JPWO2009060744A1 - 照明光学装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

パルス発光される照明光の利用効率を高く維持して、構成を複雑化することなく、照明光の空間コヒーレンシィに起因する照度むらの影響を軽減できる照明光学装置である。パルス発光される照明光（ＩＬ）を用いて被照射面を照明する照明光学系（ＩＬＳ）であって、照明光（ＩＬ）の入射する位置に応じて照明光（ＩＬ）に空間的な変調を与える複数のミラー要素（３）を含む空間光変調器（１３）と、照明光（ＩＬ）が少なくとも一つパルス発光される毎に、照明光（ＩＬ）のそれぞれの強度分布が所定面において実質的にほぼ同じ強度分布になるように、複数のミラー要素（３）によって照明光（ＩＬ）に互いに異なる空間的な変調を与える変調制御部（３１）とを備える。

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

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、レチクル（又はフォトマスク等）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）上に転写するために、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。これらの露光装置においては、解像度を高めるために露光波長が短波長化してきており、最近では露光光として、ＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光が使用されている。また、露光光としてＦ₂ レーザ（波長１５７ｎｍ）等の使用も検討されている。

また、最近の露光装置の照明光学系においては、微細なパターンをウエハ上に正確に転写するために、レチクルパターン（又はマスクパターン等）を最適な光強度分布（強度分布）で照明することが不可欠である。例えば、照明光学系の照明瞳面において輪帯状や多極状（例えば、２極状や４極状）の光強度分布を形成するための変形照明を行い、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が注目されている。その技術の一つとして、例えば、光源からの光束を照明光学系の照明瞳面において輪帯状や多極状の光強度分布を有する光束に変換するために、二次元のアレイ状に配列された多数の微小なミラー要素を有する空間光変調器（例えば、ＤＭＤ）を備え、ミラー要素のそれぞれの傾斜角及び傾斜方向を変化させることにより照明光学系の照明瞳面又はその照明瞳面と共役な面において所定の光強度分布を形成する露光装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３５３１０５号公報

ところで、上述の露光装置においては、光源として主にレーザ光源を用いているが、レーザ光源から射出されるレーザ光には、例えば、レーザ光の高い空間コヒーレンシィから発生するスペックルパターンやレーザ光の光束断面内における光強度分布のばらつき、などが存在する。従って、レーザ光源から射出されるレーザ光に起因して、いわゆる照度むらが発生する問題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、上述のような照度むらの影響を軽減できる照明技術、並びにこの照明技術を用いる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。

本発明による照明光学装置は、パルス光を用いて被照射面を照明する照明光学装置であって、その被照射面より上流（パルス光が供給される側）に配置されて、そのパルス光の入射する位置に応じて該パルス光に空間的な変調を与える複数の光学素子を含む光学デバイスと；少なくとも一つのそのパルス光が発光される毎に、その複数の光学素子によってそのパルス光に互いに異なる空間的な変調を与え、且つその複数の光学素子によって空間的に変調されたそのパルス光のそれぞれの強度分布が所定面において実質的にほぼ同じ強度分布になるように、その複数の光学素子を制御する照明制御系と；を備えるものである。

また、本発明による露光装置は、第１面のパターンの像を第２面に投影する露光装置であって、その第１面をパルス光で照明する本発明の照明光学装置と、その照明光学装置によってその第１面上に形成される照明領域からの光に基づいて、その１面のパターンの像をその第２面上に形成する投影光学系と、を備えるものである。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光装置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。

本発明によれば、パルス光が少なくとも１つだけ発光される毎に、複数の光学素子によってパルス光に異なる空間的な変調を与えていくことによって（又は複数の光学素子をそれぞれ個別に制御することによって）、照度むらの影響を低減できる。

本発明の実施形態の一例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のミラー要素の傾斜角の状態を示す図、図３（Ｂ）は２極照明時の二次光源を示す図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）と異なる傾斜角分布のミラー要素からの光束で２極照明を行う状態を示す図、図３（Ｄ）は２極照明時の二次光源の強度分布を示す図、図３（Ｅ）は図３（Ａ）及び図３（Ｃ）と異なる傾斜角分布のミラー要素からの光束で２極照明を行う状態を示す図である。 図４（Ａ）は２極照明時の別の二次光源を示す図、図４（Ｂ）は通常照明時の二次光源を示す図、図４（Ｃ）は輪帯照明時の二次光源を示す図、図４（Ｄ）は４極照明時の二次光源を示す図である。 図５（Ａ）は図１のレチクルＲの照明領域２６を示す要部の図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ部内の干渉縞を示す拡大図、図５（Ｃ）は図５（Ａ）のＢ部内の別の干渉縞を示す拡大図である。 図６（Ａ）は光電センサ２３を照明光ＩＬの光路に設置した状態を示す図、図６（Ｂ）は図１の空間光変調器１３の多数のミラー要素３に入射する照明光ＩＬの光量分布の一例を示す図である。 図７（Ａ）はロッド型インテグレータ５０を用いた照明光学系の構成例を示す図、図７（Ｂ）はプリズムを用いない照明光学系の構成例の要部を示す図である。 デバイスを製造する工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

ＩＬＳ…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、３…ミラー要素、７…光源、９…１／２波長板、１０…デポラライザ、１２…プリズム、１３…空間光変調器、１４…リレー光学系、１５…フライアイレンズ、３０…主制御系、３１…変調制御部、５０…ロッド型インテグレータ、１００…露光装置

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態のスキャニング・ステッパよりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）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７と、光源７からの露光用の照明光（露光光）ＩＬでレチクルＲ（マスク）のパターン面（被照射面）を照明する照明光学系ＩＬＳと、レチクルＲの位置決め及び移動を行うレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（感光性基板）上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷの位置決め及び移動を行うウエハステージ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、露光時にレチクルＲ及びウエハＷはＹ方向（走査方向）に走査される。

図１の光源７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７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７としては、ＹＡＧレーザ又は半導体レーザ等から出力されるレーザ光の高調波を生成する固体パルスレーザ光源や半導体レーザ光をファイバアンプで増幅させた光の高調波を生成する固体パルスレーザ光源も使用できる。固体パルスレーザ光源は、例えば波長１９３ｎｍ（これ以外の種々の波長が可能）でパルス幅１ｎｓ程度のレーザ光を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７には電源制御部３２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３２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３２は、指示されたタイミング及び光量で光源７にパルス発光を行わせる。

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

一例として、１／２波長板９に入射する照明光ＩＬの偏光方向はＸ方向であり、初期状態における１／２波長板９の結晶軸の方向はＸ方向で、デポラライザ１０の第１プリズム１０ａの直交する２つの結晶軸のうちの第１の結晶軸の方向はＸ方向である。この場合、１／２波長板９を初期状態に対して光軸ＡＸＩの周りに０°又は４５°（偏光方向は９０°回転する）回転することによって、デポラライザ１０を通過した照明光ＩＬはＸ方向又はＹ方向の直線偏光となる。また、１／２波長板９を初期状態に対して光軸ＡＸＩの周りに２２．５°（偏光方向は４５°回転する）回転することによって、デポラライザ１０を通過した照明光ＩＬは非偏光となる。このような、１／２波長板９及びデポラライザ１０を含む偏光光学系の詳細な構成及びその動作については国際公開第２００４／０５１７１７号パンフレットに開示されている。

そこで、本実施形態では、照明光ＩＬの所定のｋパルス（ｋは１以上の整数）の発光毎に、１／２波長板９が初期状態に対して光軸ＡＸＩの周りに０°、２２．５°、及び４５°だけ回転した状態になるように、１／２波長板９を高速に回動する駆動部３３が装着されている。駆動部３３は、例えば１／２波長板９を保持する回動可能な保持部材と、この保持部材を高速に０°、±２２．５°、又は±４５°だけ回転する可動コイル型のモータとを含んで構成できる。主制御系３０が駆動部３３を介して１／２波長板９の回転角を制御することによって、照明光ＩＬのｋパルスの発光毎に、デポラライザ１０から射出される照明光ＩＬの偏光状態、ひいてはレチクルＲ（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、又は非偏光に制御することができる。

デポラライザ１０を通過した照明光ＩＬは、光路折り曲げ用のミラー１１によって＋Ｙ方向に反射された後、光軸ＡＸＩに沿って、光軸ＡＸＩに垂直な入射面１２ｄ及び射出面１２ｅを有するプリズム１２の入射面１２ｄに入射する。プリズム１２は、照明光ＩＬを透過する蛍石（ＣａＦ₂)又は石英等の光学材料から形成されている。また、プリズム１２は、一例として、入射面１２ｄに対してＸ軸に平行な軸を中心として時計周りにほぼ６０°で交差する第１反射面１２ａと、この第１反射面１２ａとＸＺ平面に平行な面に対してほぼ対称な第２反射面１２ｂと、ＸＹ平面に平行で入射面１２ｄ（射出面１２ｅ）に対して直交する透過面１２ｃとを有している。

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

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

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

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

言い換えると、プリズム１２を介して空間光変調器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偏向（反射）される。そして、各ミラー要素３からの反射光は、プリズム１２及びリレー光学系１４によって、その方向と角度とに応じたフライアイレンズ１５の入射面上の任意の位置に集光可能である。

フライアイレンズ１５に入射した照明光ＩＬは、多数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、各レンズエレメントの後側焦点面にはそれぞれ光源が形成される。こうして、フライアイレンズ１５の後側焦点面である照明光学系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。

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

ここで、本実施形態では、被照射面に配置されるレチクルＲ（マスク）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ということができる。典型的には、照明瞳面２２に対して被照射面（レチクルＲが配置される面又はウエハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。なお、瞳輝度分布とは、照明光学系ＩＬＳの照明瞳面２２又はその照明瞳面２２と共役な面における輝度分布であるが、フライアイレンズ１５による波面分割数が大きい場合には、フライアイレンズ１５の入射面に形成される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の入射面及びその入射面と共役な面における輝度分布についても瞳輝度分布ということができる。

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

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

レチクルＲの照明領域２６内のパターンは、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して、レジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷの一つのショット領域上の露光領域２７に所定の投影倍率（例えば１／４，１／５等）で投影される。
また、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベースのガイド面上にＹ方向に一定速度で移動可能に、かつ少なくともＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の周りの回転方向に移動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの２次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測情報に基づいて主制御系３０が、リニアモータ等の駆動系（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。

一方、ウエハＷはウエハホルダ（不図示）を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可能である。ウエハステージＷＳＴのガイド面上での２次元的な位置は不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測情報に基づいて主制御系３０が、リニアモータ等の駆動系（不図示）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。

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

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

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

以下、図１の空間光変調器１３の構成例及びその動作につき説明する。
図２（Ａ）は、空間光変調器１３の一部を示す拡大斜視図である。図２（Ａ）において、空間光変調器１３は、Ｘ方向、Ｙ方向に一定ピッチでほぼ密着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と電極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、現状では、ミラー要素３の形状は例えば１０μｍ角〜数１０μｍ角程度であるが、照明条件の細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。
なお、上記の空間光変調器１３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としては、例えば二次元的に配列されて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、複数の位相要素（光学素子）によって二次元的な高さ分布を形成することで位相型の回折格子と同様の作用を入射光に与えることができる。

なお、上述した二次元的に配列された複数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、照明瞳面２２上で図３（Ｂ）のＺ方向に離れた２極の二次光源２４Ａ，２４Ｂを生成して、照明条件を２極照明に設定する場合を例に取って、空間光変調器１３の動作の一例を説明する。図３（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）は、一例として、それぞれ図１の空間光変調器１３のＹ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。例えば、図３（Ｂ）の２極の二次光源２４Ａ，２４Ｂを形成するためには、図３（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）のフライアイレンズ１５の入射面の対応する２箇所のほぼ円形の領域２５Ａ，２５Ｂに照明光ＩＬを集光する必要がある。また、図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）の照明瞳面２２における二次光源２４Ａ，２４Ｂの光軸を通りＺ軸に平行な直線上での光強度Ｓ（Ｚ）の分布の一例を示している。

先ず、図３（Ａ）に示すように、空間光変調器１３の各ミラー要素３Ａ〜３Ｇの傾斜角（実際には２軸の周りの傾斜角、以下同様）を設定して、それらからの反射光をプリズム１２の第２反射面１２ｂ及びリレー光学系１４を介して、フライアイレンズ１５の入射面の２つの領域２５Ａ，２５Ｂに集光させる。これによって、図３（Ｂ）に示すＺ方向に２極の二次光源２４Ａ，２４Ｂが生成される。図３（Ａ）において、ミラー３Ａ〜３Ｃの傾斜角は同じであるため、これらのミラー３Ａ〜３Ｃからの反射光は共通に領域２５Ａに集光されている。一方、ミラー３Ｄ〜３Ｇの傾斜角は同じで、かつミラー３Ａ〜３Ｃと対称であるため、ミラー３Ｄ〜３Ｇからの反射光は共通に領域２５Ａと対称な領域２５Ｂに集光される。空間光変調器１３の同一列内の他のミラー要素３、及び他の列のミラー要素３の２軸の周りの傾斜角も、その反射光が領域２５Ａ，２５Ｂのいずれかに集光されるように設定される。

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

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

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

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

Ｍ＝Ｎ／ｍ以上の最小の整数 …（３）
なお、照明光ＩＬが１パルス発光される毎に照明制御パターンを切り替える場合には、その照明制御パターンの個数Ｍは少なくともＮになる。
図１の空間光変調器１３の各列のミラー要素３の個数は実際には数１０００であるため、仮にミラー要素３をＸ方向及びＹ方向に１００個ずつのブロックに分けて、１００×１００の各ブロック毎にミラー要素３の傾斜方向及び傾斜角をほぼ同じ状態で制御したとしても、ミラー要素３の傾斜方向及び傾斜角の異なる分布の個数（個数Ｍ）は、ほぼ１００００の階乗という膨大な数が可能である。これに対して、ｍ＝１であっても、Ｎ／ｍは数１０であるため、式（３）の条件は余裕を持って満たすことができる。

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

なお、実際には、図３（Ｂ）の二次光源２４Ａ，２４Ｂを形成する際には、例えば、その光強度分布が図３（Ｄ）の点線の曲線２９Ａで示すように、目標とする領域で均一になり、その他の領域でほぼ０になるようにミラー要素３Ａ〜３Ｇの傾斜角分布を制御することが好ましい。
しかしながら、光源７からの照明光ＩＬの断面内の強度分布は一定ではなく、経時的に次第に変化する恐れがある。このように照明光ＩＬの強度分布が変化すると、図３（Ｂ）の二次光源２４Ａ，２４Ｂの強度分布は、例えば、図３（Ｄ）の実線の曲線２９Ｂで示すように変化して、２極照明のバランスが僅かに崩れる。これによって、照明瞳面２２において（ひいては照明領域２６において）照度むらとなる。そこで、本実施形態の露光装置１００では、例えば、図６（Ａ）に示すように、ミラー１１とプリズム１２との間の照明光ＩＬの光路上に光電センサ２３を設置して、照明光ＩＬをパルス発光させて照明光ＩＬの断面内の強度分布を計測し、空間光変調器１３のミラー要素３に入射する照明光ＩＬの強度比の情報を定期的に更新する。このとき、図１の空間光変調器１３のＸ方向にｊ番目（ｊ＝１，２，…，Ｊ）で、Ｙ方向にｉ番目（ｉ＝１，２，…，Ｉ）のミラー要素３に入射する照明光ＩＬの光量をＩ（Ｘｊ，Ｙｉ）とする。そして、光電センサ２３からの検出信号を処理することで、図１の変調制御部３１では、図６（Ｂ）に示すように、各ミラー要素３に入射する光量Ｉ（Ｘｊ，Ｙｉ）の分布、ひいては各ミラー要素３に入射する照明光ＩＬの強度比を求め、この強度比の情報を内部の記憶部に記憶しておく。この後は、その更新された強度比を用いて、空間光変調器１３のミラー要素３の傾斜角の分布の可能な組み合わせの中から、二次光源の強度分布が図３（Ｄ）の曲線２９Ａに近くなる照明制御パターンを選択し、上述のように照明光ＩＬがｍパルス発光される毎に空間光変調器１３の各ミラー要素３をそれぞれ制御する。これによって、照度むらが低減された高精度な２極照明を行うことができる。

同様に、図４（Ａ）のＸ方向の２極照明、図４（Ｂ）の通常照明、図４（Ｃ）の輪帯照明、図４（Ｄ）の４極照明等を行う場合にも、変調制御部３１は、照明光ＩＬがｍパルス発光される毎に、照明瞳面２２上の二次光源の各部に集光される照明光ＩＬを反射する空間光変調器１３のミラー要素３の組み合わせを次第に異なる組み合わせに変化させる。この結果、照明光ＩＬによって照明領域２６（露光領域２７）に形成される微細な干渉縞のパターンが次第に変化するため、走査露光後のウエハＷ上の各点の露光量むらが低減される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

（２）また、図１の波面分割型のインテグレータであるフライアイレンズ１５に代えて、内面反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７（Ａ）の照明光学系ＩＬＳＡで示すように、リレー光学系１４よりもレチクルＲ側に集光光学系５１を追加して空間光変調器１３の反射面（ミラー要素３の反射面）の共役面を形成し、こ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５０を配置する。

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

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

また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス）を製造する場合、このデバイスは、図８に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置１００（投影露光装置）によりマスクのパターンを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。

言い換えると、上記のデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置１００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。
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、露光量むらが低減されているため、デバイスを高精度に製造できる。

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号パンフレット等などに開示される液浸型の露光装置にも適用でき、本発明の照明光学装置は、投影光学系を用いないプロキシミティ方式の露光装置等にも適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プ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。

また、上記の実施の形態の照明光学系（照明光学装置）は、本願の請求の範囲の記載に対応する構成要素を照明光学系の鏡筒又はフレームに組み込み光学調整をして、配線等を行い、更に電気調整等をすることにより製造できる。また、上記の実施の形態の露光装置は、その照明光学系及び投影光学系を露光装置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ウエハ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２００７−２８９０８９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 (16)

1. 複数のパルス光を用いて被照射面を照明する照明光学装置であって、
   前記被照射面より上流に配置されて、前記パルス光の入射する位置に応じて該パルス光に空間的な変調を与える複数の光学素子を含む光学デバイスと；
   少なくとも一つの前記パルス光が発光される毎に、前記複数の光学素子によって前記複数のパルス光に互いに異なる空間的な変調を与え、且つ前記複数の光学素子によって空間的に変調された前記複数のパルス光のそれぞれの強度分布が所定面において実質的にほぼ同じ強度分布になるように、前記複数の光学素子を制御する照明制御系と；
   を備えることを特徴とする照明光学装置。
2. 前記所定面は、前記照明光学装置の照明瞳面、又は該照明瞳面と光学的に共役な面であることを特徴とする請求項１に記載の照明光学装置。
3. 前記光学素子は、反射要素であって、
   該反射要素は、前記パルス光を反射する傾斜角が可変の反射面を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学装置。
4. 前記反射面は少なくとも一軸の周りの傾斜角が可変範囲内のいずれかの角度に設定されることを特徴とする請求項３に記載の照明光学装置。
5. 前記光学素子は、透過要素であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学装置。
6. 前記光学素子は、位相要素であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明光学装置。
7. 前記光学デバイスの近傍に配置されて、前記パルス光を前記複数の光学素子に入射させる方向に偏向する第１面と、前記複数の光学素子を介した前記パルス光を前記被照射面に入射させる方向に偏向する第２面とを含む光学部材を備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照明光学装置。
8. 前記光学部材は、プリズムであることを特徴とする請求項７に記載の照明光学装置。
9. 前記複数の光学素子に入射する前記パルス光の強度分布を計測する光電検出器を備え、
   前記照明制御系は、前記光電検出器で計測される強度分布に基づいて、前記所定面における前記パルス光の強度分布が所定の均一性を満たす条件のもとで、前記複数の光学素子を制御す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照明光学装置。
10. 前記複数の光学素子に対する入射側に配置されて、所定数の前記パルス光の発光毎に、前記パルス光の偏光状態を制御可能な偏光制御光学系を備える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照明光学装置。
11. 前記偏光制御光学系に供給される前記パルス光はほぼ直線偏光であり、
    前記偏光制御光学系は、光軸の周り又は該光軸と略平行な軸の周りの回転角が可変の１／２波長板を含むことを特徴とする請求項１０に記載の照明光学装置。
12. 前記光学デバイスと前記被照射面との間の光路中に配置されて、前記パルス光で前記被照射面を概ね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備え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照明光学装置。
13. 前記被照射面に対する前記パルス光の照射数をＮ（Ｎは２以上の整数）として、前記パルス光がｍ個（ｍは１以上の整数）発光される毎に前記複数の光学素子を制御するとともに、
    前記照明制御系は、少なくともＮ又はＮ／ｍ個の照明制御パターンを有する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照明光学装置。
14. 前記パルス光を供給する光源を備え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照明光学装置。
15. 第１面のパターンの像を第２面に投影する露光装置であって、
    前記第１面をパルス光で照明する請求項１から１４のいずれか一項に記載の照明光学装置と、
    前記照明光学装置によって前記第１面上に形成される照明領域からの光に基づいて、前記１面のパターンの像を前記第２面上に形成する投影光学系と、を備えることを特徴とする露光装置。
16. 請求項１５に記載の露光装置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。

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