡＸＩに垂直な配置面１３Ｉに沿って（照明光路を横切る方向）配列したものとみなすことができる。

図１（Ａ）において、照明条件切り替え装置８によって照明光ＩＬの光路（照明光路）に配置された任意の回折光学素子（図１（Ａ）では回折光学素子１３Ａ）を介して回折された照明光ＩＬは、光束シフト光学系１４に入射する。光束シフト光学系１４は、光軸ＡＸＩに垂直な面に対して互いに同じ角度で傾斜した状態で照明光路上に配置された、互いに同じ形状の光透過性の２枚の平行平板ガラス（ハービング）１５Ａ，１５Ｂと、これらの平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂを互いに異なる回転周波数で光軸ＡＸＩの回りに連続的に回転駆動する２つの駆動部１６Ａ，１６Ｂと、を有する。平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂの回転周波数は、互いに整数倍の関係にもならないように設定されている。駆動部１６Ａ，１６Ｂは照明制御部３６によって制御される。平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂは互いに異なる回転周波数で、かつ互いに非整数倍の回転周波数で回転するため、平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂの相対角度は０度を中心として所定範囲内で、ある短い時間の範囲内では連続的にほぼ非周期的（ランダム）に変動する。そして、平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂを通過した後の照明光ＩＬは、光軸ＡＸＩに垂直な方向に、その連続的に（継続して）ほぼ非周期的に変動する相対角度に応じた量だけシフトして射出される。言い換えると、光束シフト光学系１４は、入射する照明光ＩＬを光軸ＡＸＩに垂直な方向に動的にシフトさせて射出する。

例えば図１（Ｂ）に実線の位置、又は点線の位置１５ＡＲ，１５ＢＲで示すように、平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂが対称に傾斜したときは、平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂに入射する照明光ＩＬは、実質的にシフトすることなく射出される。一方、図１（Ｃ）に示すように、平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂが光軸ＡＸＩに対して右回りに傾斜してほぼ平行になったときは、平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂに入射する照明光ＩＬは、Ｚ方向（光軸ＡＸＩに垂直な方向）に−δ（角度δは、平行平板ガラス１５Ａの屈折率、厚さ、及び傾斜角によって定まる値）だけシフトして射出される。これに対して、図１（Ｄ）に示すように、平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂが光軸ＡＸＩに対して左回りに傾斜してほぼ平行になったときは、照明光ＩＬはＺ方向（上方）にδだけシフトして射出される。

図１（Ａ）において、光束シフト光学系１４の平行平板ガラス１５Ａ，１５Ｂを通過した照明光ＩＬは、前群レンズ系１７ａ、凹の円錐面を持つ第１プリズム１８ａと凸の円錐面を持つ第２プリズム１８ｂとからなるアキシコン系１８、及び後群レンズ系１７ｂを介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（以下、ＭＦＬという。）２０を照明する。前群レンズ系１７ａ及び後群レンズ系１７ｂから、所定範囲で焦点距離が連続的に可変のズームレンズ（変倍光学系）よりなる集光光学系１７が構成されている。

集光光学系１７は、回折光学素子１３Ａの射出面とＭＦＬ２０の入射面２０Ｉとをほぼ光学的にフーリエ変換の関係にしている。すなわち、集光光学系１７は、回折光学素子１３Ａからある角度φａ（光軸ＡＸＩに対する角度）で射出される光を、入射面２０Ｉにおいて、光軸ＡＸＩからその角度φａに応じて定まる距離の位置に集光することによって、回折光学素子１３Ａから射出される光の角度分布を、照明光路を横切る入射面２０Ｉでの位置分布に変換している。

回折光学素子１３Ａ（又は他の回折光学素子）から射出される照明光ＩＬは、集光光学系１７及びアキシコン系１８を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉにおいて、所定形状の照射領域（回折光学素子１３Ａの場合には４極状の領域）に集光される。その照射領域の全体的な大きさは、集光光学系１７の焦点距離に依存して変化する。照明制御系３６が例えばスライド機構を含む駆動部３０Ｂを介して前群レンズ系１７ａを光軸ＡＸＩに沿って移動することで、集光光学系１７の焦点距離が所望の値に制御される。

また、アキシコン系１８において、照明制御系３６が例えばスライド機構を含む駆動部３０Ｃを介して第２プリズム１８ｂを光軸ＡＸＩに沿って移動することで、プリズム１８ａ及び１８ｂの光軸ＡＸＩに沿った間隔、ひいてはこの間隔に応じて回折光学素子１３Ａ等から射出された光束の入射面２０Ｉにおける光軸ＡＸＩに対して半径方向の位置を制御できる。なお、アキシコン系１８は省略することが可能であり、集光光学系１７の焦点距離は固定でもよい。

ＭＦＬ２０は、多数の正屈折力を持つ微小なレンズエレメント（微小レンズ）２０ａを縦横に稠密に配列したものであり、ＭＦＬ２０の射出側焦点面又はこの近傍の面が照明光学系ＩＬＳの瞳面（以下、照明瞳面という）ＩＰＰとなる。照明瞳面ＩＰＰは、照明光学系ＩＬＳの射出瞳が形成される面と光学的に共役である。照明瞳面ＩＰＰには、ＭＦＬ２０の波面分割によって多数の二次光源（光源像）よりなる面光源が形成される。

ＭＦＬ２０は、多数の微小レンズを並列に配置したものであるため、入射面２０Ｉにおける大局的な光強度分布がそのまま射出面である照明瞳面ＩＰＰに伝達される。このため、入射面２０Ｉに形成される照明光ＩＬの任意の光強度分布がほぼそのまま照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布となり、入射面２０Ｉは照明瞳面ＩＰＰと等価な面である。一例として、照明光路に回折光学素子１３Ａが設置されているときには、照明瞳面ＩＰＰには、図２（Ａ）に示すように、４極の領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄで光量が大きくなる光強度分布が形成される。一方、照明光路に回折光学素子１３Ｂが設置されているときには、照明瞳面ＩＰＰには、図２（Ｂ）に示すように、輪帯状の領域４２で光量が大きくなる光強度分布が形成される。

ただし、図１（Ａ）のＭＦＬ２０の入射面２０Ｉに入射する照明光の開き角に比べて、照明瞳面ＩＰＰの二次光源から射出される照明光の開き角は大きくなっている。すなわち、集光光学系１７によって空間的に（光学的に）フーリエ変換された光は、ＭＦＬ２０の入射面２０Ｉ上の多数のレンズエレメント２０ａ（第２領域）に入射し、各レンズエレメント２０ａから射出される光の角度分布がより広い範囲になるように変化している。

なお、ＭＦＬ２０の代わりにフライアイレンズを使用してもよい。また、フライアイレンズとして、例えば米国特許第６，９１３，３７３号明細書に開示されているシリンドリカル・マイクロフライアイレンズを用いてもよい。
また、一例として、照明瞳面ＩＰＰ又はこの近傍の面に、照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布を最終的に規定するための可変の開口絞り（以下、照明σ絞りという）２２が設置されている。照明σ絞り２２は、例えばコヒーレンスファクタ（σ値）が１以上となる領域を遮光してもよい。さらに、照明σ絞り２２は、４極照明時には、図２（Ａ）の領域４１Ａ〜４１Ｄを含む複数の領域にのみ開口が形成された絞り部材と交換されてもよく、輪帯照明時には、図２（Ｂ）の領域４２を含む領域及びこの領域内の細い連結部以外の部分にのみ開口が形成された絞り部材と交換されてもよい。このように照明σ絞り２２又は絞り部材を使用する場合でも、回折光学素子１３Ａ，１３Ｂ等によって、照明光ＩＬの光強度分布を設定することによって、照明光ＩＬの利用効率を高く維持できるとともに、入射面２０Ｉに入射する段階での照明光ＩＬの光強度分布をより均一にできる。

なお、回折光学素子１３Ａ，１３Ｂ等によって、照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布を高精度に設定できる場合には、照明σ絞り２２及びそれらの絞り部材を省略することができる。
ＭＦＬ２０及び照明σ絞り２２を通過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ２３、レチクルブラインド２４（視野絞り）、第２リレーレンズ２５、光路折り曲げ用のミラー２６、及びコンデンサ光学系２７を介して、レチクル面Ｒａの矩形の照明領域を重畳的に照明する。ビームエキスパンダ１１、照明条件切り替え装置８（回折光学素子１３Ａ，１３Ｂ等）、光束シフト光学系１４、集光光学系１７、アキシコン系１８、ＭＦＬ２０、及び照明σ絞り２２からコンデンサ光学系２７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。レチクル面Ｒａは、レチクルブラインド２４の配置面と光学的に共役である。照明光学系ＩＬＳの各光学部材は、不図示のフレームに支持されている。

照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷの一つのショット領域の露光領域（照明領域と光学的に共役な領域）に所定の投影倍率（例えば１／４〜１／１００の縮小倍率）で投影される。投影光学系ＰＬは、屈折系又は凹面反射鏡等を含む反射屈折系である。投影光学系ＰＬの瞳面（以下、投影瞳面という）又はその近傍には開口絞りＡＳが設置されている。投影瞳面は、照明瞳面ＩＰＰと光学的に共役である。ウエハＷ（基板）は、リシコン等の半導体よりなる直径が２００〜４５０ｍｍ程度の円板状の基材の表面にフォトレジスト（感光材料）を所定の厚さで塗布したものを含む。

また、レチクルＲが通常のレチクル（マスク）である場合、投影光学系ＰＬの投影倍率は例えば１／４倍であり、照明光学系ＩＬＳの開口数ＮＡIL（被照射面側の開口数）は例えば１／４程度である。本実施形態では、レチクルＲの代わりに、多数の傾斜角又は反射面の法線方向の位置が可変の微小なミラー要素（反射要素）のアレイを有する空間光変調器(spatial light modulator: SLM )が使用される場合も想定している。この場合には、例えばその多数の微小なミラー要素のアレイと投影光学系ＰＬとの間にビームスプリッター（不図示）が設置され、このビームスプリッターで反射された光がミラー要素のアレイに入射し、ミラー要素のアレイで反射された光がそのビームスプリッターを介して投影光学系ＰＬに入射する。そのような空間光変調器としては、例えば欧州特許公開第７７９５３０号明細書、又は米国特許第６，９００，９１５号明細書等に開示されているものを使用可能である。

また、レチクルＲの代わりに空間光変調器を使用する場合、個々のミラー要素が例えば数μｍ角の大きさであるため、ウエハＷに例えば数１０ｎｍのオーダーのパターンを形成するためには、投影光学系ＰＬの投影倍率（物体面から像面に対する倍率）は１／１００倍程度にする必要がある。仮に投影倍率を１／１００倍とすると、投影光学系ＰＬの像面側の開口数ＮＡPLはほぼ１であるため、投影光学系ＰＬの物体面側の開口数ＮＡPLinはほぼ１／１００となる。この場合でも、σ値（＝ＮＡIL／ＮＡPLin）は最大値が１であるため、照明光学系ＩＬＳの開口数ＮＡILはほぼ１／１００程度と極端に低くなる。このように照明光学系ＩＬＳの開口数が低くなると、仮に照明光路に拡散板を配置しても、照明光ＩＬ（可干渉性の高いパルスレーザ光）によって、投影光学系ＰＬの物体面のパターン面（被照射面）に形成されるスペックルパターンの影響を十分には低減できない恐れがある。そこで、本実施形態では、回折光学素子１３Ａ等と集光光学系１７との間に光束シフト光学系１４を配置している（詳細後述）。

例えばレチクルＲを使用する場合、レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面と平行な上面に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース（不図示）の上面にＹ方向に等速移動可能に、かつ少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びＺ軸に平行な軸の回り（θｚ方向）に微動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの位置情報（回転角も含む）は、レチクルステージ駆動系３７内のレーザ干渉計によって計測されている。レチクルステージ駆動系３７は、その計測情報及び主制御系３５からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構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。なお、レチクルＲの代わりに空間光変調器を使用する場合には、空間光変調器の多数の微小なミラー要素のパターンをＹ方向に次第にシフトさせればよいため、投影光学系ＰＬの物体面側の走査用のステージは省略できる。

一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージＷＳＴの上部に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハベース（不図示）の上面にＸ方向、Ｙ方向に移動可能に載置されている。ウエハステージＷＳＴの位置情報（回転角も含む）は、ウエハステージ駆動系３８内のレーザ干渉計又は回折格子を用いるエンコーダ装置によって計測されている。ウエハステージ駆動系３８は、その計測情報及び主制御系３５からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。また、レチクルＲのアライメントを行うためのレチクルアライメント系（不図示）及びウエハＷのアライメントを行うためのウエハアライメント系（不図示）が備えられている。

レチクルＲを使用する露光時には、照明条件を設定した後、ウエハＷのアライメントの結果に基づいて、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に移動することで、ウエハＷが走査開始位置に移動（ステップ移動）する。そして、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内の回路パターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷの一つのショット領域を露光しつつ、レチクルステージＲＳＴを介して照明領域に対してＹ方向にレチクルＲを移動する動作と、ウエハステージＷＳＴを介して露光領域に対してウエハＷを対応する方向に移動する動作とを同期して行う。この走査露光動作によって、ウエハＷの当該ショット領域にレチクルＲのパターンの像が転写露光される。そ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のパターンの像が転写露光される。レチクルＲの代わりに空間光変調器を使用する場合には、空間光変調器で形成するパターンを走査方向に移動させ、そのパターンの移動に同期してウエハＷを連続して走査方向に移動することで、ウエハＷの一連のショット領域に回路パターンの像を露光できる。

次に、本実施形態の照明光学系ＩＬＳ中の光束シフト光学系１４の動作につき詳細に説明する。なお、以下では、投影光学系ＰＬはレチクルＲのパターンの像をウエハＷに投影するものとして説明するが、実際にはレチクルＲの代わりに空間光変調器を使用してもよい。この場合、照明光学系ＩＬＳの開口数ＮＡILは例えば１／１００程度と極端に低くなることがある。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は図１（Ａ）の照明光学系ＩＬＳの回折光学素子１３ＡからレチクルＲまでの部分を簡略化して示す。図３（Ａ）〜（Ｃ）において、図１（Ａ）中のアキシコン系１８は省略されているが、以下の説明は、アキシコン系１８が配置されていても適用される。さらに、回折光学素子１３Ａから射出される光束は、回折光学素子１３Ａの配置面の１点から射出される光束がＭＦＬ２０の入射面２０Ｉにどのように入射するかを示すための仮想的な光束であり、以下の説明は回折光学素子１３Ａ以外の任意の回折光学素子が設置されていても適用される。

まず、図３（Ａ）において、回折光学素子１３Ａに可干渉性の高いパルス光よりなる照明光ＩＬが入射し、光束シフト光学系１４での光束のシフトがない場合、回折光学素子１３Ａから点線で示す光束Ａ１１が射出される。この光束Ａ１１によって入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰにレーザ光のスペックルパターンが形成され、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡはそのスペックルパターンに応じた照度むらＢ１１を持つ照明光ＩＬで照明される。

その後、光束シフト光学系１４で上方にδの光束シフトが生じると、回折光学素子１３Ａから射出される光束Ａ１２は、光束シフト光学系１４でシフトされ、集光光学系１７を介して入射面２０Ｉに、光束Ａ１１に対して傾斜して入射する。このため、入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰには、光束Ａ１１の場合とは異なるレーザ光のスペックルパターンが形成され、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡは照度むらＢ１１とは異なる照度むらＢ１２を持つ照明光ＩＬで照明される。さらに、図３（Ｂ）に示すように、光束シフト光学系１４で下方にδの光束シフトが生じると、回折光学素子１３Ａから射出される光束Ａ１３は、光束シフト光学系１４でシフトされ、集光光学系１７を介して入射面２０Ｉに光束Ａ１２とほぼ対称に傾斜して入射する。このため、入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰには、光束Ａ１１及びＡ１２の場合とは異なるレーザ光のスペックルパターンが形成され、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡは照度むらＢ１１，Ｂ１２とは異なる照度むらＢ１３を持つ照明光ＩＬで照明される。

ただし、光束シフト光学系１４による光束シフトが生じても、その光束シフトが生じた光束の入射面２０Ｉにおける入射位置は変化しないため、スペックルパターンが無い場合には、照明瞳面ＩＰＰにおける光強度分布は目標とする分布に固定されている。また、入射面２０Ｉに対する照明光ＩＬの入射角に応じてスペックルパターンの状態が変化しても、種々の入射角の照明光ＩＬによって生じるスペックルパターンを積算すれば、平均化によってほぼ均一な光強度分布が得られることになる。

本実施形態では、光束シフト光学系１４において、ほぼ照明光ＩＬがパルス発光される毎に照明光ＩＬに対して動的に異なる方向及びシフト量の光束シフトが生じるため、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡは、照明光ＩＬがパルス的に照射される毎に、互いに異なる状態のスペックルパターンに応じた照度むらＢ１１〜Ｂ１３等を持つ光束で照射される。また、照明光ＩＬの周波数が例えば数１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ程度であれば、レチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬを介したウエハＷに対する露光は、例えば数千〜数万パルスの積算露光で行われる。従って、光束シフト光学系１４によって次第に変化するスペックルパターンに応じた照度むらを持つ多くのパルス光でウエハＷを積算露光することによって、ウエハＷにおける露光量むらは極めて小さくなり、スペックルパターンの影響が大きく低減される。なお、本実施形態の露光装置ＥＸは走査露光方式であるため、露光中に、レチクルＲとウエハＷとの投影光学系ＰＬに対する相対位置（ひいては、照明領域ＩＡに対するウエハＷの相対位置）は次第に変化し、照明領域ＩＡを走査方向に横切る多数の位置の像がウエハＷ上の同じ点に数千〜数万パルスで積算露光されるため、平均化効果によってさらにスペックルパターンの影響は軽減される。

図４（Ａ）は、パルス発光される照明光ＩＬを光束シフト光学系１４で動的にシフトさせながらレチクルＲの照明領域ＩＡを照明した場合に、その照明領域ＩＡのパルス発光毎の光強度分布を積算して得られる光強度分布（積算光量分布）の一例を、本発明者がシミュレーションによって求めたものである。図４（Ａ）の横軸は照明領域ＩＡの中心に対するある方向（Ｘ方向とする）の位置Ｘ（ｍｍ）、縦軸はその位置Ｘにおける光強度の相対値（相対強度）である。また、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の光強度分布を空間的にフーリエ変換して得られる空間周波数分布を示す。図４（Ｂ）の横軸はＸ方向の空間周波数（／ｍｍ）、縦軸はその空間周波数における振幅（相対振幅）である。

また、そのシミュレーションの条件は、図３（Ｃ）に示すように、回折光学素子１３Ａに入射する照明光ＩＬの光束の幅Ｄを７ｍｍ、集光光学系１７の焦点距離ｆ１を１０００ｍｍ、集光光学系１７の後側焦点位置と入射面２０Ｉとのずれ量Δｆ１を１００ｍｍ、ＭＦＬ２０の各レンズエレメント２０ａの焦点距離ｆ_FEを７０ｍｍ、各レンズエレメント２０ａの幅ｐ_FEを０．７ｍｍとして、照明光ＩＬの空間コヒーレンスはほぼ１であるとした。また、照明σ絞り２２の開口の半径は、σ値でほぼ０．１４に相当する値として、光束シフト光学系１４による照明光ＩＬの直交する２方向のシフト量をそれぞれ±０．２５ｍｍの範囲内でパルス発光毎にランダムであるとして、積算露光パルス数を４００パルスとした。

また、図３（Ａ）の照明光学系ＩＬＳから光束シフト光学系１４を除いた構成（以下、比較例という）の照明光学系を用いた場合に、同じ条件でシミュレーションを行った結果が図４（Ｃ）の光強度分布及び図４（Ｄ）の空間周波数分布である。この場合、望ましい光強度分布は、位置Ｘに関係なく一定の光強度になる分布であり、図４（Ａ）（実施形態）及び図４（Ｃ）（比較例）の光強度分布において、平均値からのずれが光強度のむら又は光強度のノイズに相当する。図４（Ａ）と図４（Ｃ）との比較より、本実施形態の光強度分布は、高い空間周波数領域（高周波領域）の成分（ノイズ）が少ないように見える。実際に、図４（Ｂ）（本実施形態）と図４（Ｄ）（比較例）との比較より、本実施形態の光強度分布は、空間周波数がほぼ１（／ｍｍ）以上の高周波領域Ｂ１のノイズが大幅に低減していることが分かる。従って、本実施形態の光束シフト光学系１４を用いて矢印Ａ１で示すように動的に照明光ＩＬをシフトしながらレチクルＲの照明領域ＩＡをパルス照射し、パルス照射毎の光強度分布を積算することによって、比較例に比べて、特に高周波領域Ｂ１のノイズ（光強度分布のむら）を大幅に低減できることが分かる。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸの照明光学系ＩＬＳを用いた照明方法を含む露光方法の一例につき図５のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御系３５によって制御される。まず、図５のステップ１０２において、図１（Ａ）のレチクルステージＲＳＴにレチクルＲがロードされ、照明条件切り替え装置８によってレチクルＲの照明条件に応じた回折光学素子（例えば回折光学素子１３Ａ）が照明光路に設置され、レチクルＲのアライメントが行われる（ステップ１０４）。そして、ウエハステージＷＳＴにフォトレジストの塗布された未露光のウエハＷがロードされ、ウエハＷのアライメントが行われる（ステップ１０６）。

その後、光源１０からの照明光ＩＬのパルス発光が開始され（ステップ１０８）、照明光ＩＬが回折光学素子１３Ａに照射され、回折光学素子（ＤＯＥ）１３Ａの複数の回折部１３Ａａ，１３Ａｂでそれぞれ照明光ＩＬの角度分布が照明条件に対応した分布に変換され（ステップ１１０）、回折光学素子１３Ａを通過した照明光ＩＬがほぼパルス発光毎に光束シフト光学系１４によって動的にシフトされる（ステップ１１２）。そして、光軸ＡＸＩに垂直な方向にシフトされた照明光ＩＬが、アキシコン系１８及び集光光学系１７を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉに集光され（ステップ１１４）、集光された照明光ＩＬがＭＦＬ２０の各レンズエレメント２０ａでそれぞれ角度分布が広がるように変換され（ステップ１１６）、ＭＦＬ２０を通過した照明光ＩＬが第１リレーレンズ２３〜コンデンサ光学系２７を介してレチクル面Ｒａの照明領域ＩＡを照明する（ステップ１１８）。そして、照明光ＩＬのもとでレチクルＲのパターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷの各ショット領域が走査露光され（ステップ１２０）、ウエハＷの露光終了後に光源１０の照明光ＩＬの発光が停止され、ウエハＷがアンロードされる（ステップ１２２）。

その後、次のウエハに露光する場合には（ステップ１２４）、ステップ１０６〜１２２の照明及び露光の動作が繰り返される。なお、ステップ１１２の光束シフト光学系１４による照明光ＩＬのシフトは、ほぼ光源１０からの照明光ＩＬのパルス発光が行われる毎に、そのシフト量が不規則に変化するように連続して行われる。この照明方法を含む露光方法によれば、ほぼパルス光の発光毎に回折光学素子１３Ａを通過した照明光ＩＬ（パルス光）を光束シフト光学系１４によって異なるシフト量でシフトさせ、シフトされたパルス光で集光光学系１７、ＭＦＬ２０、及び第１リレーレンズ２３〜コンデンサ光学系２７を介してレチクル面Ｒａを照明している。このため、パルス発光毎にＭＦＬ２０の入射面２０Ｉ（照明瞳面ＩＰＰ）に形成されるレーザ光のスペックルパターンの状態（光強度分布）が大きく異なっている。そして、このようにスペックルパターンの状態が大きく異なる多くのパルス光で、レチクル面Ｒａのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷの各点を積算して露光している。このため、照明光ＩＬの可干渉性（例えば空間コヒーレンス）が高く、かつ照明光学系ＩＬＳの開口数が極端に低い場合でも、パルス発光毎に入射面２０Ｉ（照明瞳面ＩＰＰ）に形成されるスペックルパターンの影響を大きく低減させて、ウエハＷの各点での積算露光量のむらが極めて小さくなり、レチクルＲのパターンの像をウエハＷの各ショット領域の全面に高精度（高い解像度で）に露光できる。

上述のように本実施形態の露光装置ＥＸは、露光用の光源１０からの照明光ＩＬ（露光光）でレチクル面Ｒａ（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬＳを備えている。そして、照明光学系ＩＬＳは、光源１０からの光の角度分布を変化させて射出する複数の回折部１３Ａａ，１３Ａｂ等（角度分布変更部）を照明光路を横切る配置面１３Ｉ（第１面）に並列に配置した回折光学素子１３Ａ（第１光学部材）と、回折光学素子１３Ａから射出される光の角度分布を、照明光路を横切るように配置されたＭＦＬ（マイクロフライアイレンズ）２０の入射面２０Ｉ（第２面）で位置分布に変換する集光光学系１７（第２光学部材）と、集光光学系１７を介した光の光路に配置されるＭＦＬ２０（オプティカルインテグレータ）と、を備えている。さらに、照明光学系ＩＬＳは、回折光学素子１３Ａと集光光学系１７との間に配置されて、回折光学素子１３Ａから射出される全部の光（少なくとも一部の光でもよい）を、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに垂直な方向にほぼ連続的にシフト量を不規則に変化させながら（動的に）シフトさせる光束シフト光学系１４（第１シフト部材）を備えている。

また、本実施形態の照明方法は、光源１０からの照明光ＩＬでレチクル面Ｒａを照明する照明方法である。この照明方法は、光源１０からの光を配置面１３Ｉ上の回折光学素子１３Ａの複数の回折部１３Ａａ，１３Ａｂ（第１領域）に入射させ、複数の回折部１３Ａａ，１３Ａｂに入射する光の角度分布をそれぞれ変化させるステップ１１０と、その角度分布が変化した光を光軸ＡＸＩに垂直な方向に動的にシフトさせるステップ１１２と、そのシフトした光を光学的にフーリエ変換するステップ１１４と、を有する。さらに、その照明方法は、その光学的にフーリエ変換された光を、入射面２０Ｉ上のＭＦＬ２０の複数のレンズエレメント２０ａ（第２領域）に入射させ、このレンズエレメント２０ａに入射する光の角度分布をそれぞれ変化させるステップ１１６と、複数のレンズエレメント２０ａを通過した複数の光を、レチクル面Ｒａにおいて少なくとも一部が重畳するように集光するステップ１１８と、を有する。

本実施形態の照明光学系ＩＬＳ又は照明方法によれば、光束シフト光学系１４を用いて、照明光ＩＬをシフトさせることによって、さらに集光光学系１７を通過した照明光ＩＬのＭＦＬ２０又は入射面２０Ｉに入射する際の角度が変化して、ＭＦＬ２０又は入射面２０Ｉにおけるスペックルパターンの状態（光強度分布）が動的に変化する。そして、スペックルパターンの状態が動的に変化した照明光ＩＬを用いて連続して（積算して）レチクル面Ｒａを照明することによって、積算効果によって、レチクル面Ｒａにおける積算光量分布（ウエハＷに対する積算露光量分布に対応する）のむら（ばらつき）のうちで特に高い空間周波数成分を大きく低減できる。このため、可干渉性の高い照明光ＩＬを使用する場合であっても、スペックルパターンによって生じる被照射面上での照度むらの影響を大きく低減できる。さらに、照明光学系ＩＬＳの開口数が極端に低い場合でも、照明光ＩＬのスペックルパターンの影響を大きく低減できる。

また、本実施形態の露光装置ＥＸを用いる露光方法は、光源１０からの照明光ＩＬで例えばレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基板）を露光する露光方法において、本実施形態の照明方法（ステップ１０８〜１１８）を用いて照明光ＩＬでそのパターンを照明している。その露光装置ＥＸ又は露光方法によれば、その照明光ＩＬの多くのパルス光でレチクルＲのパターンを介してウエハＷの各点を積算露光しているため、各パルス光で生じるスペックルパターンの影響を大幅に低減させて、ウエハＷの露光量分布を均一にして、ウエハＷの全面に高い露光精度でレチクルＲのパターンの像を露光できる。

なお、上記の実施形態では以下のような変形が可能である。
まず、図６（Ａ）の第１変形例の照明光学系ＩＬＳＡで示すように、回折光学素子１３Ａ等（以下、回折光学素子１３Ａとする）と集光光学系１７との間に配置されて、光束を矢印Ａ１で示すようにシフトさせる光束シフト光学系１４とともに、光源１０と回折光学素子１３Ａとの間に配置されて、回折光学素子１３Ａに入射する照明光ＩＬの全部（少なくとも一部でもよい）の角度を連続的にほぼ不規則に（動的に）変化させる角度制御用の遅延光学系４５（第２角度制御部）を備えることが好ましい。なお、図６（Ａ）及び後述の図７（Ａ）において図１（Ａ）及び図３（Ａ）に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６（Ａ）はこの変形例の光源１０、照明光学系ＩＬＳＡ、及び照明制御部３６を示す。この照明光学系ＩＬＳＡは、図１（Ａ）の露光装置ＥＸにおいて照明光学系ＩＬＳの代わりに使用可能である。図６（Ａ）において、回折光学素子１３Ａと集光光学系１７との間にある光束シフト光学系１４は、図１（Ａ）中の光束シフト光学系１４と同じ構成の入射する光束を動的に光軸ＡＸＩに垂直な方向にシフトさせる光学系である。

また、光源１０から射出された可干渉性の高いパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬは、ビームエキスパンダ１１及びミラー１２を介して光軸ＡＸＩに平行に（ここではＸ軸に平行に）遅延光学系４５に入射する。そして、遅延光学系４５でほぼ不規則に所定の遅延時間を隔てて、かつ代表的に入射方向Ａ３１，Ａ３２，Ａ３３で示すように順次互いに異なる入射角（光軸ＡＸＩに対する角度）となったパルスレーザ光よりなる照明光ＩＬが回折光学素子１３Ａに入射する。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中の遅延光学系４５の構成例を示す。図６（Ｂ）において、入射する照明光ＩＬの回折光学素子１３Ａまでの光路上で光軸ＡＸＩに沿って、交互に光軸ＡＸＩに対するハーフミラー面（又は偏光ビームスプリッター面）の角度が右回りに４５度及び左回りに４５度となるように、ハーフミラー４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ，４６Ｄ，４６Ｅ、及び偏光ビームスプリッター（以下、ＰＢＳという）４７が配置されている。この場合、入射する照明光ＩＬはＰＢＳ４７に対してＰ偏光（ＰＢＳ４７を透過する直線偏光）であり、ハーフミラー４６Ａ〜４６Ｅ及びＰＢＳ４７（第３光学部材）を直列に透過した照明光ＩＬは、回折光学素子１３Ａに垂直に（光軸ＡＸＩに平行に）入射する。

また、入射する照明光ＩＬからハーフミラー４６Ａで−Ｚ方向に分岐された光束は、リレー光学系５０Ａ、２枚の互いにほぼ直交するようにＸ軸に対してほぼ４５度で傾斜したミラー４８Ａ，４８Ｂ、及びリレー光学系５０Ｂを介してハーフミラー４６Ｂに入射し、ハーフミラー４６Ｂで＋Ｚ方向に分岐された光束は、リレー光学系５０Ｃ、２枚の互いにほぼ直交するようにＸ軸に対してほぼ４５度で傾斜したミラー４８Ｃ，４８Ｄ、及びリレー光学系５０Ｄを介してハーフミラー４６Ｃに入射する。そして、ハーフミラー４６Ｃで−Ｚ方向に分岐された光束は、２枚のほぼ直交するようにＸ軸に対してほぼ４５度で傾斜したミラー４８Ｅ，４８Ｆを介してハーフミラー４６Ｄに入射し、ハーフミラー４６Ｄで＋Ｚ方向に分岐された光束は、２枚のほぼ互いに直交するようにＸ軸に対してほぼ４５度で傾斜したミラー４８Ｇ，４８Ｈを介してハーフミラー４６Ｅに入射する。そして、ハーフミラー４６Ｅで−Ｚ方向に分岐された光束は、２枚のほぼ互いに直交するようにＸ軸に対してほぼ４５度で傾斜したミラー４８Ｉ，４８Ｊ（第４光学部材）、及び偏光方向を９０度回転するための１／４波長板４９を介してＰＢＳ４７に入射し、１／４波長板４９を介してＰＢＳ４７に入射した光束はＰＢＳ４７で反射されて回折光学素子１３Ａに入射する。

また、例えばハーフミラー４６Ｅで分岐された光束ＩＬ１がミラー４８Ｉ，４８Ｊ及びＰＢＳ４７を介して回折光学素子１３Ａに入射するときの入射角（光軸ＡＸＩに対する角度）をΔφとすると、一例としてΔφが０．０３／１６ｄｅｇ程度になり、かつ光束ＩＬ１が回折光学素子１３Ａ上の予め定められた照射領域に入射するように、ミラー４８Ｊ（第５光学部材）の位置及び角度が調整される。そして、ハーフミラー４６Ｄで分岐された光束ＩＬ２が、ミラー４８Ｇ，４８Ｈを介して回折光学素子１３Ａの照射領域に入射するときの入射角が例えば２Δφになるようにミラー４８Ｈの位置及び角度が調整される。このとき、光束ＩＬ２からハーフミラー４６Ｅで−Ｚ方向に分岐された光束ＩＬ３は、ミラー４８Ｉ，４８Ｊ及びＰＢＳ４７を介して回折光学素子１３Ａに入射角３Δφで入射する。同様に、ミラー４８Ｆ，４８Ｄ，４８Ｂの位置及び角度は、ミラー４８Ｆ，４８Ｄ，４８Ｂを介して回折光学素子１３Ａの照射領域に入射する光束ＩＬ４等の入射角がそれぞれ４Δφ、８Δφ、及び−１６Δφ（逆方向に傾斜した角度）になるように設定される。これによって、５個のハーフミラー４６Ａ〜４６で分岐及び／合成された３２（＝２⁵）個の光束が互いに異なる入射角で、回折光学素子１３Ａの照射領域に入射する。

また、この変形例において、一例として、光源１０から射出される照明光ＩＬを周波数が数１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚで、パルス幅がほぼ１ｎｓのパルスレーザ光であるとする。このとき、光束ｃは３×１０⁸ｍ／ｓであるため、１ｎｓ（＝１０^-9ｓ）に光が進む距離はほぼ０．３ｍ（３０ｃｍ）である。また、光軸ＡＸＩからミラー４８Ｉ，４８Ｊ、ミラー４８Ｇ，４８Ｈ、ミラー４８Ｅ，４８Ｆ、ミラー４８Ｃ，４８Ｄ、ミラー４８Ａ，４８Ｂまでの距離をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、及びＬ５とすると、ハーフミラー４６Ａ〜４６Ｅによって分岐された３２個のパルス光の光路長の差は２Ｌ１、（２Ｌ２−２Ｌ１）、（２Ｌ３−２Ｌ２）、（２Ｌ４−２Ｌ３）、及び（２Ｌ５−２Ｌ４）のいずれかの和となる。このとき、ハーフミラー４６Ａ〜４６Ｅによって分岐された３２個のパルス光が回折光学素子１３Ａ上で時間的に重ならないようにそれらのパルス光間に遅延時間を与えるためには、それらの光路長の差が３０ｃｍ以上であればよい。そこで、一例として、距離Ｌｊ（ｊ＝１〜５）はそれぞれ少なくとも１５ｃｍ、２×１５ｃｍ、４×１５ｃｍ、…、１６×１５ｃｍ（３０ｃｍ×２^j-1 ）に設定されている。

この構成によって、図６（Ｂ）に示すように、遅延光学系４５に所定周波数（周期Ｔinとする）で入射した各パルス光Ａ４（照明光ＩＬ）から、それぞれ光強度が１／３２で、回折光学素子１３Ａに対する入射角が互いに異なるとともに、次第に大きい遅延時間が付与されて時間的に重ならない３２個のパルス光Ａ４１，Ａ４２，…，Ａ４３２が出力される。３２個のパルス光Ａ４１〜Ａ４３２が発生する時間ΔＴはほぼ３２ｎｓ程度で、この時間ΔＴは周期Ｔinに比べてかなり短い時間である。なお、遅延光学系４５は、入射する各パルス光からそれぞれ３２個のパルス光を生成しているが、遅延光学系４５では、入射する各パルス光からそれぞれ少なくとも２個の互いに角度が異なり、かつ時間的にほぼ重ならないパルス光を生成すればよい。

次に、この変形例の照明光学系ＩＬＳＡ中の角度制御用の遅延光学系４５及び光束シフト光学系１４の動作につき詳細に説明する。照明光学系ＩＬＳＡの開口数ＮＡILも例えば１／４程度から例えば１／１００程度と極端に低くなってもよい。
図７（Ａ）は図６（Ａ）の照明光学系ＩＬＳＡの遅延光学系４５からレチクルＲまでの部分を簡略化して示す。図７（Ａ）において、遅延光学系４５に可干渉性の高いパルス光よりなる照明光ＩＬが入射し、遅延光学系４５から照明光ＩＬから分岐された第１のパルス光が例えば入射方向Ａ３１に沿って回折光学素子１３Ａに入射する。この第１のパルス光によって回折光学素子１３Ａから発生する回折光は、光束シフト光学系１４及び集光光学系１７を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉに入射し、この回折光によって入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰにレーザ光のスペックルパターンが形成され、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡはそのスペックルパターンに応じた照度むらを持つ照明光ＩＬで照明される。

その後、遅延光学系４５より照明光ＩＬから分岐された時間的に重ならない第２、第３〜第３２のパルス光が例えば入射方向Ａ３２、Ａ３２等の互いに異なる方向から回折光学素子１３Ａに入射する。そして、これらの第２〜第３２のパルス光によって回折光学素子１３Ａから発生する回折光は、それぞれ光束シフト光学系１４及び集光光学系１７を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉに入射し、これらの回折光によってレチクル面Ｒａの照明領域ＩＡはそのスペックルパターンに応じた互いに異なる照度むらを持つ照明光ＩＬで照明される。この変形例の照明光学系ＩＬＳＡを用いる照明方法では、図５のフローチャートにおいて、ステップ１０８とステップ１１０との間に、光源１０から発生されて回折光学素子１３Ａに入射する照明光ＩＬの角度を遅延光学系４５によって動的に変化させるステップ１２６が追加される。

この変形例において、遅延光学系４５から回折光学素子１３Ａに入射する複数のパルス光は入射角が互いに異なっているため、これらのパルス光によって回折光学素子１３Ａから発生する回折光はＭＦＬ２０の入射面２０Ｉ上での入射位置がわずかに異なっている。しかしながら、この入射位置のずれ量は極めて小さいため、無視することが可能である。ただし、その入射位置をより正確に規定したい場合には、照明σ絞り２２において、光強度分布のうちの光強度を大きくしたい部分にのみ開口を形成しておいてもよい。

また、遅延光学系４５から入射する複数のパルス光によってレチクル面Ｒａに生じるスペックルパターンは互いに異なっているため、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（図１（Ａ）参照）を、例えば数千〜数万パルスの照明光ＩＬで積算露光することによって、平均化効果でウエハＷにおける露光量むらは極めて小さくなり、スペックルパターンの影響が大きく低減される。なお、その数千〜数万パルスとは遅延光学系４５に入射する段階での照明光ＩＬのパルス数であり、この変形例ではその照明光ＩＬの各パルス光からそれぞれ３２個のパルス光が生成されている。このため、積算露光のパルス数も図１（Ａ）の実施形態に比べて３２倍となり、より大きい平均化効果が得られるため、スペックルパターンの影響がより大きく低減される。

さらに、この変形例では、光束シフト光学系１４によるスペックルパターンの影響の低減も行われているため、照明光ＩＬの可干渉性が高い場合でも、照明光学系ＩＬＳＡの開口数が極端に低い場合でも、スペックルパターンの影響を大きく低減できる。
図７（Ｂ）は、パルス発光される照明光ＩＬを遅延光学系４５で動的に角度を変えて回折光学素子１３Ａに入射させ、さらに回折光学素子１３Ａから発生する回折光を光束シフト光学系１４で動的にシフトさせながらレチクルＲの照明領域ＩＡを照明した場合に、その照明領域ＩＡのパルス発光毎の光強度分布を積算して得られる光強度分布の一例を、本発明者がシミュレーションによって求めたものである。図７（Ｂ）の横軸は照明領域ＩＡの位置Ｘ（ｍｍ）、縦軸はその位置Ｘにおける光強度の相対値（相対強度）である。また、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の光強度分布を空間的にフーリエ変換して得られる空間周波数分布を示す。

また、そのシミュレーションの条件は、図４（Ａ）の場合と同じであるが、パルス光毎の入射角の変化を±０．０３ｄｅｇの範囲内でランダムとしている。ここでは、遅延光学系４５を用いて３２個のビーム角度を規則的に変化させることに加え、光束シフト光学系１４でも角度をランダムに変化させることによって実現している。例えば、図１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に示した２枚の平行平板の表裏面が互いに非平行となるように全体としてくさび形状にして、光束シフト光学系１４によって角度をランダムに変化させても良い。また、そのシミュレーションにおいて、積算露光パルス数を遅延光学系４５から射出されるパルス光の段階で９２１６（＝２８８×３２）パルスとした。図７（Ｂ）と図４（Ａ）との比較より、この変形例によれば、レチクル面での光強度分布はより均一になっていることが分かる。実際に、図７（Ｃ）と図４（Ｂ）との空間周波数成分の比較より、この変形例によれば、ほぼ０．１〜５（／ｍｍ）程度の低い空間周波数領域（低周波領域）のノイズも大きく低減されていることが分かる。ビーム角度をランダムに変化させることによって、レチクル面での強度分布は全体的に横シフトする。それによって、比較的低周波のノイズ成分を取り除くことができる。従って、この変形例によれば、光束のシフトと入射角変化とを組み合わせたことで、高周波領域から低周波領域までの広い範囲のノイズ（光強度分布のむら）を大幅に低減できることが分かる。

次に、図８の第２変形例の照明光学系ＩＬＳＢで示すように、回折光学素子１３Ａ等（以下、回折光学素子１３Ａとする）と集光光学系１７との間に配置されて、光束を矢印Ａ１で示すようにシフトさせる光束シフト光学系１４（第１シフト部材）とともに、光源１０と回折光学素子１３Ａとの間に配置されて、光束シフト光学系１４と同様に光束を矢印Ａ５で示すように動的にシフトさせる光束シフト光学系５１（第２シフト部材）を備えてもよい。ここで、回折光学素子１３Ａが非周期的な構造を持っている場合には、入射する光の光束シフトによって照射される面が変わった時に、回折光の強度むらがその光束シフトの前後で変化する必要がある。なお、図８及び後述の図９（Ａ）において図１（Ａ）及び図３（Ａ）に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図８はこの変形例の光源１０、照明光学系ＩＬＳＢ、及び照明制御部３６を示す。この照明光学系ＩＬＳＢは、図１（Ａ）の露光装置ＥＸにおいて照明光学系ＩＬＳの代わりに使用可能である。図８において、光束シフト光学系５１は、図１（Ａ）の光束シフト光学系１４と同様に、例えば光軸ＡＸＩに対して傾斜した２枚の平行平板ガラスを互いに異なる回転周波数で回転することによって、入射する照明光ＩＬを光軸ＡＸＩに垂直な方向に連続的にほぼ不規則に（動的に）シフトさせる。また、この変形例では、光源１０からの照明光ＩＬを光束シフト光学系５１に導くビームエキスパンダ１１Ａは、ビーム径を小さくしている。この他の構成は図１（Ａ）の実施形態と同様である。

次に、この変形例の照明光学系ＩＬＳＢ中の光束シフト光学系５１の動作につき詳細に説明する。照明光学系ＩＬＳＢの開口数ＮＡILも例えば１／４程度から例えば１／１００程度と極端に低くなってもよい。
図９（Ａ）は図８の照明光学系ＩＬＳＢの光束シフト光学系５１からレチクルＲまでの部分を簡略化して示す。図９（Ａ）において、光束シフト光学系５１に小さい幅Ｄの可干渉性の高いパルス光よりなる照明光ＩＬが光軸ＡＸＩに平行に入射し、光束シフト光学系５１から次第にＺ方向の位置がずれた光束Ａ５１，Ａ５２，…，Ａ５５が順次、光軸ＡＸＩに平行に回折光学素子１３Ａに入射する。そして、光束Ａ５１によって回折光学素子１３Ａから発生する回折光は、光束シフト光学系１４及び集光光学系１７を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉに入射し、この回折光によって入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰにレーザ光のスペックルパターンが形成され、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡはそのスペックルパターンに応じた照度むらを持つ照明光ＩＬで照明される。

その後、Ｚ方向にシフトした光束Ａ５２，Ａ５３等が順次、回折光学素子１３Ａに入射する。そして、光束によって回折光学素子１３Ａから発生する回折光は、それぞれ光束シフト光学系１４及び集光光学系１７を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉに入射し、これらの回折光によってレチクル面Ｒａの照明領域ＩＡは互いに異なる照度むらで照明される。

この変形例において、光束シフト光学系５１から回折光学素子１３Ａに入射する複数の光束Ａ５１，Ａ５２等は光軸ＡＸＩに平行であるため、これらの光束によって回折光学素子１３Ａから発生する回折光のＭＦＬ２０の入射面２０Ｉ上での入射位置は、回折光学素子１３Ａの回折パターンに応じて規定される位置に固定されているが、入射角が異なっている。このため、入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰに形成されるスペックルパターンが互いに異なっている。

このように光束シフト光学系５１から入射する複数のパルス光によってレチクル面Ｒａに生じるスペックルパターンは互いに異なっているため、レチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（図１（Ａ）参照）を、例えば数千〜数万パルスの照明光ＩＬで積算露光することによって、平均化効果でウエハＷにおける露光量むらは極めて小さくなり、スペックルパターンの影響が大きく低減される。さらに、この変形例では、光束シフト光学系１４によるスペックルパターンの影響の低減も行われているため、照明光ＩＬの可干渉性が高い場合でも、照明光学系ＩＬＳＢの開口数が極端に低い場合でも、スペックルパターンの影響を大きく低減できる。

図９（Ｂ）は、パルス発光される照明光ＩＬを光束シフト光学系５１で動的にシフトさせて回折光学素子１３Ａに入射させ、さらに回折光学素子１３Ａから発生する回折光を光束シフト光学系１４で動的にシフトさせながらレチクルＲの照明領域ＩＡを照明した場合に、その照明領域ＩＡのパルス発光毎の光強度分布を積算して得られる光強度分布（積算光量分布）の一例を、本発明者がシミュレーションによって求めたものである。図９（Ｂ）の横軸は照明領域ＩＡの位置Ｘ（ｍｍ）、縦軸はその位置Ｘにおける光強度の相対値（相対強度）である。また、図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）の光強度分布を空間的にフーリエ変換して得られる空間周波数分布を示す。

また、そのシミュレーションの条件は、図４（Ａ）の場合と同様であるが、この変形例では、光束シフト光学系５１に入射する照明光ＩＬの幅Ｄを０．５ｍｍとして、回折光学素子１３Ａに入射する際の光束シフト光学系５１における光束のシフト量を直交する２方向でそれぞれ±３．０６ｍｍの範囲を８等分及び４等分した量に設定し、回折光学素子１３Ａから射出された後の光束シフト光学系１４における光束のシフト量を直交する２方向でそれぞれ±０．１３８ｍｍの範囲を７等分した量に設定した。また、積算露光パルス数を１５６８とした。図９（Ｂ）と図４（Ａ）との比較より、この変形例によれば、レチクル面での光強度分布はより均一になっていることが分かる。実際に、図９（Ｃ）と図４（Ｂ）との空間周波数成分の比較より、この変形例によれば、ほぼ０．１〜５（／ｍｍ）程度の低い空間周波数領域（低周波領域）のノイズも大きく低減されていることが分かる。これは回折光学素子１３Ａへの入射光束シフトによって、ＭＦＬ２０の入射面２０Ｉ上の強度分布が全体的に変化し、積算露光によって低周波のノイズ成分を取り除くことができるためである。従って、この変形例によれば、積算露光によって、高周波領域から低周波領域までの広い範囲のノイズ（光強度分布のむら）を大幅に低減できることが分かる。

また、上記の実施形態又はその変形例において、光束シフト光学系１４，５１の代わりに、例えば光軸に対して傾斜した１枚の平行平板ガラスを非周期的に回転させる機構、又は光軸に対して傾斜した３枚以上の平行平板ガラスを互いに異なる回転周波数で回転させる機構を使用してもよい。さらに、光束シフト光学系１４，５１の代わりに、例えば１枚の平行平板ガラスの光軸に対する傾斜角を不規則に変化させる機構を使用してもよい。このように光束シフト光学系１４，５１の代わりに、光束をシフトできる任意の機構を使用できる。

また、光束シフト光学系１４等を用いて光束を連続的にシフトさせる代わりに、光束を間欠的にほぼ不規則にシフトさせてもよい。
［第２の実施形態］
第２の実施形態につき図１０（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。なお、図１０（Ａ）及び（Ｂ）において図１（Ａ）及び図３（Ａ）に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略する。図１０（Ａ）は本実施形態に係る露光装置に備えられた露光用の光源１０、光源１０からの照明光ＩＬでレチクル面を照明する照明光学系ＩＬＳＣ、及び照明光学系ＩＬＳＣの動作を制御する照明制御部３６を示す。この照明光学系ＩＬＳＣは、図１（Ａ）の露光装置ＥＸにおいて照明光学系ＩＬＳの代わりに使用可能である。

図１０（Ａ）において、照明光学系ＩＬＳＣは照明条件切り替え装置８Ａを備え、照明条件切り替え装置８Ａは、ターレット板３１に設けられた複数の回折光学素子１３Ａ，１３Ｂ等と、ターレット板３１を回転駆動する駆動部３０Ａと、駆動部３０Ａ及びターレット板３１を全体として光軸ＡＸＩに平行な軸を中心として直交する２方向に所定範囲で連続的にほぼ不規則に（動的に）振動させる駆動部３０Ｄと、を備えている。駆動部３０Ｄは例えばボイスコイルモータ等から構成できる。照明制御部３６は、駆動部３０Ａを介して照明光路に照明条件に応じた回折光学素子（ここでは回折光学素子１３Ａとする）を設置し、露光中に、連続して駆動部３０Ｄを介して照明光路上の回折光学素子１３Ａを光軸ＡＸＩに垂直な方向に連続的にほぼ不規則に（動的に）シフトさせる。一例として、駆動部３０Ｄは、回折光学素子１３Ａを不規則に振動させる。また、本実施形態では、回折光学素子１３Ａと集光光学系１７との間には光束シフト光学系１４等は設けられていない。この他の構成は図１（Ａ）の実施形態と同様である。

本実施形態において、照明光学系ＩＬＳＣ中の回折光学素子１３Ａ（又は他の回折光学素子でもよい）をシフトさせることの作用につき説明する。本実施形態においても、照明光学系ＩＬＳＣの開口数ＮＡILは例えば１／４程度から例えば１／１００程度と極端に低くなってもよい。
図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の照明光学系ＩＬＳＣの回折光学素子１３ＡからレチクルＲまでの部分を簡略化して示す。図１０（Ｂ）において、ある時刻に回折光学素子１３Ａに可干渉性の高いパルス光よりなる照明光ＩＬが光軸ＡＸＩに平行に入射し、回折光学素子１３Ａから回折光Ａ２１が発生する。回折光Ａ２１は、集光光学系１７を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉに入射し、この回折光によって入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰにレーザ光のスペックルパターンが形成され、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡはそのスペックルパターンに応じた照度むらを持つ照明光ＩＬで照明される。

本実施形態では、回折光学素子１３Ａは矢印Ａ２で示すように振動しているため、その後、回折光学素子１３Ａに可干渉性の高い別のパルス光よりなる照明光ＩＬが入射する際には、回折光学素子１３Ａは光軸ＡＸＩに垂直な方向にδだけシフトしている。このため、回折光学素子１３Ａから発生する回折光Ａ２２は、先に発生した回折光Ａ２１に対して光軸ＡＸＩに垂直な方向にδだけシフトして集光光学系１７に入射する。このため、回折光Ａ２２は、集光光学系１７を介してＭＦＬ２０の入射面２０Ｉの照射領域（回折光Ａ２１と同じ照射領域）に入射する際の入射角が異なっている。従って、この回折光Ａ２２によって入射面２０Ｉ、ひいては照明瞳面ＩＰＰに回折光Ａ２１の場合とは異なるスペックルパターンが形成され、レチクル面Ｒａの照明領域ＩＡはその異なるスペックルパターンに応じた照度むらを持つ照明光ＩＬで照明される。

このように、回折光学素子１３Ａの位置がシフトする毎に、図１（Ａ）の光束シフト光学系１４によって照明光ＩＬを光軸ＡＸＩに垂直な方向にシフトさせる場合と同様に、回折光学素子１３Ａから発生して入射面２０Ｉに入射する回折光（パルス光）の入射角が変化してスペックルパターンの状態（光強度分布）が変化する。従って、本実施形態によれば、照明光学系ＩＬＳＣからの照明光ＩＬでレチクルＲを介してウエハを積算露光することによって、第１の実施形態と同様に、照明光ＩＬの可干渉性が高い場合でも、照明光学系ＩＬＳＢの開口数が極端に低い場合でも、スペックルパターンの影響を大きく低減できる。

このように本実施形態の照明光学系ＩＬＳＣは、光源１０からの照明光ＩＬの角度分布を変化させて射出する回折光学素子１３Ａ（第１光学部材）と、回折光学素子１３Ａから射出される照明光ＩＬの角度分布を、入射面２０Ｉで位置分布に変換する集光光学系１７（第２光学部材）と、集光光学系１７を介した照明光ＩＬの光路に配置されるＭＦＬ２０と、ＭＦＬ２０に入射する照明光ＩＬの角度を動的に変化させる駆動部３０Ｄ（第１角度制御部）と、を備えている。

本実施形態の照明光学系ＩＬＳＣ又は照明方法によれば、駆動部３０Ｄを用いて回折光学素子１３Ａを光軸ＡＸＩに垂直な方向に動的にシフトさせることによって、ＭＦＬ２０に入射する照明光ＩＬの角度を動的に変化させているため、ＭＦＬ２０又は入射面２０Ｉにおけるスペックルパターンの状態が動的に変化する。そして、スペックルパターンの状態が動的に変化した照明光ＩＬを用いて継続して（積算して）レチクル面Ｒａを照明することによって、積算効果によって、レチクル面Ｒａにおける積算光量分布のむらのうちで特に高い空間周波数成分を大きく低減できる。このため、可干渉性の高い照明光ＩＬを使用する場合であっても、スペックルパターンによって生じる被照射面上での照度むらの影響を大きく低減できる。このため、可干渉性の高い照明光ＩＬを使用する場合であっても、照明光学系ＩＬＳＣの開口数が極端に低い場合であっても、レチクル面Ｒａにおけるスペックルパターンの影響を大きく低減できる。

なお、この第２の実施形態の照明光学系ＩＬＳＣにおいて、光源１０と回折光学素子１３Ａとの間に図６（Ａ）の遅延光学系４５と同様の、回折光学素子１３Ａに入射する照明光ＩＬの角度を動的に変化させる第２角度制御部を配置してもよい。これによって、スペックルパターンの影響をより大きく低減できる。
また、この第２の実施形態の照明光学系ＩＬＳＣにおいて、光源１０と回折光学素子１３Ａとの間に図８の光束シフト光学系５１と同様の、回折光学素子１３Ａに入射する照明光ＩＬをシフトする光束シフト部を配置してもよい。これによって、スペックルパターンの影響をより大きく低減できる。

さらに、この第２の実施形態の照明光学系ＩＬＳＣにおいて、回折光学素子１３Ａと集光光学系１７との間に図１（Ａ）の光束シフト光学系１４と同様の、回折光学素子１３Ａから発生する回折光をシフトする光束シフト部を配置してもよい。これによって、スペックルパターンの影響をより大きく低減できる。この場合に、光源１０と回折光学素子１３Ａとの間に、さらに遅延光学系４５又は光束シフト光学系５１を配置してもよい。

なお、上記の第１、第２の実施形態、及びこれらの変形例において、回折光学素子１３Ａ等の代わりに、それぞれ直交する２軸の回りの傾斜角が可変の多数の微小なミラー要素（反射要素）のアレイを有する空間光変調器(spatial light modulator: SLM )を使用してもよい。この場合には、空間光変調器（第１光学部材）の個々のミラー要素、又は所定の複数のミラー要素が、それぞれ光源からの光の角度分布を変化させて射出する角度分布変更部となり、これら複数の角度分布変更部がミラー要素のアレイの配列面（第１面）に配列されている。

また、その空間光変調器として、それぞれ反射面の法線方向の位置が可変の多数の微小なミラー要素のアレイを有する空間光変調器を使用してもよい。
また、上記の第１、第２の実施形態、及びこれらの変形例においては、光源１０から射出される照明光ＩＬはパルスレーザ光である。しかしながら、照明光ＩＬとしては、連続光（例えば連続的に出力されるレーザ光）を使用してもよい。

また、照明光学系ＩＬＳ〜ＩＬＳＣは、オプティカルインテグレータとしてＭＦＬ２０（フライアイインテグレータ）の代わりにロッドレンズ（内面反射型インテグレータ）を用いて構成してもよい。この場合にも、光束シフト光学系１４等を用いることでスペックルパターンの影響を低減できる。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図１１に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置又は露光方法によりマスクのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、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理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ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。

従って、このデバイス製造方法の基板処理ステップ２２４は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて所定のパターンを介して基板を露光（形成）する露光工程と、そのパターンが露光（形成）された基板を処理することとを含んでいる。その露光装置又は露光方法によれば、露光用の照明光の可干渉性が高い場合でもスペックルパターンの影響を低減できるため、電子デバイスを高精度に製造できる。

なお、本発明は、上述の走査露光型の露光装置で露光する場合の他に、ステッパー等の一括露光型の露光装置で露光する場合にも適用できる。さらに、本発明は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている液浸型露光装置で露光する場合にも適用できる。また、本発明は、投影光学系を使用しないプロキシミティ方式の露光装置にも適用可能である。

また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセス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の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：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の製造プロセス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、製造工程にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。

ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＩＬＳ〜ＩＬＳＣ…照明光学系、１３Ａ，１３Ｂ…回折光学素子、１４…光束シフト光学系、１７…集光光学系、２０…ＭＦＬ（マイクロフライアイレンズ）、２２…照明σ絞り、４５…遅延光学系、５１…光束シフト光学系、３０Ｄ…駆動部

Claims (21)

1. 光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
   前記光源からの光の角度分布を変化させて射出する複数の角度分布変更部を照明光路を横切る第１面に並列に配置した第１光学部材と、
   前記第１光学部材から射出される光の角度分布を、照明光路を横切る第２面で位置分布に変換する第２光学部材と、
   前記第２光学部材を介した光の光路に配置されるオプティカルインテグレータと、
   前記第１光学部材と前記第２光学部材との間に配置されて、前記第１光学部材から射出される光のうち少なくとも一部の光を前記照明光学系の光軸に垂直な方向に動的にシフトさせる第１シフト部材と、
   を備えることを特徴とする照明光学系。
2. 前記第１シフト部材は、前記光軸に対して傾斜して配置されるとともに回転駆動される少なくとも一つの平行平板を含むことを特徴とする請求項１に記載の照明光学系。
3. 光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
   前記光源からの光の角度分布を変化させて射出する複数の角度分布変更部を照明光路を横切る第１面に並列に配置した第１光学部材と、
   前記第１光学部材から射出される光の角度分布を、照明光路を横切る第２面で位置分布に変換する第２光学部材と、
   前記第２光学部材を介した光の光路に配置されるオプティカルインテグレータと、
   前記オプティカルインテグレータに入射する光のうち少なくとも一部の光の角度を動的に変化させる第１角度制御部と、
   を備えることを特徴とする照明光学系。
4. 前記第１角度制御部は、前記第１光学部材を前記光軸に垂直な方向に動的に移動させる機構を含むことを特徴とする請求項３に記載の照明光学系。
5. 前記第１光学部材に入射する光のうち少なくとも一部の光の角度を動的に変化させる第２角度制御部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明光学系。
6. 前記第２角度制御部は、
   前記光源からの光より複数の光束を分岐する第３光学部材と、
   分岐された前記複数の光束間に互いに異なる遅延時間を付与する第４光学部材と、
   前記複数の光束を互いに異なる角度で傾斜させて前記第１の光学部材に導く第５光学部材と、を有することを特徴とする請求項５に記載の照明光学系。
7. 前記第１光学部材に入射する光のうち少なくとも一部の光を前記光軸に垂直な方向に動的にシフトさせる第２シフト部材を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明光学系。
8. 前記第２シフト部材は、前記光軸に対して傾斜して配置されるとともに回転駆動される少なくとも一つの平行平板を含むことを特徴とする請求項７に記載の照明光学系。
9. 前記光源からの光はパルス発光されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明光学系。
10. 露光光源からの光でパターンを照明し、前記露光光源からの光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明光学系を備え、
    前記照明光学系を用いて前記露光光源からの光で前記パターンを照明する露光装置。
11. 光源からの光で被照射面を照明する照明方法において、
    前記光源からの光を照明光路を横切る第１面上の複数の第１領域に入射させ、該複数の第１領域に入射する光の角度分布をそれぞれ変化させることと、
    前記角度分布が変化した光の少なくとも一部の光を該光の光軸に垂直な方向に動的にシフトさせることと、
    前記光軸に垂直な方向にシフトした光を光学的にフーリエ変換することと、
    前記光学的にフーリエ変換された光を、照明光路を横切る第２面上の複数の第２領域に入射させ、該複数の第２領域に入射する光の角度分布をそれぞれ変化させることと、
    前記複数の第２領域を通過した複数の光を、前記被照射面において少なくとも一部が重畳するように集光することと、
    を含むことを特徴とする照明方法。
12. 前記光を前記光軸に垂直な方向にシフトさせるために、前記光を前記光軸に対して傾斜して配置されるとともに回転駆動される少なくとも一つの平行平板に通すことを特徴とする請求項１１に記載の照明方法。
13. 光源からの光で被照射面を照明する照明方法において、
    前記光源からの光を照明光路を横切る第１面上の複数の第１領域に入射させ、該複数の第１領域に入射する光の角度分布を変化させることと、
    前記角度分布が変化した光を光学的にフーリエ変換することと、
    前記光学的にフーリエ変換された光を、照明光路を横切る第２面上の複数の第２領域に入射させ、該複数の第２領域に入射する光の角度分布をそれぞれ変化させることと、
    前記複数の第２領域を通過した複数の光を、前記被照射面において少なくとも一部が重畳するように集光することと、
    前記第２面に入射する光のうち少なくとも一部の光の角度を動的に変化させることと、
    を含むことを特徴とする照明方法。
14. 前記光の角度を動的に変化させるために、前記光源からの光の角度分布を変化させるための光学部材を前記光軸に垂直な方向に動的に移動させることを特徴とする請求項１３に記載の照明方法。
15. 前記光源からの光の角度分布を変化させる前に、前記光源からの光のうち少なくとも一部の光の角度を動的に変化させることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の照明方法。
16. 前記光源からの光の角度分布を変化させる前に、前記光の角度を動的に変化させるために、
    前記光源からの光より複数の光束を分岐し、
    分岐された前記複数の光束間に互いに異なる遅延時間を付与し、
    前記複数の光束を互いに異なる角度で傾斜させることを特徴とする請求項１５に記載の照明方法。
17. 前記光源からの光の角度分布を変化させる前に、前記光源からの光のうち少なくとも一部の光を前記光軸に垂直な方向に動的にシフトさせることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載の照明方法。
18. 前記光源からの光はパルス発光されることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか一項に記載の照明方法。
19. 露光光源からの光でパターンを照明し、前記露光光源からの光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
    請求項１１乃至１８のいずれか一項に記載の照明方法を用いて前記露光光源からの光で前記パターンを照明する露光方法。
20. 請求項１０に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
    を含むデバイス製造方法。
21. 請求項１９に記載の露光方法を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
    を含むデバイス製造方法。

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