JP5418230B2 - 露光方法、及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれ光に空間的な変調を与えることが可能な複数の光学素子の制御技術、その複数の光学素子を用いて物体を露光する露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

例えば半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、所定のパターンを投影光学系を介してウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、ステッパ等の一括露光型の投影露光装置、又はスキャニング・ステッパ等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。

従来の露光装置においては、製造対象のデバイスの複数のレイヤに対して異なる回路パターンを形成するために、各レイヤ毎に、マスクを交換して露光を行っていた。さらに、１つのレイヤの回路パターンに例えば微細度等が異なる２種類の回路パターンが混在している場合には、その２種類の回路パターン用のマスクパターンを異なる２枚のマスクに形成しておき、この２枚のマスクのパターンを順次、照明条件を最適化しながらウエハ上に重ねて露光する二重露光法も使用されていた。このように、デバイス毎、レイヤ毎、及びパターンの種類毎にマスクの交換を行う場合には、露光工程のスループットが低下する。

そこで、マスクの代わりに、それぞれアレイ状に配列された多数の可動の微小ミラーを備えた２つのミラーデバイスを用いて、２つのミラーデバイスの各微小ミラーの反射光の方向を制御することによって、転写用のパターンに対応する光強度分布を生成するようにした露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この露光装置においては、２つのミラーデバイスを偏光方向が直交する直線偏光で照明し、２つのミラーデバイスからの光束を合成した照明光でウエハを露光することによって、２種類のパターンを同時に露光していた。
特開２００６−１３５１８号公報

従来のミラーデバイスを用いる露光装置においては、１回の露光で実質的に２種類のパターンを露光するために、２つのミラーデバイスを異なる偏光状態の照明光で同時に照明する必要があった。そのため、マスクパターンに対応する光強度分布を生成する部分の構成が複雑であり、かつ照明光学系の構成も複雑であるという問題があった。
さらに、２つのミラーデバイスからの光の偏光方向が常に直交している必要があるため、同時に露光できる２種類のパターンは、偏光状態が異なる照明光で照明されるパターンに限られるという制限があった。

本発明は、このような事情に鑑み、複数種類のパターンが混在しているパターンを露光する際に、スループットを高めて、かつ複数種類のパターン毎に照明条件を容易に最適化できる露光技術、この露光技術で使用できる制御技術、及びその露光技術を用いるデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による露光方法は、複数のパルス光で物体を露光する露光方法であって、そのパルス光によって照明される第１の光学デバイスからの光を第２の光学デバイスへ導光し、その第２の光学デバイスからの光でその物体を露光するとともに、複数の第２の光学要素を含むその第２の光学デバイスの変換状態を制御する第１工程と、その第１の光学デバイスとその第２の光学デバイスとの間の所定面上におけるそのパルス光の強度分布を制御するために、複数の第１の光学要素を含むその第１の光学デバイスの変換状態を制御する第２工程とを含み、その第１工程は、そのパルス光が所定パルス数発光された後に、その第２の光学デバイスの変換状態を第１状態から該第１状態とは異なる第２状態に切り換える工程を含み、その第２工程は、そのパルス光が所定パルス数発光された後に、その第１の光学デバイスの変換状態を第３状態から該第３状態とは異なる第４状態に切り換える工程を含むものである。

また、本発明による露光装置は、複数のパルス光で被照射面を照明し、その被照射面を介したその複数のパルス光で物体を露光する露光装置であって、その被照射面よりも上流に配置されて、複数の第１の光学要素を含む第１の光学デバイスを有する照明光学系と、その被照射面又はその近傍に配置されて、複数の第２の光学要素を含む第２の光学デバイスと、その第１の光学デバイスの変換状態およびその第２の光学デバイスの変換状態を制御する照明制御装置とを備え、その照明制御装置は、そのパルス光が所定パルス数発光された後に、その第１の光学デバイスの変換状態を第１状態から該第１状態とは異なる第２状態に切り換え、且つその第２の光学デバイスの変換状態を第３状態から該第３状態とは異なる第４状態に切り換えるものである。

また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法を用いて物体を露光する工程と、その露光された物体を処理する工程と、を含むものである。
また、本発明による別のデバイス製造法は、リソグラ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、本発明の露光装置を用いるものである。

また、本発明による制御装置は、第１の光学デバイス（１３）の変換状態と第２の光学デバイス（２５）の変換状態とを制御する制御装置であって、光源から射出される複数のパルス光ごとに、その第１の光学デバイス（１３）の変換状態又はその第２の光学デバイス（２５）の変換状態を制御する主制御部（３０）を備えるものである。

本発明によれば、複数種類のパターンが混在しているマスクパターンを露光する際に、例えば所定数のパルス光毎にその第２の光学デバイスの変換状態を制御して、実質的にその複数種類のパターンに対応した可変の光強度分布を順次生成し、この光強度分布の光で物体を露光することによって、高いスループットでそのマスクパターンを露光できる。

この露光に際して、その第２の光学デバイスの変換状態またはその物体上に形成すべきパターン（例えば、マスクパターン、マスク又は露光対象のパターンデータ、物体上に形成されるパターン及びパターンデータ、など）に応じて、その第１の光学デバイスの変換状態を制御して、その第２の光学デバイスに入射する光の傾斜角の分布などを制御することによって、複数種類のパターン毎に照明条件を容易に最適化できる。

本発明の第１の実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 図２（Ａ）は図１の空間光変調器１３の一部を示す拡大斜視図、図２（Ｂ）は図１のミラー要素３の駆動機構を示す拡大斜視図、図２（Ｃ）は凹面のミラー要素を示す拡大斜視図である。 図３（Ａ）は２極照明時の図１の空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角を示す図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の二次光源を示す図、図３（Ｃ）は通常照明時の空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角を示す図、図３（Ｄ）は図３（Ｃ）の二次光源を示す図、図３（Ｅ）は別の２極の二次光源を示す図、図３（Ｆ）は輪帯照明の二次光源を示す図である。 図４（Ａ）は図１の空間光変調器２５の反射面のパターンの一例を示す図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ部の拡大図、図４（Ｃ）は空間光変調器２５の反射面のパターンの別の例を示す図である。 図５（Ａ）はマスクパターンＭＰの一例を示す図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の状態よりも被転写領域２６Ｍが移動した状態を示す図、図５（Ｃ）は図５（Ｂ）の状態よりも被転写領域２６Ｍが移動した状態を示す図である。 図６（Ａ）は走査露光時のウエハのショット領域を示す図、図６（Ｂ）はステップ・アンド・リピート方式で露光する際のウエハのショット領域を示す図である。 第１の実施形態の露光動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

ＩＬＳ…照明光学系、ＰＬ，ＰＬＡ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、３，５…ミラー要素、１０…光源、１３，２５…空間光変調器、１５…フライアイレンズ、３０…主制御系、３１，４５…変調制御部、５１…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、５２…１／４波長板、１００，１００Ａ，１００Ｂ…露光装置

［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〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態の露光装置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１０と、光源１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬで被照射面を照明する照明光学系ＩＬＳと、その被照射面又はその近傍の面上に二次元のアレイ状に配列されたそれぞれ傾斜角が可変の微小なミラーである多数のミラー要素５を備えた第２の空間光変調器２５とを備えている。さらに、露光装置１００は、多数のミラー要素５によって生成すべき可変のパターンからの光束にほぼ相当する照明光ＩＬを受光して、そ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ＷＳＴと、装置全体の動作を制御するコンピュ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、ウエハステージ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、露光時にウエハＷはＹ方向（走査方向）に走査される。

図１の光源１０としては、波長１９３ｎｍでパルス幅５０ｎｓ程度のほぼ直線偏光のレーザ光を４〜６ｋＨｚ程度の周波数でパルス発光するＡｒＦエキシマレーザ光源が使用されている。なお、光源１０として、波長２４８ｎｍのパルス光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源、波長１５７ｎｍのパルス光を供給するＦ₂ レーザ光源、又はパルス点灯される発光ダイオード等も使用可能である。さらに、光源１０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程度のレーザ光を１〜２ＭＨｚ程度の周波数でパルス発光可能である。

本実施形態においては、光源１０には電源制御部９が連結されている。そして、露光装置１００の主制御系３０が、パルス発光のタイミング及び光量（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９に供給する。その発光トリガパルスＴＰに同期して電源制御部９は、指示されたタイミング及び光量で光源１０にパルス発光を行わせる。
光源１０から射出された断面形状が矩形でほぼ平行光束のパルスレーザ光よりなる照明光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１１に入射して、その断面形状が所定形状に拡大される。ビームエキスパンダ１１から射出された照明光ＩＬは、集光レンズ１２によって、第１の空間光変調器１３の上面に二次元のアレイ状に配列されたそれぞれ傾斜角が可変の微小なミラーである多数のミラー要素３の反射面を照明する。空間光変調器１３は、各ミラー要素３の反射面の直交する２軸の周りの傾斜角を個別に制御する駆動部４を備えている。空間光変調器１３は、各ミラー要素３の反射面の傾斜方向及び傾斜角を個別に制御すること（又は空間光変調器１３の変換状態を制御すること）によって、照明光ＩＬをほぼ任意の複数の方向に反射することができる（詳細後述）。また、空間光変調器１３は、その遠視野に所望の瞳輝度分布を形成する。主制御系３０が照明光ＩＬの所定パルス数（１パルス又は複数パルス）の発光毎に、転写用のパターンの情報に基づいて、変調制御部３１に照明条件の情報を供給し、これに応じて変調制御部３１が駆動部４に各ミラー要素３の反射面の傾斜方向及び傾斜角の設定情報を供給する。また、主制御系３０が転写用のパターンの情報に基づく照明条件の情報を変調制御部３１に予め供給しておき、照明光ＩＬのパルス発光に合わせて変調制御部３１が駆動部４に各ミラー要素３の反射面の傾斜方向及び傾斜角の設定情報を供給してもよい。この場合、主制御系３０は、変調制御部３１に発光トリガパルスＴＰを供給すればよい。

なお、例えばビームエキスパンダ１１と集光レンズ１２との間に、例えば照明光ＩＬの偏光方向を変えるための１／２波長板、その照明光ＩＬを円偏光に変換するための１／４波長板、及び所定の直線偏光の光をランダム偏光（非偏光）に変換するための楔型の複屈折性のプリズム等を組み合わせた偏光光学系（不図示）を配置してもよい。この偏光光学系を用いることによって、ウエハＷに照射される照明光ＩＬの偏光状態を偏光方向がＸ方向若しくはＹ方向の直線偏光、円偏光、又は非偏光等に制御して、いわゆる偏光照明を行うことができる。

また、照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩに沿って空間光変調器１３の反射面（多数のミラー要素３の反射面）、リレー光学系１４、及びフライアイレンズ１５（オプティカルインテグレータ）が配置されている。そして、空間光変調器１３の各ミラー要素３によって反射された照明光ＩＬは、リレー光学系１４を介してフライアイレンズ１５に入射する。ここでは、リレー光学系１４のほぼ前側焦点面に各ミラー要素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ンズ１５の入射面が配置されているが、必ずしもこの配置に限定されない。リレー光学系１４は、各ミラー要素３によって反射された照明光ＩＬを、その光軸ＡＸＩに対する角度に応じて定まる、フライアイレンズ１５の入射面上のＸ方向、Ｚ方向の位置を中心とする所定領域に集光する機能を果たしている。

言い換えると、空間光変調器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の傾斜方向及び傾斜角に従い、所定方向に所定角度をもって選択的に偏向（反射）される。そして、各ミラー要素３からの反射光は、リレー光学系１４によって、その方向と角度とに応じたフライアイレンズ１５の入射面上の位置に入射する。
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光学系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明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が形成される。本実施形態においては、空間光変調器１３の各ミラー要素３の反射面の傾斜方向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布、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。なお、フライアイレンズ１５の代わりに、マイクロレンズアレイ等も使用可能である。

ここで、本実施形態では、被照射面又はその近傍面に配置される第２の空間光変調器２５をケーラー照明しているため、上述の二次光源が形成される面は、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と言うことができる。典型的には、照明瞳面２２に対して被照射面（第２の空間光変調器２５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換面となる。なお、瞳輝度分布とは、照明光学系ＩＬＳの照明瞳面２２又は該照明瞳面２２と共役な面における輝度分布（瞳輝度分布）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大局的な輝度分布と、二次光源全体の大局的な輝度分布（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の入射面及び該入射面と共役な面における輝度分布においても瞳輝度分布と言うことができる。

ここで、一例として、空間光変調器とは、所定の光に対して空間的な変調を与えるものである。また、本実施形態における空間光変調器の変換状態とは、空間光変調器に光が入射又は射出することによって、その光の振幅、透過率、位相、及び面内分布、などを変えるものをいう。例えば反射型の空間光変調器の場合、各ミラー要素の傾斜方向及び傾斜角、あるいは各ミラー要素の傾斜方向及び傾斜角の分布をいうし、さらには、例えば、後述のような各ミラー要素の駆動電力のオンオフ、又はそのオンオフの分布も含まれる。また、後述するが、空間光変調器には、位相型の空間光変調器、透過型の空間光変調器などもある。

図１において、照明瞳面２２に形成された二次光源からの照明光ＩＬは、第１リレーレンズ１６、視野絞り１７、光路折り曲げ用のミラー１８、第２リレーレンズ１９、及びコンデンサ光学系２０を介して、光路を被照射面（設計上の転写用のパターンが配置される面）側に折り曲げるためのミラー２１に向かう。ミラー２１によって斜め上方に反射された照明光ＩＬは、被照射面又はその近傍に配置された第２の空間光変調器２５の多数のミラー要素５の反射面上の照明領域２６（図４（Ａ）参照）を均一な照度分布で照明する。ビームエキスパンダ１１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、ミラー２１、及び空間光変調器２５は、不図示のフレームに支持されている。

図４（Ａ）は、本実施形態の空間光変調器２５の反射面を示す図であり、図４（Ａ）において、空間光変調器２５の反射面は、Ｘ方向に細長い矩形であり、その反射面には、Ｘ方向、Ｙ方向に一定ピッチでほぼ密着するように、ほぼ正方形の多数のミラー要素５が配列されている。即ち、空間光変調器２５の反射面において、Ｘ方向のｉ番目（ｉ＝１，２，…）及びＹ方向のｊ番目（ｊ＝１，２，…）の位置Ｐ（ｉ，ｊ）にそれぞれミラー要素５が配置されている。一例として、空間光変調器２５の反射面のＸ方向の長さとＹ方向（ウエハＷの走査方向）の幅との比は４：１であり、Ｘ方向のミラー要素５の配列数は数１０００である。Ｘ方向に細長い矩形の照明領域２６は、空間光変調器２５の反射面の輪郭の僅かに内側の領域に設定される。なお、空間光変調器２５の反射面はほぼ正方形であってもよい。

また、本実施形態の空間光変調器２５のミラー要素５は、その反射面の傾斜角をＸＹ平面に平行な第１の角度（本実施形態では、駆動電力をオフにした状態）と、Ｘ軸の周りに所定角度回転した第２の角度（本実施形態では、駆動電力をオンにした状態）との間で切り換えることが可能である。空間光変調器２５は、各ミラー要素５の反射面の角度を個別に制御する駆動部６を備えている。後述のように、所定パルス数の発光毎に、主制御系３０が図１の変調制御部４５にウエハＷ上に露光すべきパターンの情報を供給し、これに応じて変調制御部４５が駆動部６に、各ミラー要素５の反射面の設定情報を供給する。以下では、図４（Ａ）のＢ部の拡大図である図４（Ｂ）に示すように、その第１の角度に設定されたミラー要素５をミラー要素５Ｐと呼び、その第２の角度に設定されたミラー要素５をミラー要素５Ｎと呼ぶ。このように本実施形態のミラー要素５は、２つの角度の間で切り換えが可能であればよいため、空間光変調器２５を大きくして、かつ各ミラー要素５を上記の第１の空間光変調器１３のミラー要素３よりもかなり小さくすることが可能である。なお、空間光変調器２５の構成例については後述する。

図１に戻り、一例として、不図示のコラムに支持された投影光学系ＰＬは、空間光変調器２５（物体面）側に非テレセントリックであり、ウエハＷ（像面）側にテレセントリックの縮小投影光学系である。即ち、投影光学系ＰＬは、空間光変調器２５の各ミラー要素５から反射される照明光ＩＬのうちで、Ｚ軸に対して斜めに入射して来る照明光のみを用いて、レジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ上の露光領域２７（図４（Ａ）の照明領域２６と共役な領域）に所定のパターンの像を形成する。

この場合、空間光変調器２５において、反射面が上記の第１の角度（駆動電力がオフの状態）に設定されたミラー要素５Ｐからの反射光は、投影光学系ＰＬに斜めに入射して有効結像光束ＩＬＰとなる。一方、反射面が上記の第２の角度に設定されたミラー要素５Ｎからの反射光ＩＬＮは、ほぼ−Ｚ方向に反射されて投影光学系ＰＬには入射しないため、結像には寄与しない。なお、ミラー要素５Ｎの反射面の角度（第２の角度）は、ミラー要素５Ｎからの反射光がウエハＷに入射しない角度（ウエハＷ上における結像には寄与しない角度）であればよく、例えばその反射光が投影光学系ＰＬ内の開口絞り（不図示）によって遮光される角度であればよい。この結果、多数のミラー要素５は、ミラー要素５Ｐが反射部に対応し、ミラー要素５Ｎが非反射部に対応する反射型のマスクパターンとみなすことができる。本実施形態では、ミラー要素５Ｐとミラー要素５Ｎとの間の切り換えは、照明光ＩＬのパルス発光毎に行うことが可能であるため、その反射型のマスクパターンは１つのミラー要素５を単位として、パルス発光毎に任意のパターンに可変である。

本実施形態のように物体側に非テレセントリックの投影光学系ＰＬを用いることによって、空間光変調器２５の多数のミラー要素５の設置面と、ウエハＷが配置される面、すなわちウエハＷの露光面（レジストの上面）とをほぼ平行に配置して、かつ空間光変調器２５からの反射光を投影光学系ＰＬを介してウエハＷに照射できる。また、駆動電力がオフの状態のミラー要素５Ｐからの反射光が有効結像光束となるため、空間光変調器２５の制御が容易である。

そして、投影光学系ＰＬは、その空間光変調器２５によって設定される可変のパターン（又はそのパターンにほぼ相当する光強度分布）の縮小像をウエハＷ上の露光領域２７に形成する。例えば、ミラー要素５の大きさが２０μｍ角程度であれば、投影光学系ＰＬの倍率を１／２００程度にすることによって、ウエハＷ上に線幅が１００ｎｍの可変のパターンを投影できる。なお、上述のように、ミラー要素５は２つの角度の間で切り換えができればよく一層の小型化が可能であるため、例えばミラー要素５の大きさを数μｍ角程度、投影光学系ＰＬの倍率を１／５０程度にすることによって、ウエハＷ上に線幅が５０〜１００ｎｍ程度の可変のパターンを投影することも可能である。

図１において、ウエハＷはウエハホルダ（不図示）を介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持され、ウエハステージ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する。ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角等はレーザ干渉計３３によって形成され、この計測情報がステージ制御系３２に供給されている。ステージ制御系３２は、主制御系３０からの制御情報及びレーザ干渉計３３からの計測情報に基づいて、リニアモータ等の駆動系３４を介してウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。なお、ウエハ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。

次に、図１の空間光変調器１３及び２５の構成につき説明する。
図２（Ａ）は、図１の照明光学系ＩＬＳ中の空間光変調器１３の一部を示す拡大斜視図である。図２（Ａ）において、空間光変調器１３は、Ｘ方向、Ｚ方向に一定ピッチでほぼ密着するように配列された多数のミラー要素３と、こ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である。

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を支持するヒンジ部材３７と、ヒンジ部材３７に突設された４つの電極３５と、支持基板３８と、支持基板３８上にヒンジ部材３７を支持する１対の支柱部材３６と、４つの電極３５に対向するように支持基板３８上に形成された４つの電極３９とを備えている。この構成例では、対応する４組の電極３５と３９との間の電位差を制御して、電極間に作用する静電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変範囲内で連続的に制御することができる。空間光変調器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はほぼ正方形の平面ミラーであるが、その形状は矩形等の任意の形状であってもよい。ただし、光の利用効率の観点からは、隙間無く配列可能な形状が好ましい。また、隣接するミラー要素３の間隔は必要最小限とすることが好ましい。また、ミラー要素３の形状は例えば２０μｍ角程度であるが、照明条件の細か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）に示すように、凹面のミラー要素３’又は凸面のミラー要素（不図示）を使用することも可能である。
また、図３（Ａ）及び（Ｃ）はそれぞれ図１の空間光変調器１３のＺ方向に配列された一列の数１０００個のミラー要素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。また、図３（Ｂ）及び（Ｄ）はそれぞれ図３（Ａ）及び（Ｃ）の照明瞳面２２における二次光源（斜線を施した部分）の形状を示している。

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２軸の周りの傾斜角（即ち、傾斜方向及び傾斜角）を、その反射光がフライアイレンズ１５の入射面において、光軸ＡＸＩから偏心した２つの領域に集光されるように設定することによって、図３（Ｂ）に示すように、Ｚ方向に２極の二次光源２３Ａ，２３Ｂが生成される。この場合、空間光変調器１３の他の列のミラー要素３の傾斜方向及び傾斜角も、その反射光が二次光源２３Ａ，２３Ｂのいずれかに対応する領域に集光され、かつ二次光源２３Ａ，２３Ｂの強度が概ね均等になるように設定される（以下、同様）。また、各ミラー要素３の傾斜方向及び傾斜角を制御するのみで、領域Ｂ４Ａ，Ｂ４Ｂに示すように、二次光源２３Ａ，２３Ｂの間隔を制御することができる。なお、照明瞳面２２におけるＺ方向は、空間光変調器２５の反射面（転写用のパターンにほぼ相当する光強度分布が生成される面）のＹ方向に対応している。

また、図３（Ｃ）に示すように、空間光変調器１３の各ミラー要素３Ａ〜３Ｇの傾斜方向及び傾斜角を、その反射光がフライアイレンズ１５の入射面において光軸ＡＸＩを含む領域に集光されるように設定することによって、図３（Ｄ）に示すように、通常照明用の円形の二次光源２４Ａが生成される。この場合にも、各ミラー要素３の傾斜方向及び傾斜角を制御するのみで、領域Ｄ４に示すように、二次光源２４Ａの大きさ（σ値）を制御することができる。

同様に、各ミラー要素３の反射面の２軸の周りの傾斜角を個別に制御することによって、図３（Ｅ）に示すＸ方向に２極の二次光源２３Ｃ，２３Ｄ、図３（Ｆ）に示す輪帯状の二次光源３４Ｂ、及び４極の二次光源（不図示）等を生成することができる。
また、図１の投影光学系ＰＬの物体面側（マスク用）の空間光変調器２５は、空間光変調器１３と同様に構成することができる。ただし、空間光変調器２５の各ミラー要素５は、上記の第１の角度及び第２の角度に設定できればよいため、ミラー要素５の駆動機構は、空間光変調器１３のミラー要素３の駆動機構よりも簡素化が可能である。

なお、上記の空間光変調器１３，２５としては、例えば特表平１０−５０３３００号公報及びこれに対応する欧州特許公開第７７９５３０号公報、特開２００４−７８１３６号公報及びこれに対応する米国特許第６，９００，９１５号公報、特表２００６−５２４３４９号公報及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。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）に入射し、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１３，２５としては、例えば複数のミラー素子が二次元的に配列されてその反射面の高さ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、例えば特開平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号公報及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の反射面を持つ空間光変調器を、例えば特表２００６−５１３４４２号公報及びこれに対応する米国特許第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、本実施形態の露光装置１００による露光動作（主制御系３０によって制御される）の一例につき図７のフローチャートを参照して説明する。この場合、一例として、図５（Ａ）に示すマスクパターンＭＰの縮小像をウエハＷ上に露光するものとする。マスクパターンＭＰの情報は主制御系３０の記憶部に記憶されている。マスクパターンＭＰは、Ｘ方向に解像限界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（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）４０Ａ〜４０Ｃ、Ｙ方向に解像限界に近いピッチで配列されたＬ＆Ｓパターン４１Ａ〜４１Ｄ、及び比較的粗いピッチで配列されたＬ＆Ｓパターン４２Ａ，４２Ｂ，４３を含んでいる。なお、Ｌ＆Ｓパターン４０Ａ〜４０Ｃ等は拡大して表示されている。また、実際には、マスクパターンＭＰは、ウエハＷ上に投影されるパターンと形状が異なる場合がある。

また、図４（Ａ）の空間光変調器２５上の照明領域２６に対応する図５（Ａ）のマスクパターンＭＰ上の領域を被転写領域２６Ｍとする。本実施形態では、主制御系３０内の画像メモリ内で仮想的に、被転写領域２６ＭをマスクパターンＭＰ上でＹ方向に一定速度で移動して、被転写領域２６Ｍ内の時系列的に変化するパターンに対応する光強度分布を図４（Ａ）の空間光変調器２５のミラー要素５によって生成し、その被転写領域２６Ｍの移動に同期して図１のウエハＷを対応する走査方向であるＹ方向に移動する。また、図５（Ａ）のマスクパターンＭＰの斜線を施した部分（Ｌ＆Ｓパターン４０Ａ等）は光強度が強い部分を示し、これに対応するように例えば図４（Ａ）、図４（Ｃ）の空間光変調器２５の斜線を施した部分のミラー要素５Ｐは光強度が強い部分（その反射光が投影光学系ＰＬを通過する部分）を示している。

さらに、一例として、図５（Ａ）のＬ＆Ｓパターン４０Ａ〜４０Ｃを露光する場合には、図３（Ｅ）の二次光源２３Ｃ，２３Ｄを用いるＸ方向の２極照明が望ましく、Ｌ＆Ｓパターン４１Ａ〜４１Ｃを露光する場合には、図３（Ｂ）の二次光源２３Ａ，２３Ｂを用いるＺ方向（Ｙ方向）の２極照明が望ましく、Ｌ＆Ｓパターン４２Ａ〜４３を露光する場合には、図３（Ｄ）の二次光源２４Ａを用いる通常照明が望ましいものとする。

先ず、図７のステップ１２１でウエハＷ上にレジストを塗布した後、ステップ１０１でそのウエハＷを図１のウエハステージＷＳＴ上にロードする。図６（Ａ）に示すように、ウエハＷの表面は、Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチでそれぞれ図５（Ａ）のマスクパターンＭＰの縮小像（説明の便宜上、正立像とする）が露光されるショット領域ＳＡに区分されている。次のステップ１０２において、ウエハＷのアライメントを行った後、図６（Ａ）のウエハＷ上のＹ方向に一列に配列されたショット領域ＳＡ２１，ＳＡ２２，…に露光を行うために、ウエハＷを走査開始位置に位置決めした後、図５（Ａ）のマスクパターンＭＰ上で仮想的に被転写領域２６Ｍの＋Ｙ方向への走査を開始し、これに同期してウエハＷの＋Ｙ方向への一定速度での走査を開始する。なお、図５（Ａ）のショット領域ＳＡ２１等の中の矢印は、ウエハＷに対する露光領域２７の相対的な移動方向を示している。

次のステップ１０３において、主制御系３０は、図５（Ａ）の被転写領域２６Ｍ内から転写用パターンとしてＬ＆Ｓパターン４０Ａ〜４０Ｃよりなるパターン２８Ａを選択する。次のステップ１０４において、主制御系３０は変調制御部４５を介して、空間光変調器２５のミラー要素５の傾斜角を制御して、図４（Ａ）に示すように、そのパターン２８Ａに対応するミラー要素５Ｐ，５Ｎの分布を設定する。次のステップ１０５において、主制御系３０は、選択されたパターン２８Ａに応じた照明条件（ここではＸ方向の２極照明）を選択し、ステップ１０６において、その照明条件に対応させて、図１の変調制御部３１を介して空間光変調器１３の各ミラー要素３の傾斜方向及び傾斜角を設定して、図３（Ｅ）に示す２極の二次光源を設定する。

次のステップ１０７において、主制御系３０は、図１の電源制御部９に発光トリガパルスＴＰを供給することによって、所定パルス数だけ光源１０に照明光ＩＬを発光させて、ウエハＷ上の露光領域２７に図４（Ａ）のパターン２８Ａの像を露光する。その所定パルス数とは、１パルスでもよく、５パルス又は１０パルス等の複数パルスでもよい。また、その所定パルス数とは可変であってもよい。なお、ステップ１０３〜１０６及び以下のステップ１０８の動作は、例えば照明光ＩＬのパルス発光の１周期内に高速に行われるため、ウエハＷの走査露光中に、照明光ＩＬは実質的に連続してパルス発光される。

次のステップ１０８において、図５（Ａ）のマスクパターンＭＰ中で転写が完了していないパターンが残っている場合には、ステップ１０３に移行して、転写用のパターンの選択を行い、以下、空間光変調器２５のミラー要素５の傾斜角の設定、照明条件の選択、選択された照明条件に応じた空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜方向及び傾斜角の設定、並びに所定パルス数の露光までの動作（ステップ１０４〜１０７）を繰り返す。なお、ステップ１０３〜１０７は同じパターン（例えば図５（Ａ）のＬ＆Ｓパターン４０Ａ）に対して複数回繰り返される場合もある。この際に、ウエハＷが走査されているため、図１の空間光変調器２５によって生成されるそのパターンもＹ方向にシフトすることになる。そして、最終的に、図５（Ａ）のマスクパターンＭＰ中の各パターン（例えばＬ＆Ｓパターン４０Ａ）毎のウエハＷに対する積算露光量が予め設定されているレジスト感度になるように、その所定パルス数が調整される。この際に、パルス光にはパルス毎のエネルギーのばらつきがあるため、平均化効果によって露光量むらを低減させるために、そのレジスト感度を得るための積算パルス数を所定値以上に設定してもよい。

また、例えば、図５（Ｂ）に示すように、被転写領域２６Ｍが移動した場合には、被転写領域２６Ｍ内にはＸ方向のＬ＆Ｓパターン４０Ａ〜４０Ｃの他にＹ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ａも含まれている。この場合には、一例として、転写用のパターン２８ＢとしてＬ＆Ｓパターン４０Ａ〜４０Ｃのみを選択し、これに応じて空間光変調器１３によって設定する照明条件はＸ方向の２極照明とする。

次に図５（Ｃ）に示すように、被転写領域２６Ｍが移動したときに、一例として、転写用のパターン２８Ｃとして、Ｙ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ａ〜４１Ｃのみを選択し、これに応じて空間光変調器２５によって図４（Ｃ）に示すようにパターン２８Ｃに対応するミラー要素５Ｐ，５Ｎの分布を設定する。さらに、照明条件をＹ方向の２極照明とするために、空間光変調器１３によって図３（Ｂ）の二次光源２３Ａ，２３Ｂを設定する。

その後、被転写領域２６Ｍが図５（Ａ）の２点鎖線で示す位置２９Ａに移動したときには、一例として、転写用のパターン２８Ｄとしてその中のＹ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ｂ〜４１Ｄのみを選択して、次に被転写領域２６Ｍが図５（Ｂ）の位置２９Ｂに移動したときには、一例として、転写用のパターン２８Ｅとしてその中の粗いピッチのＬ＆Ｓパターン４２Ａのみを選択し、照明条件は例えば通常照明を選択し、空間光変調器１３によって図３（Ｄ）の円形の二次光源２４Ａを設定する。その後、被転写領域２６Ｍが図５（Ｃ）の位置２９Ｃを通過する際には、粗いピッチのＬ＆Ｓパターン４２Ａ〜４３のみが転写用のパターンであるため、照明条件は通常照明のままでよい。

そして、ステップ１０８において、図５（Ａ）のマスクパターンＭＰ中で未転写のパターンがなくなったときには、図６（Ａ）に示すように、ウエハＷ上の１つのショット領域ＳＡ２１への走査露光が完了したため、動作はステップ１０９に移行して、ウエハＷ上で未露光のショット領域が残っているかどうかを判定する。この時点では、図６（Ａ）に示すように、ウエハＷ上のショット領域ＳＡ２１に隣接するショット領域ＳＡ２２が未露光であるため、動作はステップ１０２に戻る。この場合には、ウエハＷを同じ方向に走査したまま、図５（Ａ）に示すように、マスクパターンＭＰの−Ｙ方向の端部に被転写領域２６Ｍを仮想的に移動して、ステップ１０３〜１０８の動作を繰り返せばよい。なお、ウエハＷ上の走査方向に隣接するショット領域ＳＡ２１，ＳＡ２２の境界部では、図５（Ｃ）の位置２９Ｄ１，２９Ｄ２で示すように、被転写領域２６ＭをマスクパターンＭＰの両端部に設定し、その位置２９Ｄ１，２９Ｄ２内のパターンを合成したパターンを図４（Ａ）の空間光変調器２５で生成することによって、ショット領域ＳＡ２１からＳＡ２２にかけて連続的に露光を行うことができる。

また、ステップ１０９において、図６（Ａ）のウエハＷ上のＸ方向に隣接するショット領域ＳＡ３１，ＳＡ３２を含む列の露光に移行する場合には、ステップ１０２に移行して、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向にステップ移動する。そして、位置２７Ｒの露光領域に対するウエハＷの走査方向を−Ｙ方向に逆に設定し、図５（Ａ）において、マスクパターンＭＰ上での被転写領域２６Ｍの仮想的な移動方向を−Ｙ方向にして、ステップ１０３〜１０８を繰り返せばよい。

そして、ステップ１０９において、ウエハＷ上で未露光のショット領域がなくなったときに、ステップ１１０においてウエハＷのアンロードを行い、次のウエハの露光を行う（ステップ１１１）。また、露光済みのウエハには、ステップ１２２において、レジストの現像、現像したウエハの加熱（キュア）、及びエッチング等の回路パターン形成のための処理が施される。ウエハに対して、このような露光及び現像（リソグラフィ工程）と、その処理とを繰り返した後、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）を経ることによって、半導体デバイス等が製造される。

このように、本実施形態の露光装置１００においては、空間光変調器２５を用いることによって、同一の被転写領域２６Ｍ内のパターンであっても、実際にウエハＷ上に転写するパターンを周期方向及び微細度等によって分類して選択することができ、選択されたパターンに応じて空間光変調器１３を用いて照明条件を最適化することができる。従って、種々のパターンが混在する図５（Ａ）のマスクパターンＭＰを、一回の走査露光によって、その種々のパターン毎に最適な照明条件で露光することができる。従って、空間光変調器２５は、ウエハＷ上に転写（又は形成）すべきパターン、又はそのピッチ及び方向、に応じて空間光変調器２５の複数のミラー要素５の傾斜角及び傾斜方向を個別に制御される。さらに、空間光変調器１３は、ウエハＷ上に転写（又は形成）すべきパターン、又はそのピッチ及び方向、に応じて、又は空間光変調器２５の変換状態に応じて、空間光変調器１３の複数のミラー要素３の傾斜角及び傾斜方向を個別に制御される。この際に、本実施形態では、マスクパターンＭＰ中から転写用のパターンを時系列的に選択しているため、転写用のパターンを例えば照明光の偏光状態に応じて選択する必要はなく、マスクパターンＭＰに多様なパターンが混在していても対応することができる。

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による露光方法は、複数のパルス発光される照明光ＩＬでウエハＷ（物体）を露光する露光方法であって、空間光変調器２５の複数のミラー要素５（第２の光学要素としての反射要素）の反射面の状態（ひいては空間光変調器２５の変換状態）を個別に制御するステップ１０４と、所定面上における照明光ＩＬの強度分布を制御するために空間光変調器１３の複数のミラー要素３（第１の光学要素としての反射要素）の反射面の状態（ひいては空間光変調器１３の変換状態）を制御するステップ１０６と、照明光ＩＬによって照明される複数のミラー要素３からの光を複数のミラー要素５へ導光し、複数のミラー要素５からの光でウエハＷを露光するステップ１０７とを含んでいる。

また、図１の露光装置１００は、複数のパルス発光される照明光ＩＬで被照射面を照明し、その被照射面又はその近傍の面を介した照明光ＩＬでウエハＷを露光する露光装置であって、被照射面よりも上流（照明光ＩＬが入射する方向）に配置されて複数のミラー要素３を含む空間光変調器１３（第１の光学デバイス）を有する照明光学系ＩＬＳと、その被照射面又はその近傍に配置されて、複数のミラー要素５を含む空間光変調器２５（第２の光学デバイス）と、空間光変調器２５の変換状態、または空間光変調器１３の変換状態を制御する主制御系３０及び変調制御部３１，４５（照明制御装置）とを備えている。なお、本実施形態における照明制御装置は、主制御系３０と変調制御部３１，４５とを含む装置であるが、例えば、変調制御部３１，４５がそれぞれに主制御系３０の機能を有するのであれば、照明制御装置は、変調制御部３１，４５を含む装置でもよい。
ここで、ウエハＷに入射する光とは、ウエハＷ上での結像に寄与する光（露光光）、つまり転写用のパターンにほぼ相当する光である。また、ウエハＷに入射しない光とは、ウエハＷ上での結像に寄与しない光（非露光光）であって、例えば、その光を投影光学系ＰＬ内に入射させないようにすればよいし、その光を投影光学系ＰＬ内の開口絞り（不図示）によって遮光してもよい。

本実施形態によれば、複数のミラー要素５の反射面の状態を個別に制御することで、時系列的に複数種類のパターンに対応する光強度分布を生成でき、さらに複数のミラー要素３の反射面の状態を個別に制御することで、ミラー要素５に対する照明光学系ＩＬＳの照射角の分布（照明条件）を最適化できる。従って、複数種類のパターンが混在するマスクパターンを高いスループットで、かつそれぞれ照明条件を最適化して露光できる。

（２）また、そのステップ１０４において、主制御系３０及び変調制御部４５は、ウエハＷ上に形成すべきパターンに応じて複数のミラー要素５の反射面の状態（傾斜角）を個別に制御している。さらに、そのステップ１０４において、主制御系３０及び変調制御部４５は、ウエハＷ上に形成すべきパターンのピッチ及び方向に応じて複数のミラー要素５の反射面の状態（例えば、傾斜角）を個別に制御している。また、ステップ１０６において、主制御系３０及び変調制御部３１は、空間光変調器２５の変換状態に応じて、又はウエハＷ上に形成すべきパターンに応じて、複数のミラー要素３の反射面の状態（傾斜方向及び傾斜角）を個別に制御している。さらに、ステップ１０６において、主制御系３０及び変調制御部３１は、ウエハＷ上に形成すべきパターンのピッチ及び方向に応じて複数のミラー要素３の反射面の状態（例えば、傾斜方向及び傾斜角）を個別に制御している。

これによって、マスクパターン（又は空間変調器２５の変換状態）またはウエハＷ上に形成（露光）すべきパターンに応じて照明条件を容易に最適化できる。
また、マスクパターン（又は空間変調器２５の変換状態）、又はウエハＷ上に形成すべきパターンに応じて照明条件を最適化して露光できるので、光量ロスを低減し、良好なパターンを露光することができる。

（３）また、その所定面は、照明光学系ＩＬＳの瞳面（照明瞳面２２）であるが、その瞳面の近傍の面であってもよい。また、その所定面は、照明瞳面２２と共役な面、又はその近傍の面であってもよい。
（４）また、上記の実施形態では、照明光ＩＬが所定パルス数発光される毎に、ステップ１０４及び１０６における複数のミラー要素５の反射面の状態の設定、及び複数のミラー要素３における反射面の状態の設定の切り換えを行っている。従って、ウエハＷ上に露光すべきパターンの切り換え、及び照明条件の最適化を高速に行うことができる。

特にその所定パルス数が１パルスであれば、最も高速にパターンの切り換えを行うことができ、この結果、図５（Ａ）のマスクパターンＭＰに含まれるパターンの種類が極めて多い場合でも、各パターンの照明条件を最適化して、１回の走査露光でそのマスクパターンＭＰを露光できる。
この結果、複数パルスの照明光ＩＬで露光を行う場合、始めにステップ１０７において、第１パルス光によって照明される複数のミラー要素３からの光で複数のミラー要素５を照明し、このミラー要素５からの光でウエハＷを露光した後、ステップ１０４、１０６で複数のミラー要素５及びミラー要素３の少なくとも一方の反射面の状態を変えてから、次のステップ１０７において、第２パルス光によって照明される複数のミラー要素３からの光で複数のミラー要素５を照明し、このミラー要素５からの光でウエハＷを露光することができる。

（５）言い換えると、ステップ１０４は、照明光ＩＬが所定パルス数発光される毎に、図１の空間光変調器２５の複数のミラー要素５からの光の個別の状態を第１状態（例えば図４（Ａ）のＸ方向のＬ＆Ｓパターンの光強度分布の状態）又は第２状態（例えば図４（Ｃ）のＹ方向のＬ＆Ｓパターンの光強度分布の状態）に切り換える工程を含む。
これに対応して、ステップ１０６は、照明光ＩＬが所定パルス数発光される毎に、その第１状態に対応して空間光変調器１３の複数のミラー要素３からの光の個別の状態を第３状態（例えば図３（Ｅ）のＸ方向の２極照明の状態）に切り換える工程、又はその第２状態に対応して複数のミラー要素３からの光の個別の状態を第４状態（例えば図３（Ｂ）のＹ方向の２極照明の状態）に切り換える工程を含む。これによって、パターン毎に照明条件を最適化できる。

（６）また、ステップ１０７は、空間光変調器２５の複数のミラー要素５に対して、ウエハステージＷＳＴによってウエハＷを所定方向（走査方向であるＹ方向）に走査しながらウエハＷを露光する工程であり、ステップ１０４は、ウエハＷのＹ方向への走査に応じて、変化する転写対象のパターンに対応させて、複数のミラー要素５からの光の状態を個別に制御する工程を含む。これによって、マスクパターンＭＰがその所定方向に長い場合であっても、１回の走査露光でウエハＷにそのマスクパターンＭＰを露光できる。

（７）なお、図１の露光装置１００において、空間光変調器２５によって設定される可変のパターン（光強度分布）を投影光学系ＰＬを介して、ステップ・アンド・リピート方式でウエハＷ上に露光してもよい。この場合には、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ていればよい。また、図６（Ｂ）に示すように、ウエハＷ上の各ショット領域ＳＡは、ショット領域ＳＡ２１のように、それぞれ図１の露光領域２７の大きさに対応する複数の部分ショット領域ＳＢ１〜ＳＢ５に分割される。

そして、露光領域２７によってショット領域ＳＡ２１中の部分ショット領域ＳＢ１に露光した後、ウエハステージＷＳＴによってウエハＷをＹ方向にステップ移動する動作と、図７のステップ１０３〜１０７の動作とを繰り返すことによって、他の部分ショット領域ＳＢ２〜ＳＢ５にも露光を行うことができる。さらに、１つの部分ショット領域ＳＢ１〜ＳＢ５への露光中に、例えば図５（Ａ）のマスクパターンＭＰ中のＸ方向のＬ＆Ｓパターン４０Ｃと、Ｙ方向のＬ＆Ｓパターン４１Ａ〜４１Ｃとのように、種類の異なるパターンをそれぞれ照明条件を最適化して、かつ積算露光量がレジスト感度に達するように所定のパルス数で露光することができる。

（８）また、図１の実施形態においては、図７のステップ１０４は、例えば、空間光変調器２５の複数のミラー要素５の各反射面の状態を、この反射面からの反射光がウエハＷに入射する状態（第１の角度）と、その反射光がウエハＷに入射しない状態（第２の角度）とのいずれかに設定する工程を含み、ステップ１０６は、空間光変調器１３の複数のミラー要素３の各反射面の状態を、２軸の周りの傾斜角が可変範囲内のいずれかの角度になるように設定する工程を含んでいる。

従って、複数のミラー要素５の駆動機構が簡素化できる。また、複数のミラー要素３によって、照明光ＩＬの利用効率を高く維持して、かつ種々の形状の二次光源を容易に生成できる。
なお、空間光変調器１３のミラー要素３は、１軸の周りの反射面の傾斜角が可変範囲内のいずれかの角度になるように設定するのみでもよい。この場合には、照明光ＩＬの利用効率は低下するが、二次光源の生成に使用されないミラー要素３からの光は、フライアイレンズ１５に入射させないようにすればよい。

（９）また、図１において、空間光変調器２５が配置される面（又はミラー要素５の設置面）と、ウエハＷにおける露光面（レジストの上面）とは互いに略平行に配置されている。従って、露光装置の設計、製造が容易である。
（１０）なお、上記の実施形態では、照明光ＩＬはエキシマレーザ光源から発光されるパルス光であるが、その代わりに固体レーザ光源から発光されるパルス光を用いてもよい。この固体レーザ光源は、パルス周波数を１〜２ＭＨｚ程度に高められるため、このパルス周波数に同期してミラー要素５及びミラー要素３の反射面の状態を高速に切り換えることによって、より多くの種類のパターンが混在するマスクパターンを１回の露光で短時間にウエハ上に露光できる。

（１１）また、露光装置１００は、複数のパルス光（照明光ＩＬ）を供給するための光源１０（光源部）を備えているため、そのパルス光の発光タイミング等を高精度に制御できる。
（１２）また、上記の実施形態のデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光方法を用いてウエハＷを露光する工程と、露光されたウエハＷを処理する工程（ステップ１２２）とを含んでいる。

さらに、そのデバイス製造方法は、リソグラ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、上記の実施形態の露光装置１００を用いている。これらのデバイス製造方法によれば、多種類の回路パターンが混在するデバイスを高いスループットで高精度に製造できる。
また、この第１の実施形態は以下のような変更も可能である。

（１３）図１の実施形態においては、複数の第１及び第２の光学要素を含む第１及び第２の光学デバイスとして、複数のミラー要素５（反射要素）を含む空間光変調器２５及び複数のミラー要素３（反射要素）を含む空間光変調器１３が使用されている。しかしながら、空間光変調器２５及び空間光変調器１３の少なくとも一方の変調器の代わりに、それぞれ透過光の光量を制御する複数の画素（透過要素）を含む液晶セル、又はそれぞれ通過光の位相を制御する複数の位相要素（可変段差要素等）を含む位相デバイス等を用いることも可能である。

（１４）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、内面反射型のオプティカルインテグレータとしてのロッド型インテグレータを用いることもできる。この場合、図１において、リレー光学系１４よりも空間光変調器２５側に集光光学系を追加して空間光変調器１３の反射面の共役面を形成し、この共役面近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。

また、このロッド型インテグレータの射出端面又は射出端面近傍に配置される照明視野絞りの像を空間光変調器２５の反射面上に形成するためのリレー光学系を配置する。この構成の場合、二次光源はリレー光学系１４及び集光光学系の瞳面に形成される（二次光源の虚像はロッド型インテグレータの入射端近傍に形成される）。また、ロッド型インテグレータからの光束を空間光変調器２５へ導くためのリレー光学系が導光光学系となる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態につき図８を参照して説明する。
図８は、本実施形態の露光装置１００Ａの概略構成を示す。図１に対応する部分に同一符号を付した図８において、空間光変調器２５の多数のミラー要素５によって生成される可変のパターン（光強度分布）の縮小像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬＡは、空間光変調器２５（物体面）側及びウエハＷ（像面）側の両側にテレセントリックである。このため、空間光変調器２５は、その中心が投影光学系ＰＬＡの光軸ＡＸにほぼ合致するように、投影光学系ＰＬＡの上方に配置されている。また、空間光変調器２５の多数のミラー要素５の設置面とウエハＷの露光面とはほぼ平行である。

本実施形態においては、照明光学系ＩＬＳからのパルス光としての照明光ＩＬは、ミラー２１を介して斜め上方の空間光変調器２５の多数のミラー要素５に入射する。そして、反射面がＸＹ平面に平行な第１の角度（駆動電力がオフの状態）に設定されたミラー要素５Ｐからの反射光ＩＬＮは、ウエハＷ上での結像には寄与しない（例えば、投影光学系ＰＬＡに入射しない）。一方、反射面が傾斜した第２の角度（駆動電力がオンの状態）に設定されたミラー要素５Ｎからの反射光は投影光学系ＰＬＡに入射する有効結像光束ＩＬＰとなって、ウエハＷを露光する。この他の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態の露光装置１００Ａによれば、両側テレセントリックな投影光学系ＰＬＡを使用できるとともに、空間光変調器２５の設置面（又はミラー要素５の設置面）とウエハＷの露光面とをほぼ平行に配置できるため、露光装置の設計、製造が容易である。
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態につき図９を参照して説明する。

図９は、本実施形態の露光装置１００Ｂの概略構成を示す。図１に対応する部分に同一符号を付した図９において、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬＡの上方に光軸ＡＸに沿って、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと呼ぶ）５１、１／４波長板５２、及び多数のミラー要素５を含む空間光変調器２５が設置されている。また、本実施形態の照明光学系ＩＬＳは、図１の照明光学系ＩＬＳに対してミラー１８が省略されており、照明光ＩＬがそのまま＋Ｙ方向にＰＢＳ５１に向けて照射される点が異なっている。さらに、照明光ＩＬは、ＰＢＳ５１に対してＳ偏光（偏光方向がビームスプリッタ面における入射面に垂直）の直線偏光である。

この場合、ＰＢＳ５１に入射した照明光ＩＬは上方に反射された後、１／４波長板５２を介して円偏光になって、空間光変調器２５の多数のミラー要素５の駆動電力がオフ状態での反射面にほぼ垂直に入射する。そして、反射面が第１の角度（駆動電力がオフの状態）に設定されたミラー要素５Ｐからの反射光は、有効結像光束ＩＬＰとして光軸ＡＸに沿って１／４波長板５２に入射してＰ偏光になって、ＰＢＳ５１を透過して投影光学系ＰＬＡに入射して、ウエハＷを露光する。一方、反射面が傾斜した第２の角度（駆動電力がオンの状態）に設定されたミラー要素５Ｎからの反射光ＩＬＮは、ウエハＷ上での結像には寄与しない（例えば、投影光学系ＰＬには入射しない）。この他の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加えて次の作用効果がある。
（１）図９の露光装置１００Ｂによれば、両側テレセントリックな投影光学系ＰＬＡを使用できるとともに、空間光変調器２５の設置面（又はミラー要素５の設置面）とウエハＷの露光面とをほぼ平行に配置できるため、露光装置の設計、製造が容易である。
（２）また、図７のステップ１０７に対応する工程（ウエハＷに照明光ＩＬを照射する工程）において、図９の照明光学系ＩＬＳ内の空間光変調器１３の複数のミラー要素３（図１参照）からの照明光ＩＬ（パルス光）を、空間光変調器２５の複数のミラー要素５に略垂直に（駆動電力がオフの状態での反射面に対して略垂直に）入射させている。従って、光学系の調整が容易である。

（３）また、照明光学系ＩＬＳ内の空間光変調器１３と空間光変調器２５との間に配置されて、その照明光ＩＬを空間光変調器２５に略垂直に入射させるためのＰＢＳ５１（第１光学部材）をさらに備えている。従って、簡単な構成で空間光変調器２５に略垂直に照明光ＩＬを入射させることができ、光学系の調整が容易であるとともに、両側テレセントリックの投影光学系を使用できる。また、ＰＢＳ５１の他に１／４波長板５２を設けているため、ＰＢＳ５１での光量損失がなく、照明光ＩＬの利用効率が高い。

なお、照明光ＩＬの利用効率は低下するが、１／４波長板５２を省略して、ＰＢＳ５１の代わりに通常のビームスプリッタを用いることも可能である。
なお、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレットなどに開示される液浸型の露光装置、又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ロセスへの適用に限定されることなく、例えば、液晶表示素子、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＭＯＳ型、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（電子デバイス）の製造プロセスにも広く適用できる。

なお、上記の実施の形態の露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板ステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）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。また、明細書、特許請求の範囲、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２００７−２８９０９０号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。

Claims (49)

1. 複数のパルス光で物体を露光する露光方法であって、
   前記パルス光によって照明されるとともに複数の第１の光学要素を含む第１の光学デバイスからの光を複数の第２の光学要素を含む第２の光学デバイスへ導光し、前記第２の光学デバイスからの光で前記物体を露光するとともに；
   前記第２の光学デバイスの変換状態を制御する第１工程と；
   前記第１の光学デバイスと前記第２の光学デバイスとの間の所定面上における前記パルス光の強度分布を制御するために、前記第１の光学デバイスの変換状態を制御する第２工程と；
   を含み、
   前記第１工程は、前記パルス光が所定パルス数発光された後に、前記第２の光学デバイスの変換状態を第１状態から該第１状態とは異なる第２状態に切り換える工程を含み、
   前記第２工程は、前記パルス光が所定パルス数発光された後に、前記第１の光学デバイスの変換状態を第３状態から該第３状態とは異なる第４状態に切り換える工程を含むことを特徴とする露光方法。
2. 前記第１工程は、前記物体上に形成すべきパターンに応じて前記第２の光学デバイスの変換状態を制御する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第２工程は、前記第２の光学デバイスの変換状態に応じて前記第１の光学デバイスの変換状態を制御する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
4. 前記第２工程は、前記物体上に形成すべきパターンに応じて前記第１の光学デバイスの変換状態を制御する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の露光方法。
5. 前記パルス光が所定パルス数発光される毎に、前記第１工程における前記第２の光学デバイスの変換状態と、前記第２工程における前記第１の光学デバイスの変換状態とを、それぞれ切り換えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 前記第１工程は、前記パルス光が所定パルス数発光される毎に、前記第２の光学デバイスの変換状態を前記第１状態又は前記第２状態に切り換える工程を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法。
7. 前記第２工程は、前記パルス光が所定パルス数発光される毎に前記第１状態に対応して前記第１の光学デバイスの変換状態を前記第３状態に切り換える工程と、前記パルス光が所定パルス数発光される毎に前記第２状態に対応して前記第１の光学デバイスの変換状態を前記第４状態に切り換える工程とのうち、少なくとも１つの工程を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の露光方法。
8. 前記複数のパルス光のうち、第１パルス光によって照明される前記第１の光学デバイスからの光で前記第２の光学デバイスを照明し、該第２の光学デバイスからの光で前記物体を露光する工程と、
   前記第１パルス光を用いる場合に対して、前記第１および第２の光学デバイスのそれぞれの変換状態の少なくとも一方を切り換えて、
   前記複数のパルス光のうち、第２パルス光によって照明される前記第１の光学デバイスからの光で前記第２の光学デバイスを照明し、該第２の光学デバイスからの光で前記物体を露光する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
9. 前記所定面は、照明瞳面又は該照明瞳面と共役な面であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の露光方法。
10. 前記第２の光学デバイスに対して前記物体を所定方向に走査しながら前記物体を露光する工程を含み、
    前記第１工程は、前記物体の前記所定方向への走査に応じて、前記第２の光学デバイスの変換状態を制御する工程を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の露光方法。
11. 前記第２の光学デバイスに対して前記物体をステップ移動して、前記物体を露光する工程を含むことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の露光方法。
12. 前記第１工程は、前記物体上に形成すべきパターンのピッチおよび方向に応じて前記第２の光学デバイスの変換状態を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の露光方法。
13. 前記第２工程は、前記物体上に形成すべきパターンのピッチおよび方向に応じて、前記第２の光学デバイスへ入射させる前記パルス光の入射角度および入射方向を前記第１の光学デバイスによって制御する工程を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の露光方法。
14. 前記第１の光学デバイスは、前記所定面上における前記パルス光の強度分布を変えることで、前記第２の光学デバイスへ入射させる前記パルス光の入射角度および入射方向を制御することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の露光方法。
15. 前記複数の第１および第２の光学要素のうち、少なくとも一方の光学要素は反射要素であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
16. 前記複数の第２の光学要素は、前記パルス光を反射する反射面を有する反射要素であり、
    前記第１工程は、前記複数の第２の光学要素の各反射面の状態を、該反射面からの反射光が前記物体に入射する状態と、前記反射光が前記物体に入射しない状態とのいずれかに設定する工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
17. 前記複数の第１の光学要素は、前記パルス光を反射する反射面を有する反射要素であり、
    前記第２工程は、前記複数の第１の光学要素の各反射面の状態を、少なくとも一軸の周りの前記反射面の傾斜角が可変範囲内のいずれかの角度になるように設定する工程を含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の露光方法。
18. 前記複数の第１および第２の光学要素のうち、少なくとも一方の光学要素は透過要素であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
19. 前記複数の第１および第２の光学要素のうち、少なくとも一方の光学要素は位相要素であることを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の露光方法。
20. 前記第１の光学デバイスからの光を、前記第２の光学デバイスに略垂直に入射させる工程を含むことを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項に記載の露光方法。
21. 前記所定面を通過する光を重畳して前記第２の光学デバイスに照射させるオプティカルインテグレータを用いることを特徴とする請求項１から２０のいずれか一項に記載の露光方法。
22. 前記パルス光は、固体レーザ光源から発光されるパルス光であることを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項に記載の露光方法。
23. 前記第２の光学デバイスからの光を前記物体上に投影する投影光学系を用いることを特徴とする請求項１から２２のいずれか一項に記載の露光方法。
24. 複数のパルス光で被照射面を照明し、前記被照射面を介した前記複数のパルス光で物体を露光する露光装置であって、
    前記被照射面よりも上流に配置されて、複数の第１の光学要素を含む第１の光学デバイスを有する照明光学系と；
    前記被照射面またはその近傍に配置されて、複数の第２の光学要素を含む第２の光学デバイスと；
    前記第１の光学デバイスの変換状態および前記第２の光学デバイスの変換状態を制御する照明制御装置と；
    を備え、
    前記照明制御装置は、
    前記パルス光が所定パルス数発光された後に、前記第１の光学デバイスの変換状態を第１状態から該第１状態とは異なる第２状態に切り換え、且つ前記第２の光学デバイスの変換状態を第３状態から該第３状態とは異なる第４状態に切り換えることを特徴とする露光装置。
25. 前記照明制御装置は、
    前記物体上に形成すべきパターンに応じて前記第１の光学デバイスの変換状態を制御することを特徴とする請求項２４に記載の露光装置。
26. 前記照明制御装置は、
    前記第１の光学デバイスと前記第２の光学デバイスとの間の所定面上における前記パルス光の強度分布を制御するために、前記第１の光学デバイスの変換状態を制御することを特徴とする請求項２４または２５に記載の露光装置。
27. 前記照明制御装置は、
    前記第２の光学デバイスの変換状態に応じて前記第１の光学デバイスの変換状態を制御することを特徴とする請求項２４から２６のいずれか一項に記載の露光装置。
28. 前記照明制御装置は、
    前記物体上に形成すべきパターンに応じて前記第１の光学デバイスの変換状態を制御することを特徴とする請求項２４から２６のいずれか一項に記載の露光装置。
29. 前記照明制御装置は、
    前記パルス光が所定パルス数発光される毎に、前記第１の光学デバイスの変換状態および前記第２の光学デバイスの変換状態をそれぞれ切り換えることを特徴とする請求項２４から２８のいずれか一項に記載の露光装置。
30. 前記所定面は、前記照明光学系の照明瞳面または該照明瞳面と共役な面であることを特徴とする請求項２６に記載の露光装置。
31. 前記第２の光学デバイスに対して前記物体を所定方向に走査するステージ装置を備え、
    前記照明制御装置は、
    前記ステージ装置による前記物体の前記所定方向への走査に応じて、前記第２の光学デバイスの変換状態を制御することを特徴とする請求項２４から３０のいずれか一項に記載の露光装置。
32. 前記第２の光学デバイスに対して前記物体を交差する２方向にステップ移動するステージ装置を備え、
    前記照明制御装置は、
    前記ステージ装置によって前記物体がステップ移動する毎に、前記第２の光学デバイスから前記物体に向かう光で前記物体を露光することを特徴とする請求項２４から３０のいずれか一項に記載の露光装置。
33. 前記照明制御装置は、
    前記物体上に形成すべきパターンのピッチおよび方向に応じて、前記第１の光学デバイ
    スの変換状態または前記第２の光学デバイスの変換状態を制御することを特徴とする請求項２４から３２のいずれか一項に記載の露光装置。
34. 前記照明制御装置は、
    前記物体上に形成すべきパターンのピッチおよび方向に応じて、前記第２の光学デバイスへ入射させる前記パルス光の入射角度および入射方向を制御することを特徴とする請求項２４から３２のいずれか一項に記載の露光装置。
35. 前記照明制御装置は、
    前記第１の光学デバイスによって前記所定面上における前記パルス光の強度分布を変えることで、前記第２の光学デバイスへ入射させる前記パルス光の入射角度および入射方向を制御することを特徴とする請求項２６または３０に記載の露光装置。
36. 前記複数の第１および第２の光学要素のうち、少なくとも一方の光学要素は反射要素であることを特徴とする請求項２４から３５のいずれか一項に記載の露光装置。
37. 前記複数の第２の光学要素は、前記パルス光を反射する反射面を有する反射要素であり、
    前記第２の光学デバイスは、前記複数の第２の光学要素の各反射面の状態を、該反射面からの反射光が前記物体に入射する状態と、前記反射光が前記物体に入射しない状態とのいずれかに設定することを特徴とする請求項３６に記載の露光装置。
38. 前記複数の第１の光学要素は、前記パルス光を反射する反射面を有する反射要素であり、
    前記第１の光学デバイスは、前記複数の第１の光学要素の各反射面の状態を、少なくとも一軸の周りの前記反射面の傾斜角が可変範囲内のいずれかの角度になるように設定することを特徴とする請求項３６または３７に記載の露光装置。
39. 前記複数の第１および第２の光学要素のうち、少なくとも一方の光学要素は透過要素であることを特徴とする請求項２４から３５のいずれか一項に記載の露光装置。
40. 前記複数の第１および第２の光学要素のうち、少なくとも一方の光学要素は位相要素であることを特徴とする請求項２４から３５のいずれか一項に記載の露光装置。
41. 前記第２の光学デバイスにおける前記複数の第２の光学要素を有する面と、前記物体が配置される面とは互いに略平行に配置されることを特徴とする請求項２４から４０のいずれか一項に記載の露光装置。
42. 前記第２の光学デバイスと前記第１の光学デバイスとの間に配置されて、前記パルス光を前記第２の光学デバイスの前記複数の第２の光学要素に対して略垂直に入射させるための第１光学部材をさらに備えることを特徴とする請求項２４から４１のいずれか一項に記載の露光装置。
43. 前記第１光学部材は、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項４２に記載の露光装置。
44. 前記照明光学系は、
    前記パルス光で照明された前記第１の光学デバイスからの光で前記第２の光学デバイスを均一に照明するためのオプティカルインテグレータをさらに有することを特徴とする請求項２４から４３のいずれか一項に記載の露光装置。
45. 前記複数のパルス光を供給する光源部を備えることを特徴とする請求項２４から４４のいずれか一項に記載の露光装置。
46. 前記複数のパルス光を供給する固体レーザ光源を備えることを特徴とする請求項２４から４４のいずれか一項に記載の露光装置。
47. 前記第２の光学デバイスからの光を前記物体上に投影する投影光学系をさらに備えることを特徴とする請求項２４から４６のいずれか一項に記載の露光装置。
48. 請求項１から２３のいずれか一項に記載の露光方法を用いて物体を露光する工程と、
    前記露光された物体を処理する工程と、を含むデバイス製造方法。
49. リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
    前記リソグラフィ工程において、請求項２４から４７のいずれか一項に記載の露光装置を用いるデバイス製造方法。
    

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