JP6429046B2 - 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可能とすることを目的とする。

本発明の露光方法は、複数の光学要素を介した露光光を用いて物体を露光する露光方法であって、その複数の光学要素のうち、第１領域内の光学要素を第１の状態に設定して第１の位相の露光光を射出することと、その複数の光学要素のうち、その第１領域の第１方向の側に位置する第２領域内の光学要素をその第１の状態と異なる第２の状態に設定して、その第１の位相と異なる第２の位相の露光光を射出することと、その複数の光学要素のうち、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の第１部分をその第１の状態に設定してその第１の位相の露光光を射出すると共に、その第１部分のその第１方向と交差する第２方向の側に位置する光学要素の第２部分をその第２の状態に設定してその第２の位相の露光光を射出することとを含むものである。
また、本発明の露光装置は、露光光で物体を露光する露光装置において、その露光光の光路中に配置される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その複数の光学要素を駆動して第１の状態又は第２の状態にする制御部と、を備え、その制御部は、その複数の光学要素のうち、第１領域内の光学要素から第１の位相の露光光が射出されるようにその第１領域内のその光学要素をその第１の状態に設定し、その複数の光学要素のうち、その第１領域の第１方向の側に位置する第２領域内の光学要素からその第１の位相と異なる第２の位相の露光光が射出されるようにその第２領域内のその光学要素をその第１の状態と異なるその第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領域内のその複数の光学要素のうちの第１部分をその第１の状態に設定し、その第３領域内においてその第１部分のその第１方向と交差する第２方向の側に位置する光学要素の第２部分をその第２の状態に設定するものである。
本発明において、一例として、その第１部分はその第２方向に沿って複数存在し、その複数の光学要素からの露光光を投影光学系を介してその物体に照射してもよい。
また、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第１の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方向に隣接して配置されるとともにそれぞれその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１領域及び第２領域のうち、その第１領域内でその第２方向にその投影光学系で解像されない第１のピッチで配列されたその複数の光学要素を第１の状態に設定し、その第１領域内の他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２領域内でその第２方向にその投影光学系で解像されない第２のピッチで配列されたその複数の光学要素をその第２の状態に設定し、その第２領域内の他の光学要素をその第１の状態に設定するものである。

また、第２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第２の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方向に隣接して又は離れて配置されるとともにそれぞれその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１領域及び第２領域のうち、その第１領域内でその第２方向にその投影光学系で解像されない第１のピッチで配列されたその複数の光学要素を第１の状態に設定し、その第１領域内の他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２領域内の少なくとも一部の光学要素をその第１の状態に設定するものである。

また、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の態様又は第２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その複数の光学要素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４の態様によれば、照明光学系からの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方向に隣接して又は離れて配置されるとともにそれぞれその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１領域及び第２領域のうち、その第１領域内でその第２方向にその投影光学系で解像されない第１のピッチで配列されたその複数の光学要素を第１の状態に設定し、その第１領域内の他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２領域内の少なくとも一部の光学要素をその第１の状態に設定するものである。

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が提供される。この露光用パターンの生成方法は、第１方向に隣接して又は離れて配置されるとともにそれぞれその第１方向に交差する第２方向に伸びた第１領域及び第２領域に配列されたその複数の区画のうち、その第１領域内でその第２方向にその投影光学系で解像されない第１のピッチで配列されたその複数の区画を第１の状態に設定し、その第１領域内の他の区画をその第１の状態と異なる第２の状態に設定し、その第２領域内の少なくとも一部の区画をその第１の状態に設定するものである。

また、第６の態様によれば、第３の態様の露光方法又は第４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、第１領域内で第２方向に投影光学系で解像されない第１のピッチで配列された複数の光学要素を第１の状態に設定し、その第１領域内の他の光学要素をその第１の状態と異なる第２の状態に設定することによって、そ
の第１領域の境界線（光学要素の端部）の像は、その第２方向に交差する第１方向にその光学要素の像の幅よりも微細な位置精度でシフト可能になる。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可能になる。

実施形態の一例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）はそれぞれ空間光変調器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、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ図４（Ａ）、図４（Ｂ）の位相分布に対応する空間像の強度分布を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ空間光変調器によって設定される反射光の位相分布の別の例を示す部分拡大平面図、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）はそれぞれ図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）の位相分布に対応する空間像の強度分布を示す図である。 （Ａ）は実施形態で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、（Ｂ）は比較例の反射光の位相分布を示す部分拡大平面図、（Ｃ）は実施形態の位相分布の空間像に対応するレジストパターンを示す拡大図、（Ｄ）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７（Ａ）の位相分布に対応する空間像の強度分布を示す図である。 空間光変調器を用いる露光動作の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は所定のパターンの目標とするシフト量と実際のシフト量との関係の一例を示す図、（Ｂ）は第１変形例における所定のパターンの目標とするシフト量と実際のシフト量との関係の一例を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ第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例を示す部分拡大平面図である。 （Ａ）は図７（Ａ）の位相分布の空間像の強度分布等を示す図、（Ｂ）は第２変形例の位相分布の空間像の強度分布等を示す図である。 第２変形例の空間光変調器で設定される反射光の位相分布を示す部分拡大平面図である。 第３変形例に係る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。

本発明の実施形態の一例につき図１〜図８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照明光ＩＬの光路に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（又は幅）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毎に電極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をほぼ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はほぼ次のようになる。

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 insu
lator)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。さらに、照明光ＩＬの偏光状態を任意の状態に設定できる。
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方向に伸びた一つ又は複数のラインパターンをミラー要素３０の像の幅よりも微細なシフト量で次第にシフトさせて露光するものとする。この場合の照明光学系ＩＬＳの照明条件は、例えばσ値が０．１４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の像の境界部にある場合を想定する。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（ベース部材３２側から見た配置、以下同様）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パターン領域３７Ａ内で各ミラー要素３０が第２の状態（位相π）となり、第１パターン領域３７Ａの−Ｙ方向に隣接し、第１パターン領域３７Ａとほぼ同じ大きさの矩形の第２パターン領域３７Ｂ（図４（Ａ）ではそのうちの＋Ｙ方向の２列分が現れている）内で各ミラー要素３０が第１の状態（位相０）となる分布に設定される。なお、説明の便宜上、図４（Ａ）及び後述の図４（Ｂ）、図５（Ａ）〜（Ｃ）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。また、ミラー要素３０のＸ方向及びＹ方向の配列のピッチ（ミラー要素３０の幅）はｐｘ及びｐｙ（ここではｐｘ＝ｐｙ）である。

なお、一例として、Ｙ方向の幅ＰＹ２（図４（Ａ）ではＰＹ２＝４ｐｙ）のパターン領域３７Ａ，３７ＢはＹ方向に交互に繰り返して配列されて周期的な位相分布を形成しており、図４（Ａ）にはその周期的な位相分布のうちのＹ方向に１ピッチＰＹ１（ＰＹ１＝２ＰＹ２）分の位相パターンＭＰ１が示されている。図４（Ａ）で、第１パターン領域３７Ａの＋Ｙ方向に隣接して配列されている２列分の位相０のミラー要素３０のアレイは、次の周期の第２パターン領域３７Ｂの一部である。同様に、後述の図４（Ｂ）、図５（Ａ）〜（Ｃ）等においても、それぞれ周期的な位相分布のうちのＹ方向に１ピッチ（１周期）分の位相パターンＭＰ１Ａ，ＭＰ１Ｂ〜ＭＰ１Ｄ等が示されている。

図４（Ａ）の位相パターンＭＰ１からの照明光ＩＬによってウエハＷ表面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ＩＮＴの分布は、図４（Ｃ）の強度分布Ｃ１で示すように、Ｙ方向の位置Ｙ１，Ｙ２で最小となり、位置Ｙ１，Ｙ２の間隔はβ・ＰＹ２（βは投影倍率）である。言い替えると、強度分布Ｃ１は、図４（Ａ）のパターン領域３７Ａと±Ｙ方向のパターン領域３７Ｂとの境界線ＢＲ及びＢＬと共役なＸ方向に平行な中心線Ｃ２Ｒ及びＣ２Ｌ（位置Ｙ１及びＹ２）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）となっている。そのフォトレジスト層を現像すると、図６（Ｃ）に示すように、Ｙ方向の幅がβ・２ＰＹ／２（ここではＰＹ２＝４ｐｙ）で、Ｙ方向の間隔がβ・ＰＹ２／２のＸ方向に細長いレジストパターンよりなる点線で現した２つのラインパターンＣ１Ｐが得られる。２つのラインパターンＣ１Ｐの中心線Ｃ２Ｒ，Ｃ２ＬのＹ方向の位置が図４（Ｃ）のＹ２及びＹ１である。実際には、多数のラインパターンＣ１ＰがＹ方向に周期的に形成される。

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間隔δ１（又はその像の幅の整数倍にその幅より狭い端数を加えた間隔）だけＹ方向にシフトさせるものとする。シフトした後のラインパターンを形成するための空間像の強度ＩＮＴの分布は、図４（Ｄ）の実線の強度分布６０Ａで示すように、シフト前の点線の強度分布Ｃ１に対してＹ方向にδ１だけ移動している。これは、例えば図４（Ａ）の位相パターンＭＰ１に対応するレジストパターンに対してＸ方向に離れた位置に、そのレジストパターンを間隔δ１だけＹ方向にシフトさせた形状のレジストパターンを形成する場合、又はウエハＷの走査露光時にウエハＷのＹ方向への移動に追従して空間光変調器２８で生成される位相パターンＭＰ１をＹ方向に次第にシフトさせる場合に必要となる。

これらの場合、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの位相パターンＭＰ１Ａは、図４（Ｂ）に示すように、図４（Ａ）の位相パターンＭＰ１の境界線ＢＲ及びＢＬをδ１に対応するΔｙ（＝δ１／β）だけＹ方向にシフトさせた境界線ＢＲ１及びＢＬ１の内側で位相πとなり、それらの外側で位相０となる位相分布（目標とする位相分布）と実質的に等価であればよい。図４（Ｂ）の位相パターンＭＰ１Ａにおいて、図４（Ａ）の第１パターン領域３７ＡのうちＹ方向の両端の１列のミラー要素３０を除いた部分に対応する第１パターン領域３７Ｃ内の全部のミラー要素３０は位相π（第２の状態）となる。また、図４（Ａ）の第２パターン領域３７ＢのうちＹ方向の両端の１列を除いた部分に対応する複数列（ここでは２列）のミラー要素３０のアレイよりなる第２パターン領域３７Ｄ内のミラー要素３０は位相０（第１の状態）となる。そして、第１パターン領域３７Ｃに対して＋Ｙ方向に隣接して配置された１列のミラー要素３０よりなる第１境界領域３８Ａにおいて、Ｘ方向に投影光学系ＰＬで解像されない第１のピッチＰ１で配列された複数のミラー要素３０Ａを位相０に設定し、第１境界領域３８Ａ内の他のミラー要素３０Ｂを位相πに設定する。さらに、第１境界領域３８Ａに対して＋Ｙ方向に隣接して配置された１列のミラー要素３０よりなる第２境界領域３８Ｂにおいて、Ｘ方向に投影光学系ＰＬで解像されない第２のピッチＰ２で配列された複数のミラー要素３０Ｄを位相πに設定し、第２境界領域３８Ｂ内の他のミラー要素３０Ｃを位相０に設定する。境界領域３８Ａ，３８Ｂの境界が位相パターンをシフトさせる前の境界線ＢＲである。

ここで、ピッチＰ１及びＰ２内にそれぞれＮ１個及びＮ２個（Ｎ１及びＮ２はそれぞれ２以上の整数）のミラー要素３０が含まれるものとすると、次の関係が成立する。
Ｐ１＝Ｎ１・ｐｘ …（４Ａ）， Ｐ２＝Ｎ２・ｐｘ …（４Ｂ）
ここで、投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いると、ピッチＰ１の位相パターンの像のピッチは、β・Ｐ１となる。また、ピッチＰ１，Ｐ２は投影光学系ＰＬで解像されないように設定されているため、その位相パターンからの±１次回折光が投影光学系ＰＬを通過しない条件を求めればよい。式（３）の投影光学系ＰＬの解像度Ｒｅ及び式（４Ａ）、（４Ｂ）を用いると、ピッチＰ１，Ｐ２の位相パターンが投影光学系ＰＬで解像されない条件、つまりピッチＰ１，Ｐ２の位相パターンが投影光学系ＰＬの解像限界を超える条件は次のようになる。

β・Ｐ１＝β・Ｎ１・ｐｘ＜λ／ＮＡ …（５Ａ），
β・Ｐ２＝β・Ｎ２・ｐｘ＜λ／ＮＡ …（５Ｂ）
これらの条件から整数Ｎ１，Ｎ２の条件は次のようになる。ただし、β・ｐｘ（ミラー要素３０の像の幅）をＤとおいている。
Ｎ１＜λ／（ＮＡ・Ｄ） …（６Ａ）， Ｎ２＜λ／（ＮＡ・Ｄ） …（６Ｂ）
一例として、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝１．３５（液浸法の適用時）、Ｄ＝β・ｐｘ＝２０（ｎｍ）とすると、式（６Ａ）及び（６Ｂ）の右辺はほぼ７．１５となるため、ピッチＰ１，Ｐ２の位相パターンが投影光学系ＰＬで解像されない条件は、次のように整数Ｎ１，Ｎ２が７以下であればよい。

Ｎ１≦７ …（７Ａ）， Ｎ２≦７ …（７Ｂ）
また、図４（Ｂ）において、第１境界領域３８Ａ内でピッチＰ１内の位相０のミラー要素３０Ａの個数をｎ１（ｎ１はＮ１より小さい整数）、第２境界領域３８Ｂ内でピッチＰ２内の位相πのミラー要素３０Ｄの個数をｎ２（ｎ２はＮ２より小さい整数）とすると、境界線ＢＲに対してΔｙだけシフトした境界線ＢＲ１を持つ位相分布と等価な位相パターンＭＰ１Ａを形成する条件は、境界領域３８Ａ，３８ＢのＹ方向の幅（ここではミラー要素３０のＹ方向の幅と同じ）ｐｙを用いて次のようになる。

Δｙ＝｛−（ｎ１／Ｎ１）＋（ｎ２／Ｎ２）｝ｐｙ …（８Ａ）
また、シフト量Δｙに対応する図４（Ｄ）の強度分布６０Ａが最小となる位置（境界線ＢＲ１と共役な像Ｃ３Ｒ）の位置Ｙ１からのシフト量δ１は、投影倍率βを用いて次のようになる。ただし、β・ｐｙ（ミラー要素３０の像のＹ方向の幅）をＤとおいている。
δ１＝｛−（ｎ１／Ｎ１）＋（ｎ２／Ｎ２）｝Ｄ …（８Ｂ）
本実施形態では、ピッチＰ１，Ｐ２を規定する整数Ｎ１，Ｎ２が式（６Ａ）及び（６Ｂ）を満たす範囲内で、整数Ｎ１，Ｎ２及び整数ｎ１，ｎ２の値の少なくとも一つを変更することによって、位相パターンＭＰ１Ａと等価な位相分布における境界線ＢＲ１のシフト量Δｙ、ひいては境界線ＢＲ１と共役な像のシフト量δ１を調整する。また、光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Optical Proximity Error ）等を考慮しないものとすると、２つの境界領域３８Ａ，３８Ｂを用いる場合には、原則としてピッチＰ１とピッチＰ２とは異なっている。すなわち、ピッチＰ１，Ｐ２が互いに等しいときには、位相０のミラー要素３０Ａと位相πのミラー要素３０Ｄとの一方が相殺によって省略されるため、境界領域３８Ａ，３８Ｂのうちの一方が省略される。

一例として、ミラー要素３０の像の幅Ｄが２０ｎｍである場合に、シフト量δ１を１ｎｍに設定する場合には、図４（Ｂ）に示すように、Ｎ１＝５，ｎ１＝１，Ｎ２＝４，ｎ２＝１に設定すればよい。これらの値を式（８Ｂ）に代入すると、次のようにシフト量δ１は１ｎｍとなる。
δ１＝（−１／５＋１／４）２０＝１（ｎｍ） …（９Ａ）
また、本実施形態では、図４（Ｂ）の位相パターンＭＰ１Ａと等価な位相分布の−Ｙ方向の境界線ＢＬ１は、元の境界線ＢＬに対して第１パターン領域３７Ｃ側を正の符号としてΔｙだけ移動している。このため、位相パターンＭＰ１Ａにおいて、第２パターン領域３７Ｄに対して＋Ｙ方向に隣接して配置された１列のミラー要素３０よりなる第３境界領域３９Ａの位相分布が第１境界領域３８Ａの位相分布を反転した分布となり、第３境界領域３９Ａに対して＋Ｙ方向に隣接して配置された（第１パターン領域３７Ｃに対して−Ｙ方向に隣接して配置された）１列のミラー要素３０よりなる第４境界領域３９Ｂの位相分布が第２境界領域３８Ｂの位相分布を反転した分布となっている。境界領域３９Ａ，３９Ｂの境界が位相パターンをシフトさせる前の境界線ＢＬである。

具体的にＮ１＝５，ｎ１＝１，Ｎ２＝４，ｎ２＝１の場合には、第３境界領域３９Ａにおいて、Ｘ方向にピッチ５ｐｘでそれぞれ幅ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ｂが位相πに設定され、他のミラー要素３０Ａが位相０に設定される。さらに、第４境界領域３９Ｂにおいて、Ｘ方向にピッチ４ｐｘでそれぞれ幅ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ｃが位相０に設定され、他のミラー要素３０Ｄが位相πに設定される。この位相パターンＭＰ１Ａを用いることによって、図４（Ａ）の位相パターンＭＰ１の空間像をＹ方向に１ｎｍだけシフトさせた空間像を形成できる。

同様に、図４（Ａ）の位相パターンＭＰ１の像の強度分布Ｃ１をＹ方向に２ｎｍ、３ｎｍ、及び４ｎｍだけシフトした図５（Ｄ）の強度分布６０Ｂ、図５（Ｅ）の強度分布６０Ｃ、及び図５（Ｆ）の強度分布６０Ｄを形成するためには、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイの位相分布をそれぞれ図５（Ａ）の位相パターンＭＰ１Ｂ、図５（Ｂ）の
位相パターンＭＰ１Ｃ、及び図５（Ｃ）の位相パターンＭＰ１Ｄに設定すればよい。図５（Ａ）の位相パターンＭＰ１Ｂにおいて、第１パターン領域３７Ｃの＋Ｙ方向の第１境界領域３８Ｃでは、Ｘ方向にピッチ５ｐｘでそれぞれ幅２ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ａが位相０（第１の状態）に設定され、他のミラー要素３０Ｂが位相π（第２の状態）に設定され、第１境界領域３８Ｃに隣接する第２境界領域３８Ｄにおいて、Ｘ方向にピッチ２ｐｘでそれぞれ幅ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ｄが位相πに設定され、他のミラー要素３０Ｃが位相０に設定される。また、第２パターン領域３７Ｄに＋Ｙ方向に隣接する第３境界領域３９Ｃ及びこれに＋Ｙ方向に隣接する（第１パターン領域３７Ｃに−Ｙ方向に隣接する）第４境界領域３９Ｄの位相分布は、それぞれ境界領域３８Ｃ及び３８Ｄの分布を反転した分布となる。この位相分布は、図４（Ｂ）でＮ１＝５，ｎ１＝２，Ｎ２＝２，ｎ２＝１とした分布に相当するため、式（８Ｂ）から次のようにシフト量δ１は２ｎｍとなる。

δ１＝（−２／５＋１／２）２０＝２（ｎｍ） …（９Ｂ）
また、図５（Ｂ）の位相パターンＭＰ１Ｃは、第１パターン領域３７Ｃの＋Ｙ方向の第１境界領域３８Ｅで、Ｘ方向にピッチ４ｐｘでそれぞれ幅ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ａを位相０に設定し、他のミラー要素３０Ｂを位相πに設定し、それに隣接する第２境界領域３８Ｆにおいて、Ｘ方向にピッチ５ｐｘでそれぞれ幅２ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ｄを位相πに設定し、他のミラー要素３０Ｃを位相０に設定したものである。さらに、第２パターン領域３７Ｄに＋Ｙ方向に順次隣接する第３境界領域３９Ｅ及び第４境界領域３９Ｆの位相分布は、それぞれ境界領域３８Ｅ及び３８Ｆの分布を反転した分布である。この位相分布は、図４（Ｂ）でＮ１＝４，ｎ１＝１，Ｎ２＝５，ｎ２＝２とした分布に相当するため、式（８Ｂ）からシフト量δ１は３ｎｍとなる。

また、図５（Ｃ）の位相パターンＭＰ１Ｄにおいて、３列分の位相πのミラー要素３０よりなる第１パターン領域３７Ｅの＋Ｙ方向に隣接する境界領域６２Ａでは、Ｘ方向にピッチ５ｐｘでそれぞれ幅ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ｄが位相πに設定され、他のミラー要素３０Ｃが位相０に設定され、３列分の位相０のミラー要素３０よりなる第２パターン領域３７Ｆの＋Ｙ方向（第１パターン領域３７Ｅの−Ｙ方向）に隣接する境界領域６４Ａの位相分布は境界領域６２Ａの分布を反転した分布に設定される。この位相分布は、図４（Ｂ）でｎ１＝０，Ｎ２＝５，ｎ２＝１とした分布に相当するため、式（８Ｂ）からシフト量δ１は４ｎｍとなる。同様に、式（８Ｂ）の整数Ｎ１，ｎ１，Ｎ２，ｎ２の値を調整することによって、図４（Ａ）の位相パターンＭＰ１の像の強度分布をＹ方向に５ｎｍ〜１９ｎｍまで１ｎｍずつ又はほぼ１ｎｍずつシフトした強度分布を持つ位相パターンを形成できる。

また、仮に図４（Ｂ）の位相パターンＭＰ１Ａの空間像でウエハＷを露光した場合には、図６（Ｃ）に示すように、図４（Ａ）の位相パターンＭＰ１の空間像から得られるラインパターンＣ１Ｐの中心線Ｃ２Ｒ，Ｃ２Ｌに対してＹ方向にδ１だけシフトした中心線Ｃ３Ｒ，Ｃ３Ｌを持つレジストパターンよりなるＸ軸に平行な２つのラインパターン６０ＡＰが得られる。ラインパターン６０ＡＰの中心線Ｃ３Ｒ及びＣ３Ｌは、それぞれ図４（Ｂ）の位相パターンＭＰ１Ａと等価な位相分布の境界線ＢＲ１及びＢＬ１と共役（境界線ＢＲ１及びＢＬ１の像）である。

また、図６（Ａ）は、図４（Ｂ）の位相パターンＭＰ１ＡでＮ１＝５，ｎ１＝１，Ｎ２＝４，ｎ２＝１としたときの位相パターンＭＰ１Ａを示している。従って、図６（Ａ）の位相パターンＭＰ１Ａの空間像を露光して現像すると、図６（Ｃ）においてシフト量δ１が１ｎｍであるラインパターン６０ＡＰが得られる。ただし、ミラー要素３０の像の幅Ｄを２０ｎｍとしている。これに対して、１ｎｍのシフト量を得るためには、図６（Ｂ）の比較例の空間光変調器２８Ｌで設定される位相パターンＭＰ２で示すように、３列分の位
相πのミラー要素３０よりなる第１パターン領域３７Ｅの＋Ｙ方向に隣接する境界領域６２Ｂでは、Ｘ方向にピッチ２０ｐｘでそれぞれ幅ｐｘで配列された複数のミラー要素３０Ｄを位相πに設定し、他のミラー要素３０Ｃを位相０に設定し、第１パターン領域３７Ｅの−Ｙ方向に隣接する境界領域６４Ｂの位相分布を境界領域６２Ａの分布を反転した分布に設定することも考えられる。

図６（Ｂ）の位相パターンＭＰ２は、図４（Ｂ）でｎ１＝０，Ｎ２＝２０，ｎ２＝１とした分布に相当するため、式（８Ｂ）からシフト量δ１は１ｎｍとなる。しかしながら、整数Ｎ２の値２０が、投影光学系ＰＬで解像されない限界である式（７Ｂ）の上限値７を超えているため、境界領域６２Ｂ及び６４Ｂの像がウエハＷに露光されてしまう。そのため、位相パターンＭＰ２の空間像を露光して得られるレジストパターンは、図６（Ｄ）の２つのレジストパターン６１Ｐで示すように、Ｘ方向に周期的にうねるような形状となり、パターン忠実度が低下しており、好ましくない。

本実施形態においては、例えば図４（Ｂ）のように位相パターンＭＰ１Ａにおいて、２つの境界領域３８Ａ，３８Ｂ及び／又は３９Ａ，３９Ｂを設けることによって、投影光学系ＰＬで解像されないという条件（例えば式（７Ａ）及び（７Ｂ））を満たしつつ、得られるラインパターンのＹ方向のシフト量をミラー要素３０の像の幅Ｄに対して例えば１／２０以下程度の微少量に設定できる。

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０．１４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。また、ミラー要素３０の像の幅Ｄを２０ｎｍであるとして、ウエハＷ上でピッチが７８ｎｍのＬ＆Ｓパターンを形成するものとする。

このために、空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイを用いて、図７（Ａ）の部分拡大平面図で示すように、Ｙ方向に７列でＸ方向に複数行（例えば２０行以上）のミラー要素３０を含む第１部分パターンＳＰ１と、この第１部分パターンＳＰ１に順次＋Ｙ方向に隣接するとともにそれぞれＹ方向に８行でＸ方向に複数行（例えば２０行以上）のミラー要素３０を含む第２、第３、第４、及び第５部分パターンＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４，ＳＰ５とを含む位相パターンＭＰ３を生成する。第１部分パターンＳＰ１に−Ｙ方向に隣接する領域のミラー要素３０は位相０に設定する。なお、図７（Ａ）において図４（Ａ）〜図５（Ｃ）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７（Ａ）の位相パターンＭＰ３において、第１部分パターンＳＰ１は、Ｙ方向に３列の位相πのミラー要素３０のアレイよりなる第１パターン領域３７Ｅと、この領域に対して＋Ｙ方向に隣接して配置されて、Ｘ方向にピッチ２ｐｘで配置された幅ｐｘの位相０（第１の状態）のミラー要素３０Ａとこれ以外の位相π（第２の状態）のミラー要素３０Ｂとを有する第１境界領域３８Ｇと、この領域に対して＋Ｙ方向に隣接して配置されて、Ｘ方向にピッチ５ｐｘで配置された幅２ｐｘ（２個）のミラー要素３０Ｄとこれ以外の位相０のミラー要素３０Ｃとを有する第２境界領域３８Ｈと、この領域に対して＋Ｙ方向に隣接して配置されたＹ方向に２行の位相０のミラー要素３０のアレイよりなる第２パターン領域３７Ｄと、を有する。この場合、ミラー要素３０Ａ，３０Ｄの配列のピッチは投影光学系ＰＬによって解像されない値であり、式（８Ｂ）で、Ｎ１＝２，ｎ１＝１，Ｎ２＝５，ｎ２＝２とおくことで、境界領域３８Ｇ，３８Ｈの境界線ＢＲの像に対して等価的な位相分布（境界線ＢＲ１の−Ｙ方向の位相がπで＋Ｙ方向の位相が０となる分布）の境界線ＢＲ１の像の−Ｙ方向へのシフト量δ１は２ｎｍとなる。

また、第１パターン領域３７Ｅの−Ｙ方向の端部とその境界線ＢＲ１との間隔ＰＹ３に投影倍率βを掛けた値β・ＰＹ３は７８ｎｍであり、この値β・ＰＹ１がウエハＷ上に形成されるＬ＆ＳパターンのＹ方向のピッチとなる。さらに、第２部分パターンＳＰ２，ＳＰ３，ＳＰ４，ＳＰ５は、それぞれ第１パターン領域３７Ｅ又は３７Ｃの−Ｙ方向に隣接して配置されて等価的な位相分布の境界線の像を−Ｙ方向に４ｎｍ、８ｎｍ、１２ｎｍ、１６ｎｍシフトさせるための境界領域６４Ｄ，６４Ｃ，６４Ｅ，６４Ａと、それぞれ第１パターン領域３７Ｅ又は３７Ｃの＋Ｙ方向に隣接して配置されて等価的な位相分布の境界線の像を−Ｙ方向に６ｎｍ、１０ｎｍ、１４ｎｍ、１８ｎｍシフトさせるための境界領域３８Ｇ，３８Ｉ、境界領域６２Ｃ、境界領域３８Ａ，３８Ｄ、及び境界領域３８Ｃ，３８Ｄと、を有する。これによって、位相パターンＭＰ３の空間像の強度ＩＮＴは、図７（Ｂ）に示すようにピッチβ・ＰＹ３が均一に７８ｎｍのＬ＆Ｓパターンの分布となる。従って、Ｌ＆Ｓパターン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８のフローチャートを参照して説明する。まず、図８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パターン領域３７Ｃのミラー要素３０が位相πに、第２パターン領域３７Ｄのミラー要素３０が位相０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（位相０の領域と位相πの領域との境界線）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１２０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及びこの領域に隣接する領域（境界線付近の領域）（図４（Ｂ）の例では境界線ＢＲ１，ＢＬ１が通過している境界領域３８Ａ，３８Ｂ及び３９Ａ，３９Ｂ）のうちの第１境界領域３８Ａ（第１領域）で第１のピッチＰ１で複数のミラー要素３０Ａの位相を０に設定し、他のミラー要素３０Ｂの位相をπに設定する。

次のステップ１１６において、変調制御部４８は、図４（Ｂ）の第２境界領域３８Ｂ（第２領域）で第２のピッチＰ２で複数のミラー要素３０Ｄの位相をπに設定し、他のミラー要素３０Ｃの位相を０に設定する。なお、境界線ＢＲの境界線ＢＲ１に対するシフトを一つの境界領域内のミラー要素３０の位相分布を調整するのみで行うことができる場合には、ステップ１１６は省略できる。次のステップ１１８において、変調制御部４８は、第３境界領域３９Ａ（第３領域）及び第４境界領域３９Ｂ（第４領域）の位相分布をそれぞれ境界領域３８Ａ及び３８Ｂの分布を反転した分布（逆の分布）に設定する。なお、境界線ＢＬ１が境界線ＢＬと一致する場合には、ステップ１１８は省略できる。さらに、境界線ＢＬ１の境界線ＢＬに対するシフト量が、境界線ＢＲ１のシフト量と異なる場合には、ステップ１１８の動作は、ステップ１１４（又はステップ１１４，１１６）と同様に独立に実行される。

次のステップ１２０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１２２で走査露光が終了していない場合には、動作はステップ１２４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１０８〜１２０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１２２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。

本実施形態の露光装置ＥＸは、空間光変調器２８及び変調制御部４８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、Ｙ方向（第１方向）に隣接して配置されるとともにそれぞれＹ方向に直交するＸ方向（第２方向）に伸びた第１境界領域３８Ａ及び第２境界領域３８Ｂのうち、第１境界領域３８Ａ内でＸ方向に投影光学系ＰＬで解像されない（解像限界を超える）ピッチＰ１で配列された複数のミラー要素３０Ａを位相０の状態（第１の状態）に設定し、他のミラー要素３０Ｂを位相πの状態（第２の状態）に設定するステップ１１４と、第２境界領域３８Ｂ内でＸ方向に投影光学系ＰＬで解像されないピッチＰ２で配列された複数のミラー要素３０Ｄを位相πの状態に設定し、他のミラー要素３０Ｃを位相０の状態に設定するステップ１１６と、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（区画）の配列は、露光用パターンとみなすことができる。

本実施形態によれば、空間光変調器２８において、第１境界領域３８Ａ内にピッチＰ１で配列された複数のミラー要素３０Ａを位相０に設定し、第２境界領域３８Ｂ内にピッチＰ２で配列された複数のミラー要素３０Ｄを位相πに設定することによって、境界領域３８Ａ，３８Ｂ間の境界線ＢＲの像は、実質的に式（８Ｂ）に基づいてＹ方向にミラー要素３０の像の幅Ｄよりも微細な位置精度でシフトする。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パターンを形成可能になる。

さらに、ミラー要素３０Ａ，３０Ｄの配列ピッチが投影光学系ＰＬで解像されないピッ
チであるため、ウエハＷにラインパターンを形成する際に、ラインパターンの直線性が維持されるとともに、２つの隣接する境界領域３８Ａ，３８Ｂ内で異なるピッチＰ１，Ｐ２で配列されたミラー要素３０Ａ，３０Ｄの位相を設定することで、境界線ＢＲの像のシフト量をより微細な精度で制御できる。

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。そして、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、Ｙ方向に隣接して配置された境界領域３８Ａ及び３８Ｂのうち、第１境界領域３８Ａ内でＸ方向に投影光学系ＰＬで解像されないピッチＰ１で配列された複数のミラー要素３０Ａを位相０の状態に設定し、他のミラー要素３０Ｂを位相πの状態に設定し、第２境界領域３８Ｂ内でＸ方向に投影光学系ＰＬで解像されないピッチＰ２で配列された複数のミラー要素３０Ｄを位相πの状態に設定し、他のミラー要素３０Ｃを位相０の状態に設定する。

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パターン（レジストパターン等）を形成できる。
なお、ステップ１１６とステップ１１８とは、実質的に同時に実行することも可能である。また、ステップ１１８をステップ１１６よりも先に実行することも可能である。さらに、ミラー要素３０のアレイのＹ軸に平行な境界線（ミラー要素３０の間の領域）に対して、実質的にＸ方向にミラー要素３０の幅よりも微細な量だけシフトした境界線で位相０の領域と位相πの領域とが分かれている位相分布と等価な位相分布を設定する場合にも本実施形態が適用できる。この場合には、ミラー要素３０のアレイ中で、Ｘ方向に隣接する２つの境界領域内で、投影光学系ＰＬに解像されないピッチで配列された複数のミラー要素３０の位相を０又はπに設定すればよい。

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。

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であって、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）を位相０又はπの状態に設定するステップ１１４，１１６と、照明光ＩＬでその位相０又はπ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１２０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、位相０の状態（第１の状態）及び位相πの状態（第２の状態）以外の第３の状態（位相をπ／２変化させる状態等）等を含む複数の状態に設定可能としてもよい。

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。

また、ミラー要素３０は、Ｘ方向（第２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１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。
上記の実施形態の空間光変調器２８のミラー要素３０のアレイにおいて、図４（Ｂ）に示すように、境界領域３８Ａ及び／又は３８Ｂ内の位相０又はπのミラー要素３０Ａ，３０ＤのピッチＰ１，Ｐ２を規定する整数Ｎ１，Ｎ２及び１ピッチ内のミラー要素３０Ａ，３０Ｄの個数を規定する整数ｎ１，ｎ２を調整することで、境界領域３８Ａ，３８Ｂの境界線ＢＲに対してＹ方向にΔｙだけシフトした境界線ＢＲ１の−Ｙ方向で位相がπで＋Ｙ方向で位相が０となる位相分布と等価な位相分布を生成できる。この際に、例えば光学的近接効果による誤差であるＯＰＥ（Optical Proximity Error ）等を考慮して、図４（Ｂ）の位相パターンＭＰ１Ａからの照明光ＩＬによって投影光学系ＰＬを介して像面に形成される強度分布をシミュレーションによって求め、その強度分布の図４（Ｄ）の基準となる強度分布Ｃ１からのシフト量（実際のシフト量）を求めると、この実際のシフト量が、図９（Ａ）に示すように、整数Ｎ１，Ｎ２及びｎ１，ｎ２の値を式（８Ｂ）に代入して計算される値（ターゲットシフト量）に対してある誤差を持つことが分かった。図９（Ａ）において、点線の直線Ｃ４Ｔは、ターゲットシフト量（ｎｍ）と同じ縦軸の値を示し、実線の折れ線Ｃ４Ｒは、ターゲットシフト量に対する実際のシフト量（ｎｍ）を現している。従って、直線Ｃ４Ｔに対する折れ線Ｃ４Ｒの差分がシフト量の誤差ｅｒ１となる。誤差ｅｒ１は、特にターゲットシフト量が９ｎｍのときに１．６ｎｍで最大になっている。

そこで、本実施形態の第１変形例では、例えば図１０（Ａ）〜（Ｄ）の例で示すように、空間像の強度分布の実際のシフト量がターゲットシフト量にできるだけ近づくように、投影光学系ＰＬによって解像されないという条件は維持した上で、隣接する２つの境界領域内の位相０又はπのミラー要素３０Ａ，３０ＤのピッチＰ１，Ｐ２（整数Ｎ１，Ｎ２）及び１ピッチ内のミラー要素３０Ａ，３０Ｄの個数（整数ｎ１，ｎ２）を変更する。図１０（Ａ）の実際のシフト量が２ｎｍの位相パターンＭＰ４２は、第１パターン領域３７Ｃに＋Ｙ方向に隣接する第１境界領域３８ＪでＮ１＝６，ｎ１＝１として、それに隣接する第２境界領域３８ＢでＮ２＝４，ｎ２＝１として、第１パターン領域３７Ｃの−Ｙ方向側の境界領域３９Ｊ，３９Ｂの位相分布を境界領域３８Ｊ，３８Ｂの分布を反転した分布としたものである。位相パターンＭＰ４４の式（８Ｂ）から得られるシフト量はほぼ１．７（＝＋５−３．３）ｎｍである。また、図１０（Ｂ）の実際のシフト量が６ｎｍの位相パターンＭＰ４６は、第１パターン領域３７Ｃに＋Ｙ方向に隣接する第１境界領域３８ＫでＮ１＝５，ｎ１＝３として、それに隣接する第２境界領域３８ＬでＮ２＝５，ｎ２＝４として、第１パターン領域３７Ｃの−Ｙ方向側の境界領域３９Ｋ，３９Ｌの位相分布を境界領域３８Ｋ，３８Ｌの分布を反転した分布としたものである。この例では、整数Ｎ１と整数Ｎ２とが等しく設定されているとともに、式（８Ｂ）から得られるシフト量はほぼ４（＝＋１６−１２）ｎｍである。

同様に、図１０（Ｃ）の実際のシフト量が７ｎｍの位相パターンＭＰ４７は、第１パターン領域３７Ｃに＋Ｙ方向に隣接する第１境界領域３８ＪでＮ１＝６，ｎ１＝１として、それに隣接する第２境界領域３８ＤでＮ２＝２，ｎ２＝１として、第１パターン領域３７Ｃの−Ｙ方向側の境界領域３９Ｊ，３９Ｄの位相分布を境界領域３８Ｊ，３８Ｄの分布を反転した分布としたものである。この例では、式（８Ｂ）から得られるシフト量はほぼ６．６６（＝＋１０−３．３３）ｎｍである。また、図１０（Ｄ）の実際のシフト量が９ｎｍの位相パターンＭＰ４９は、第１パターン領域３７Ｃに＋Ｙ方向に隣接する第１境界領域３８ＡでＮ１＝５，ｎ１＝１として、それに隣接する第２境界領域３８ＭでＮ２＝５，ｎ２＝３として、第１パターン領域３７Ｃの−Ｙ方向側の境界領域３９Ａ，３９Ｍの位相分布を境界領域３８Ａ，３８Ｍの分布を反転した分布としたものである。この例では、整数Ｎ１と整数Ｎ２とが等しく設定されているとともに、式（８Ｂ）から得られるシフト量はほぼ８（＝＋１２−４）ｎｍである。

図９（Ｂ）の点線の直線Ｃ５Ｔは、ターゲットシフト量（ｎｍ）と同じ縦軸の値を示し、実線の折れ線Ｃ５Ｒは、シフト量が２ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、及び９ｎｍの場合に図１０（Ａ）〜（Ｄ）の位相パターンＭＰ４２〜ＭＰ４９を用いて、他のシフト量に関しては式（８Ｂ）によってシフト量を計算する位相パターンを用いた場合の実際のシフト量（ｎｍ）を現している。従って、直線Ｃ５Ｔに対する折れ線Ｃ５Ｒの差分がシフト量の誤差ｅｒ２となる。誤差ｅｒ２は、ターゲットシフト量が２ｎｍのときに０．３ｎｍで最大になっているが、この誤差ｅｒ２は、整数Ｎ１，Ｎ２及びｎ１，ｎ２の値を調整しない場合の図９（Ａ）の誤差ｅｒ１に比べるとかなり小さくなっている。従って、この第１変形例によれば、目標とするパターンをより高精度に形成できる。

次に、上記の実施形態の図７（Ａ）の位相パターンＭＰ３を用いて形成したＬ＆Ｓパターンの空間像の強度分布をシミュレーションによって計算した結果を図１１（Ａ）に示す。図１１（Ａ）において、横軸は像面のＹ座標（ｎｍ）であり、曲線Ｃ６は、Ｌ＆Ｓパターンの強度ＩＮＴ（相対値）の１０個のピーク（明線）を示し、折れ線ΔＣＤは、その曲線Ｃ６に対してある閾値を設定してレジストパターンを形成したときの目標値に対する線幅ＣＤ（critical dimension)の誤差（ｎｍ）を現している。曲線Ｃ６からＬ＆Ｓパターンの空間像のピーク強度のばらつきがあることが分かり、折れ線ΔＣＤから線幅の誤差のばらつきが２ｎｍ程度生じていることが分かる。

そこで、本実施形態の第２変形例では、Ｌ＆Ｓパターンの空間像のピーク強度（明線の強度）のばらつきを低減するために、空間光変調器２８の複数のミラー要素３０のアレイの位相分布を図１２の位相パターンＭＰ５に設定する。図１２において図７（Ａ）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１２の位相パターンＭＰ５は、各部分パターンＳＰ１Ａ〜ＳＰ５Ａ中の第１パターン領域３７Ｅ（又は３７Ｃ）内に、Ｘ方向に投影光学系ＰＬで解像されないピッチ（ここではピッチ５ｐｘ又は６ｐｘ）で配列された複数のミラー要素３０Ａを位相０に設定し、第２パターン領域３７Ｄ（又は３７Ｆ）内に、Ｘ方向に投影光学系ＰＬで解像されないピッチ（ここではピッチ６ｐｘ又は５ｐｘ）で配列された複数のミラー要素３０Ｄを位相πに設定したものである。なお、第１パターン領域３７Ｅ（又は３７Ｃ）内でミラー要素３０Ａ以外のミラー要素３０の位相はπに設定され、第２パターン領域３７Ｄ（又は３７Ｆ）内でミラー要素３０Ｄ以外のミラー要素３０の位相は０に設定されている。この場合、第１パターン領域３７Ｅ（又は３７Ｃ）内のミラー要素３０Ａのピッチ、及び第２パターン領域３７Ｄ（又は３７Ｆ）内のミラー要素３０Ｄのピッチは、その部分の空間像の強度分布のピークレベルが互いにほぼ等しくなるように設定してもよい。

図１２の位相パターンＭＰ５を用いて形成したＬ＆Ｓパターンの空間像の強度分布をシミュレーションによって計算した結果を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ｂ）において、横
軸は像面のＹ座標（ｎｍ）であり、曲線Ｃ７は、Ｌ＆Ｓパターンの強度ＩＮＴ（相対値）の１０個のピーク（明線）を示し、折れ線ΔＣＤは、その曲線Ｃ７に対してある閾値を設定してレジストパターンを形成したときの目標値に対する線幅の誤差（ｎｍ）を現している。曲線Ｃ７からＬ＆Ｓパターンの空間像のピーク強度のばらつきが低減されたことが分かり、図１１（Ｂ）の折れ線ΔＣＤから線幅の誤差のばらつきが０．５ｎｍ程度に減少していることが分かる。

このようにこの第２変形例の露光装置ＥＸの変調制御部４８による空間光変調器２８の駆動方法は、Ｙ方向（第１方向）に離れて配置されるとともにそれぞれＸ方向（第２方向）に伸びた第１パターン領域３７Ｅ及び第２パターン領域３７Ｄのうち、第１パターン領域３７Ｅ内でＸ方向に投影光学系ＰＬで解像されないピッチ（５ｐｘ）で配列された複数のミラー要素３０Ａを位相０（第１の状態）に設定し、第１パターン領域３７Ｅ内の他のミラー要素３０を位相πに設定し、第２パターン領域３７Ｄ内の少なくとも一部（ミラー要素３０Ｄ以外）のミラー要素３０を位相０に設定している。

この変形例によれば、第１パターン領域３７Ｅ内に投影光学系ＰＬで解像されないピッチで他のミラー要素３０と位相が異なるミラー要素３０Ａを配置しているため、その第１パターン領域３７Ｅに対応する部分の空間像のピークレベルを調整することができる。従って、最終的に形成されるラインパターンの線幅等を最適化できる。さらに、そのミラー要素３０Ａを例えば第１パターン領域３７Ｅの端部に配置することによって、最終的に形成されるラインパターンの線幅等をミラー要素３０の像の幅よりも微細な精度で制御できる。

この空間光変調器２８の駆動方法も、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（区画）の配列は、露光用パターンとみなすことができる。

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。
また、複数のミラー要素の傾斜角と照明光ＩＬの位相との両方を変化させる空間光変調器を用いても良い。この場合、複数のミラー要素は、複数のミラー要素が配列されている面の法線方向に平行移動すると共に、複数のミラー要素の反射面の当該法線に対する傾斜角が変更されるように傾斜する。

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１３の第３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１３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３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３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３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。
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１４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上記の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（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（又は空間光変調器５４で生成される強度分布）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２０１２年１月１８日付け提出の日本国特許出願第２０１２−００７７２７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…露光装置、ＩＬＳ，ＩＬＳＡ…照明光学系、ＰＬ，ＰＬＡ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、２８…空間光変調器、３０…ミラー要素、３０Ａ，３０Ｃ…位相０のミラー要素、３０Ｂ，３０Ｄ…位相πのミラー要素、３７Ｃ…第１パターン領域、３７Ｄ…第２パターン領域、３８Ａ…第１境界領域、３８Ｂ…第２境界領域、３９Ａ…第３境界領域３９Ａ、３９Ｂ…第４境界領域、４８…変調制御部

Claims (19)

1. 複数の光学要素を介した露光光を用いて物体を露光する露光方法であって、
   前記複数の光学要素のうち、第１領域内の光学要素を第１の状態に設定して第１の位相の露光光を射出することと、
   前記複数の光学要素のうち、前記第１領域の第１方向の側に位置する第２領域内の光学要素を前記第１の状態と異なる第２の状態に設定して、前記第１の位相と異なる第２の位相の露光光を射出することと、
   前記複数の光学要素のうち、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方向と交差する第２方向に沿って存在する複数の第１部分を前記第１の状態に設定して前記第１の位相の露光光を射出すると共に、前記第１部分の前記第２方向の側に位置する光学要素の第２部分を前記第２の状態に設定して前記第２の位相の露光光を射出することと
   を含む露光方法。
2. 複数の前記第１部分の間に前記第２部分が位置する請求項１に記載の露光方法。
3. 複数の光学要素を介した露光光を用いて物体を露光する露光方法であって、
   前記複数の光学要素のうち、第１領域内の光学要素を第１の状態に設定して第１の位相の露光光を射出することと、
   前記複数の光学要素のうち、前記第１領域の第１方向の側に位置する第２領域内の光学要素を前記第１の状態と異なる第２の状態に設定して、前記第１の位相と異なる第２の位相の露光光を射出することと、
   前記複数の光学要素のうち、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の第１部分を前記第１の状態に設定して前記第１の位相の露光光を射出すると共に、前記第１部分の前記第１方向と交差する第２方向の側に位置する光学要素の第２部分を前記第２の状態に設定して前記第２の位相の露光光を射出することと、
   投影光学系を介した前記複数の光学要素からの露光光を前記物体に照射することと
   を含む露光方法。
4. 投影光学系を介した前記複数の光学要素からの露光光を前記物体に照射することを含む、請求項１又は２に記載の露光方法。
5. 前記第２部分の光学要素は前記第２方向に沿って複数存在し、
   前記露光光の波長をλ、前記投影光学系の物体側開口数をＮＡとするとき、複数の前記第１部分または複数の前記第２部分のピッチは、λ／ＮＡよりも小さい請求項４に記載の露光方法。
6. 前記第２方向と対応する方向に周期性を持つラインアンドスペースパターンを露光する、請求項４又は５に記載の露光方法。
7. 前記複数の光学要素は、前記第１方向に第１ピッチで配置され且つ前記第２方向に第２ピッチで配置される請求項６に記載の露光方法。
8. 前記ラインアンドスペースパターンは、前記第１ピッチに前記投影光学系の倍率を乗じた値とは異なるピッチを有する、請求項７に記載の露光方法。
9. 前記複数の光学要素のうち少なくとも１つは、前記投影光学系によって解像されない大きさである、請求項３乃至８のいずれか一項に記載の露光方法。
10. 請求項１乃至９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。
11. 露光光で物体を露光する露光装置において、
    前記露光光の光路中に配置される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前記複数の光学要素を駆動して第１の状態又は第２の状態にする制御部と、
    前記複数の光学要素からの露光光を前記物体に照射する投影光学系と
    を備え、
    前記制御部は、
    前記複数の光学要素のうち、第１領域内の光学要素から第１の位相の露光光が射出されるように前記第１領域内の前記光学要素を前記第１の状態に設定し、前記複数の光学要素のうち、前記第１領域の第１方向の側に位置する第２領域内の光学要素から前記第１の位相と異なる第２の位相の露光光が射出されるように前記第２領域内の前記光学要素を前記第１の状態と異なる前記第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領域内の前記複数の光学要素のうちの第１部分を前記第１の状態に設定し、前記第３領域内において前記第１部分の前記第１方向と交差する第２方向の側に位置する光学要素の第２部分を前記第２の状態に設定する露光装置。
12. 前記第１領域と前記第２領域との間の第３領域内において、前記第１部分の光学要素は前記第２方向に沿って複数存在する請求項１１に記載の露光装置。
13. 露光光で物体を露光する露光装置において、
    前記露光光の光路中に配置される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前記複数の光学要素を駆動して第１の状態又は第２の状態にする制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    前記複数の光学要素のうち、第１領域内の光学要素から第１の位相の露光光が射出されるように前記第１領域内の前記光学要素を前記第１の状態に設定し、前記複数の光学要素のうち、前記第１領域の第１方向の側に位置する第２領域内の光学要素から前記第１の位相と異なる第２の位相の露光光が射出されるように前記第２領域内の前記光学要素を前記第１の状態と異なる前記第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領域内の前記複数の光学要素のうち、前記第１方向と交差する第２方向に沿って存在する複数の第１部分を前記第１の状態に設定し、前記第３領域内において前記第１部分の前記第２方向の側に位置する光学要素の第２部分を前記第２の状態に設定する露光装置。
14. 前記第２部分の光学要素は前記第２方向に沿って複数存在し、
    前記露光光の波長をλ、前記投影光学系の物体側開口数をＮＡとするとき、複数の前記第１部分または複数の前記第２部分のピッチは、λ／ＮＡよりも小さい請求項１２に記載の露光装置。
15. 前記第２方向と対応する方向に周期性を持つラインアンドスペースパターンを露光する、請求項１１、１２、又は１４に記載の露光装置。
16. 前記空間光変調器の前記複数の光学要素は、前記第１方向に第１ピッチで配置され且つ前記第２方向に第２ピッチで配置される請求項１５に記載の露光装置。
17. 前記ラインアンドスペースパターンは、前記第１ピッチに前記投影光学系の倍率を乗じた値とは異なるピッチを有する、請求項１６に記載の露光装置。
18. 前記複数の光学要素のうち少なくとも１つは、前記投影光学系によって解像されない大きさである、請求項１１、１２、及び１４乃至１７のいずれか一項に記載の露光装置。
19. 請求項１１乃至１８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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