JP5811362B2 - 露光用パターンの生成方法、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光学要素を有する空間光変調器の駆動方法、空間光変調器を用いる露光用パターンの生成方法、空間光変調器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（電子デバイス又はマイクロデバイス）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基板の各ショット領域に形成するために、ステッパー等の一括露光型の露光装置、又はスキャニングステッパー等の走査露光型の露光装置等が使用されている。

最近では、複数種類のデバイス毎に、さらに基板の複数のレイヤ毎にそれぞれマスクを用意することによる製造コストの増大を抑制し、各デバイスを効率的に製造するために、マスクの代わりに、それぞれ傾斜角が可変の多数の微小ミラーのアレイを有する空間光変調器(spatial light modulators: SLM)を用いて、投影光学系の物体面に可変のパターンを生成するいわゆるマスクレス方式の露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、空間光変調器としては、入射する光の位相分布を制御するために、それぞれ反射面の高さが制御可能な多数の微小ミラーのアレイを有するタイプも提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

国際公開第２００９／０６０７４５号パンフレット

Yijian Chen et al., "Design and fabrication of tilting and piston micromirrors for maskless lithography," Proc. of SPIE (米国) Vol. 5751, pp.1023-1037 (2005)

従来の空間光変調器を用いて基板上にパターンを形成する場合には、空間光変調器の各微小ミラー（光学要素）の像を最小単位としてそのパターンが形成されていた。そのため、例えば微小ミラーの像の幅よりも微細な位置精度でそのパターンの位置を設定することが困難であるとともに、微小ミラーの像の幅の非整数倍のピッチを持つライン・アンド・スペースパターンを形成することも困難であった。

本発明の態様は、このような事情に鑑み、複数の光学要素のアレイを有する空間光変調器を用いて物体にパターンを投影（形成）する際に、その光学要素の像の幅よりも微細な位置精度又は形状精度でパターンを形成することを目的とする。

本発明による露光方法は、所定面内に配置された複数の光学要素と投影光学系とを介した光で物体を露光する露光方法であって、その所定面における第１領域内の複数のその光学要素を第１の状態に設定して、その第１の状態の複数のその光学要素からの光を第１の位相でその投影光学系に入射させることと、その第１領域の第１方向側に位置する第２領域内の複数のその光学要素を第２の状態に設定して、その第２の状態の複数のその光学要素からの光をその第１の位相とは異なる第２の位相でその投影光学系に入射させることと、その第１領域とその第２領域との間の第３領域内の複数の光学要素のうちその第１方向に交差する第２方向で所定間隔離れた第１及び第２光学要素をその第１の状態に設定することと、その第３領域内でその第１光学要素とその第２光学要素との間に位置する第３光学要素をその第２の状態に設定することと、を含み、その投影光学系の投影倍率とその所定間隔とを乗じた値は、その投影光学系の解像度よりも小さい露光方法である。
また、本発明による露光装置は、露光光で投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、その投影光学系の物体面側の所定面に配置されて、それぞれその露光光をその投影光学系に導くように制御可能な複数の光学要素を有する空間光変調器と、その空間光変調器の複数のその光学要素を駆動する制御装置と、を備え、その制御装置は、その所定面における第１領域内の複数のその光学要素を第１の状態に設定し、その第１領域の第１方向側に位置する第２領域内の複数のその光学要素をその第１の状態と異なる第２の状態に設定し、その第１領域とその第２領域との間の第３領域内の複数の光学要素のうちその第１方向と交差するその第２方向で所定間隔離れた第１及び第２光学要素をその第１の状態に設定し、その第３領域内でその第１光学要素とその第２光学要素との間に位置する第３光学要素をその第２の状態に設定し、その投影光学系の投影倍率とその所定間隔とを乗じた値は、その投影光学系の解像度よりも小さい露光装置である。
また、本発明による露光用パターンの生成方法は、投影光学系を用いて基板を露光するときに用いられ、グリッド状に配列された複数の区画を備える露光用パターンの生成方法であって、その複数の区画のうちの第１領域内の複数のその区画を第１の状態に設定し、その第１領域の第１方向側に位置する第２領域内の複数のその区画をその第１の状態と異なる第２の状態に設定することと、その第１領域とその第２領域との間の第３領域内にその第２方向で所定間隔離れて配列された複数のその区画をその第１の状態又はその第２の状態に設定することと、を含み、その第１の状態に設定されたその区画からの光は、第１の位相でその投影光学系に入射し、その第２の状態に設定されたその区画からの光は、その第１の位相とは異なる第２の位相でその投影光学系に入射し、その投影光学系の投影倍率とその所定間隔とを乗じた値は、その投影光学系の解像度よりも小さい露光用パターンの生成方法である。
また、本明細書には以下の発明の態様も記載されている。
本発明の第１の態様によれば、それぞれ光を投影光学系に導くことが可能な複数の光学要素のアレイを有する空間光変調器の駆動方法が提供される。この駆動方法は、第１領域内の複数の光学要素を第１の状態に設定し、第１方向にその第１領域に隣接する第２領域内の複数の光学要素をその第１の状態と異なる第２の状態に設定し、その第１領域とその第２領域との間のその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１境界領域内にその第２方向にその投影光学系の解像限界を超えるピッチで配列された複数の光学要素を、その第１の状態又はその第２の状態に設定するものである。

また、第２の態様によれば、露光光で複数の光学要素のアレイを有する空間光変調器及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、第１の態様の空間光変調器の駆動方法によって複数の光学要素の少なくとも一部をその第１の状態又はその第２の状態に設定し、その露光光でその第１の状態又はその第２の状態に設定された複数の光学素子及びその投影光学系を介して形成される空間像でその基板を露光する、ものである。

また、第３の態様によれば、露光光で投影光学系を介して基板を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、その投影光学系の物体面側に配置されて、それぞれその露光光をその投影光学系に導くように制御可能な複数の光学要素のアレイを有する空間光変調器と、その空間光変調器の複数の光学要素を駆動する制御装置と、を備え、その制御装置は、その基板上にその投影光学系を介して形成される空間像に応じて、第１領域内の複数の光学要素を第１の状態に設定し、第１方向にその第１領域に隣接する第２領域内の複数の光学要素をその第１の状態と異なる第２の状態に設定し、その第１領域とその第２領域との間のその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１境界領域内にその第２方向にその投影光学系の解像限界を超えるピッチで配列された複数の光学要素を、その第１の状態又はその第２の状態に設定するものである。

また、第４の態様によれば、それぞれ光を投影光学系に導くことが可能な複数の光学要素のアレイを有する空間光変調器の第１領域内の複数のその光学要素を第１の状態に設定し、第１方向にその第１領域に隣接する第２領域内の複数のその光学要素をその第１の状態と異なる第２の状態に設定し、その第１領域とその第２領域との間のその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１境界領域内にその第２方向にその投影光学系の解像限界を超えるピッチで配列された複数のその光学要素をその第１の状態又はその第２の状態に設定する露光用パターンの生成方法が提供される。
また、第５の態様によれば、投影光学系を用いて基板を露光するときに用いられ、グリッド状に配列された複数の区画を備える露光用パターンの生成方法であって、その複数の区画のうちの第１領域内の複数の区画を第１の状態に設定し、第１方向にその第１領域に隣接する第２領域内の複数の区画をその第１の状態と異なる第２の状態に設定し、その第１領域とその第２領域との間のその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１境界領域内に前記第２方向にその投影光学系の解像限界を超えるピッチで配列された複数の区画を前記第１の状態又は前記第２の状態に設定する露光用パターンの生成方法が提供される。
また、第６の態様によれば、第２の態様の露光方法又は第３の態様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、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、空間光変調器において、その第１領域とその第２領域との第１境界領域内にその第２方向にその投影光学系の解像限界を超えるピッチで配列された複数の光学要素を、その第１の状態又はその第２の状態に設定することによって、その第１領域とその第２領域との境界部の像の位置が、その第１方向にその光学要素の像の幅よりも微細な精度で制御できる。従って、複数の光学要素のアレイを有する空間光変調器を用いて物体にパターンを投影（形成）する際に、その光学要素の像の幅よりも微細な位置精度又は形状精度でパターンを形成できる。

第１の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）は図１中の空間光変調器２８の一部を示す拡大斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。 （Ａ）は走査露光時のウエハのショット領域を示す図、（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。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ空間光変調器２８によって設定される反射光の位相分布の例を示す部分拡大平面図、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）の位相分布に対応する空間像の強度分布を示す図、（Ｇ）はその空間像に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｈ）は比較例のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）はＬ＆Ｓパターンを形成するために空間光変調器で設定される反射光の位相分布の一例を示す部分拡大平面図、（Ｂ）は図６（Ａ）と等価な位相分布を示す拡大平面図である。 （Ａ）は図６（Ａ）の位相分布に対応する空間像の強度分布を示す図、（Ｂ）はその空間像に対応するレジストパターンを示す拡大図である。 空間光変調器を駆動しながら露光する動作の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は第１変形例の空間光変調器で設定される反射光の位相分布の一例を示す拡大平面図、（Ｂ）は図８（Ａ）と等価な位相分布を示す拡大平面図である。 第２変形例の露光装置の概略構成を示す図である。 第２の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。 （Ａ）は空間光変調器で設定する位相分布の一例を示す部分拡大図、（Ｂ）は図１１（Ａ）の位相分布に対して使用される瞳フィルター７４を示す図、（Ｃ）は瞳フィルターの別の構成例を示す図、（Ｄ）は形成されるパターンの一例を示す拡大図、（Ｅ）は瞳フィルターがないときに形成されるパターンの一例を示す拡大図である。 （Ａ）は位相分布の他の例を示す図、（Ｂ）は位相分布中の補助パターン要素の長さと形成されるパターンのシフト量との関係の一例を示す図である。 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〜図７を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るマスクレス方式の露光装置ＥＸの概略構成を示す。図１において、露光装置ＥＸは、パルス発光を行う露光用の光源２と、光源２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、ほぼ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高さが可変の微小ミラーである多数のミラー要素３０を備えた空間光変調器２８と、空間光変調器２８を駆動する変調制御部４８とを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、多数のミラー要素３０によって生成された反射型の可変の凹凸パターン（可変の位相分布を持つマスクパターン）で反射された照明光ＩＬを受光して、その凹凸パターン（位相分布）に対応して形成される空間像（デバイスパターン）をウエハＷ（基板）の表面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、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系４０と、各種制御系等とを備えている。

以下、図１において、ウエハステージＷＳＴの底面（不図示のガイド面に平行な面）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軸を設定して説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの角度をそれぞれθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向の角度とも呼ぶ。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。

光源２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２として、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源、パルス点灯される発光ダイオード、又はＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（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等も使用できる。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２には電源部４２が連結されている。主制御系４０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を電源部４２に供給する。その発光トリガパルスＴＰに同期して電源部４２は、指示されたタイミング及び光量で光源２にパルス発光を行わせる。
光源２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対のレンズよりなるビームエキスパンダ４、照明光ＩＬの偏光状態を制御する偏光制御光学系６及びミラー８Ａを介して、Ｙ軸に平行に、複数の回折光学素子（diffractive optical element）１０Ａ，１０Ｂ等から選択された回折光学素子（図１では回折光学素子１０Ａ）に入射する。偏光制御光学系６は、例えば照明光ＩＬの偏光方向を回転する１／２波長板、照明光ＩＬを円偏光に変換するための１／４波長板、及び照明光ＩＬ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プリズム等を交換可能に設置可能な光学系である。

回折光学素子１０Ａ，１０Ｂ等は、回転板１２の周縁部にほぼ等角度間隔で固定されている。主制御系４０が駆動部１２ａを介して回転板１２の角度を制御して、照明条件に応じて選択された回折光学素子を照明光ＩＬの光路上に設置する。選択された回折光学素子で回折された照明光ＩＬは、レンズ１４ａ，１４ｂよりなるリレー光学系１４によってマイクロレンズアレイ１６の入射面に導かれる。マイクロレンズアレイ１６に入射した照明光ＩＬは、マイクロレンズアレイ１６を構成する多数の微小なレンズエレメントによって二次元的に分割され、各レンズエレメントの後側焦点面である照明光学系ＩＬＳの瞳面（照明瞳面ＩＰＰ）には二次光源（面光源）が形成される。

一例として、回折光学素子１０Ａは通常照明用であり、回折光学素子１０Ｂは、小さいコヒーレンスファクター（σ値）の照明光を生成する小σ照明用であり、その他に、２極照明用、４極照明用、及び輪帯照明用等の回折光学素子（不図示）も備えられている。なお、複数の回折光学素子１０Ａ，１０Ｂ等の代わりに、それぞれ傾斜角が可変の多数の微小ミラーのアレイを有する空間光変調器を使用してもよく、マイクロレンズアレイ１６の代わりにフライアイレンズ等も使用可能である。

照明瞳面ＩＰＰ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１８、視野絞り２０、光路を−Ｚ方向に折り曲げるミラー８Ｂ、第２リレーレンズ２２、コンデンサ光学系２４、及びミラー８Ｃを介して、ＸＹ平面に平行な被照射面（設計上の転写用のパターンが配置される面）にθｘ方向に平均的な入射角αで入射する。言い換えると、その被照射面に対して照明光学系ＩＬＳの光軸ＡＸＩはθｘ方向に入射角αで交差している。入射角αは例えば数ｄｅｇ（°）から数１０ｄｅｇである。その被照射面又はその近傍の面に、空間光変調器２８の２次元のアレイ状に配列された多数のミラー要素３０の電源オフ時の反射面が配置される。ビームエキスパンダ４からコンデンサ光学系２４及びミラー８Ｃ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からの照明光ＩＬは、空間光変調器２８の多数のミラー要素３０のアレイ上のＸ方向に細長い長方形状の照明領域２６Ａをほぼ均一な照度分布で照明する。多数のミラー要素３０は、照明領域２６Ａを含む長方形の領域にＸ方向及びＹ方向に所定ピッチで配列されている。照明光学系ＩＬＳ及び空間光変調器２８は、不図示のフレームに支持されている。

図２（Ａ）は、図１中の空間光変調器２８の反射面の一部を示す拡大斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。図２（Ａ）において、空間光変調器２８の反射面には、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれピッチ（周期）ｐｘ及びｐｙで、多数のミラー要素３０が配列されている。ミラー要素３０のＸ方向及びＹ方向の幅は、それぞれピッチｐｘ及びｐｙとほぼ等しいとみなすことができる。一例としてミラー要素３０は正方形であり、ピッチｐｘ，ｐｙは互いに等しい。なお、ミラー要素３０は長方形等でもよく、ピッチｐｘ，ｐｙは互いに異なってもよい。

その反射面において、Ｘ方向にｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｉ）及びＹ方向にｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｊ）の位置Ｐ（ｉ，ｊ）にそれぞれミラー要素３０が配置されている。一例として、ミラー要素３０のＹ方向（ウエハＷの走査方向に対応する方向）の配列数Ｊは数１００〜数１０００であり、Ｘ方向の配列数Ｉは配列数Ｊの数倍〜数１０倍である。また、ミラー要素３０の配列のピッチｐｘ（＝ｐｙ）は例えば１０μｍ〜１μｍ程度である。

また、空間光変調器２８は、多数のミラー要素３０と、各ミラー要素３０をそれぞれ可撓性（弾性）を持つヒンジ部３５（図２（Ｂ）参照）を介して支持するベース部材３２とを備えている。
図２（Ｂ）において、ベース部材３２は、例えばシリコンよりなる平板状の基材３２Ａと、基材３２Ａの表面に形成された窒化ケイ素（例えばＳｉ₃Ｎ₄）等の絶縁層３２Ｂとから構成されている。また、ベース部材３２の表面にＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチで支持部３４が形成され、隣接するＹ方向の支持部３４の間に、弾性変形によってＺ方向に可撓性を持つ１対の２段のヒンジ部３５を介して、ミラー要素３０の裏面側の凸部が支持されている。支持部３４、ヒンジ部３５、及びミラー要素３０は例えばポリシリコンから一体的に形成されている。ミラー要素３０の反射面（表面）には、反射率を高めるために金属（例えばアルミニウム等）の薄膜よりなる反射膜３１が形成されている。

また、ミラー要素３０の底面側のベース部材３２の表面に電極３６Ａが形成され、電極３６Ａに対向するようにヒンジ部３５の底面に電極３６Ｂが形成されている。ベース部材３２の表面及び支持部３４の側面には、ミラー要素３０毎に対応する電極３６Ａ，３６Ｂ間に所定の電圧を印加するための信号ライン（不図示）がマトリックス状に設けられている。この場合、電源オフ状態又は電源オン状態で電極３６Ａ，３６Ｂ間に電圧が印加されていない状態（第１の状態）では、照明光ＩＬ２が入射している位置Ｐ（ｉ，ｊ−１）のミラー要素３０で示すように、ミラー要素３０の反射面は、ＸＹ平面に平行な平面である基準平面Ａ１に合致している。一方、電源オン時で電極３６Ａ，３６Ｂ間に所定の電圧が印加されている状態（第２の状態）では、照明光ＩＬ１が入射している位置Ｐ（ｉ，ｊ）のミラー要素３０で示すように、ミラー要素３０の反射面は、ＸＹ平面に平行で基準平面Ａ１からＺ方向に間隔ｄ１だけ変位した平面Ａ２に合致している。図１の変調制御部４８が、主制御系４０から設定される照明光ＩＬの位相分布（凹凸パターン）の情報に応じて、位置Ｐ（ｉ，ｊ）のミラー要素３０毎の電極３６Ａ，３６Ｂ間の電圧を制御する。各ミラー要素３０は、その第１の状態又はその第２の状態のいずれかに設定される。

このような微小な立体構造の空間光変調器２８は、例えば背景技術で引用した非特許文献１に記載されているように、ＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム）技術を用いて製造することが可能である。空間光変調器２８の各ミラー要素３０は、平行移動によって第１の状態又は第２の状態に設定できればよいだけであるため、ミラー要素３０の小型化及びミラー要素３０の配列数の増大が容易である。

また、各ミラー要素３０の反射面が基準平面Ａ１に合致している状態（第１の状態）で、当該ミラー要素３０によって反射される照明光ＩＬの位相の変化量を第１の位相δ１とすると、本実施形態では位相δ１は０°である。また、各ミラー要素３０の反射面が基準平面Ａ１から間隔ｄ１だけ変位した平面Ａ２に合致している状態（第２の状態）で、当該ミラー要素３０で反射される照明光ＩＬの位相の変化量を第２の位相δ２とすると、位相δ２は位相δ１に対して１８０°（π（ｒａｄ））異なっている。すなわち、以下の関係が成立する。ただし、空間光変調器２８の製造誤差及び変調制御部４８による駆動誤差等を考慮して、位相δ２は、以下の式に対して数ｄｅｇ（°）程度の誤差は許容される。

δ１＝０°…（１Ａ）， δ２＝１８０°＝π（ｒａｄ） …（１Ｂ）
なお、以下では、単位のない位相はｒａｄを意味する。また、位置Ｐ（ｉ，ｊ）のミラー要素３０の反射面が基準平面Ａ１に合致しているときの点線で示す反射光Ｂ１の波面の位相の変化量と、その反射面が間隔ｄ１の平面Ａ２に合致しているときの反射光Ｂ２の波面の位相の変化量との差分が第２の位相δ２である。一例として、入射角αを０°として、ミラー要素３０の反射面に入射する照明光ＩＬ１の波長をλ（ここではλ＝１９３ｎｍ）とすると、間隔ｄ１は次のようになる。

ｄ１＝λ／４ …（２）
図２（Ａ）において、空間光変調器２８の各ミラー要素３０はそれぞれ入射する照明光ＩＬの位相を０°変化させて反射する第１の状態、又は入射する照明光ＩＬの位相を１８０°変化させて反射する第２の状態に制御される。以下では、その第１の状態に設定されたミラー要素３０を位相０のミラー要素、その第２の状態に設定されたミラー要素３０を位相πのミラー要素とも呼ぶこととする。

一例として、所定パルス数の照明光ＩＬの発光毎に、主制御系４０が変調制御部４８に、空間光変調器２８によって設定される照明光ＩＬの位相分布（凹凸パターン）の情報を供給する。これに応じて変調制御部４８が空間光変調器２８の各ミラー要素３０を位相０又は位相πに制御する。ウエハＷの表面にはその位相分布に応じた空間像が形成される。
図１において、空間光変調器２８の照明領域２６Ａ内の多数のミラー要素３０のアレイで反射された照明光ＩＬは、平均的な入射角αで投影光学系ＰＬに入射する。不図示のコラムに支持された光軸ＡＸＷを持つ投影光学系ＰＬは、空間光変調器２８（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。投影光学系ＰＬは、空間光変調器２８によって設定される照明光ＩＬの位相分布に応じた空間像の縮小像を、ウエハＷの１つのショット領域内の露光領域２６Ｂ（照明領域２６Ａと光学的に共役な領域）に形成する。投影光学系ＰＬの投影倍率βは例えば１／１０〜１／１００程度である。投影光学系ＰＬの像面側の開口数をＮＡ、照明光ＩＬの波長をλとして、照明条件を通常照明とすると、投影光学系ＰＬの解像度Ｒｅ（周期的パターンのピッチ又は線幅の２倍で表した解像限界）は、次のようになる。

Ｒｅ＝λ／ＮＡ …（３）
一例として、解像度Ｒｅは、空間光変調器２８のミラー要素３０の像の幅（β・ｐｙ）の１倍〜数倍程度である。例えば、ミラー要素３０の大きさ（配列のピッチ）が数μｍ程度、投影光学系ＰＬの投影倍率βが１／１００程度であれば、解像度Ｒｅは数１０ｎｍ〜その数倍程度である。ウエハＷ（基板）は、例えばシリコン又はＳＯＩ(silicon on insulator)等の円形の平板状の基材の表面に、フォトレジスト（感光材料）を数１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで塗布したものを含む。

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２８の多数のミラー要素３０の反射面とウエハＷの露光面（フォトレジストの表面）とをほぼ平行に配置できる。従って、露光装置の設計・製造が容易である。
また、露光装置ＥＸが液浸型である場合には、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書に開示されているように、投影光学系ＰＬの先端の光学部材とウエハＷとの間に照明光ＩＬを透過する液体（例えば純水）を供給して回収する局所液浸装置が設けられる。液浸型の場合には開口数ＮＡを１より大きくできるため、解像度をさらに高めることができる。

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の上面に吸着保持され、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θｚ方向の回転角等はレーザ干渉計４５によって形成され、この計測情報がステージ制御系４４に供給されている。ステージ制御系４４は、主制御系４０からの制御情報及びレーザ干渉計４５からの計測情報に基づいて、リニアモータ等の駆動系４６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。

ウエハＷの露光時には、基本的な動作として、ウエハＷのアライメントを行った後、照明光学系ＩＬＳの照明条件を設定する。また、主制御系４０から変調制御部４８に、ウエハＷの各ショット領域に露光されるパターンに対応する位相分布の情報が供給される。そして、例えば図３（Ａ）に示すウエハＷの表面で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する。その後、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３（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２６Ｂの相対的な移動方向を示している。

次に、主制御系４０は、露光領域２６Ｂに対するウエハＷのショット領域ＳＡ２１の相対位置の情報を変調制御部４８に供給し、その相対位置に応じて変調制御部４８は、転写対象の部分位相分布を読み出し、読み出した部分位相分布を空間光変調器２８で設定する。そして、主制御系４０が電源部４２に発光トリガパルスＴＰを供給することによって、ウエハＷ上の露光領域２６Ｂには、Ｙ方向の位置に応じて目標とする空間像が露光される。この動作は、ウエハＷが所定量移動する毎に、かつショット領域ＳＡ２１が露光領域２６Ｂを横切るまで繰り返される。

その後、ウエハＷのショット領域ＳＡ２１に隣接するショット領域ＳＡ２２に露光するために、ウエハＷを同じ方向に走査したまま、主制御系４０は、変調制御部４８に露光領域２６Ｂに対するショット領域ＳＡ２２の相対位置の情報を供給するとともに、電源部４２に発光トリガパルスＴＰを供給する。このようにして、マスクレス方式で、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。そして、図３（Ａ）のウエハＷ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、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向（走査方向に直交する非走査方向）にステップ移動する。そして、点線で示す露光領域２６Ｂに対するウエハＷの走査方向を逆の−Ｙ方向に設定し、主制御系４０から変調制御部４８に露光領域２６Ｂに対するショット領域ＳＡ３１等の相対位置の情報を供給し、電源部４２に発光トリガパルスＴＰを供給する。これによって、ショット領域ＳＡ３２からＳＡ３１にかけて連続的に露光を行うことができる。この露光に際して、ショット領域ＳＡ２１，ＳＡ２２等に互いに異なる空間像を露光することも可能である。その後、ウエハＷのフォトレジストの現像を行うことで、ウエハＷの各ショット領域に回路パターンに対応するレジストパターンが形成される。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、空間光変調器２８のミラー要素３０の像の幅よりも微細な位置精度及び／又は形状精度でパターンを形成する動作につき説明する。初めに、ウエハＷの表面に、Ｘ方向に伸びた孤立的なラインパターンを形成するものとする。この場合の照明光学系ＩＬＳの照明条件は、例えばσ値が０．０５程度の小σ照明で、照明光ＩＬの偏光方向がウエハＷ上でＸ方向（ラインパターンの長手方向）になるように設定される。

まず、ウエハＷの表面に形成されるラインパターンの中心が、複数のミラー要素３０の像の境界線上にあるものとする。この場合、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの位相分布は、図４（Ａ）の部分拡大平面図で示すように、Ｙ方向に複数列（例えば４列以上）でＸ方向に複数行（例えば１５行以上）のミラー要素３０を含む矩形の第１領域３７Ａ内で各ミラー要素３０が第１の状態（位相０）となり、第１領域３７ＡにＹ方向に隣接し、第１領域３７Ａとほぼ同じ大きさの矩形の第２領域３７Ｂ内で各ミラー要素３０が第２の状態（位相π）となる分布に設定される。ミラー要素３０のＸ方向、Ｙ方向の配列のピッチはｐｘ及びｐｙ（ここではｐｘ＝ｐｙ）である。なお、図４（Ａ）及び後述の図４（Ｂ）等では、第２の状態（位相π）のミラー要素３０にはハッチングを施している。

図４（Ａ）の位相分布の照明光ＩＬによってウエハＷの例えばポジ型のフォトレジスト層に投影される空間像のＹ方向の強度分布ＩＮＴは、図４（Ｄ）に示すように、図４（Ａ）の第１領域３７Ａと第２領域３７Ｂとの境界線３７Ｂａと共役な中心線６０ａを中心とする部分で低レベル（感光レベルより低いレベル）となり、その両側で高レベル（感光レベルを超えるレベル）となる。従って、そのフォトレジスト層を現像すると、図４（Ｇ）に示すように、Ｙ方向に所定幅でＸ方向に細長いレジストパターンよりなるラインパターン６０が得られる。

次に、ウエハＷの表面に形成されるラインパターンの中心を、ミラー要素３０の像の幅よりも狭い幅だけＹ方向にシフトさせて、そのラインパターンの中心をＹ方向にミラー要素３０の像の幅よりも微細な位置精度で設定するものとする。この場合、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの位相分布は、図４（Ｂ）の部分拡大平面図で示すように、始めに第１領域３７Ａ内のミラー要素３０が第１の状態（位相０）に、第２領域３７Ｂ内のミラー要素３０が第２の状態（位相π）に設定される。さらに、第１領域３７Ａと第２領域３７Ｂとの間のＸ方向に伸びる１列の複数のミラー要素３０よりなる境界領域３８において、ピッチ（周期）Ｐで配列された複数のミラー要素３０よりなる複数の補助パターン要素３９Ａがそれぞれ第２の状態（位相π）に設定される。

図４（Ｂ）において、ピッチＰはミラー要素３０のＸ方向の配列のピッチｐｘの２倍以上の整数倍であり、境界領域３８のＹ方向の幅Ｄは、ミラー要素３０のＹ方向の配列のピッチｐｙと等しい。なお、境界領域３８のＹ方向の幅Ｄも、ピッチｐｙの２倍以上の整数倍としてもよい。また、境界領域３８内で１ピッチ内に配列される補助パターン要素３９ＡのＸ方向の幅Ｌはピッチｐｘの整数倍であり、図４（Ｂ）では、幅Ｌはｐｘである。１以上の整数ｍ１、整数ｍ１よりも大きい整数ｍ２を用いると、幅ＬとピッチＰとの関係は次のようになる。なお、図４（Ｂ）の例では、ｍ１＝１，ｍ２＝５である。

Ｌ＝ｍ１・ｐｘ＜Ｐ＝ｍ２・ｐｘ …（４）
本実施形態では、境界領域３８内の補助パターン要素３９Ａの像がＸ方向に解像されないようにする。即ち、ウエハＷの表面に形成される空間像の強度分布がＸ方向には一定であるようにする。このため、境界領域３８の補助パターン要素３９Ａの投影光学系ＰＬによる像の配列のピッチβ・Ｐ（βは投影倍率）は、式（３）で表される投影光学系ＰＬの解像度Ｒｅ（ここではピッチで表した解像限界）よりも微細に設定されている。このとき、投影光学系ＰＬの像面側の開口数ＮＡ、照明光ＩＬの波長λ、及び式（３）を用いて次の関係が成立している。

β・Ｐ＜λ／ＮＡ …（５Ａ）， 即ち Ｐ＜λ／（β・ＮＡ） …（５Ｂ）
一例として、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝１．３５（液浸法の適用時）、β＝１／１００とすると、式（５Ｂ）の右辺は１４．２μｍとなる。従って、境界領域３８内の補助パターン要素３９Ａの配列のピッチＰはほぼ１４μｍよりも小さく設定すれば、補助パターン要素３９Ａから±Ｘ方向に射出される±１次回折光は、投影光学系ＰＬの開口絞りで遮光されて結像には寄与しなくなる。例えばミラー要素３０のピッチｐｘが２．４μｍであれば、ピッチＰをピッチｐｘの５倍、即ち１２μｍに設定すればよい。

式（５Ａ）又は（５Ｂ）が満たされている場合には、図４（Ｂ）の位相分布の照明光ＩＬによってウエハＷの例えばポジ型のフォトレジスト層に投影される空間像のＹ方向の強度分布ＩＮＴは、図４（Ｅ）の実線の分布Ｃ２になる。その分布Ｃ２のＸ方向の強度分布は一様である。図４（Ｅ）において、点線の分布Ｃ１は、図４（Ａ）の位相分布に対応する強度分布であり、分布Ｃ２のＹ方向の中心線６０ｂは、分布Ｃ１の中心線６０ａよりも−Ｙ方向にδＹだけシフトしている。分布Ｃ２の中心線６０ｂは、図４（Ｂ）の第２領域３７Ｂ及び補助パターン要素３９Ａを含む領域の境界線３７Ｂｂの像に対応している。

図４（Ｂ）の境界領域３８のＹ方向の幅Ｄ、補助パターン要素３９ＡのＸ方向の配列のピッチＰ、補助パターン要素３９ＡのＸ方向の幅Ｌ、及び投影倍率βを用いると、空間像の中心線６０ｂの中心線６０ａに対するＹ方向のシフト量δＹは次のようになる。
δＹ＝β・Ｄ・Ｌ／Ｐ …（６Ａ）
式（６Ａ）に式（４）のＬ，Ｐを代入し、幅Ｄをｐｙとすると、整数ｍ１，ｍ２（ｍ１＜ｍ２）を用いて、シフト量δＹは次のようにミラー要素３０の像の幅の（ｍ１／ｍ２）となる。

δＹ＝β・ｐｙ・ｍ１／ｍ２ …（６Ｂ）
また、シフト量δＹに対応する投影光学系ＰＬの物体面上でのシフト量δＳｙ、即ちミラー要素３０の配置面における図４（Ａ）の境界線３７ＢａのＹ方向への仮想的な移動量は、次のようになる。
δＳｙ＝Ｄ・Ｌ／Ｐ …（６Ｃ）
逆に、像面上でのラインパターンのＹ方向のシフト量δＹ、又は物体面上での移動量δＳｙが指定されたときには、例えば変調制御部４８は、それに対応する境界領域３８内の補助パターン要素３９ＡのＸ方向の幅Ｌを、式（６Ａ）又は（６Ｃ）を変形した次式から計算できる。なお、以下の式（６Ｄ）及び（６Ｅ）の右辺がピッチｐｙ（ここではｐｘと等しい）の整数倍でないときには、その右辺の値に最も近いピッチｐｘの整数倍を幅Ｌとすればよい。

Ｌ＝δＹ・Ｐ／（Ｄ・β） …（６Ｄ） 又は Ｌ＝δＳｙ・Ｐ／Ｄ …（６Ｅ）
図４（Ｂ）の場合には、ｍ１＝１，ｍ２＝５であるため、式（６Ｂ）より図４（Ｅ）のシフト量δＹは、δＹ＝δｄ１＝β・ｐｙ／５ となる。従って、図４（Ｅ）の空間像で露光されたフォトレジスト層を現像すると、図４（Ｇ）に示すように、図４（Ａ）の位相分布に対応するラインパターン６０に対して−Ｙ方向にδｄ１（ミラー要素３０の像の幅の１／５）だけシフトしたラインパターン６０Ａが得られる。

また、ラインパターンのＹ方向へのシフト量を大きくするためには、図４（Ｃ）に示すように、境界領域３８内にピッチＰで配列される位相πの補助パターン要素３９Ａ〜３９Ｄの１ピッチ内のＸ方向の幅Ｌを大きくすればよい。図４（Ｃ）では、１ピッチ内の補助パターン要素３９Ａ〜３９Ｄの個数は４（ｍ１＝４）であるため、図４（Ｃ）の位相分布に対応するウエハＷ上の空間像の強度分布ＩＮＴは、図４（Ｆ）の分布Ｃ３で示すように、分布Ｃ１に対して−Ｙ方向にδｄ２（＝β・４ｐｙ／５）だけシフトした分布Ｃ３となる。従って、図４（Ｆ）の空間像で露光されたフォトレジスト層を現像すると、図４（Ｇ）に示すように、ラインパターン６０に対して−Ｙ方向にδｄ２（ミラー要素３０の像の幅の４／５）だけシフトしたラインパターン６０Ｂが得られる。

このように、本実施形態によれば、孤立的なライン状の空間像、ひいてはレジストパターンのラインパターンの位置を、ミラー要素３０の像の幅よりも微細な位置精度で設定することができる。
ここで、境界領域３８内の補助パターン要素３９Ａ等のＸ方向の配列のピッチＰが式（５Ｂ）を満たさない状態、即ち、補助パターン要素３９Ａ等の像が投影光学系ＰＬでＸ方向に解像される状態を考える。この場合には、最終的に得られるラインパターンは、図４（Ｈ）に示すようにＸ方向にピッチβ・Ｐで変動するようになるため、好ましくない。

次に、ウエハＷの表面に、Ｘ方向に伸びたラインパターンをＹ方向にミラー要素３０の像の幅の非整数倍のピッチで配列したライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという。）を形成するものとする。この場合の照明条件も、例えばσ値が０．０５程度の小σ照明に設定され、偏光条件も、照明光ＩＬの偏光方向がウエハＷ上でＸ方向（ラインパターンの長手方向）になるように設定される。

まず、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイを、図５（Ａ）の部分拡大平面図で示すように、Ｙ方向に６列でＸ方向に複数行（例えば１９行以上）のミラー要素３０を含む複数の第１領域３７Ｃと、これらの複数の第１領域３７Ｃの間に配列されて、Ｙ方向に５列でＸ方向に複数行（例えば１９行以上）のミラー要素３０を含む複数の第２領域３７Ｄとに分ける。そして、各ミラー要素３０の位相分布を、複数の第１領域３７Ｃ内のミラー要素３０が第１の状態（位相０）となり、複数の第２の領域３７Ｄ内のミラー要素３０が第２の状態（位相π）となる分布に設定する。

さらに、複数の第１領域３７Ｃと複数の第２領域３７Ｄとの間のそれぞれＸ方向に伸びる１列の複数のミラー要素３０よりなる境界領域３８Ａにおいて、ピッチ（周期）Ｐで配列された複数のミラー要素３０よりなる複数の補助パターン要素３９Ｅをそれぞれ第２の状態（位相π）に設定する。境界領域３８Ａ内で１ピッチ内に配列される補助パターン要素３９ＥのＸ方向の幅Ｌはピッチｐｘの整数倍であり、１以上の整数ｍ１及びｍ２（ｍ１＜ｍ２）を用いて、幅Ｌ及びピッチＰは上記の式（４）の関係を満たしている。図５（Ａ）の例では、ｍ１＝１，ｍ２＝２であり、Ｌ＝ｐｘ，Ｐ＝２ｐｘである。

この場合にも、境界領域３８Ａ内の補助パターン要素３９Ｅの像がＸ方向に解像されないように、補助パターン要素３９Ｅの投影光学系ＰＬによる像の配列のピッチβ・Ｐ（βは投影倍率）は、式（３）で表される投影光学系ＰＬの解像度Ｒｅよりも微細に設定されている。言い換えると、上記の式（５Ａ）及び（５Ｂ）が成立している。
また、図５（Ａ）の境界領域３８ＡのＹ方向の幅Ｄ、補助パターン要素３９ＥのＸ方向の配列のピッチＰ、補助パターン要素３９ＥのＸ方向の幅Ｌ、及び投影倍率βを用いると、第１領域３７Ｃと第２領域３７Ｄとの境界線３７Ｄａの像のＹ方向への移動量δＹは、上記の式（６Ａ）で表される。図５（Ａ）の例では、Ｐ＝２ｐｘ，Ｌ＝ｐｘ，Ｄ＝ｐｙ（＝ｐｘ）であるため、境界線３７Ｄａの像の移動量δＹ、及び移動量δＹに対応するミラー要素３０の配置面での境界線３７Ｄａの移動量δＳｙは次のようになる。

δＹ＝β・ｐｙ／２ …（７Ａ）、 δＳｙ＝ｐｙ／２＝０．５ｐｙ …（７Ｂ）
従って、投影光学系ＰＬに関しては、図５（Ａ）の空間光変調器２８によって設定される照明光ＩＬの位相分布は、図５（Ｂ）に示す空間光変調器２８によって仮想的に設定される位相分布と等価になる。図５（Ｂ）において、Ｙ方向の幅が５．５ｐｙでＸ方向に細長い複数の第１領域６２Ａでは位相が０となり、複数の第１領域６２Ａの間に配置されてＹ方向の幅が５．５ｐｙでＸ方向に細長い第２領域６２Ｂでは位相がπとなっている。第１領域６２Ａと第２領域６２Ｂとの境界線６２Ｂａは、Ｘ方向に配列された一列のミラー要素３０の中央を通過している。図５（Ａ）の位相分布に対応するウエハＷの表面の空間像のＹ方向の強度分布ＩＮＴは、図６（Ａ）に示すようにＹ方向のピッチがβ・５．５ｐｙの正弦波状に変化する。その空間像が露光されたフォトレジスト層を現像することによって、図６（Ｂ）に示すように、Ｘ方向に細長いフォトレジストのラインパターン６３ＬをＹ方向にピッチβ・５．５ｐｙで配列したＬ＆Ｓパターン６３が形成される。一例として、ミラー要素３０のピッチｐｙを２μｍ、投影倍率βを１／１００とすると、Ｌ＆Ｓパターン６３のピッチは１１０ｎｍ（ハーフピッチで５５ｎｍ）となる。

図６（Ａ）において、強度分布ＩＮＴが最小レベルになる位置（中心線６３ａ）は、図６（Ｂ）の各ラインパターン６３Ｌの中心線６３ａの位置に対応している。また、各ラインパターン６３Ｌの中心線６３ａは、図５（Ａ）の境界線３７Ｄａ（又は図５（Ｂ）の境界線６２Ｂａ）及び第２領域３７Ｄと第１領域３７Ｃとの境界線の像でもある。この例によれば、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイ中に図５（Ａ）の境界領域３８Ａを設けることによって、ウエハＷにピッチがミラー要素３０の像の幅（β・ｐｙ）の非整数倍のＬ＆Ｓパターン６３を形成できる。従って、Ｌ＆Ｓパターン６３のピッチの精度を形状精度の一つとみなすと、空間光変調器２８のミラー要素３０の像の幅よりも微細な形状精度で周期的パターンが形成できる。

次に、図１の露光装置ＥＸにおいて、空間光変調器２８のミラー要素３０の幅の像よりも微細な位置精度及び／又は形状精度でパターンを形成する場合の空間光変調器２８の駆動方法を含む露光方法の一例につき、図７のフローチャートを参照して説明する。まず、図７のステップ１０２において、露光装置ＥＸのウエハステージＷＳＴにフォトレジストが塗布されたウエハＷをロードし、次のステップ１０４において、主制御系４０は、空間光変調器（ＳＬＭ）２８で設定する全体の位相分布、図４（Ｂ）の境界領域３８又は図５（Ａ）の境界領域３８ＡのＹ方向の幅Ｄ、及び境界領域３８（３８Ａ）内の補助パターン要素３９Ａ等（３９Ｅ）のＸ方向の配列のピッチＰの情報を露光データファイルから読み出し、読み出した情報を変調制御部４８に供給する。次のステップ１０６でウエハステージＷＳＴのＹ方向への走査を開始し、露光領域２６Ｂとなる部分にウエハＷの露光対象のショット領域の先端部が到達したときに、主制御系から変調制御部４８に当該ショット領域の相対位置の情報が供給される。

次のステップ１０８において、変調制御部４８は、全体の位相分布のデータのうちで露光領域２６Ｂに転写される領域（転写対象領域）の部分位相分布を読み出す。次のステップ１１０において、変調制御部４８は、空間光変調器２８のミラー要素３０単位で、部分位相分布に対応させてミラー要素３０を第１の状態（位相０）又は第２の状態（位相π）に設定する。これによって、転写対象の位相分布が図４（Ｂ）の場合には、第１領域３７Ａのミラー要素３０が位相０に、第２領域３７Ｂのミラー要素３０が位相πに設定される。また、転写対象の位相分布が図５（Ａ）の場合には、第１領域３７Ｃのミラー要素３０が位相０に、第２領域３７Ｄのミラー要素３０が位相πに設定される。

次のステップ１１２で、変調制御部４８は、その部分位相分布がミラー要素３０の幅の内部に設定される境界線（０とπとの境界線）を含むかどうかを判定し、その境界線を含まないときにはステップ１１６に移行する。一方、ミラー要素３０の幅の内部に設定される境界線を含む場合には、ステップ１１４に移行する。ステップ１１４において、変調制御部４８は、その境界線が通過する領域（図４（Ｂ）では境界領域３８、図５（Ａ）では境界領域３８Ａ）において、その境界線のミラー要素３０間の境界部からのシフト量δＳｙと、予め定められている境界領域３８（３８Ａ）の幅Ｄ及び配列のピッチＰを用いて、式（６Ｅ）から境界領域３８（３８Ａ）内の補助パターン要素３９Ａ等（３９Ｅ）のＸ方向の幅Ｌを計算する。さらに、変調制御部４８は、境界領域３８（３８Ａ）において、Ｘ方向にピッチＰで配列された幅Ｌのミラー要素３０（補助パターン要素３９Ａ等又は３９Ｅ）を第２の状態（位相π）に設定する。なお、そのシフト量δＳｙの代わりに像面上での移動量δＹを用いて、式（６Ｄ）から幅Ｌを計算してもよい。

次のステップ１１６において、主制御系４０は光源２から照明光学系ＩＬＳを介して空間光変調器２８に所定パルス数だけ照明光ＩＬを供給する。これによって、空間光変調器２８で設定された位相分布に対応する空間像がウエハＷに露光される。次のステップ１１８で走査露光が終了していない場合には、動作はステップ１２０に移行し、主制御系４０から露光領域２６Ｂに対する露光対象のショット領域の更新された相対位置の情報が供給される。これに応じて変調制御部４８は、全体の位相分布のうちの転写対象領域を走査方向に対応する方向にシフトする。その後、動作はステップ１０８に戻り、ステップ１０８〜１１６において、シフトした転写対象領域内の部分位相分布に対応する空間像がウエハＷに露光される。この露光動作は、ステップ１１８で走査露光が終了するまで継続される。

このように本実施形態によれば、孤立的なライン状の空間像、又はＬ＆Ｓパターンの空間像をそれぞれミラー要素３０の像の幅よりも微細な位置精度又は形状精度でマスクレス方式で形成することができる。従って、ウエハＷの表面に種々のパターン（空間像）を高精度に形成できる。

本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の露光装置ＥＸは、空間光変調器２８を備えている。また、変調制御部４８による空間光変調器２８の駆動方法は、それぞれ照明光ＩＬを投影光学系ＰＬに導くことが可能な複数のミラー要素３０（光学要素）のアレイを有する空間光変調器２８の駆動方法であって、第１領域３７Ａ，３７Ｃ内の複数のミラー要素３０を第１の状態（位相０）に設定し、Ｙ方向（第１方向）に第１領域３７Ａ，３７Ｃに隣接する第２領域３７Ｂ，３７Ｄ内の複数のミラー要素３０を第２の状態（位相π）に設定するステップ１１０を有する。さらに、その駆動方法は、第１領域３７Ａ，３７Ｃと第２領域３７Ｂ，３７Ｄとの間のＹ方向に直交するＸ方向（第２方向）に伸びた境界領域３８，３８Ａ（第１境界領域）内に、Ｘ方向に投影光学系ＰＬの解像限界を超えるピッチで配列された複数のミラー要素３０（補助パターン要素３９Ａ〜３９Ｄ，３９Ｅ）を第２の状態（位相π）に設定するステップ１１４を有する。この空間光変調器２８の駆動方法は、露光用パターンの生成方法でもある。ここで、空間光変調器２８の複数のミラー要素３０（光学要素）のアレイは、グリッド状に配列された複数の区画と見なすことができ、第１の状態（位相０）および第２の状態（位相π）に設定された空間光変調器２８の複数のミラー要素３０は、露光用パターンとみなすことができる。

また、露光装置ＥＸは、照明光ＩＬ（露光光）で投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基板）を露光する露光装置であって、投影光学系ＰＬの物体面側に配置されて、それぞれ照明光ＩＬを投影光学系ＰＬに導くように制御可能な複数のミラー要素３０（光学要素）のアレイを有する空間光変調器２８と、空間光変調器２８の複数のミラー要素３０を駆動する変調制御部４８（制御装置）と、を備えている。また、変調制御部４８は、ウエハＷの表面に投影光学系ＰＬを介して形成される空間像に応じて、第１領域３７Ａ，３７Ｃ内の複数のミラー要素３０を第１の状態（位相０）に設定し、Ｙ方向に第１領域３７Ａ，３７Ｃに隣接する第２領域３７Ｂ，３７Ｄ内の複数のミラー要素３０を第２の状態（位相π）に設定し、第１領域３７Ａ，３７Ｃと第２領域３７Ｂ，３７Ｄとの間のＸ方向に伸びた境界領域３８，３８Ａ（第１境界領域）内に投影光学系ＰＬの解像限界を超えるピッチで配列された複数のミラー要素３０を第２の状態（位相π）に設定する。

本実施形態によれば、空間光変調器２８において、境界領域３８，３８Ａ内にＸ方向に投影光学系ＰＬの解像限界を超えるピッチで配列された複数の光学要素３０（補助パターン要素３９Ａ〜３９Ｄ，３９Ｅ）を、その第２の状態に設定することによって、第１領域３７Ａ，３７Ｃと第２領域３７Ｂ，３７Ｄとの境界部（境界線３７Ｂｂ，３７Ｄａ）の像の位置が、Ｙ方向にミラー要素３０の像の幅（本実施形態ではピッチｐｙと同じである）よりも微細な精度で制御できる。従って、空間光変調器２８を用いてウエハＷにパターンを投影（形成）する際に、ミラー要素３０の像の幅よりも微細な位置精度又は形状精度でラインパターン６０Ａ又はＬ＆Ｓパターン６３を形成できる。

なお、ステップ１１０とステップ１１４とは、実質的に同時に実行することも可能である。また、第１領域３７Ａ等と第２領域３７Ｂ等とはＸ方向に隣接していてもよい。この場合には、境界領域３８は、Ｙ方向に伸びた細長い領域となる。
（２）また、空間光変調器２８は光学要素としてミラー要素３０（反射要素）を有するため、照明光ＩＬの利用効率が高い。しかしながら、空間光変調器２８の代わりに、個々の光学要素がそれぞれ透過する光の位相を所定のφ１又は（φ１＋１８０°）変化させる透過型の空間光変調器を使用することも可能である。このような光学要素としては、電圧によって屈折率が変化する電気光学素子又は液晶セル等を使用できる。

（３）また、投影光学系ＰＬを介して像面上に形成されるパターン（ラインパターン６０及びＬ＆Ｓパターン６３又はこれに対応する空間像）は、第１領域３７Ａ，３７Ｃと第２領域３７Ｂ，３７Ｄとの境界部（境界線３７Ｂｂ，３７Ｄａ）に対応する境界パターン部（中心線６０ｂ，６３ａ）を備え、本実施形態では、Ｘ方向に伸びた境界領域３８，３８Ａ内の複数のミラー要素３０の状態を第１の状態又は第２の状態に変更して、境界パターン部（中心線６０ｂ，６３ａ）をＹ方向（第１方向に対応する方向）に変位させている。この場合、境界領域３８，３８Ａ内にピッチＰで配列されて、状態が変更される複数のミラー要素３０（補助パターン要素３９Ａ，３９Ｅ）の幅Ｌを調整するだけで、その境界パターン部のＹ方向への移動量δＹを容易に制御できる。

（４）また、本実施形態の露光装置ＥＸの露光方法は、照明光ＩＬ（露光光）で複数のミラー要素３０のアレイを有する空間光変調器２８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、上記の空間光変調器２８の駆動方法によって複数のミラー要素３０の少なくとも一部（照明領域２６Ａ内のミラー要素３０）をその第１の状態又はその第２の状態に設定するステップ１１０，１１４と、照明光ＩＬでその第１の状態又はその第２の状態に設定された複数のミラー要素３０及び投影光学系ＰＬを介して形成される空間像でウエハＷを露光するステップ１１６と、を有する。

その露光方法又は露光装置ＥＸによれば、ミラー要素３０の像の幅より微細な精度でパターン（空間像）を形成できるため、より微細で複雑なパターンをマスクレス方式で形成できる。
なお、空間光変調器２８の各ミラー要素３０は、その第１の状態及びその第２の状態以外の第３の状態等を含む複数の状態に設定可能としてもよい。

（５）また、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬは、複数のミラー要素３０（反射要素）にほぼ入射角αで斜めに入射し、ミラー要素３０からの反射光が、投影光学系ＰＬに対して投影光学系ＰＬの光軸ＡＸＷに交差するように入射している。従って、投影光学系ＰＬは物体面側に非テレセントリックであるため、空間光変調器２８からの反射光の全部を投影光学系ＰＬを介してウエハＷに照射でき、照明光ＩＬの利用効率が高い。さらに、偏光制御光学系６で設定される照明光ＩＬの偏光状態をウエハＷの表面で正確に再現できる。

（６）また、ミラー要素３０は、Ｘ方向（第３方向）を長手方向とする長方形の領域に設けられ、露光装置ＥＸは、ウエハＷを投影光学系ＰＬの像面でＸ方向と直交するＹ方向（第４方向）に対応する走査方向に移動するウエハステージＷＳＴ（基板ステージ）を備え、変調制御部４８は、ウエハステージＷＳＴによるウエハＷの移動に応じて、複数のミラー要素３０によって形成されるパターン（位相分布）をＹ方向に移動している。これによって、ウエハＷの全面を効率的に露光できる。

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。
上記の実施形態では、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイにおいて、境界領域３８，３８Ａは第１領域３７Ａ，３７Ｃと第２領域３７Ｂ，３７Ｃとの間にのみ設けられている。しかしながら、図８（Ａ）の第１変形例の空間光変調器２８Ａで示すように、ミラー要素３０のアレイにおいて、境界領域を第２領域３７Ｈの両端部に設けてもよい。なお、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）において、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図８（Ａ）の空間光変調器２８Ａと図５（Ａ）の空間光変調器２８との相違はミラー要素３０の大きさのみであり、空間光変調器２８Ａは図１の空間光変調器２８の代わりに投影光学系ＰＬの物体面側に設置される。

図８（Ａ）は、第１変形例の空間光変調器２８Ａで設定される照明光ＩＬの位相分布を示す部分拡大平面図である。図８（Ａ）において、空間光変調器２８Ａのミラー要素３０のアレイは、Ｙ方向に４列でＸ方向に複数行（例えば１３行以上、以下同様）のミラー要素３０を含む第１領域３７Ｇと、第１領域３７Ｇの＋Ｙ方向側に順次配列された、Ｙ方向に３列でＸ方向に複数行のミラー要素３０を含む第２領域３７Ｈ、Ｙ方向に４列でＸ方向に複数行のミラー要素３０を含む第３領域３７Ｉ、Ｙ方向に３列でＸ方向に複数行のミラー要素３０を含む第４領域３７Ｊ、及びＹ方向に４列でＸ方向に複数行のミラー要素３０を含む第５領域３７Ｅと、第１領域３７Ｇの−Ｙ方向側に配列されて、Ｙ方向に４列でＸ方向に複数行のミラー要素３０を含む第６領域３７Ｆと、にＹ方向に周期的に分かれている。ミラー要素３０のＸ方向、Ｙ方向の配列のピッチをｐｘ及びｐｙとする。

また、最初は、第６領域３７Ｆ、第２領域３７Ｈ、及び第４領域３７Ｊのミラー要素３０はそれぞれ第１の状態（位相０）に設定され、第１領域３７Ｇ、第３領域３７Ｉ、及び第５領域３７Ｅのミラー要素３０はそれぞれ第２の状態（位相π）に設定される。さらに、第５領域３７Ｅと第６領域３７Ｆとの間のＸ方向に伸びる幅Ｄ１（＝ｐｙ）の境界領域３８Ｂ内で、Ｘ方向にピッチＰ１（＝３ｐｘ）で配列された幅Ｌ１（＝ｐｘ）の補助パターン要素３９Ｆ（複数のミラー要素３０）が第２の状態（位相π）に設定され、第１領域３７Ｇと第２領域３７Ｈとの間のＸ方向に伸びる幅Ｄ２（＝ｐｙ）の境界領域３８Ｃ（第１境界領域）内で、Ｘ方向にピッチＰ２（＝３ｐｘ）で配列された幅Ｌ２（＝２ｐｘ）の補助パターン要素３９Ｇ，３９Ｈが第２の状態（位相π）に設定されている。

また、第２領域３７Ｈと第３領域３７Ｉとの間のＸ方向に伸びる幅Ｄ２の境界領域３８Ｄ（第２境界領域）内で、Ｘ方向にピッチＰ２で配列された幅Ｌ２の補助パターン要素３９Ｇ，３９Ｈが第２の状態（位相π）に設定され、第４領域３７Ｊと第５領域３７Ｅとの間のＸ方向に伸びる幅Ｄ１の境界領域３８Ｅ内で、Ｘ方向にピッチＰ１で配列された幅Ｌ１の補助パターン要素３９Ｉが第２の状態（位相π）に設定される。なお、境界領域３８Ｃ内の補助パターン要素３９Ｇ等のピッチと、境界領域３８Ｄ内の補助パターン要素３９Ｇ等のピッチとが異なってもよい。この変形例においても、ピッチＰ１，Ｐ２は投影光学系ＰＬの解像限界よりも微細であり、境界領域３８Ｅ及び３８Ｅにおける境界線の＋Ｙ方向及び−Ｙ方向への実質的な移動量δＳｙ１は、式（６Ｃ）において、幅Ｄ，Ｌ及びピッチＰをそれぞれ幅Ｄ１，Ｌ１及びピッチＰ１で置き換えた式から次のようになる。

δＳｙ１＝Ｄ１・Ｌ１／Ｐ１＝ｐｙ／３ …（８Ａ）
また、境界領域３８Ｃ及び３８Ｄにおける境界線の＋Ｙ方向及び−Ｙ方向への実質的な移動量δＳｙ２は、式（６Ｃ）において、幅Ｄ，Ｌ及びピッチＰをそれぞれ幅Ｄ２，Ｌ２及びピッチＰ２で置き換えた式から次のようになる。
δＳｙ２＝Ｄ２・Ｌ２／Ｐ２＝２ｐｙ／３ …（８Ｂ）
この結果、図８（Ａ）の位相分布は、投影光学系ＰＬに対しては、図８（Ｂ）に示すように、Ｙ方向の幅が（３＋２／３）ｐｙの第１領域６２Ｃで位相が０になり、第１領域６２ＣにＹ方向に隣接するＹ方向の幅が（３＋２／３）ｐｙの第２領域６２Ｄで位相がπになる位相分布と等価になる。以下では、説明の便宜上、図８（Ａ）のミラー要素３０の配列のピッチｐｙをｐｙ１とする。このとき、図８（Ｂ）の位相分布に対応するウエハＷの表面の空間像のＹ方向の強度分布ＩＮＴは、図６（Ａ）に示すようにＹ方向のピッチがβ・（３＋２／３）ｐｙ１の正弦波状に変化する（βは投影倍率）。その空間像が露光されたフォトレジスト層を現像することによって、図６（Ｂ）に示すように、Ｘ方向に細長いフォトレジストのラインパターン６３ＬをＹ方向にピッチβ・（３＋２／３）ｐｙ１で配列したＬ＆Ｓパターン６３が形成される。一例として、図８（Ａ）の空間光変調器２８Ａのミラー要素３０のピッチｐｙ１を３μｍ、投影倍率βを１／１００とすると、Ｌ＆Ｓパターン６３のピッチは１１０ｎｍ（ハーフピッチで５５ｎｍ）、即ち、図５（Ａ）の例でミラー要素３０のピッチｐｙを２μｍとした場合と等価になる。

このように、図８（Ａ）の空間光変調器２８Ａの第２領域３７Ｈの±Ｙ方向の両側の境界領域３８Ｃ，３８ＤにおいてそれぞれＸ方向にピッチＰ２で幅Ｌ２で配列された補助パターン要素３９Ｈ，３９Ｇを第２の状態（位相π）に設定することによっても、ウエハＷの表面にミラー要素３０の像の幅の非整数倍のピッチのＬ＆Ｓパターンを形成できる。
次に、上記の実施形態では、ウエハＷを連続的に移動してウエハＷを走査露光している。その他に、図３（Ｂ）に示すように、ウエハＷの各ショット領域（例えばＳＡ２１）をＹ方向に複数の部分領域ＳＢ１〜ＳＢ５等に分割し、投影光学系ＰＬの露光領域２６Ｂに部分領域ＳＢ１等が達したときに、照明光ＩＬを所定パルス数だけ発光させて、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイからの反射光で部分領域ＳＢ１等を露光してもよい。この後、ウエハＷをＹ方向にステップ移動させて、次の部分領域ＳＢ２等が露光領域２６Ｂに達してから、同様に部分領域ＳＢ２等に露光が行われる。この方式は実質的にステップ・アンド・リピート方式であるが、部分領域ＳＢ１〜ＳＢ５等には互いに異なるパターンが露光される。

次に、上記の実施形態の空間光変調器２８，２８Ａのミラー要素３０は平行移動して照明光ＩＬの位相を第１の位相又は第２の位相だけ変化させている。しかしながら、例えば図１において、空間光変調器２８の代わりに、例えば米国特許第５，３１２，５１３号明細書、又は米国特許第６，８８５，４９３号明細書に開示されているように、傾斜角が可変の複数のミラー要素（反射要素）のアレイを有する空間光変調器を使用してもよい。

このような傾斜角可変方式の空間光変調器を使用する場合、ミラー要素の第１の状態は、照明光学系ＩＬＳからの照明光を投影光学系ＰＬに導く状態（明部となる状態）であり、ミラー要素の第２の状態は、照明光学系ＩＬＳからの照明光を投影光学系ＰＬに入射させない状態（暗部となる状態）である。この場合にも、ミラー要素のアレイにおいて、第１領域と第２領域との例えばＸ方向に伸びる境界領域で、投影光学系ＰＬの解像限界よりも微細なピッチで配列される複数のミラー要素の状態を第１の状態又は第２の状態に設定することによって、Ｙ方向にミラー要素の像の幅よりも微細な位置精度又は形状精度でパターンを形成できる。

次に、上記の実施形態では、物体側に非テレセントリックの投影光学系ＰＬを用いている。それ以外に、図９の第２変形例の露光装置ＥＸＡで示すように、物体側及び像面側に両側テレセントリックの投影光学系ＰＬＡを用いることも可能である。図９において、露光装置ＥＸＡは、光源（不図示）と、この光源からのレーザ光を用いてＳ偏光の照明光ＩＬをほぼ＋Ｙ方向に発生する照明光学系ＩＬＳＡと、照明光ＩＬを＋Ｚ方向に反射する偏光ビームスプリッタ５１と、偏光ビームスプリッタ５１からの照明光ＩＬを円偏光に変換する１／４波長板５２と、円偏光の照明光ＩＬを−Ｚ方向又はそれ以外の方向に反射する多数の傾斜角可変のミラー要素５６の２次元のアレイと、これらのアレイを支持するベース部材５８とを有する空間光変調器５４と、ミラー要素５６で反射されてから、１／４波長板５２及び偏光ビームスプリッタ５１を透過した照明光ＩＬを受光してウエハＷの表面の露光領域２６Ｂに空間像（パターン）を投影する投影光学系ＰＬＡと、を備えている。照明光学系ＩＬＳＡは、図１の照明光学系ＩＬＳからミラー８Ｂ，８Ｃを除いた光学系である。ミラー要素５６のうちで、第１の状態（反射光を投影光学系ＰＬに入射させる状態）のミラー要素５６Ｐと、第２の状態（反射光を投影光学系ＰＬに入射させない状態）のミラー要素５６Ｎとの組み合わせによってウエハＷ上にマスクレス方式でパターンを形成できる。

この第２変形例においても、ミラー要素５６のアレイで、第１領域と第２領域との例えばＸ方向に伸びる境界領域で、投影光学系ＰＬの解像限界よりも微細なピッチで配列される複数のミラー要素５６の状態を第１の状態又は第２の状態に設定することによって、Ｙ方向にミラー要素５６の像の幅（ピッチ）よりも微細な位置精度又は形状精度でパターンを形成できる。この第２変形例の露光装置ＥＸＡによれば、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬＡを使用できるため、露光装置の構成が簡素化できる。

また、この第２変形例において、空間光変調器５４として図１の位相可変型の空間光変調器２８等を使用することも可能である。
なお、照明光ＩＬの利用効率が１／２に低下してもよい場合には、偏光ビームスプリッタ５１の代わりに通常のビームスプリッタを使用し、１／４波長板５２を省略してもよい。この場合には、偏光照明が使用できる。

また、図１の波面分割型のインテグレータであるマイクロレンズアレイ１６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。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図１０〜図１２を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係るマスクレス方式の露光装置ＥＸＢの概略構成を示す。なお、図１０において図１に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図１０において、露光装置ＥＸＢは照明光学系ＩＬＳ、空間光変調器２８及び投影光学系ＰＬを備え、空間光変調器２８の複数のミラー要素３０で照明光ＩＬの位相分布を制御し、この位相分布を持つパターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷに露光する。投影光学系ＰＬの瞳面７０の近傍には可変の開口絞り７２が設けられ、開口絞り７２の近傍に、瞳面７０を通過する所定の回折光を遮光するための瞳フィルター７４が設けられている。瞳フィルター７４は、露光対象の位相分布に応じて異なる領域を通過する回折光を遮光する可変フィルターである。なお、開口絞り７２によって瞳フィルター７４を兼用することも可能である。これ以外の構成は図１の露光装置ＥＸと同様である。

図１１（Ａ）は、図１０の空間光変調器２８で設定される照明光ＩＬの位相分布（ミラー要素３０の位相分布）の一例を示す。図１１（Ａ）において、Ｘ方向に複数行（例えば４行以上）でＹ方向に複数列（例えば５０列以上）のミラー要素３０を含む矩形の第１領域３７Ａ内で各ミラー要素３０が第１の状態（位相０）となり、第１領域３７ＡにＸ方向に隣接し、第１領域３７Ａとほぼ同じ大きさの矩形の第２領域３７Ｂ内で各ミラー要素３０が第２の状態（位相π）となり、さらに第１領域３７Ａと第２領域３７ＢとはＸ方向に交互に配列されている。また、第１領域３７Ａと第２領域３７ＢとのＸ方向の幅Ｄの境界領域３８では、幅（ピッチ）ｐｙの位相πの補助パターン要素３９ＡがピッチｐｙのＮ倍（ここではＮは２以上の整数）のピッチＰで配列されている。

図１１（Ａ）に示すＹ方向に平行なエッジ部を持つパターンを形成するための位相分布を持つパターンの露光に際して、図１０の瞳フィルター７４は、図１１（Ｂ）の光軸をＹ方向に挟むように設定された２つの遮光領域７４Ａ，７４Ｂで回折光を遮光する。図１１（Ｂ）及び後述の図１１（Ｃ）において、開口絞り７２で規定される半径ＮＡの円形領域の内部で、瞳フィルター７４によって遮光されない領域を空間光変調器２８からの０次光及び回折光が通過してウエハＷに向かうことになる。半径ＮＡは投影光学系ＰＬの開口数である。

図１１（Ｂ）において、光軸を中心とする半径ａの円形領域は、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬの０次光７６が通過する領域である。照明光学系ＩＬＳのσ値をσ_ILとすると、ａ＝σ_IL×ＮＡである。本実施形態では、開口絞り７２内で光軸からＸ方向に±ηｘ（ηｘ＜ＮＡ）の距離にある点を中心とする円形領域を、図１１（Ａ）の位相分布を持つパターンからのＸ方向に対する±１次回折光７８Ａ，７８Ｂが有効な結像光束として通過する。これに対して、図１１（Ａ）の補助パターン要素３９ＡによるＹ方向に対する＋１次回折光８０Ａ，８０Ｃ及び−１次回折光８０Ｂ，８０Ｄは不要な回折光であるため、瞳フィルター７４によって設定される遮光領域７４Ａ，７４Ｂでそれらの回折光８０Ａ，８０Ｃ及び回折光８０Ｂ，８０Ｄを遮光する。また、有効な結像光束である回折光７８Ａ，７８Ｂの半径は０次光７６の半径ａと同じであるため、遮光領域７４Ａ，７４Ｂは、開口絞り７２内で光軸を通りＸ軸に平行な直線に対して＋Ｙ方向に距離ａ以上離れた領域、及び−Ｙ方向に距離ａ以上離れた領域を遮光するものとする。

この場合、補助パターン要素３９ＡによってＹ方向に発生する回折光８０Ａ，８０Ｃ及び８０Ｂ，８０Ｄを遮光領域７４Ａ，７４Ｂ内に入れるための補助パターン要素３９Ｅのピッチを規定する整数Ｎの条件は以下のようになる。すなわち、照明光ＩＬの波長λ、投影光学系ＰＬの倍率β、補助パターン要素３９Ａの配列ピッチ（Ｎ・ｐｙ）を用いると、補助パターン要素３９ＡによるＹ方向の回折光８０Ａ，８０Ｃ及び回折光８０Ｂ，８０Ｄの中心と有効な回折光７８Ａ，７８Ｂの中心とのＹ方向の距離ηｙは次のようになる。
ηｙ＝λ／（Ｎ・β・ｐｙ）…（１１）

そして、この距離ηｙが０次光７６の半径ａより大きければよいため、次式が成立する。
ηｙ＝λ／（Ｎ・β・ｐｙ）＞ａ＝σ_IL×ＮＡ …（１２）
式（１２）から整数Ｎの条件は次のようになる。
Ｎ＜λ／（ＮＡ・σ_IL・β・ｐｙ） …（１３）
式（１３）で、一例として、λ＝１９３（ｎｍ）、ＮＡ＝１．３５（液浸法の適用時）、σ_IL＝０．１４、β・ｐｙ＝２０（ｎｍ）とすると、整数Ｎは次のように５１より小さければよい。
Ｎ＜５１ …（１４）

式（１４）が満たされている場合に、ウエハＷ上に投影される像を現像して得られるパターンの一部は、例えば図１１（Ｄ）のラインパターン８２Ａで示すようにＹ方向に平行なエッジ部を有する。これに対して、式（１４）が満たされていない場合には、不要な回折光が結像光束に含まれるため、ウエハＷ上に投影される像を現像して得られるパターンの一部は、例えば図１１（Ｅ）の波形パターン８２Ｂで示すようにＹ方向に周期的に変動するエッジ部を有する。

また、図１１（Ａ）において、境界領域３８のＸ方向の幅Ｄをミラー要素３０のＸ方向の配列ピッチｐｘ（ここではｐｙと等しいとする）と等しいとすると、図１１（Ａ）の位相分布のパターンを用いるときの投影像のピッチ及び位置の制御分解能Ｒｅは次のようになる。
Ｒｅ＝β・ｐｘ／Ｎ …（１５）

一例として、β・ｐｙ＝２０（ｎｍ）、整数Ｎを式（１４）を満たす範囲の上限値である５０とすると、式（１５）から制御分解能Ｒｅは０．４ｎｍになる。
なお、瞳フィルター７４（遮光領域７４Ａ，７４Ｂ）を用いない場合には、図１１（Ｂ）の回折光８０Ａ〜８０Ｄを半径ＮＡの領域の外側に出す必要があり、式（１１）の整数Ｎの値を例えば６以下に小さくする必要がある。このとき、式（１５）より制御分解能Ｒｅは０３．３ｎｍになり、瞳フィルター７４を用いる場合に比べて８倍程度になる。
従って、瞳フィルター７４を用いることによって、所望のパターンをウエハＷ上に形成できるとともに、制御分解能Ｒｅをより微細にすることができる。

なお、例えば図１１（Ａ）の位相分布を９０°回転した位相分布のパターンを露光する場合には、瞳フィルター７４では、図１１（Ｃ）に示すように、開口絞り７２内で光軸を通りＹ軸に平行な直線に対して＋Ｘ方向に距離ａ以上離れた遮光領域７４Ｃ、及び−Ｘ方向に距離ａ以上離れた遮光領域７４Ｄを遮光すればよい。図１１（Ｃ）において、＋１次回折光７８Ｃ及び−１次回折光７８Ｄは有効な結像光束であり、＋１次回折光８０Ｅ，８０Ｇ及び−１次回折光８０Ｆ，８０Ｈは補助パターン要素による不要な回折光である。

また、図１２（Ａ）は本実施形態の空間光変調器２８で設定される別の位相分布の一部を示す。図１２（Ａ）において、Ｘ方向に複数行（例えば６行以）でＹ方向に複数列（例えば５０列以上）のミラー要素３０を含む矩形の第１領域３７Ｋ内で各ミラー要素３０が第１の状態（位相０）となり、第１領域３７ＫにＸ方向に隣接し、第１領域３７Ｋとほぼ同じ大きさの矩形の第２領域３７Ｌ内で各ミラー要素３０が第２の状態（位相π）となり、さらに第１領域３７Ｋと第２領域３７ＬとはＸ方向に交互に配列されている。また、第１領域３７Ｋと第２領域３７ＫとのＸ方向の幅Ｄの境界領域３８Ｆでは、幅（ピッチ）ｐｙの整数倍で幅Ｓの位相πの補助パターン要素３９Ａ（図１２（Ａ）では一つのミラー要素３０からなる）がピッチｐｙのＮ倍のピッチＰで配列されている。さらに、第２領域３７Ｌと第１領域３７ＫとのＸ方向の幅Ｄの境界領域３８Ｇでは、全部で幅Ｓの位相０の補助パターン要素３９ＡＩがピッチＰで配列されている。

図１２（Ａ）に示す位相分布を持つパターンの露光に際して、図１０の瞳フィルター７４は、図１１（Ｂ）の光軸をＹ方向に挟むように設定された２つの遮光領域７４Ａ，７４Ｂで回折光を遮光する。この場合、補助パターン要素３９ＡのＹ方向の幅Ｓを次第にｐｙを単位として大きくすると、図１２（Ａ）の位相分布を持つパターンの像はＸ方向に変位する。補助パターン要素３９Ａの幅Ｓに基づいた制御量δＸＰとその像のＸ方向の変位δＸＲとの関係は、一例として図１２（Ｂ）のようになる。制御量δＸＰは次のようになる。
δＸＰ＝β・Ｄ・Ｓ／Ｐ …（１６）

図１２（Ｂ）は、β・Ｄ＝２０（ｎｍ）、Ｎ＝１０、つまり式（１５）より制御分解能Ｒｅ＝２（ｎｍ）の場合を示している。
このように、瞳フィルター７４を用いて、補助パターン要素３９Ａの幅Ｓを制御することで、投影像をより微細な精度でシフトさせることができる。
なお、本実施形態で使用する露光装置は図９の露光装置ＥＸＡと同様に両側テレセントリックの投影光学系ＰＬＡを使用してもよい。

また、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１３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のパターンデータを実施形態の露光装置ＥＸ，ＥＸＡの主制御系に記憶するステップ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、前述した露光装置ＥＸ，ＥＸＡ，ＥＸＢ（又は露光方法）により空間光変調器２８，２８Ａで生成される位相分布の空間像を基板（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。

このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置（又は露光方法）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２２４）とを含んでいる。従って、微細な回路パターンを備える電子デバイスを高精度に製造できる。
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、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、本願に記載した上記公報、各国際公開パンフレット、米国特許、又は米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２０１０年９月２７日付け提出の日本国特願２０１０−２１５１０７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。

ＥＸ，ＥＸＡ，ＥＸＢ…露光装置、ＩＬＳ，ＩＬＳＡ…照明光学系、ＰＬ，ＰＬＡ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、２８，２８Ａ…空間光変調器、３０…ミラー要素、３７Ａ，３７Ｃ…第１領域、３７Ｂ，３７Ｄ…第２領域、３８，３８Ａ…境界領域、３９Ａ〜３９Ｄ…補助パターン要素、４８…変調制御部

Claims (20)

1. 所定面内に配置された複数の光学要素と投影光学系とを介した光で物体を露光する露光方法であって、
   前記所定面における第１領域内の複数の前記光学要素を第１の状態に設定して、前記第１の状態の複数の前記光学要素からの光を第１の位相で前記投影光学系に入射させることと、
   前記第１領域の第１方向側に位置する第２領域内の複数の前記光学要素を第２の状態に設定して、前記第２の状態の複数の前記光学要素からの光を前記第１の位相とは異なる第２の位相で前記投影光学系に入射させることと、
   前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域内の複数の光学要素のうち前記第１方向に交差する第２方向で所定間隔離れた第１及び第２光学要素を前記第１の状態に設定することと、
   前記第３領域内で前記第１光学要素と前記第２光学要素との間に位置する第３光学要素を前記第２の状態に設定することと、
   を含み、
   前記投影光学系の投影倍率と前記所定間隔とを乗じた値は、前記投影光学系の解像度よりも小さいことを特徴とする露光方法。
2. 前記投影光学系を介して像面上に形成されるパターンは、前記第３領域に対応する境界パターン部を備え、
   前記第３領域内の複数の前記光学要素の状態を変更して前記境界パターン部を前記第１方向に対応する方向に変位させることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第１及び第２光学要素の前記間隔をＰ、前記第３光学要素の幅をＬ、前記第３領域の前記第１方向の幅をＤ、前記投影光学系の投影倍率をβとして、前記第１方向に対応する方向の前記境界パターン部の実質的な移動量は、β・Ｌ・Ｄ／Ｐであることを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
4. 前記第２領域内の複数の前記光学要素を前記第２の状態に設定するときに、前記第１領域とともに前記第１方向に前記第２領域を挟むように配置される第４領域内の複数の前記光学要素を前記第１の状態に設定し、
   前記第３領域内の複数の前記光学要素を前記第１の状態又は前記第２の状態に設定するときに、前記第２領域と前記第４領域との間の第５領域内の複数の前記光学要素を、前記第２方向に前記投影光学系の解像限界よりも小さな間隔で前記第１の状態又は前記第２の状態に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の露光方法。
5. 複数の前記光学要素はそれぞれ反射面を平行に移動させて入射する光を反射する反射要素であり、
   前記光学要素の前記第２の状態は、前記第１の位相と１８０°異なる第２の位相だけ変化させて前記投影光学系に導く状態であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
6. 複数の前記光学要素はそれぞれ傾斜角が可変の反射要素であり、
   前記反射要素の前記第１の状態は、前記反射要素で反射される光を前記投影光学系に入射させる状態であり、前記第２の状態は、前記反射要素で反射される光を前記投影光学系に入射させない状態であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
7. 前記第３領域内の前記第１光学要素と前記第２光学要素との間の複数の前記第３光学要素を前記第２の状態に設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
8. 前記投影光学系の瞳面若しくはこの面と共役な面、又はこれらの面の近傍の面に配置された瞳フィルターを用いて、前記空間光変調器から前記第２方向に発生する回折光を遮光することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の露光方法。
9. 露光光で投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
   前記投影光学系の物体面側の所定面に配置されて、それぞれ前記露光光を前記投影光学系に導くように制御可能な複数の光学要素を有する空間光変調器と、
   前記空間光変調器の複数の前記光学要素を駆動する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記所定面における第１領域内の複数の前記光学要素を第１の状態に設定し、前記第１領域の第１方向側に位置する第２領域内の複数の前記光学要素を前記第１の状態と異なる第２の状態に設定し、
   前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域内の複数の光学要素のうち前記第１方向と交差する前記第２方向で所定間隔離れた第１及び第２光学要素を前記第１の状態に設定し、前記第３領域内で前記第１光学要素と前記第２光学要素との間に位置する第３光学要素を前記第２の状態に設定し、
   前記投影光学系の投影倍率と前記所定間隔とを乗じた値は、前記投影光学系の解像度よりも小さいことを特徴とする露光装置。
10. 前記投影光学系を介して像面上に形成されるパターンは、前記第３領域に対応する境界パターン部を備え、
    前記制御装置は、前記第３領域内の複数の前記光学要素の状態を変更して前記境界パターン部を前記第１方向に対応する方向に変位させることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
11. 前記第１及び第２光学要素の前記間隔をＰ、前記第３光学要素の幅をＬ、前記第３領域の前記第１方向の幅をＤ、前記投影光学系の投影倍率をβとして、
    前記制御装置は、前記第１方向に対応する方向に前記境界パターン部を実質的にδＹだけ移動させるために、前記第２の状態に設定される前記光学要素の幅Ｌを、ほぼδＹ・Ｐ／（β・Ｄ）に設定することを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 複数の前記光学要素はそれぞれ反射要素であり、
    前記照明光学系からの前記露光光は、複数の前記反射要素に斜めに入射し、複数の前記反射要素からの反射光が、前記投影光学系に対して前記投影光学系の光軸に交差するように入射することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載の露光装置。
13. 前記空間光変調器と前記投影光学系との間に配置されるビームスプリッタを備え、
    前記照明光学系からの前記露光光は、前記ビームスプリッタ、前記空間光変調器、及び前記ビームスプリッタを介して前記投影光学系に入射することを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の露光装置。
14. 複数の前記光学要素のアレイは第３方向を長手方向とする長方形の領域であり、
    前記基板を前記投影光学系の像面で前記第３方向と直交する第４方向に対応する走査方向に移動する基板ステージを備え、
    前記制御装置は、前記基板ステージによる前記基板の移動に応じて、複数の前記光学要素によって形成されるパターンを前記第４方向に移動することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の露光装置。
15. 前記投影光学系の瞳面若しくはこの面と共役な面、又はこれらの面の近傍の面に配置されて、前記空間光変調器から前記第２方向に発生する回折光を遮光する瞳フィルターを備えることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか一項に記載の露光装置。
16. 投影光学系を用いて基板を露光するときに用いられ、グリッド状に配列された複数の区画を備える露光用パターンの生成方法であって、
    前記複数の区画のうちの第１領域内の複数の前記区画を第１の状態に設定し、前記第１領域の第１方向側に位置する第２領域内の複数の前記区画を前記第１の状態と異なる第２の状態に設定することと、
    前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域内に前記第２方向で所定間隔離れて配列された複数の前記区画を前記第１の状態又は前記第２の状態に設定することと、
    を含み、
    前記第１の状態に設定された前記区画からの光は、第１の位相で前記投影光学系に入射し、
    前記第２の状態に設定された前記区画からの光は、前記第１の位相とは異なる第２の位相で前記投影光学系に入射し、
    前記投影光学系の投影倍率と前記所定間隔とを乗じた値は、前記投影光学系の解像度よりも小さいことを特徴とする露光用パターンの生成方法。
17. 前記投影光学系を介して像面上に形成されるパターンは、前記第３領域に対応する境界パターン部を備え、
    前記第２方向に伸びた前記第１境界領域内の複数の前記光学要素の状態を変更して前記境界パターン部を前記第１方向に対応する方向に変位させることを特徴とする請求項１６に記載の露光用パターンの生成方法。
18. 前記第１及び第２光学要素の前記間隔をＰ、前記第３光学要素の幅をＬ、前記第３領域の前記第１方向の幅をＤ、前記投影光学系の投影倍率をβとして、前記第１方向に対応する方向の前記境界パターン部の実質的な移動量は、β・Ｌ・Ｄ／Ｐであることを特徴とする請求項１７に記載の露光用パターンの生成方法。
19. 請求項１〜８のいずれか一項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。
20. 請求項９〜１５のいずれか一項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。

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