JP6198023B2 - 露光方法、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光学要素を有する空間光変調器及びその駆動方法、空間光変調器を用いて物体を露光する露光技術、並びに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)

多数の微小ミラーのアレイを有する空間光変調器を用いる際に、各微小ミラーで設定される高さ（位相）の誤差には、ランダムな誤差の他に、例えば多くの微小ミラーについて共通の所定の傾向を持つ誤差である系統的な誤差がある。これらの誤差のうち、ランダムな誤差については、例えば平均化効果によってその影響は軽減される。しかしながら、系統的な誤差については、平均化効果によってその影響が軽減されないため、系統的な誤差が生じると、最終的に基板の表面に形成される空間像の強度分布が目標とする分布から外れる恐れがある。
また、各微小ミラーの隙間領域を介した光がある場合には、その光に起因して、最終的に基板の表面に形成される空間像の強度分布が目標とする分布から外れる恐れがある。

本発明は、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るときに、最終的に基板の表面に形成される空間像の強度分布の目標分布からの誤差を軽減することを目的とする。

本発明の一態様によれば、複数の光学要素を有する空間光変調器を介したパルス光で基板を露光する露光方法において、光学系を介したそのパルス光で、第１方向に沿って光強度が増加する第１部分とその第１方向に沿って光強度が減少する第２部分とを持つ光強度分布をその基板上に形成することと、その複数の光学要素が配置されている領域のうちの少なくとも一部の第１領域で、入射する光を射出する第１の状態の光学要素と、その第１の状態の光学要素を介した光に対して位相が異なる光を射出する第２の状態の光学要素とを第１の配列に設定することと、その第１の配列に設定されたその複数の光学要素を介したその光強度分布を有する露光光でその基板の第１被露光領域を露光することと、その光学系とその基板とをその第１方向に相対的に移動させることと、その配置されている領域のうちの少なくとも一部の第２領域で、その第１の状態の光学要素とその第２の状態の光学要素とを、その第１の配列においてその第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれその第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定することと、その第２の配列に設定されたその複数の光学要素を介したその光強度分布を有する露光光で、その基板のその第１被露光領域の一部を含み、その第１被露光領域と同じ大きさの第２被露光領域を露光することと、を含み、その基板上の所定点は、その第１の部分およびその第２の部分のうち少なくとも一方で偶数回露光される、露光方法が提供される。
別の態様によれば、光源からのパルス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、その露光光を照射する照明系と、その投影光学系の物体面側に配置されて、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、その基板を移動するステージと、その照明系、その空間光変調器及びそのステージを制御する制御装置と、を備え、その照明系は、そのパルス光で、第１方向に沿って光強度が増加する第１部分とその第１方向に沿って光強度が減少する第２部分とを持つ光強度分布をその基板上に形成し、その制御装置は、その複数の光学要素が配置されている領域のうちの少なくとも一部の第１領域で、入射する光を射出する第１の状態の光学要素と、その第１の状態の光学要素を介した光に対して位相が異なる光を射出する第２の状態の光学要素とを第１の配列に設定させ、その第１の配列に設定されたその複数の光学要素を介したその光強度分布を有する露光光でその基板の第１被露光領域を露光させ、そのステージを介して、その光学系に対してその基板をその第１方向に移動させ、その配置されている領域のうちの少なくとも一部の第２領域で、その第１の状態の光学要素とその第２の状態の光学要素とを、その第１の配列においてその第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれその第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定させ、その第２の配列に設定されたその複数の光学要素を介したその光強度分布を有する露光光で、その基板のその第１被露光領域の一部を含み、その第１被露光領域と同じ大きさの第２被露光領域を露光させ、その基板上の所定点がその第１の部分およびその第２の部分のうち少なくとも一方で偶数回露光されるように制御する、露光装置が提供される。
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、それぞれ光が照射される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、その光学要素のアレイの少なくとも一部の第１領域で、入射する光を位相が同じか又は第１の位相だけ異なる光として通過させる第１の状態の光学要素と、入射する光を位相がその第１の位相とほぼ１８０°異なる第２の位相だけ異なる光として通過させる第２の状態の光学要素との配列を第１の配列に設定することと、その光学要素のアレイの少なくとも一部の第２領域で、その第１の状態の光学要素とその第２の状態の光学要素との配列を、その第１の配列においてその第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれその第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定することと、を含むものである。

また、本発明の第２の態様によれば、露光光で空間光変調器の複数の光学要素のアレイ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、本発明の空間光変調器の駆動方法によってその複数の光学要素の状態の配列を設定することと、その複数の光学要素をその第１の配列に設定した状態、及びその複数の光学要素をその第２の配列に設定した状態で、その複数の光学要素のアレイのその第１領域及びその第２領域を含む照明領域からのその露光光でその投影光学系を介してその基板を重ねて露光することと、を含むものである。

また、本発明の第３の態様によれば、露光光で複数の光学要素のアレイを備える第１空間光変調器及び投影光学系を介して基板上の少なくとも一部の領域を露光すると共に、露光光で複数の光学要素のアレイを備える第２空間光変調器及び前記投影光学系を介して前記基板上の前記少なくとも一部の領域を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、その第１空間光変調器のその光学要素のアレイの少なくとも一部の第１領域で、入射する光を位相が同じか又は第１の位相だけ異なる光として通過させる第１の状態の光学要素と、入射する光を位相が前記第１の位相とほぼ１８０°異なる第２の位相だけ異なる光として通過させる第２の状態の光学要素との配列を第１の配列に設定することと、その第１領域と対応する、その第２空間光変調器の前記光学要素のアレイの少なくとも一部の第２領域で、入射する光を位相が同じか又は第１の位相だけ異なる光として通過させる第１の状態の光学要素と、入射する光を位相が前記第１の位相とほぼ１８０°異なる第２の位相だけ異なる光として通過させる第２の状態の光学要素との配列を第２の配列に設定することとを含む。そして、その第１の配列におけるその第１の状態の光学要素の配列がその第２の配列におけるその第２の状態の光学要素の配列に対応しており、その第１の配列におけるその第２の状態の光学要素の配列がその第２の配列におけるその第１の状態の光学要素の配列に対応している。

また、本発明の第４の態様によれば、それぞれ光が照射される複数の光学要素のアレイを有する空間光変調器が提供される。この空間光変調器は、その複数の光学要素の状態をそれぞれ入射する光を位相が同じか又は第１の位相だけ異なる光として通過させる第１の状態に設定する第１信号、又は入射する光を位相がその第１の位相とほぼ１８０°異なる第２の位相だけ異なる光として通過させる第２の状態に設定する第２信号を出力する複数の第１回路と、その光学要素のアレイの少なくとも一部の第１領域で、その第１の状態の光学要素とその第２の状態の光学要素との配列を第１の配列に設定するために、その複数の第１回路の出力信号を制御する制御回路と、その光学要素のアレイの少なくとも一部の第２領域で、その第１の状態の光学要素とその第２の状態の光学要素との配列を、その第１の配列においてその第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれその第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定するために、その複数の第１回路の出力信号を反転させる複数の第２回路と、を備えるものである。

また、本発明の第５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、その露光光を照射する照明系と、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、その照明系及びその空間光変調器を制御する制御装置と、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、その光学要素のアレイの少なくとも一部の第１領域で、入射する光を位相が同じか又は第１の位相だけ異なる光として通過させる第１の状態の光学要素と、入射する光を位相がその第１の位相とほぼ１８０°異なる第２の位相だけ異なる光として通過させる第２の状態の光学要素との配列を第１の配列に設定して、その基板を露光させ、その光学要素のアレイの少なくとも一部の第２領域で、その第１の状態の光学要素とその第２の状態の光学要素との配列を、その第１の配列においてその第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれその第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定して、その基板を重ねて露光させるものである。

また、本発明の第６の態様によれば、本発明の露光方法又は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。

本発明によれば、空間光変調器において、光学要素のアレイの第１領域で、第１の状態及び第２の状態の光学要素を第１の配列に設定することと、その光学要素のアレイの第２領域で、その第１の状態及び第２の状態の光学要素を、その第１の配列を反転した第２の配列に設定することと、を含み、その第１の配列の光学要素で系統的な誤差が生じていると、その第２の配列の光学要素では符号が逆の系統的な誤差が生じる。そのため、例えばその第１の配列の光学要素からの光と、その第２の配列の光学要素からの光とを被照射面に重ねて照射することによって、その系統的な誤差の影響が軽減される。さらに、複数の光学要素の隙間領域を通過する光がある場合に、その隙間領域を通過する光の影響も軽減される。

実施形態の一例の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、（Ｃ）は露光領域の光強度分布を示す図である。 （Ａ）は空間光変調器の第１パターンを形成するための第１の位相分布を示す図、（Ｂ）は図４（Ａ）の一部の拡大図、（Ｃ）は図４（Ａ）の位相分布に対応する空間像のレジストパターンを示す拡大図、（Ｄ）はミラー要素３０の位相に系統的な誤差がある場合のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）はミラー要素３０の位相に系統的な誤差がある場合の縮小（シュリンク）したレジストパターンを示す拡大図、（Ｂ）は図５（Ａ）の左側のパターンの線幅とデフォーカス量との関係を示す図、（Ｃ）は図５（Ａ）の右側のパターンの線幅とデフォーカス量との関係を示す図である。 （Ａ）は空間光変調器の系統的な誤差を含む第１の位相分布を示す図、（Ｂ）は図６（Ａ）の位相分布に対応する縮小したレジストパターンを示す拡大図、（Ｃ）は図６（Ａ）の位相分布を反転した第２の位相分布を示す図、（Ｄ）は図６（Ｃ）の位相分布に対応する縮小したレジストパターンを示す拡大図、（Ｅ）は二重露光後の縮小したレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は空間光変調器の隙間領域で反射のある第１の位相分布を示す図、（Ｂ）は図７（Ａ）の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｃ）は図７（Ａ）の位相分布を反転した第２の位相分布を示す図、（Ｄ）は図７（Ｃ）の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｅ）は二重露光後のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は反射光を発生する隙間領域を含む第１の位相分布の一部を示す拡大図、（Ｂ）はその第１の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｃ）はその第１の位相分布を反転した第２の位相分布の一部を示す図、（Ｄ）はその第２の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｅ）は二重露光後のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は空間光変調器の第２パターンを形成するための第１の位相分布を示す図、（Ｂ）は図９（Ａ）の一部の拡大図、（Ｃ）は図９（Ａ）の位相分布に対応する空間像のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は空間光変調器の系統的な誤差を含む第２パターン用の第１の位相分布を示す図、（Ｂ）は図１０（Ａ）の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｃ）は図１０（Ａ）の位相分布を反転した第２の位相分布を示す図、（Ｄ）は図１０（Ｃ）の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｅ）は二重露光後のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は空間光変調器の隙間領域で反射のある第２パターン用の第１の位相分布を示す図、（Ｂ）は図１１（Ａ）の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｃ）は図１１（Ａ）の位相分布を反転した第２の位相分布を示す図、（Ｄ）は図１１（Ｃ）の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｅ）は二重露光後のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は反射光を発生する隙間領域を含む第２パターン用の第１の位相分布の一部を示す拡大図、（Ｂ）はその第１の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｃ）はその第１の位相分布を反転した第２の位相分布の一部を示す図、（Ｄ）はその第２の位相分布に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｅ）は二重露光後のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は周期的パターンからの０次光及び±１次光を示す図、（Ｂ）は第１の位相分布を示す図、（Ｃ）はその第１の位相分布を反転した第２の位相分布を示す図である。 （Ａ）は露光領域の走査方向の光強度分布を示す図、（Ｂ）は空間光変調器のミラー要素３０のアレイにおける位相分布の移動方法の説明図、（Ｃ）は実施形態の変形例における２つの空間光変調器を示す図である。 図１の変調制御部４８の構成例を示すブロック図である。 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）、（Ｂ）、及び（Ｃ）はそれぞれ空間光変調器のミラー要素３０のアレイ上で走査方向に位相分布が移動していく状態を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、図１７（Ｃ）に続いて空間光変調器のミラー要素３０のアレイ上で走査方向に位相分布が移動していく状態を示す図である。 （Ａ）は隙間領域を含む複数のミラー要素３０の配置を示す拡大図、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）はそれぞれ系統的な誤差ΔＺが２ｎｍで隙間位相が０°、９０°、１８０°、及び２７０°の場合の二重露光後のレジストパターンを示す拡大図である。 （Ａ）は隙間領域を含む複数のミラー要素３０の配置を示す拡大図、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、及び（Ｅ）はそれぞれ系統的な誤差ΔＺが４ｎｍで隙間位相が０°、９０°、１８０°、及び２７０°の場合の二重露光後のレジストパターンを示す拡大図である。 隙間位相が異なる場合の系統的な誤差ΔＺとレジストパターンの線幅の誤差との関係の一例を示す図である。 隙間位相を変化させた場合のレジストパターンの線幅の誤差の変化の一例を示す図である。 変形例の変調制御部の一部を示すブロック図である。 図２３中の複数の信号の関係を示す図である。 別の変形例の変調制御部の一部を示すブロック図である。 変形例の露光装置の概略構成を示す図である。 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。

以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図１８を参照して説明する。
図１は、本実施形態の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、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が使用できる。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程度の例えば直線偏光のレーザ光を１〜３ＭＨｚ程度の周波数でパルス発光可能である。なお、光源２としては、波長１９３ｎｍでパルス幅５０ｎｓ程度のレーザ光を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、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光源、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。

本実施形態においては、光源２には電源部４２が接続されている。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対のシリンドリカル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、それぞれ直交する２軸の回りの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。また、リレー光学系１４の代わりに、ズームレンズを使用してもよい。

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（転写用のパターンが配置される設計上の面）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のアレイを覆う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内の長方形の領域に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。また、照明光学系ＩＬＳ中の視野絞り２０は、その被照射面（投影光学系ＰＬの物体面）と共役な面ＣＯＰから光軸方向に所定距離だけシフトした位置に設置されている。これにより、照明領域２６Ａにおける照明光ＩＬの強度分布は、Ｙ方向（ウエハＷの走査方向に対応する方向）及びＸ方向（非走査方向）に台形状の分布となっている。

図２（Ａ）は、図１中の空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイ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、多数のミラー要素３０は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれピッチ（周期）ｐｘ及びｐｙで配列されている。一例として、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。また、ミラー要素３０の反射面は正方形であり、ピッチｐｘ，ｐｙは互いに等しい。なお、ミラー要素３０の反射面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。

各ミラー要素３０は、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）にそれぞれ配置されている。一例として、ミラー要素３０のＹ方向（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。なお、信号ラインはベース部材３２に設けたスルーホール（不図示）を通して配線してもよい。本実施形態では、電源オフ状態又は電源オン状態であっても電極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。空間光変調器２８の各ミラー要素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、図２（Ｂ）において、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。即ち、本実施形態では、その第１の状態では入射光の位相と反射光の位相とは同じである。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。

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をほぼ０°であるとして、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はほぼ次のようになる。

ｄ１＝λ／４ …（２Ａ）
なお、その第２の状態にあるミラー要素３０の反射面の基準平面Ａ１との間隔には、設計上の間隔ｄ１の他に、実際には製造誤差及び／又は駆動誤差等に起因するランダムな誤差及び／又は系統的な誤差ΔＺ（ほぼ全部のミラー要素３０について共通に発生する所定の傾向を持つ誤差）が含まれている。

照明光ＩＬ１の入射角αがほぼ０の場合には、照明光ＩＬ１の波長λを用いると、その反射面の高さの系統的な誤差ΔＺに対応する反射光Ｂ２の位相の誤差Δφは、次のようになる。
Δφ＝（４π／λ）ΔＺ …（２Ｂ）
このため、その第２の状態にあるミラー要素３０で反射される照明光ＩＬの位相の変化量（第２の位相δ２）はほぼ１８０°である。そのランダムな誤差及び系統的な誤差による位相δ２の変化量は、一例として±１０°程度である。なお、そのランダムな誤差の影響は、例えばウエハＷの各点を複数パルスで露光することによって軽減される。

また、ミラー要素３０間の支持部３４の表面のうちで、照明光ＩＬを反射する部分を隙間領域３４ａという。隙間領域３４ａの表面と基準反射面Ａ１とのＺ方向の間隔ｄ２によって、隙間領域３４ａでの反射光の位相が変化する。一例として、隙間領域３４ａでの反射光は考慮しないこととするが、隙間領域３４ａの幅が比較的広い場合の影響については後述する。

以下では、入射する照明光の位相を０°変化させて反射するその第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、入射する照明光の位相を設計値で１８０°変化させて反射するその第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。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（ミラー要素３０のアレイの凹凸パターン）の情報に応じて、各位置Ｐ（ｉ，ｊ）のミラー要素３０の電極３６Ａ，３６Ｂ間の電圧を制御して、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。

また、図２（Ｂ）には、図１の変調制御部４８の一部の互いに連結されたフリップフロップ６０Ａ，６０Ｂと、フリップフロップ６０Ａ，６０Ｂの第１出力又はこの第１出力を反転した第２出力のいずれかを選択する選択回路６２Ａ，６２Ｂとが示されている。フリップフロップ６０Ａ等の第１出力がローレベル（又はハイレベル）であれば、その第２出力はハイレベル（又はローレベル）である。選択回路６２Ａ，６２Ｂの出力がＹ方向に隣接して配列された２つのミラー要素３０を駆動するための電極３６Ａに接続され、これに対向する電極３６Ｂは例えば接地ライン（不図示）に接続されている。一例として、選択回路６２Ａ等の出力がローレベル（又はハイレベル）であれば、対応するミラー要素３０は第１の状態（又は第２の状態）に設定される。

フリップフロップ６０Ａの入力部には前段のフリップフロップ（不図示）の第１出力が供給され、フリップフロップ６０Ｂの第１出力は後段のフリップフロップ（不図示）の入力部に供給され、制御部（不図示）がクロックパルスＣＫＰ及び選択信号ＳＥＬＳを出力している。フリップフロップ６０Ａ，６０Ｂ等は、そのクロックパルスＣＫＰに同期して出力をシフトする。なお、このように連結されたフリップフロップ群はシフトレジスターと呼ばれる。全部のフリップフロップ６０Ａ等にそれぞれ選択回路６２Ａ等が接続されている。一例として、選択回路６２Ａ等はそれぞれ選択信号ＳＥＬＳがハイレベルの期間には対応するフリップフロップ６０Ａ等の第１出力を選択して出力し、選択信号ＳＥＬＳがローレベルの期間には対応するフリップフロップ６０Ａの第２出力を選択して出力する。フリップフロップ６０Ａ等は実際にはそれぞれ複数ビットの出力を持つ。また、フリップフロップ６０Ａ，６０Ｂ及び選択回路６２Ａ，６２Ｂ等は、例えば基板３２Ａの裏面、又はベース部材３２の表面のミラー要素３０のアレイの領域に近接する領域に形成してもよい。変調制御部４８の全体の構成例については後述する。

なお、図２（Ｂ）のフリップフロップ６０Ａ，６０Ｂ等は、ミラー要素３０の位相分布を＋Ｙ方向に移動するための回路であり、その位相分布を−Ｙ方向に移動するフリップフロップ群（不図示）も設けられている。選択回路６２Ａ，６２Ｂ等は、ウエハＷの走査方向に応じてその２組のフリップフロップの一方の出力を選択する。
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。

上述のように照明領域２６Ａ内の光強度分布はＹ方向及びＸ方向に台形状であるため、図３（Ｃ）に拡大して示すように、露光領域２６Ｂの光強度分布もＹ方向（ウエハＷの走査方向）及びＸ方向に台形状である。図３（Ｃ）において、強度分布ＥＰＹ及びＥＰＸはそれぞれ露光領域２６Ｂの中心を通りＹ軸及びＸ軸に平行な直線上における照明光ＩＬの強度分布を示す。強度分布ＥＰＹ，ＥＰＸより分かるように、露光領域２６ＢのＹ方向の両端の所定幅の傾斜部２６Ｂａ，２６Ｂｂでは強度が外側に向けてほぼ線形に低下し、露光領域２６ＢのＸ方向の両端の所定幅の継ぎ部２６Ｂｃ，２６Ｂｄでも強度が外側に向けてほぼ線形に低下している。傾斜部２６Ｂａ，２６Ｂｂは、空間光変調器２８の端部で生じる意図しない位相結像の影響を軽減するために設けられている。継ぎ部２６Ｂｃ，２６Ｂｄは、空間光変調器２８の端部で生じる意図しない位相結像の影響を軽減するため、及び隣接する部分領域との継ぎ誤差を軽減するために設けられている。

また、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の解像度は、一例として、空間光変調器２８のミラー要素３０の像の幅（β・ｐｘ）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は、変調制御部４８にウエハＷの各ショット領域の複数の部分領域に形成されるパターンに対応する位相分布（凹凸パターン）の情報を供給する。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ＳＡ２２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。

露光中に、主制御系４０は、露光領域２６Ｂに対するウエハＷの例えばショット領域ＳＡ２２の第１部分領域ＳＡ２２ａの相対位置に応じて、発光トリガパルスＴＰを電源部４２に供給して照明光ＩＬをパルス発光させる。さらに、主制御系４０は、変調制御部４８に発光トリガパルスＴＰの数倍〜数１０倍の周波数の制御信号を供給する。変調制御部４８は、その制御信号に同期して、転写対象の位相分布がＹ方向に次第に移動するように、空間光変調器２８の光学素子のアレイの位相分布（凹凸パターン）を制御する。これによって、部分領域ＳＡ２２ａは、次第に内部の空間像が移動する露光領域２６Ｂで走査露光される。

その後、ウエハＷのショット領域ＳＡ２２に隣接するショット領域ＳＡ２３の第１部分領域に露光するために、ウエハＷを同じ方向に走査したまま、変調制御部４８は、照明光ＩＬのパルス発光に同期して、ショット領域ＳＡ２２の露光時と同じように空間光変調器２８の光学素子のアレイの位相分布をＹ方向に移動させる。このようにして、ショット領域ＳＡ２１からＳＡ２２の第１部分領域にかけて連続的に露光を行うことができる。その後、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向（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、変調制御部４８は、照明光ＩＬのパルス発光に同期して、ショット領域ＳＡ２２等の第１領域ＳＡ２２ａ等の露光時とは逆方向に空間光変調器２８の光学素子のアレイの位相分布（凹凸パターン）を移動させる。これによって、ショット領域ＳＡ２３からＳＡ２１の第２部分領域ＳＡ２２ｂ等にかけて連続的に露光を行うことができる。この際に、第１部分領域ＳＡ２２ａ及び第２部分領域ＳＡ２２ｂの境界部では、継ぎ誤差を低減するために、図３（Ｃ）の露光領域２６Ｂの継ぎ部２６Ｂｄ及び２６Ｂｃで二重露光が行われる。

このようにして、マスクレス方式で、ウエハＷの各ショット領域ＳＡ２１〜ＳＡ２３等に効率的に所定の空間像を露光することができる。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その空間像に対応するレジストパターン（回路パターン）が形成される。なお、ショット領域ＳＡ２１〜ＳＡ２３は、Ｘ方向に３個以上の部分領域に分けて露光してもよい。さらに、マスクレス方式であるため、ショット領域ＳＡ２１〜ＳＡ２３に互いに異なる空間像を露光することも可能である。

次に、空間光変調器２８の上記の第２の状態（位相π）に設定されている図２（Ｂ）のミラー要素３０の反射面の基準平面Ａ１との間隔に、系統的な誤差ΔＺが含まれており、反射光の位相に式（２Ｂ）の誤差Δφが含まれている場合の空間光変調器２８の駆動方法につき説明する。
まず、ウエハＷの表面に現像後に形成すべきレジストパターンを、一例として図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示すように、それぞれほぼＸ方向の幅４０ｎｍ及びＹ方向の長さが４８ｎｍでＸ方向の間隔が４０ｎｍで配置された１対の左右対称なほぼ正方形のターゲット３８Ａ，３８Ｂであるとする。図４（Ｃ）等において、横軸及び縦軸はそれぞれ投影光学系ＰＬの像面におけるＸ軸（ｎｍ）及びＹ軸（ｎｍ）である。図４（Ａ）は、ターゲット３８Ａ，３８Ｂにできるだけ近いレジストパターンを形成するために、図１の空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの一部によって形成される照明光ＩＬの位相分布５０Ａ（ミラー要素３０の反射面の凹凸分布）の一例を示す透視図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の中心部の拡大図である。なお、以下で説明する図６（Ａ）等のミラー要素３０のアレイの位相分布もそれぞれ透視図である。また、説明の便宜上、投影光学系ＰＬは正立像を形成するものとする。さらに、ミラー要素３０のうちで第１の状態（位相０）のミラー要素３０Ａを白抜きのパターンで表し、第２の状態（位相π）のミラー要素３０Ｂをハッチングされたパターンで表す。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、ターゲット３８Ａ，３８Ｂと光学的に共役なパターン３９Ａ，３９Ｂが仮想的に点線で表されている。また、個々のミラー要素３０の配列のピッチｐｘ（＝ｐｙ）は、投影像の段階で２０ｎｍとなるように、すなわち投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いて、β・ｐｘ＝２０（ｎｍ）となるように設定されている。また、位相分布５０Ａは、それぞれ第１の状態（位相０）のミラー要素３０Ａよりなる第１領域５１Ａ、第４領域５１Ｄ、第５領域５１Ｅ、第８領域５１Ｈ、及び第９領域５１Ｉと、それぞれ第２の状態（位相π）のミラー要素３０Ｂよりなる第２領域５１Ｂ、第３領域５１Ｃ、第６領域５１Ｆ、第７領域５１Ｇ、及び第１０領域５１Ｊと、これらの第１領域５１Ａ〜第１０領域５１Ｊを囲む枠状の周辺領域５１Ｋとを含んでいる。第１領域５１Ａ及び第２領域５１Ｂ内にそれぞれ仮想的にパターン３９Ａ及び３９Ｂが配置されている。周辺領域５１Ｋは、第１の状態のミラー要素３０Ａと第２の状態のミラー要素３０Ｂとを市松模様に配列したものである。市松模様は、市松格子又はチェッカーボードパターン(Checkerboard Pattern)とも呼ぶことができる。周辺領域５１Ｋの位相分布に対応する空間像は、ミラー要素３０の像の幅の１／２の線幅の像を含むが、投影光学系ＰＬはミラー要素３０の像の幅よりも微細なパターンは解像しない（回折光が開口絞りを通過しない）ため、周辺領域５１Ｋに対応する空間像は遮光部となる。

その位相分布５０Ａを用いて、照明瞳面ＩＰＰにおける照明光ＩＬの光量分布を高い解像度が得られるように最適化し、Ｙ方向に直線偏光した照明光ＩＬを用いるという照明条件のもとで、かつ比較のために、ミラー要素３０の反射面の高さの系統的な誤差ΔＺが０の条件のもとで、シミュレーションによって投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置、及び±４０ｎｍデフォーカスした位置にある像面における空間像の強度分布を求めた。さらにそれらの空間像を所定の閾値（例えばＸ方向の幅の平均値が目標値になる値）でスライスして求めた理論的なレジストパターンが、図４（Ｃ）のベストフォーカス位置のパターンＬ，Ｒ、＋４０ｎｍデフォーカス時のパターンＬＰ，ＲＰ、及び−４０ｎｍデフォーカス時のパターンＬＭ，ＲＭである。この場合、左側のパターンＬ，ＬＭ，ＬＰは−Ｘ方向のターゲット３８Ａに対応し、右側のパターンＲ，ＲＭ，ＲＰは＋Ｘ方向のターゲット３８Ｂに対応している（以下同様）。左右のパターンＬ，Ｒは、投影光学系ＰＬの解像度に応じて、ターゲット３８Ａ，３８Ｂに対して楕円状になっている。図４（Ｃ）より、系統的な誤差ΔＺが０の場合には、デフォーカスしていても、形成されるレジストパターンは殆ど変化しないことが分かる。以下、図４（Ｄ）等で、パターンＬｊ，Ｒｊ（ｊ＝０，１，２，…）はベストフォーカス位置、パターンＬｊＰ，ＲｊＰは＋４０ｎｍデフォーカス時、及びパターンＬｊＭ，ＲｊＭは−４０ｎｍデフォーカス時のレジストパターンを表している。

次に、その位相分布５０Ａを用いて同じ照明条件で、かつミラー要素３０の反射面の高さの系統的な誤差ΔＺを２ｎｍ（式（２Ｂ）の位相の誤差Δφはほぼ７．５°）とした条件のもとで、シミュレーションによって投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置、及び±４０ｎｍデフォーカスした位置にある像面における空間像の強度分布を求めた。さらに、その空間像から求めた理論的なレジストパターンが、図４（Ｄ）のベストフォーカス位置のパターンＬ０，Ｒ０、及びデフォーカス時のパターンＬ０Ｐ，Ｒ０Ｐ，Ｌ０Ｍ，Ｒ０Ｍである。図４（Ｄ）から、系統的な誤差ΔＺが２ｎｍである場合には、デフォーカスによって、形成される左右のレジストパターンの大きさの比が変化する（例えばパターンＬ０ＰはパターンＲ０Ｐよりも小さくなっている）ことが分かる。

また、図５（Ａ）のターゲット３８ＡＳ，３８ＢＳ、及びパターンＬ１，Ｒ１，Ｌ１Ｐ，Ｒ１Ｐ，Ｌ１Ｍ，Ｒ１Ｍは、それぞれ図４（Ｄ）のターゲット３８Ａ，３８Ｂ及びパターンＬ０，Ｒ０，Ｌ０Ｐ，Ｒ０Ｐ，Ｌ０Ｍ，Ｒ０Ｍに幅１０ｎｍのシュリンク（縮小）を施して得られるレジストパターンを示す。このシュリンクしたレジストパターンに関して、左側のパターンＬ１Ｐ等の短辺方向（ここではＸ方向）の幅であるＣＤ（critical dimension）をＣＤ−Ｌ、右側のパターンＲ１Ｐ等のＣＤをＣＤ−Ｒとして、左右のレジストパターンの大きさの変化を定量化するために、系統的な誤差ΔＺの値を様々に設定し、様々なデフォーカス量のもとで計算した。

図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）は、そのようにして計算されたＣＤ−Ｌ及びＣＤ−Ｒを示す。図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の横軸はデフォーカス量（ｎｍ）、縦軸はＣＤの目標値に対する変化量ΔＣＤ（％）を示し、系統的な誤差ΔＺを０，０．２５，０．５，及び１（ｎｍ）に設定した場合の変化量ΔＣＤが示されている。図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）より、系統的な誤差ΔＺが０．５ｎｍ程度であっても、デフォーカス量が±４０ｎｍのときに、ほぼ７％程度のＣＤ誤差が生じていることが分かる。ただし、左側のＣＤ−Ｌと右側のＣＤ−Ｒとはデフォーカスに関して符号が逆であるため、これを利用して以下のように、系統的な誤差ΔＺがあるときに、デフォーカス量が生じても、実質的にＣＤ誤差を低減できる。

すなわち、本実施形態では、ミラー要素３０の系統的な誤差ΔＺが２ｎｍである場合に、まず空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイで図６（Ａ）の第１の位相分布５０Ａ（図４（Ａ）の位相分布と同じ）を設定し、その投影光学系ＰＬによる空間像でウエハＷを露光する。この際の露光量分布を仮想的にスライスし、シュリンクを施すことで、図５（Ａ）と同じ図６（Ｂ）のレジストのパターンＬ１，Ｒ１，Ｌ１Ｐ，Ｒ１Ｐ，Ｌ１Ｍ，Ｒ１Ｍが得られる。その後、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイで、位相分布５０Ａの０とπとを反転した図６（Ｃ）の第２の位相分布５０Ｂを設定し、その投影光学系ＰＬによる空間像でウエハＷを二重露光する。図６（Ｃ）の位相分布５０Ｂは、図６（Ａ）の第１領域５１Ａ（位相０）〜第１０領域５１Ｊ（位相π）に対応する第１領域５２Ａ〜第１０領域５２Ｊが、それぞれ位相π〜位相０である。また、位相分布５０Ａの周辺領域５１Ｋに対応する位相分布５０Ｂの周辺領域５２Ｋは市松模様であるが、周辺領域５１Ｋとは０とπとが入れ替わっている。なお、周辺領域５２Ｋの像は遮光部になるため、周辺領域５２Ｋの代わりに周辺領域５１Ｋと同じ市松模様の位相分布を使用してもよい。

この場合、系統的な誤差ΔＺによって、位相分布５０Ａにおいては、例えば第１領域５１Ａ（位相０）に対して第２領域５１Ｂ（位相π＋Δφ）は、位相が目標値に対してΔφだけ進んでいるものとすると、位相分布５０Ｂにおいては、対応する第１領域５２Ａ（位相π＋Δφ）に対して第２領域５２Ｂ（位相０）は、位相が目標値に対してΔφだけ遅れていることになる。言い換えると、第２の位相分布５０Ｂは、第１の位相分布５０Ａにおいて系統的な誤差Δφ（ΔＺ）の符号を逆にした分布と等価になる。このため、第２の位相分布５０Ｂに関する図５（Ａ）の左右のレジストパターンの線幅ＣＤ−Ｌ，ＣＤ−Ｒのデフォーカスに対する変化の特性は、位相分布５０Ａに関する特定と逆の図５（Ｃ）及び図５（Ｂ）の特性となる。

従って、位相分布５０Ｂの空間像の露光量分布をスライスし、シュリンクを施すことで、図６（Ｄ）のレジストのパターンＬ２，Ｒ２，Ｌ２Ｐ，Ｒ２Ｐ，Ｌ２Ｍ，Ｒ２Ｍが得られる。この場合、＋４０ｎｍデフォーカス時のパターンに関して、図６（Ｄ）のターゲット３８ＡＳ側のパターンＬ２Ｐはターゲット３８ＢＳ側のパターンＲ２Ｐより大きいのに対して、図６（Ｂ）のターゲット３８ＡＳ側のパターンＬ１Ｐはターゲット３８ＢＳ側のパターンＲ１Ｐより小さくなっている。また、−４０ｎｍデフォーカス時には、図６（Ｂ）のパターンＬ１Ｍ，Ｒ１Ｍと図６（Ｄ）のパターンＬ２Ｍ，Ｒ２Ｍとは大小関係が逆になっている。

また、位相分布５０Ａの空間像の露光時の露光量と、位相分布５０Ｂの空間像の露光時の露光量とは互いに同じであり、かつ二重露光後に適正露光量が得られるように設定されている。この結果、二重露光後の露光量分布は、系統的な誤差ΔＺが０の位相分布５０Ａを用いたときの露光量分布とほぼ等しくなる。すなわち、その二重露光後の露光量分布をスライスして、シュリンクすることによって、図６（Ｅ）に示すように、ベストフォーカス時のパターンＬ３，Ｒ３と、±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ３Ｐ，Ｒ３Ｐ，Ｌ３Ｍ，Ｒ３Ｍとがほぼ等しいパターン得られる。従って、系統的な誤差ΔＺが２ｎｍで、かつ＋４０〜−４０ｎｍ程度のデフォーカス量が発生していても、現像及びシュリンク後にターゲット３８ＡＳ，３８ＢＳとほぼ等価なパターンを形成できることが分かる。

また、本発明者は、上記の第１の位相分布による露光と、それを反転した第２の位相分布による露光とを重ねて行うことにより、ミラー要素３０のアレイの隙間領域３４ａからの反射光がミラー要素３０からの反射光に混入する場合に、その影響が低減されることを確かめた。すなわち、１回目の露光に際して、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイを図６（Ａ）と同じ図７（Ａ）の位相分布５０Ａに設定するものとする。ただし、図７（Ａ）の位相分布５０Ａでは、第２の状態のミラー要素３０の高さの系統的な誤差ΔＺは０であり、かつその部分拡大図Ｅ６Ａに示すように、ミラー要素３０の配列中にＸ方向及びＹ方向の幅ｃｘ，ｃｙ（ｃｘ＝ｃｙとする）の隙間領域３４ａがあるとする。一例として、ミラー要素３０の像の配列のピッチ２０ｎｍ（＝β・ｐｘ）に対して、隙間領域３４ａの像の幅β・ｃｘは２．５ｎｍ（ピッチの１２．５％）である。また、隙間領域３４ａの照明光ＩＬに対する反射率Ｒｃを１０％（ミラー要素３０の反射率に対する割合）とする。さらに、図２（Ｂ）の基準反射面Ａ１と隙間領域３４ａの表面との間隔ｄ２に応じて定まる、隙間領域３４ａからの反射光の位相の変化量δ３（第１の状態のミラー要素３０からの反射光の位相の変化量δ１との差分）を０°であるとする。なお、以下では、位相の変化量δ１を基準とした、隙間領域３４ａからの反射光の位相の変化量δ３を隙間位相とも呼ぶ。

この場合にも、まず図７（Ａ）の位相分布５０Ａの投影光学系ＰＬによる空間像でウエハＷを露光するものとしてシミュレーションを行った。なお、以下の空間像のシミュレーションは、空間像をベストフォーカス位置及び±４０ｎｍデフォーカスした位置に形成する場合について行っている。その結果求められた空間像の露光量分布に対応するレジストパターンは、図７（Ｂ）に示すように、左のターゲット３８Ａ側のパターンＬ４，Ｌ４Ｐ，Ｌ４Ｍが、右のターゲット３８Ｂ側のパターンＲ４，Ｒ４Ｐ，Ｒ４Ｍに比べてかなり大きくなっている。

次に、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイで、位相分布５０Ａの０とπとを反転した図７（Ｃ）の第２の位相分布５０Ｂを設定し、その投影光学系ＰＬによる空間像でウエハＷを二重露光する。位相分布５０Ｂにおいても、部分拡大図Ｅ６Ｃで示すように、隙間領域３４ａは反射率Ｒｃが１０％で、反射光の位相の変化量（隙間位相δ３）が０°である。図７（Ｃ）の位相分布５０Ｂの空間像の露光量分布に対応するレジストパターンは、図７（Ｄ）に示すように、左のターゲット３８Ａ側のパターンＬ５，Ｌ５Ｐ，Ｌ５Ｍが右のターゲット３８Ｂ側のパターンＲ５，Ｒ５Ｐ，Ｒ５Ｍよりもかなり小さくなっている。

この結果、二重露光後の露光量分布に対応するレジストパターンは、図７（Ｅ）に示すように、ベストフォーカス時のパターンＬ６，Ｒ６と、±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ６Ｐ，Ｒ６Ｐ，Ｌ６Ｍ，Ｒ６Ｍとはほぼ等しくなる。従って、ミラー要素３０のアレイの位相０°の隙間領域３４ａの反射率が１０％程度であり、かつ＋４０〜−４０ｎｍ程度のデフォーカス量が発生していても、現像後にターゲット３８Ａ，３８Ｂとほぼ等価なパターンを形成できることが分かる。なお、図７（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）において、パターンサイズを決めるスライスレベルは、図７（Ｅ）のパターンのＸ方向の幅の最大値がターゲットとほぼ等しくなるように決めて、それを図７（Ｂ）、（Ｃ）にも適用した。

また、ミラー要素３０のアレイの隙間領域３４ａからの反射光の位相の変化量（隙間位相δ３）が２７０°の場合についてもシミュレーションを行った。この場合、１回目の露光の位相分布は、図７（Ａ）の位相分布５０Ａと同じであるが、図８（Ａ）の部分拡大図で示すように、隙間領域３４ａの反射率Ｒｃを１％とした。この位相分布５０Ａの空間像の露光量分布に対応するレジストパターンは、図８（Ｂ）に示すように、ターゲット３８Ａ側のパターンＬ７Ｍが、ターゲット３８Ｂ側のパターンＲ７Ｍに対して僅かに大きくなり、パターンＬ７ＰがパターンＲ７Ｐより僅かに小さくなっている。

さらに、２回目の露光の位相分布は、図７（Ｂ）の位相分布５０Ｂと同じであるが、図８（Ｃ）の部分拡大図で示すように、隙間領域３４ａの反射率Ｒｃが１％、隙間位相δ３が２７０°である。図８（Ｃ）の位相分布５０Ｂの空間像の露光量分布に対応するレジストパターンは、図８（Ｄ）に示すように、ターゲット３８Ａ側のパターンＬ８Ｍが、ターゲット３８Ｂ側のパターンＲ８Ｍに対して僅かに小さくなり、パターンＬ８ＰがパターンＲ８Ｐより僅かに大きくなっている。従って、二重露光後の露光量分布に対応するレジストパターンは、図８（Ｅ）に示すように、ベストフォーカス時のパターンＬ９，Ｒ９と、±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ９Ｐ，Ｒ９Ｐ，Ｌ９Ｍ，Ｒ９Ｍとはほぼ等しくなる。従って、ミラー要素３０のアレイの隙間位相が２７０°の隙間領域３４ａの反射率が１％程度であり、かつ＋４０〜−４０ｎｍ程度のデフォーカス量が発生していても、現像後にターゲット３８Ａ，３８Ｂとほぼ等価なパターンを形成できることが分かる。なお、図８（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）において、パターンサイズを決めるスライスレベルは、図８（Ｅ）のパターンのＸ方向の幅の最大値がターゲットとほぼ等しくなるように決めて、それを図８（Ｂ）、（Ｃ）にも適用した。

次に、別の例として、ウエハＷの表面に現像後に形成すべきレジストパターンが、図９（Ｃ）に示すように、左右で非対称なパターンである場合についてシミュレーションを行った。図９（Ｃ）のレジストパターンは、ほぼＸ方向の幅４０ｎｍ及びＹ方向の長さが５６ｎｍの短い長方形のターゲット３８Ｃ、及びこれに対してＸ方向の間隔が８０ｎｍで配置されたほぼＸ方向の幅４０ｎｍ及びＹ方向の長さが９６ｎｍの長い長方形のターゲット３８Ｄである。

図９（Ａ）は、ターゲット３８Ｃ，３８Ｄにできるだけ近いレジストパターンを形成するために、図１の空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの一部によって形成される照明光ＩＬの位相分布５３Ａの一例を示し、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の中央部の拡大図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）において、ターゲット３８Ｃ，３８Ｄと光学的に共役なパターン３９Ｃ，３９Ｄが仮想的に点線で表されている。また、個々のミラー要素３０の配列のピッチは、投影像の段階で２０ｎｍに設定されている。位相分布５３Ａは、それぞれ位相πのミラー要素３０Ｂよりなる第１領域５４Ａ、第３領域５４Ｃ、第４領域５４Ｄ、及び第５領域５４Ｅと、位相０のミラー要素３０Ａよりなる第２領域５４Ｂと、これらの第１領域５４Ａ〜第５領域５４Ｅを囲む枠状で市松模様の周辺領域５４Ｆとを含んでいる。

その位相分布５３Ａを用いて、コヒーレンスファクタ（σ値）が０．１４で非偏光の照明条件のもとで、かつ比較のために、ミラー要素３０の反射面の高さの系統的な誤差ΔＺが０の条件のもとで、シミュレーションによって投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置、及び±４０ｎｍデフォーカスした位置にある像面における空間像の強度分布を求めた。さらに、それらの空間像から求めたレジストパターンは、図９（Ｃ）に示すように、ベストフォーカス位置のパターンＬＡ，ＲＡと、±４０ｎｍデフォーカス時のパターンＬＡＰ，ＲＡＰ及びＬＡＭ，ＲＡＭとがほぼ同じであり、かつそれぞれターゲット３８Ｃ，３８Ｄに近いパターンである。

次に、図９（Ａ）と同じ図１０（Ａ）の位相分布５３Ａを用いて、同じ照明条件で、かつミラー要素３０の反射面の高さの系統的な誤差ΔＺを２ｎｍとした条件のもとで、シミュレーションによって空間像の強度分布を求めた。さらに、その空間像から求めたレジストパターンは、図１０（Ｂ）に示すように、ベストフォーカス位置のパターンＬＡ１，ＲＡ１と、デフォーカス時のパターンＬＡ１Ｐ，ＲＡ１Ｐ，ＬＡ１Ｍ，ＲＡ１Ｍとが異なっている。

その後、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイで、位相分布５３Ａの０とπとを反転した図１０（Ｃ）の第１領域５５Ａ〜第５領域５５Ｅ及び周辺領域５５Ｆを含む第２の位相分布５３Ｂを設定し、その投影光学系ＰＬによる空間像でウエハＷを二重露光する。この場合にも、位相分布５３Ａにおける系統的な誤差ΔＺに対して、位相分布５３Ｂにおける系統的な誤差は−ΔＺになる。従って、位相分布５３Ｂの空間像の露光量分布をスライスして得られるレジストパターンは、図１０（Ｄ）に示すように、ベストフォーカス位置のパターンＬＡ２，ＲＡ２と、デフォーカス時のパターンＬＡ２Ｐ，ＲＡ２Ｐ，ＬＡ２Ｍ，ＲＡ２Ｍとが、図１０（Ｂ）とは逆の特性で異なっている。この結果、その二重露光後の露光量分布をスライスすることによって、図１０（Ｅ）に示すように、ベストフォーカス時のパターンＬＡ３，ＲＡ３と、±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬＡ３Ｐ，ＲＡ３Ｐ，ＬＡ３Ｍ，ＲＡ３Ｍとがほぼ等しいパターン得られる。従って、系統的な誤差ΔＺが２ｎｍで、かつ＋４０〜−４０ｎｍ程度のデフォーカス量が発生していても、現像後にターゲット３８Ｃ，３８Ｄとほぼ等価なパターンを形成できることが分かる。

また、この例においても、第１の位相分布５３Ａによる露光と、それを反転した第２の位相分布５３Ｂによる露光とを重ねて行うことにより、ミラー要素３０のアレイの隙間領域３４ａからの反射光の影響が低減されることが確かめられた。すなわち、１回目の露光に際して、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイを図９（Ａ）と同じ図１１（Ａ）の位相分布５３Ａに設定し、かつ系統的な誤差ΔＺを０として、その部分拡大図Ｅ１１Ａに示すように、ミラー要素３０の像の配列のピッチ２０ｎｍ（＝β・ｐｘ）に対して、隙間領域３４ａの像の幅β・ｃｘを２．５ｎｍ（ピッチの１２．５％）とした。また、隙間領域３４ａの反射率Ｒｃを１％、隙間領域３４ａからの反射光の位相の変化量（変化量δ１との差分）を０°であるとした。

この場合にも、まず図１１（Ａ）の位相分布５３Ａの空間像の露光量分布を求め、この露光量分布から求めたレジストパターンは、図１１（Ｂ）に示すように、左のパターンＬＡ４，ＬＡ４Ｐ，ＬＡ４Ｍがターゲット３８Ｃより小さく、右のパターンＲＡ４，ＲＡ４Ｐ，ＲＡ４Ｍがターゲット３８Ｄより大きくなっている。
次に、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイで、位相分布５３Ａの０とπとを反転した図１１（Ｃ）の第２の位相分布５３Ｂを設定し（部分拡大図Ｅ１１Ｃで示すように、隙間領域３４ａは反射率Ｒｃが１％で、反射光の位相の変化量は０°である）、その投影光学系ＰＬによる空間像でウエハＷを二重露光する。図１１（Ｃ）の位相分布５３Ｂの空間像の露光量分布に対応するレジストパターンは、図１１（Ｄ）に示すように、左のパターンＬＡ５，ＬＡ５Ｐ，ＬＡ５Ｍがターゲット３８Ｃとほぼ同じで、右のパターンＲＡ５，ＲＡ５Ｐ，ＲＡ５Ｍがターゲット３８Ｄより小さくなっている。この結果、二重露光後の露光量分布に対応するレジストパターンは、図１１（Ｅ）に示すように、ベストフォーカス時のパターンＬＡ６，ＲＡ６と、±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬＡ６Ｐ，ＲＡ６Ｐ，ＬＡ６Ｍ，ＲＡ６Ｍとはほぼ等しくなる。従って、ミラー要素３０のアレイの位相０°の隙間領域３４ａの反射率が１％程度であり、かつ＋４０〜−４０ｎｍ程度のデフォーカス量が発生していても、現像後にターゲット３８Ｃ，３８Ｄとほぼ等価なパターンを形成できることが分かる。

さらに、１回目の露光の位相分布が、図１１（Ａ）の位相分布５３Ａと同じであるが、図１２（Ａ）の部分拡大図で示すように、隙間領域３４ａの反射率Ｒｃが１％、隙間領域３４ａからの反射光の位相の変化量が２７０°である場合についてもシミュレーションを行った。この位相分布５３Ａの空間像の露光量分布に対応するレジストパターンは、図１１（Ｂ）に示すように、ターゲット３８Ｃ側のパターンＬＡ７Ｍ（ＬＡ７Ｐ）が、ターゲット３８Ｄ側のパターンＲＡ７Ｍ（ＲＡ７Ｐ）に対して僅かに小さく（大きく）なっている。

また、２回目の露光の位相分布を、図１１（Ｂ）の位相分布５３Ｂと同じで、図１２（Ｃ）の部分拡大図で示すように、隙間領域３４ａの反射率Ｒｃが１％、隙間領域３４ａからの反射光の位相の変化量を２７０°とした。図１２（Ｃ）の位相分布５３Ｂの空間像の露光量分布に対応するレジストパターンは、図１２（Ｄ）に示すように、ターゲット３８Ｃ側のパターンＬＡ８Ｍ（ＬＡ８Ｐ）が、ターゲット３８Ｄ側のパターンＲＡ８Ｍ（ＲＡ８Ｐ）に対して僅かに大きく（小さく）なっている。従って、二重露光後の露光量分布に対応するレジストパターンは、図１１（Ｅ）に示すように、ベストフォーカス時のパターンＬＡ９，ＲＡ９と、±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬＡ９Ｐ，ＲＡ９Ｐ，ＬＡ９Ｍ，ＲＡ９Ｍとはほぼ等しくなる。従って、ミラー要素３０のアレイの位相２７０°の隙間領域３４ａの反射率が１％程度であり、かつ＋４０〜−４０ｎｍ程度のデフォーカス量が発生していても、現像後にターゲット３８Ｃ，３８Ｄとほぼ等価なパターンを形成できることが分かる。

次に、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイで周期的な位相分布を設定する場合につき説明する。まず、ミラー要素３０のアレイの露光対象の位相分布を、図１３（Ａ）に示すように、第１の状態で入射光に対する反射光の位相の変化量がφ１（＝０）のミラー要素３０の配列と、第２の状態で入射光に対する反射光の位相の変化量がφ２（＝π＋Δφ）のミラー要素３０の配列とが、ｘ方向に所定ピッチで繰り返される分布であるとする。なお、第２の状態の位相φ２における誤差Δφは、ミラー要素３０の反射面の高さの系統的な誤差ΔＺに対応する式（２Ｂ）の位相の誤差である。この場合、図１３（Ａ）の位相分布に入射する振幅１の照明光ＩＬによる０次光の振幅ａ₀及び±１次光の振幅ａ₁，ａ_-1は以下のようになる。

ａ₀＝（１／４）｛exp(ｉφ１)＋exp(ｉφ２）｝ …（３Ａ）
ａ₁＝ａ_-1＝｛１／(２^1/2π)｝｛exp(ｉφ１)−exp(ｉφ２)｝…（３Ｂ）
これらの式に、φ１＝０，φ２＝π＋Δφを代入すると、Δφ（ｒａｄ）が微小量であるという条件下で振幅ａ₀，ａ₁，ａ_-1はほぼ以下のようになる。
ａ₀＝−（１／４）ｉΔφ …（３Ｃ）
ａ₁＝ａ_-1＝（２^1/2／π）（１＋ｉΔφ／２） …（３Ｄ）
この場合にも、まず図１３（Ａ）と同じ図１３（Ｂ）の位相分布５６Ａをコヒーレント照明し、その空間像でウエハを露光する。その空間像のｘ方向の電場Ｅ₁（ｘ）は次のようになる。なお、空間像のピッチ（周期）をＰとする。

Ｅ₁（ｘ）＝ａ₀＋２ａ₁ｅｘｐ（ｉΔθ）ｃｏｓ（２πｘ／Ｐ）…（３Ｅ）
式（３Ｅ）における位相差Δθは、デフォーカスによる０次光と１次光との位相差である。デフォーカス量をδ、投影光学系ＰＬとウエハとの間の媒質の屈折率をｎ、照明光ＩＬの波長をλとすると、位相差Δθは次のようになる。

その空間像の強度Ｉ₁（ｘ）は、以下のように式（３Ｅ）の電場Ｅ₁（ｘ）とその複素共役との積で表される。なお、以下の第３式は、Δφが微小量であるという条件下で、Δφに関する２次以上の項を無視したものである。以下の第３式の第１項は理想的な結像状態の強度であり、第２項は系統的な誤差Δφに依存する強度である。

次に、図１３（Ｂ）の位相分布５６Ａの位相０の部分と位相πの部分とを反転した図１３（Ｃ）の位相分布５６Ｂの空間像でウエハを重ねて露光するものとする。位相分布５６Ｂにおいても、位相πの部分に系統的な位相の誤差Δφが加えられている。位相分布５６Ｂの空間像のｘ方向の電場Ｅ₂（ｘ）は次のようになる。

Ｅ₂（ｘ）＝ａ₀−２ａ₁ｅｘｐ（ｉΔθ）ｃｏｓ（２πｘ／Ｐ）…（３Ｆ）
その空間像の強度Ｉ₂（ｘ）は、式（３Ｆ）の電場Ｅ₂（ｘ）とその複素共役との積で以下のように表される。なお、以下の第２式も、Δφが微小量であるという条件下で、Δφに関する２次以上の項を無視したものである。

この式（７）の第２式は、式（５）の第３式の第２項（系統的な誤差Δφに依存する強度）の符号を反転したものである。
位相分布５６Ａの空間像の露光と、位相分布５６Ｂの空間像の露光とを重ねて行った後の露光量分布Ｉ_aveは、以下のように式（５）の強度Ｉ₁（ｘ）の近似値と式（７）の強度Ｉ₂（ｘ）の近似値との平均値であり、強度Ｉ₁（ｘ）の系統的な誤差に依存する項と強度Ｉ₂（ｘ）の系統的な誤差に依存する項とが相殺されている。

この式より、周期的な位相分布に対しても、ミラー要素３０の高さに系統的な誤差ΔＺ（位相の誤差Δφ）がある場合には、二重露光によって位相の誤差Δφの影響のない空間像が得られることが分かる。

次に、上記の図６（Ａ）の第１の位相分布５０Ａの空間像の露光と、位相分布５０Ａを反転した図６（Ｂ）の第２の位相分布５０Ｂの空間像の露光とを走査露光で行う場合につき説明する。本実施形態では、ウエハＷの表面の露光領域２６Ｂの照明光ＩＬのＹ方向の強度分布ＩＮＴは、図１４（Ａ）に示すように、両端の傾斜部の幅がＳＹ１で平坦部の幅がＳＹ２の台形状に変化する。図１４（Ａ）において、横軸は図１のウエハステージＷＳＴで駆動されるウエハＷのＹ座標である。走査露光時に、例えばウエハステージＷＳＴを＋Ｙ方向に一定速度で走査し、ウエハＷ表面の任意の被露光点ＷＰが露光領域２６Ｂ内でＹ方向の位置Ｙｉ（ｉ＝１，２，３，…）に達する毎に、照明光学系ＩＬＳから１パルスの照明光ＩＬが空間光変調器２８に照射され、空間光変調器２８で設定される位相分布の空間像で被露光点ＷＰを含む領域が露光される。この場合、パルス発光毎のウエハＷのＹ方向の移動量をΔＹ、すなわち位置Ｙｉと位置Ｙ（ｉ＋１）との間隔をΔＹとすると、各位置Ｙｉは、それぞれ露光領域２６ＢをＹ方向に幅ΔＹで区分する複数の部分領域内に位置している。また、被露光点ＷＰがＹ方向に移動するのに同期して、同じ速度で位相分布５０Ａ，５０Ｂの空間像もＹ方向に移動する。

この場合、本実施形態では、被露光点ＷＰが位置Ｙｊ（ｊは整数）に達したときに、ウエハＷが第１の位相分布５０Ａの空間像ＩＡで露光されるものとすると、被露光点ＷＰが次の位置Ｙ（ｊ＋１）に達したときには、ウエハＷは第２の位相分布５０Ｂの空間像ＩＢで露光される。即ち、被露光点ＷＰはＹ方向に移動しながら、交互に空間像ＩＡ及びＩＢで露光される。図１４（Ａ）の例では、被露光点ＷＰは奇数番目の位置Ｙ１，Ｙ３，…に達する毎に空間像ＩＡで露光され、偶数番目の位置Ｙ２，Ｙ４，…に達する毎に空間像ＩＢで露光される。さらに、被露光点ＷＰは、強度分布ＩＮＴの両端の幅ＳＹ１の傾斜部を通過している期間中に、それぞれ位相分布５０Ａの空間像ＩＡ及び位相分布５０Ｂの空間像ＩＢで互いに同じ回数だけ露光されるとともに、被露光点ＷＰは、強度分布ＩＮＴの中央の幅ＳＹ２の平坦部を通過している期間中にも、空間像ＩＡ及びＩＢで互いに同じ回数だけ露光される。このための条件は、以下のように幅ＳＹ１及びＳＹ２中にパルス発光間のウエハＷの移動量ΔＹが偶数個収まればよい。

ＳＹ１／ΔＹ＝偶数、ＳＹ２／ΔＹ＝偶数 …（９）
なお、式（９）の条件が成立しない場合には、被露光点ＷＰが幅ＳＹ１の強度分布の傾斜部（又は幅ＳＹ２の平坦部）を移動しているときの空間像ＩＡの露光回数と空間像ＩＢの露光回数とが異なるために、ミラー要素３０の系統的な誤差ΔＺの影響が完全に相殺されなくなり、系統的な誤差ΔＺの影響が残存する恐れがある。

式（９）の条件を満たすためには、図１４（Ｂ）に示すように、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイにおいて、パルス発光毎の位相分布５０Ａ又は５０ＢのＹ方向の移動量をΔＹ／β（βは投影光学系ＰＬの投影倍率）に設定すればよい。図１４（Ｂ）において、照明光ＩＬの照明領域２６ＡのＹ方向の強度分布ＩＮＴ１は、両端の強度の傾斜部の幅がＳＹ１／β、中央の強度の平坦部の幅がＳＹ２／βである。式（９）から、パルス発光毎の位相分布５０Ａ又は５０ＢのＹ方向への移動量ΔＹ／βは、強度分布ＩＮＴ１の傾斜部の幅ＳＹ１／βの偶数分の１である。

また、ミラー要素３０のアレイにおいて、最初に位相分布５０Ａが設定された状態で１パルスの露光が行われる場合、次に最初の位相分布５０ＡをＹ方向にΔＹ／βだけ移動した位置に位相分布５０Ｂが設定された状態で１パルスの露光が行われ、以下、位相分布５０Ｂ（又は５０Ａ）をＹ方向にΔＹ／βだけ移動した位置で反転した位相分布５０Ａ（又は５０Ｂ）を設定して１パルスの露光を行う動作が繰り返される。なお、本実施形態では、投影光学系ＰＬは正立像を形成するものとしているため、ウエハＷの走査方向が−Ｙ方向である場合には、位相分布５０Ａ，５０Ｂも−Ｙ方向に移動する。

次に、図１の空間光変調器２８の変調制御部４８の全体の構成例につき、図１５を参照して説明する。図１５において、変調制御部４８は、制御部６４と、位相分布のデータを記憶するメモリ６５と、シフトレジスター回路部６１と、メモリ６５から読み出される例えば６４ビットの位相データを並列な複数組の出力に変換してシフトレジスター回路部６１に出力するマルチプレクサ部６６とを備えている。なお、シフトレジスター回路部６１及びマルチプレクサ部６６は、空間光変調器２８のベース部材３２に設けることが可能であるため、本実施形態では、シフトレジスター回路部６１及びマルチプレクサ部６６は空間光変調器２８の一部であるとみなす。空間光変調器２８のミラー要素３０は、Ｘ方向にＭ列でＹ方向にＮ行配列されている（図１７（Ａ）参照）。シフトレジスター回路部６１は、全体として空間光変調器２８のＮ行分のミラー要素３０の駆動を行うＭ列のシフトレジスター６１−ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）を並列に並べたものである。一例として、Ｍは１６０００（＝６４×２５０）、Ｎは２０００である。各シフトレジスター６１−ｊは、それぞれＮビットの位相データを処理するシリアル入力・パラレル出力タイプのものである。

また、各シフトレジスター６１−ｊは、図２（Ｂ）に示すように、それぞれ一つのフリップフロップ６０Ａ等、逆方向にデータを伝える一つのフリップフロップ（不図示）、及びフリップフロップ６０等の出力信号を選択する一つの選択回路６２Ａ等から構成される回路ユニット６３を連結して構成されている。制御部６４は、図１の主制御系４０からの位相分布の情報をメモリ６５に書き込む。さらに、制御部６４は、主制御系４０から供給される発光トリガパルスＴＰの周波数を例えばｎｓ倍（ｎｓは整数で例えばｎｓ＝２０）にしたクロックパルスＣＫＰをメモリ６５及び各シフトレジスター６１−ｊに供給し、メモリ６５から順次読み出される１列（Ｍ個）のミラー要素３０分の位相分布のデータを各シフトレジスター６１−ｊ内でシフトさせる。光源２のパルス発光の周波数を例えば２ＭＨｚ、整数ｎｓを例えば２０とすると、クロックパルスＣＫＰの周波数は４０ＭＨｚである。さらに、制御部６４は、一つの発光トリガパルスＴＰ毎にレベルが反転する選択信号ＳＥＬＳを各回路ユニット６３内の選択回路６２Ａ等に供給する。これによって、照明光ＩＬのパルス発光毎に、ミラー要素３０のアレイで設定される位相分布がＹ方向にシフトしながら反転する。

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のアレイで設定される位相分布を制御しながらウエハＷを走査露光する動作の一例につき図１６を参照して説明する。ここでは、ウエハＷの各ショット領域の一部に図６（Ａ）の位相分布５０Ａの空間像及び位相分布５０Ａを反転した図６（Ｂ）の位相分布５０Ｂの空間像を交互に露光するものとする。なお、説明の便宜上、ウエハＷを−Ｙ方向に走査し、図１５のシフトレジスター回路部６１は、位相データを順次−Ｙ方向に送るものとする。

まず、図１６のステップ１０２において、主制御系４０が変調制御部４８の制御部６４にウエハＷに露光する空間像に対応する空間光変調器（ＳＬＭ）２８のミラー要素３０のアレイの位相分布５０Ａのデータを供給する。制御部６４はそのデータをメモリ６５に書き込む。次のステップ１０４において、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１０６において、ウエハステージＷＳＴによってウエハＷの−Ｙ方向への走査を開始する。次のステップ１０８において、制御部６４は選択信号ＳＥＬＳを位相分布５０Ａ（反転しない位相分布）を選択するレベルに設定する。

次のステップ１１０において、制御部６４は、メモリ６５から読み出したＸ方向に配列された１行分のミラー要素３０の位相（０又はπ）のデータを各シフトレジスター６１−ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｍ）に出力する。次のステップ１１２において、制御部６４はクロックパルスＣＫＰを１パルス出力し、シフトレジスター回路部６１の各シフトレジスター６１−ｊの中で、後段のフリップフロップへデータを進める。その後、ステップ１１４で位相のデータがｎｓ行分（ｎｓは例えば２０）シフトしたかどうかを判定し、ｎｓ行分に達していない場合には、ステップ１１０に戻り、ステップ１１０及び１１２の動作が繰り返される。

その後、位相データがｎｓ行分シフトしたときに、動作はステップ１１６に移行して、主制御系４０は発光トリガパルスＴＰを電源部４２に供給し、光源２を１パルスだけ発光させ、図１７（Ａ）に示すように、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイを含む照明領域２６Ａを照明する。このとき、ミラー要素３０のアレイでは、＋Ｙ方向からｎｓ行分の第１領域５７Ａに、位相分布５０Ａの一部の位相分布５０Ａ１が設定され、位相分布５０Ａ１の空間像でウエハＷが露光される。なお、図１７（Ａ）等では、ｎｓ行は７行として表されているとともに、ミラー要素３０のアレイの個数が実際よりもかなり少なく表されている。次のステップ１１６で１回の走査露光が終了したかどうかが判定される。走査露光を継続する場合には、ステップ１２０に移行して、制御部６４は、選択信号ＳＥＬＳをそれまでとは逆の位相分布（ここでは位相分布５０Ｂ）を選択するレベルに設定する。その後、動作はステップ１１０に戻る。

このステップ１２０の実行後のステップ１１０〜１１４でも、各シフトレジスター６１−ｊの第１段のフリップフロップに位相データを出力しては、その位相データをシフトレジスター内でシフトする動作がｎｓ回繰り返される。その後のステップ１１６において、１パルス分の照明光ＩＬが照射され、図１７（Ｂ）に示すように、ミラー要素３０のアレイ上で＋Ｙ方向からｎｓ行分の第１領域５７Ａ及び第２領域５７Ｂに設定された反転した位相分布５０Ｂの一部の位相分布５０Ｂ２，５０Ｂ１の空間像でウエハＷが露光される。この場合、第２領域５７Ｂの位相分布５０Ｂ１は、図１７（Ａ）の第１領域５７Ａの位相分布５０Ａ１の位相を反転した分布である。

次のステップ１２０，１１０〜１１６の動作により、図１７（Ｃ）に示すように、ミラー要素３０のアレイ上で＋Ｙ方向からｎｓ行分の第１領域５７Ａ〜第３領域５７Ｃに設定された位相分布５０Ａの一部の位相分布５０Ａ３〜５０Ａ１の空間像でウエハＷが露光される。この際には、ステップ１２０において、それまでは逆の位相分布である位相分布５０Ａが選択されている。次のステップ１２０，１１０〜１１６の動作により、図１８（Ａ）に示すように、ミラー要素３０のアレイ上で＋Ｙ方向からｎｓ行分の第１領域５７Ａ〜第４領域５７Ｄに設定された反転した位相分布５０Ｂの一部の位相分布５０Ｂ４〜５０Ｂ１の空間像でウエハＷが露光される。ただし、第４領域５７Ｄの一部はミラー要素３０のアレイからはみ出しており、図１７（Ｃ）の端部の領域５８Ａ内の位相分布を反転したデータは図１８（Ａ）では使用されていない。同様に、次のステップ１２０，１１０〜１１６の動作により、図１８（Ｂ）に示すように、ミラー要素３０のアレイ上で第１領域５７Ａ〜第４領域５７Ｄに設定された位相分布５０Ａの一部の位相分布５０Ａ５〜５０Ａ２の空間像でウエハＷが露光される。この場合にも、図１８（Ａ）の端部の領域５８Ｂ内の位相分布を反転したデータは使用されていない。

このようにして、ウエハＷが位相分布５０Ａ，５０Ｂの空間像で交互に走査露光される。ステップ１１８で走査露光が終了したときには、動作はステップ１２２に移行してウエハステージＷＳＴが停止する。その後、例えばウエハステージＷＳＴをＸ方向にステップ移動した後、ウエハＷの走査方向を逆方向にして、ステップ１０６〜１２２の動作が繰り返される。この際に本実施形態によれば、位相分布５０Ａ，５０Ｂで交互に走査露光を行うため、ミラー要素３０の反射面の高さに系統的な誤差ΔＺが生じていても、その影響を抑制してマスクレス方式で高精度に露光を行うことができる。

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の駆動方法である。この駆動方法は、ミラー要素３０のアレイで、入射光の位相を変化させることなく（第１の位相δ１が０）反射光として投影光学系ＰＬに導く第１の状態のミラー要素３０Ａと、入射光の位相をその第１の位相δ１とほぼ１８０°異なる第２の位相δ２（δ１が０の場合にはδ２はほぼ１８０°）だけ変化した反射光として投影光学系ＰＬに導く第２の状態のミラー要素３０Ｂとを、位相分布５０Ａを持つ第１の配列に設定するステップ（ステップ１０８の実行後のステップ１１０〜１１４）を含む。さらに、その駆動方法は、ミラー要素３０のアレイで、ミラー要素３０Ａとミラー要素３０Ｂとを、位相分布５０Ａを反転した位相分布５０Ｂを持つ第２の配列に設定するステップ（ステップ１２０を奇数回実行した後のステップ１１０〜１１４）を含む。

なお、第１の状態のミラー要素３０Ａは、入射光の位相に対して任意の値の第１の位相δ１だけ変化した位相を持つ反射光を投影光学系ＰＬに導いてもよい。
また、空間光変調器２８は、それぞれ光が照射される複数のミラー要素３０のアレイと、ミラー要素３０の状態を、第１の状態（ミラー要素３０Ａの状態）に設定する第１信号、又は第２の状態（ミラー要素３０Ｂの状態）に設定する第２信号を出力する複数のフリップフロップ６０Ａ，６０Ｂ（第１回路）と、ミラー要素３０のアレイの少なくとも一部の第１領域で、その第１の状態のミラー要素３０Ａとその第２の状態のミラー要素３０Ｂとの配列を第１の配列に設定するために、その複数のシフトレジスター６０Ａ，６０Ｂの出力信号を制御するマルチプレクサ部６６（制御回路）と、ミラー要素３０のアレイの少なくとも一部の第２領域で、第１の状態のミラー要素３０Ａと第２の状態のミラー要素３０Ｂとの配列を、その第１の配列においてその第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれその第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定するために、その複数のフリップフロップ６０Ａ，６０Ｂの出力信号を反転させる複数の選択回路６２Ａ，６２Ｂ（第２回路）と、を備えている。

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、その照明光を照射する光源２及び照明光学系ＩＬＳと、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、光源２及び空間光変調器２８を制御する主制御系４０及び変調制御部４８（制御装置）と、を備えている。また、主制御系４０及び変調制御部４８は、ウエハＷ上に投影光学系ＰＬを介して形成される空間像に応じて、ミラー要素３０のアレイの少なくとも一部の第１領域で、第１の状態のミラー要素３０Ａと、第２の状態のミラー要素３０Ｂとの配列を第１の配列（位相分布５０Ａ）に設定して、ウエハＷを露光させ、ミラー要素３０のアレイの少なくとも一部の第２領域で、ミラー要素３０Ａ及び３０Ｂの配列をその第１の配列を反転した第２の配列（位相分布５０Ｂ）に設定して、ウエハＷを重ねて露光させる。

本実施形態によれば、空間光変調器２８において、ミラー要素３０のアレイの第１領域で、ミラー要素３０Ａ，３０Ｂを第１の配列に設定することと、ミラー要素３０のアレイの第２領域で、ミラー要素３０Ａ，３０Ｂをその第１の配列を反転した第２の配列に設定することと、を含み、その第１の配列のミラー要素３０で発生する反射面の高さの系統的な誤差ΔＺと、その第２の配列のミラー要素３０で発生する系統的な誤差（−ΔＺ）とは符号が逆である。そのため、その第１の配列のミラー要素３０からの光と、その第２の配列のミラー要素３０からの光とを重ねてウエハＷを露光することによって、その系統的な誤差ΔＺの影響が軽減される。さらに、複数のミラー要素３０の隙間領域３４ａで反射される光がある場合に、その隙間領域３４ａからの反射光の空間像に与える影響も軽減される。

（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又はほぼ（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、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の状態の配列を設定するステップ１１０〜１１４と、ミラー要素３０を第１の配列に設定した状態、及びミラー要素３０をその第１の配列を反転した第２の配列に設定した状態で、ミラー要素３０のアレイの第１領域及び第２領域を含む照明領域２６Ａからの照明光ＩＬで投影光学系ＰＬを介してウエハＷを重ねて露光するステップ１１６と、を含んでいる。

その露光方法又は上記の露光装置ＥＸによれば、ミラー要素３０の系統的な誤差の影響及び／又はミラー要素３０の隙間領域３４ａからの反射光の影響を軽減して種々のパターンをマスクレス方式で高精度に形成できる。
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。

（４）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。

（５）また、ミラー要素３０は、Ｘ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。
まず、本実施形態のように、一つの空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイで位相分布５０Ａ，５０Ｂを交互に設定する代わりに、図１４（Ｃ）の変形例で示すように、投影光学系ＰＬの物体面に２つの空間光変調器２８Ａ，２８ＢをＹ方向に隣接して配置し、一方の空間光変調器２８Ａでは第１の位相分布５０Ａ等のみを設定し、他方の空間光変調器２８Ｂでは第２の位相分布５０Ｂ等のみを設定してもよい。この変形例では、空間光変調器２８Ａ，２８Ｂ毎に照明光ＩＬの強度分布ＩＮＴ１がＹ方向に台形状に設定される。また、空間光変調器２８Ａ，２８Ｂ毎に、位相分布５０Ａ，５０Ｂ等はパルス発光毎にＹ方向に移動する。さらに、空間光変調器を２より大きい偶数個並べて、第１の位相分布５０Ａに設定した空間光変調器の数と、第２の位相分布５０Ｂに設定した空間光変調器の数とが等しくなるようにしてもよい。例えば、空間光変調器の数は２つでも良いし、４つでも、６つでも、それより大きい偶数個であっても良い。

同様に、１つの空間光変調器を前半と後半の２つの領域に分けて、前半の領域では第１の位相分布５０Ａ等のみを設定し、後半の領域では第２の位相分布５０Ｂ等のみを設定してもよい。この変形例では、照明光の強度分布は、空間光変調器の前半と後半それぞれに対応するＹ方向に台形を２つ連結した形状になる。さらに、１つの空間光変調器を２つ以上の偶数個で領域を等分して、各領域に第１の位相分布５０Ａと、第２の位相分布５０Ｂのいずれかを設定し、空間光変調器の全領域で第１の位相分布５０Ａと第２の位相分布５０Ｂが同じ数だけ存在するようにしてもよい。この場合、照明光の強度分布は、領域分割した数と同じ数だけＹ方向に台形を連結した形状になる。

さらに、一つの空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイを、図１４（Ｃ）のように２箇所で台形状となる強度分布の照明光ＩＬで照明し、その２箇所の台形状の強度分布の領域でそれぞれ第１の位相分布５０Ａ等及び第２の位相分布５０Ｂ等を設定してもよい。

次に、図７（Ａ）の空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの隙間領域３４ａの反射率が高い場合について、隙間領域３４ａからの反射光の影響についてシミュレーションによって検討する。

先ず、図１９（Ａ）及び図２０（Ａ）に示すように、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの配列のピッチｐｘ，ｐｙを８μｍ、隙間領域３４ａの幅ｃｘ，ｘｙを１μｍとして、隙間領域３４ａの反射率Ｒｃを１００％とする。また、各ミラー要素３０を第２の状態（位相π）に設定した場合の、その反射面と図２（Ｂ）の基準平面Ａ１との間隔に含まれる系統的な誤差ΔＺを、図１９（Ａ）では２ｎｍとして、図２０（Ａ）では４ｎｍとする。そして、図１９（Ａ）又は図２０（Ａ）の隙間領域３４ａからの反射光の位相の変化量である隙間位相δ３を０°、９０°、１８０°、及び２７０°に設定した場合について、それぞれ空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの位相分布を図７（Ａ）の第１の位相分布５０Ａ及び図７（Ｃ）の第２の位相分布５０Ｂに順次設定し、投影光学系ＰＬによる空間像でウエハＷを二重露光したときに得られるレジストパターンの形状の変化（ターゲット３８Ａ，３８Ｂに対する変化）をシミュレーションによって求めた。図１９（Ｂ）〜（Ｅ）及び図２０（Ｂ）〜（Ｅ）はそれぞれ系統的な誤差ΔＺが２ｎｍ及び４ｎｍの場合のシミュレーション結果を示す。なお、図１９と図２０の各パターンのスライスレベルは、隙間領域３４ａの反射率Ｒｃを１００％で、系統的な誤差ΔＺが０ｎｍのときに、Ｘ方向の幅の最大値がターゲットとほぼ等しくなるように決めたものである。このスライスレベルは隙間位相δ３に依存せず同じ値である。

図１９（Ｂ）は、隙間位相δ３が０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１０，Ｒ１０、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１０Ｐ，Ｒ１０Ｐ，Ｌ１０Ｍ，Ｒ１０Ｍを示す。１９（Ｃ）は、隙間位相δ３が９０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１１，Ｒ１１、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１１Ｐ，Ｒ１１Ｐ，Ｌ１１Ｍ，Ｒ１１Ｍを示す。図１９（Ｄ）は、隙間位相δ３が１８０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１２，Ｒ１２、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１２Ｐ，Ｒ１２Ｐ，Ｌ１２Ｍ，Ｒ１２Ｍを示す。１９（Ｅ）は、隙間位相δ３が２７０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１３，Ｒ１３、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１３Ｐ，Ｒ１３Ｐ，Ｌ１３Ｍ，Ｒ１３Ｍを示す。図１９（Ｂ）〜（Ｅ）から、系統的な誤差ΔＺが２ｎｍの場合、隙間位相δ３が０°又は１８０°のときに、ベストフォーカス時及びデフォーカス時にターゲット３８Ａ，３８Ｂに近いパターンが得られることが分かる。

図２０（Ｂ）は、隙間位相δ３が０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１４，Ｒ１４、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１４Ｐ，Ｒ１４Ｐ，Ｌ１４Ｍ，Ｒ１４Ｍを示す。図２０（Ｃ）は、隙間位相δ３が９０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１５，Ｒ１５、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１５Ｐ，Ｒ１５Ｐ，Ｌ１５Ｍ，Ｒ１５Ｍを示す。図２０（Ｄ）は、隙間位相δ３が１８０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１６，Ｒ１６、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１６Ｐ，Ｒ１６Ｐ，Ｌ１６Ｍ，Ｒ１６Ｍを示す。図２０（Ｅ）は、隙間位相δ３が２７０°の場合のベストフォーカス時のパターンＬ１７，Ｒ１７、及び±４０ｎｍのデフォーカス時のパターンＬ１７Ｐ，Ｒ１７Ｐ，Ｌ１７Ｍ，Ｒ１７Ｍを示す。図２０（Ｂ）〜（Ｅ）から、系統的な誤差ΔＺが４ｎｍの場合にも、隙間位相δ３が０°又は１８０°のときに、ベストフォーカス時及びデフォーカス時にターゲット３８Ａ，３８Ｂに近いパターンが得られることが分かる。

また、図２１のデータ系列Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、図１９（Ｂ）〜（Ｅ）の場合と同じように、それぞれ隙間領域３４ａの反射光の位相（隙間位相δ３）が０°、９０°、１８０°、及び２７０°の場合に、系統的な誤差ΔＺ（ｎｍ）を変化させながらシミュレーションによって得られるレジストパターンの線幅のターゲットの線幅（ＣＤ）に対する変化量ΔＣＤ（％）をプロットしたものである。なお、データ系列Ｃ１〜Ｃ４では、それぞれ左側のパターンの線幅の変化量ΔＣＤ−Ｌ、及び右側のパターンの線幅の変化量ΔＣＤ−Ｒが重なっている。図２１から、隙間位相δ３が０°又は１８０°である場合に、系統的な誤差ΔＺに依らずに線幅の変化量ΔＣＤが少ないことが分かる。なお、隙間位相δ３が０°及び１８０°である場合に変化量ΔＣＤが異なるのは、系統的な誤差ΔＺを第２の状態（位相π）のミラー要素３０にのみ与えているからである。

また、図２２のデータ系列は、系統的な誤差ΔＺを２ｎｍとして、隙間位相δ３を３０°間隔で変化させながら、図１９（Ｂ）〜（Ｅ）の場合と同様のシミュレーションによって得られるレジストパターンの線幅の変化量ΔＣＤ（％）をプロットしたものである。図２２からも、隙間位相δ３が０°又は１８０°であるときにΔＣＤが０に近く、目標とするパターンを高精度に露光できることが分かる。

次に、上記の実施形態の図１の変調制御部４８の変形例につき図２３〜図２５を参照して説明する。図２３は、第１変形例の変調制御部４８Ａの一部を示す。図２３において、変調制御部４８Ａは、クロックパルスＣＫＰ及び位相データDataが供給される多数のフリップフロップ７１（図２３ではそのうちの３つを示す。）を連結して構成されるシフトレジスター部７０Ｓと、シフトレジスター部７０Ｓから出力されるデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３をタイミングパルスWord(W)に同期して保持するメモリ部７０Ｍと、メモリ部７０Ｍで保持されているデータＳＲ１，ＳＲ２，ＳＲ３を反転パルスWord(R)に同期して反転して得られる信号Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を端子７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃに出力する０−π反転部７０Ｒと、図１５の制御部６４及びメモリ６５とを有する。端子７５Ａ，７５Ｂの信号は、例えば図２（Ｂ）のミラー要素３０を駆動する電極３６Ａに供給される。他の端子７５Ｃの信号も、他のミラー要素３０を駆動する電極（不図示）に供給される。クロックパルスＣＫＰ、書き込みパルスWord(W)、及び反転パルスWord(R)は図１５の制御部６４から出力され、位相データDataは図１５のメモリ６５から出力される。

また、メモリ部７０Ｍは、シフトレジスター部７０Ｓから出力されるデータＤ１〜Ｄ３が供給されるとともにゲートに書き込みパルスパルスWord(W)が供給される３つのＦＥＴ７２と、３組のそれぞれリング状に連結された２つのインバータ７３Ａ，７３Ｂとを備え、ＦＥＴ７２の出力がそれぞれインバータ７３Ａ，７３Ｂの連結部に供給されている。０−π反転部７０Ｒは、書き込みパルスWord(W)に同期してメモリ部７０Ｍに書き込まれたデータＳＲ１〜ＳＲ３がそれぞれ供給されるＦＥＴ７４Ａ及びインバータ７３Ｃと、インバータ７３Ｃの出力と端子７５Ａ〜７５Ｃとを連結するＦＥＴ７４Ｂとを備えている。ＦＥＴ７４Ａの出力部も端子７５Ａ〜７５Ｃに連結され、ＦＥＴ７４Ａのゲート及びＦＥＴ７４Ｂの入力を反転するゲートに反転パルスWord(R)が供給されている。

図２３中のクロックパルスＣＫＰからデータＳＲ３までのタイミングの一例が図２４に示されている。図２４において、クロックパルスＣＫＰに対して位相データを保持するための書き込みパルスWord(W)及び照明光ＩＬ（レーザ光）の発光には所定の時間遅れｔｄが設定されている。変調制御部４８Ａにおいては、このようなタイミングによって、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの位相分布を周期的に容易に反転できる。

次に、図２５は、第２変形例の変調制御部４８Ｂの一部を示す。図２５において、図２３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２５において、変調制御部４８Ｂは、クロックパルスＣＫＰ及び位相データDataが供給される多数のフリップフロップ７１Ａを連結して構成されるシフトレジスター部７０ＳＡと、シフトレジスター部７０ＳＡから出力されるデータ及び後段のメモリ部７０ＭＡへのデータの書き込みとデータの反転とを行うための信号Word(W2)が供給される０−π反転部７０ＲＡと、０−π反転部７０ＲＡから供給される位相データを保持するメモリ部７０ＭＡとを有する。メモリ部７０ＭＡで保持されている位相データが読み出し信号Word(R2)に同期して端子７５Ａ〜７５Ｃに出力される（読み出される）。信号Word(W2)は、例えば位相をそのままにする場合にローレベルで、位相を反転する場合にハイレベルとなる２つの状態を持つ信号である。

また、０−π反転部７０ＲＡは、フリップフロップ７１Ａから出力されるデータ及び反転データがそれぞれ供給されるＦＥＴ７４Ａ及び７４Ｂを有し、ＦＥＴ７４Ａのゲート及びＦＥＴ７４Ｂの入力を反転するゲートに、信号Word(W2)が供給され、ＦＥＴ７４Ａ及び７４Ｂの連結された出力部のデータがメモリ部７０ＭＡに供給される。メモリ部７０ＭＡは、０−π反転部７０ＲＡからデータが供給される３組のそれぞれリング状に連結された２つのインバータ７３Ａ，７３Ｂと、ＦＥＴ７２とを備え、ＦＥＴ７２は、読み出し信号Word(R2)に同期してインバータ７３Ａ，７３Ｂの連結部のデータを端子７５Ａ〜７５Ｃに出力する（読み出す）。他の構成は第１変形例と同様である。この変調制御部４８Ｂによれば、０−π反転部７０ＲＡとメモリ部７０ＭＡとが入れ替わっているが、変調制御部４８Ａと同様に、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの位相分布を周期的に容易に反転できる。

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ＳＡ２２）を構成する各部分領域を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、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイを第１の位相分布（位相分布５０Ａ等）に設定して所定パルス数だけ露光を行い、次にミラー要素３０のアレイを第２の位相分布（位相分布５０Ｂ等）に設定して所定パルス数だけ露光を行うことで、部分領域ＳＢ１等を露光してもよい。この場合には、第１の位相分布の露光領域（第１領域）と第２の位相分布の露光領域（第２の領域）とは同じである。

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。なお、この場合にも、部分領域間の継ぎ部では、重ねて露光が行われる。

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２６の変形例の露光装置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２６において、露光装置ＥＸＡは、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７１と、偏光ビームスプリッタ７１からの照明光ＩＬを円偏光に変換する１／４波長板７２と、円偏光の照明光ＩＬを−Ｚ方向に反射する多数のミラー要素３０の２次元のアレイを有する空間光変調器２８と、ミラー要素３０で反射されてから、１／４波長板７２及び偏光ビームスプリッタ７１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。空間光変調器２８の構成及び作用は図１の実施形態又はその変形例と同様である。

ただし、この変形例では、空間光変調器２８のミラー要素３０に対して照明光ＩＬがほぼ入射角０で入射する。そのため、小σ照明の場合には、ミラー要素３０からの反射光は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ平行に投影光学系ＰＬに入射する。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。

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７１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７２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。

また、上述の実施形態及び変形例では、空間光変調器として複数の光学要素を通過する光の位相を動的に変化させるものを用いたが、複数の光学要素を通過する光に固定的に位相差を与えるものを用いてもよい。このような空間光変調器としては、例えば米国特許第７，５１２，９２６号公報に開示されている。なお、ここに開示される空間光変調器は透過型であるが、これを反射型に変形してもよい。
この場合には、空間光変調器の複数の光学要素の位相が第１位相分布となっている第１の空間光変調器（第１マスク）と、空間光変調器の複数の光学要素の位相が第１位相分布と反転した第２位相分布となっている第２の空間光変調器（第２マスク）とを準備しておき、これら第１マスクと第２マスクとでウエハ（基板）を二重露光する。

換言すると、この露光方法では、露光光で複数の光学要素のアレイを備える第１空間光変調器及び投影光学系を介して基板上の少なくとも一部の領域を露光すると共に、露光光で複数の光学要素のアレイを備える第２空間光変調器及び前記投影光学系を介して前記基板上の前記少なくとも一部の領域を露光する。ここで、その第１空間光変調器のその光学要素のアレイの少なくとも一部の第１領域では、入射する光を位相が同じか又は第１の位相だけ異なる光として通過させる第１の状態の光学要素と、入射する光を位相が前記第１の位相とほぼ１８０°異なる第２の位相だけ異なる光として通過させる第２の状態の光学要素との配列が第１の配列に設定される。そして、その第１領域と対応する、その第２空間光変調器の前記光学要素のアレイの少なくとも一部の第２領域では、入射する光を位相が同じか又は第１の位相だけ異なる光として通過させる第１の状態の光学要素と、入射する光を位相が前記第１の位相とほぼ１８０°異なる第２の位相だけ異なる光として通過させる第２の状態の光学要素との配列が第２の配列に設定される。このとき、その第１の配列におけるその第１の状態の光学要素の配列がその第２の配列におけるその第２の状態の光学要素の配列に対応しており、その第１の配列におけるその第２の状態の光学要素の配列がその第２の配列におけるその第１の状態の光学要素の配列に対応している。

この露光方法では、例えば第１マスク及び第２マスクを製造する際のマスク基板ガラスのエッチング量の誤差に起因する系統的な位相誤差があったとしても、それに起因する悪影響を低減できる。また、複数の光学要素間を通過する光がある場合には、それによる悪影響も低減できる。

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２７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（又は露光方法）により空間光変調器２８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１２月１３日付け提出の日本国特願２０１０−２７７５３０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…露光装置、ＩＬＳ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、２８…空間光変調器、３０…ミラー要素、４０…主制御系、４８…変調制御部、５０Ａ，５３Ａ…位相分布、５０Ｂ，５３Ｂ…反転した位相分布、６０Ａ，６０Ｂ…フリップフロップ、６２Ａ，６２Ｂ…選択回路

Claims (9)

1. 複数の光学要素を有する空間光変調器を介したパルス光で基板を露光する露光方法において、
   光学系を介した前記パルス光で、第１方向に沿って光強度が増加する第１部分と前記第１方向に沿って光強度が減少する第２部分とを持つ光強度分布を前記基板上に形成することと、
   前記複数の光学要素が配置されている領域のうちの少なくとも一部の第１領域で、入射する光を射出する第１の状態の光学要素と、前記第１の状態の光学要素を介した光に対して位相が異なる光を射出する第２の状態の光学要素とを第１の配列に設定することと、
   前記第１の配列に設定された前記複数の光学要素を介した前記光強度分布を有する露光光で前記基板の第１被露光領域を露光することと、
   前記光学系と前記基板とを前記第１方向に相対的に移動させることと、
   前記配置されている領域のうちの少なくとも一部の第２領域で、前記第１の状態の光学要素と前記第２の状態の光学要素とを、前記第１の配列において前記第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれ前記第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定することと、
   前記第２の配列に設定された前記複数の光学要素を介した前記光強度分布を有する露光光で、前記基板の前記第１被露光領域の一部を含み、前記第１被露光領域と同じ大きさの第２被露光領域を露光することと、を含み、
   前記基板上の所定点は、前記第１の部分および前記第２の部分のうち少なくとも一方で偶数回露光される、露光方法。
2. 前記第２領域は前記光学要素のアレイ上で前記第１領域に対して第１方向に第１のシフト量だけシフトしている請求項１に記載の露光方法。
3. 前記複数の光学要素のアレイは、前記第１方向に台形状の光強度分布を持つ光で照射され、
   前記第１のシフト量は、前記台形状の光強度分布のうち前記第１方向に傾斜している部分の幅のほぼ偶数分の１である請求項２に記載の露光方法。
4. 前記基板上の所定点は、前記第１の部分および前記第２の部分で偶数回露光される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の露光方法。
5. 光源からのパルス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、
   露光光を照射する照明系と、
   前記投影光学系の物体面側に配置されて、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のアレイを有する空間光変調器と、
   前記基板を移動するステージと、
   前記照明系、前記空間光変調器及び前記ステージを制御する制御装置と、を備え、
   前記照明系は、前記パルス光で、第１方向に沿って光強度が増加する第１部分と前記第１方向に沿って光強度が減少する第２部分とを持つ光強度分布を前記基板上に形成し、
   前記制御装置は、
   前記複数の光学要素が配置されている領域のうちの少なくとも一部の第１領域で、入射する光を射出する第１の状態の光学要素と、前記第１の状態の光学要素を介した光に対して位相が異なる光を射出する第２の状態の光学要素とを第１の配列に設定させ、
   前記第１の配列に設定された前記複数の光学要素を介した前記光強度分布を有する露光光で前記基板の第１被露光領域を露光させ、
   前記ステージを介して、前記光学系に対して前記基板を前記第１方向に移動させ、
   前記配置されている領域のうちの少なくとも一部の第２領域で、前記第１の状態の光学要素と前記第２の状態の光学要素とを、前記第１の配列において前記第１の状態又は第２の状態の光学要素をそれぞれ前記第２の状態又は第１の状態に反転した第２の配列に設定させ、
   前記第２の配列に設定された前記複数の光学要素を介した前記光強度分布を有する露光光で、前記基板の前記第１被露光領域の一部を含み、前記第１被露光領域と同じ大きさの第２被露光領域を露光させ、
   前記基板上の所定点が前記第１の部分および前記第２の部分のうち少なくとも一方で偶数回露光されるように制御する、露光装置。
6. 前記制御装置は、
   前記第２領域を前記光学要素のアレイ上で前記第１領域に対して前記第１方向に第１のシフト量だけシフトさせる請求項５に記載の露光装置。
7. 前記照明系は、前記複数の光学要素のアレイを、前記第１方向に台形状の光強度分布を持つ光で照射し、
   前記制御装置は、前記第１のシフト量を、前記台形状の光強度分布のうち前記第１方向に傾斜している部分の幅のほぼ偶数分の１に設定する請求項６に記載の露光装置。
8. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板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。
9. 請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板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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