(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン形成装置を介した光で物体を露光する露光装置において、
パルス光を供給する光源と、
前記光源から供給された１つのパルス光から時間的に多重化された複数のパルス光を生成する生成部と、
前記生成部からのパルス光で前記パターン形成装置を照明する照明光学系と、
前記パターン形成装置を介した前記パルス光で前記物体にパターン像を投影する投影光学系と、
前記物体を保持して移動する移動体と、
前記パルス光で前記パターン像を前記物体に投影しているときに前記移動体を移動させる制御部と、を備え、
前記物体上に投影される前記パターン像がぶれないための前記パルス光の発光時間を発光可能時間幅Ｔとするとき、前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数は、前記パルス光のパルス発光時間から定められる、露光装置。
【請求項２】
前記発光可能時間幅をＴとするとき、前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まる前記パルス光の数をＲと、前記パルス光の強度分布の標準偏差１σに対応するパルス発光時間をσｔとの少なくとも一方は、次の式（３）に示す条件を満足している、請求項１に記載の露光装置。
【数１】
0006613826.tif 000016
【請求項３】
前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まる前記パルス光の数Ｒと、前記パルス光の強度分布の標準偏差１σに対応するパルス発光時間σｔとは、次の式（４）に示す条件を満足している、請求項２に記載の露光装置。
【数２】
0006613826.tif 000017
【請求項４】
前記発光可能時間幅Ｔは、前記物体に対する前記パターン像の像ブレの許容範囲から求められる、請求項２または３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記生成部は、前記複数のパルス光を等時間間隔で射出するように構成されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記生成部は、前記光源から供給された１つのパルス光を２つのパルス光に分割する分割部材と、該分割部材を経た一方のパルス光を第１光路に沿って導くとともに前記分割部材を経た他方のパルス光を前記第１光路よりも長い第２光路に沿って導く導光光学系と、を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
パターン形成装置を介した光源装置からの光で物体にパターン像を投影する投影光学系を備える露光装置であって、
前記光源装置は、互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給する光源部を備え、
前記投影光学系の色収差の許容範囲は、前記光源部が射出する前記複数種類の前記光の種類数と、前記複数種類の前記光のそれぞれの周波数の幅とから定められており、
前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類数Ｂと、前記投影光学系の前記色収差の許容範囲を周波数で表した幅Ωと、前記光源部からの光の強度分布の標準偏差１σに対応する周波数幅σωとは、次の式（１）に示す条件を満足している、露光装置。
【数３】
0006613826.tif 000018
【請求項８】
前記パルス光の種類数Ｂと、前記幅Ωと、前記周波数幅σωとは、次の式（２）に示す条件を満足している、請求項７に記載の露光装置。
【数４】
0006613826.tif 000019
【請求項９】
前記光源部は、前記中心周波数が等間隔に設定された前記複数種類の光を供給する複数の光源を有する、請求項７または８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記光源部はパルス光を供給する、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記光源装置からの前記複数種類の光で前記パターン形成装置を照明する照明光学系を備える、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１２】
パターン形成装置を介した光で物体にパターン像を投影する投影光学系と共に用いられる光源装置であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給する光源部を備え、
前記投影光学系の色収差の許容範囲と、前記光源部からの光の周波数の幅とから、前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類の数が定められており、
前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類数Ｂと、前記投影光学系の前記色収差の許容範囲を周波数で表した幅Ωと、前記光源部からの光の強度分布の標準偏差１σに対応する周波数幅σωとは、次の式（１）に示す条件を満足している、光源装置。
【数５】
0006613826.tif 000020
【請求項１３】
パターン形成装置を介した光で物体にパターン像を投影する投影光学系と共に用いられる光源装置であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給する光源部を備え、
前記投影光学系の色収差の許容範囲と、前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類の数とから、前記複数種類の前記光のそれぞれの周波数幅が定められており、
前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類数Ｂと、前記投影光学系の前記色収差の許容範囲を周波数で表した幅Ωと、前記光源部からの光の強度分布の標準偏差１σに対応する周波数幅σωとは、次の式（１）に示す条件を満足している、光源装置。
【数６】
0006613826.tif 000021
【請求項１４】
前記パルス光の種類数Ｂと、前記幅Ωと、前記周波数幅σωとは、次の式（２）に示す条件を満足している、請求項１２または１３に記載の光源装置。
【数７】
0006613826.tif 000022
【請求項１５】
前記光源部は、前記中心周波数が等間隔に設定された前記複数種類の光を供給する複数の光源を有する、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記光源部はパルス光を供給する、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の光源装置と、
前記光源装置からの前記複数種類の光で前記パターン形成装置を照明する照明光学系と、
前記パターン形成装置を介した前記光で前記物体にパターン像を投影する投影光学系とを備える、露光装置。
【請求項１８】
投影光学系およびパターン形成装置を介した光でパターン像を物体に露光する露光方法であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給することと、
前記複数種類の光で前記パターン形成装置を照明することと、
前記投影光学系を用いて、前記パターン形成装置からの光で前記物体に前記パターン像を投影することと、
を含み、
前記投影光学系の色収差の許容範囲は、前記光源部が射出する前記複数種類の前記光の種類数と、前記複数種類の前記光のそれぞれの周波数の幅とから定められており、
前記複数種類の光の種類数Ｂと、前記投影光学系の前記色収差の許容範囲を周波数で表した幅Ωと、前記光源部からの光の強度分布の標準偏差１σに対応する周波数幅σωとのうち少なくとも１つを、次の式（１）に示す条件を満足するように決定する、露光方法。
【数８】
0006613826.tif 000023
【請求項１９】
次の式（２）に示す条件を満足するように、前記パルス光の種類数Ｂと、前記幅Ωと、前記周波数幅σωとのうち少なくとも１つを決定する、請求項１８に記載の露光方法。
【数９】
0006613826.tif 000024
【請求項２０】
前記供給することは、前記中心周波数が等間隔に設定された前記複数種類のパルス光を供給することを含む、請求項１８または１９に記載の露光方法。
【請求項２１】
パターン形成装置を介した光で物体を露光する露光方法において、
光源から供給された１つのパルス光から時間的に多重化された複数のパルス光を生成することと、
生成されたパルス光で前記パターン形成装置を照明することと、
投影光学系を介した前記パターン形成装置からの前記パルス光で前記物体にパターン像を投影することと、
前記パルス光で前記パターン像を前記物体に投影しているときに前記物体を移動させることと、
を含み、
前記物体上に投影される前記パターン像がぶれないための前記パルス光の発光時間を発光可能時間幅Ｔとするとき、前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒは、前記パルス光のパルス発光時間をから定められる、露光方法。
【請求項２２】
前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒと、前記パルス光の強度分布の標準偏差１σに対応するパルス発光時間σｔとの少なくとも一方は、次の式（３）に示す条件を満足する、請求項２１に記載の露光方法。
【数１０】
0006613826.tif 000025
【請求項２３】
次の式（４）に示す条件を満足するように、前記パルス光の数Ｒと、前記パルス光の強度分布の標準偏差１σに対応するパルス発光時間σｔとのうち少なくとも１つを決定する、請求項２２に記載の露光方法。
【数１１】
0006613826.tif 000026
【請求項２４】
前記発光可能時間幅Ｔは、前記物体に対する前記パターン像の像ブレの許容範囲から求められる、請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２５】
前記生成することは、前記複数のパルス光を等時間間隔で射出する、請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２６】
前記生成することは、前記光源から供給された１つのパルス光を２つのパルス光に分割することと、該２つのパルス光のうちの一方のパルス光を第１光路に沿って導くとともに他方のパルス光を前記第１光路よりも長い第２光路に沿って導くことと、を含む請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項２７】
請求項１乃至１１および１７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、所定のパターンを前記物体としての基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項２８】
請求項１８乃至２６のいずれか１項に記載の露光方法を用いて、所定のパターンを前記物体としての基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源装置、露光装置、光発生方法、照明方法、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等のデバイスの製造に用いられる露光装置では、光源から射出された光が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の小光源からなる二次光源を形成する。二次光源からの光は、コンデンサー光学系により集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。
【０００３】
マスクに形成されたパターンは微細化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布（露光量分布）を得ることが要求される。しかしながら、光源から供給される光のコヒーレンスが高い場合、すなわち高コヒーレンス光源を用いる場合、フライアイレンズを構成するレンズレット間の干渉などに起因して、照明光学系の被照射面（投影光学系の物体面）には不均一な照度分布が形成される（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，５５２，７７４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１形態では、パターン形成装置を介した光で物体にパターン像を投影する投影光学系と共に用いられる光源装置であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給する光源部を備え、
前記投影光学系の色収差の許容範囲と、前記光源部からの光の周波数の幅とから、前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類の数が定められている、光源装置を提供する。
第２形態では、パターン形成装置を介した光で物体にパターン像を投影する投影光学系と共に用いられる光源装置であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給する光源部を備え、
前記投影光学系の色収差の許容範囲と、前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類の数とから、前記複数種類の前記光のそれぞれの周波数幅が定められている、光源装置を提供する。
【０００６】
第３形態では、パターン形成装置を介した光源装置からの光で物体にパターン像を投影する投影光学系を備える露光装置であって、
前記光源装置は、互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給する光源部を備え、
前記投影光学系の色収差の許容範囲は、前記光源部が射出する前記複数種類の前記光の種類数と、前記複数種類の前記光のそれぞれの周波数の幅とから定められている、露光装置を提供する。
第４形態では、第１形態または第２形態の光源装置と、
前記光源装置からの前記複数種類の光で前記パターン形成装置を照明する照明光学系と、
前記パターン形成装置を介した前記光で前記物体にパターン像を投影する投影光学系とを備える、露光装置を提供する。
【０００７】
第５形態では、パターン形成装置を介した光で物体を露光する露光装置において、
パルス光を供給する光源と、
前記光源から供給された１つのパルス光から時間的に多重化された複数のパルス光を生成する生成部と、
前記生成部からのパルス光で前記パターン形成装置を照明する照明光学系と、
前記パターン形成装置を介した前記パルス光で前記物体にパターン像を投影する投影光学系と、
前記物体を保持して移動する移動体と、
前記パルス光で前記パターン像を前記物体に投影しているときに前記移動体を移動させる制御部と、を備え、
前記物体上に投影される前記パターン像がぶれないための前記パルス光の発光時間の最大値を発光可能時間幅とするとき、前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数は、前記パルス光のパルス発光時間から定められる、露光装置を提供する。
【０００８】
第６形態では、投影光学系およびパターン形成装置を介した光でパターン像を物体に投影する際に、前記パターン形成装置に照射する光を発生させる光発生方法であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類のパルス光を供給することを含み、
前記投影光学系の色収差の許容範囲と、前記光源部からの光の周波数の幅とから、前記複数種類のパルス光の種類数を定めている、光発生方法を提供する。
【０００９】
第７形態では、投影光学系およびパターン形成装置を介した光でパターン像を物体に投影する際に、前記パターン形成装置に照射する光を発生させる光発生方法であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類のパルス光を供給することを含み、
前記投影光学系の色収差の許容範囲と、前記光源部が射出する前記複数種類の光の種類の数とから、前記複数種類の前記光のそれぞれの周波数幅が定められている、光発生方法を提供する。
第８形態では、第６形態または第７形態の光発生方法を用いて、前記光を発生させることと、
前記発生した光で前記パターン形成装置を照明することと、を含む、照明方法を提供する。
【００１０】
第９形態では、第８形態の照明方法を用いて照明された前記パターン形成装置からの光を投影光学系に導き、
前記投影光学系を介した光で物体にパターン像を露光する、露光方法を提供する。
第１０形態では、投影光学系およびパターン形成装置を介した光でパターン像を物体に露光する露光方法であって、
互いに異なる中心周波数を有する複数種類の光を供給することと、
前記複数種類の光で前記パターン形成装置を照明することと、
前記投影光学系を用いて、前記パターン形成装置からの光で前記物体に前記パターン像を投影することと、
を含み、
前記投影光学系の色収差の許容範囲は、前記光源部が射出する前記複数種類の前記光の種類数と、前記複数種類の前記光のそれぞれの周波数の幅とから定められている、露光方法を提供する。
【００１１】
第１１形態では、パターン形成装置を介した光で物体を露光する露光方法において、
光源から供給された１つのパルス光から時間的に多重化された複数のパルス光を生成することと、
生成されたパルス光で前記パターン形成装置を照明することと、
投影光学系を介した前記パターン形成装置からの前記パルス光で前記物体にパターン像を投影することと、
前記パルス光で前記パターン像を前記物体に投影しているときに前記物体を移動させることと、
を含み、
前記物体上に投影される前記パターン像がぶれないための前記パルス光の発光時間の最大値を発光可能時間幅とするとき、前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒは、前記パルス光のパルス発光時間をから定められる、露光方法を提供する。
【００１２】
第１２形態では、第４形態または第５形態の露光装置を用いて、所定のパターンを前記物体としての基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【００１３】
第１３形態では、第１０形態または第１１形態の露光方法を用いて、所定のパターンを前記物体としての基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】光源部の内部構成を概略的に示す図である。
【図３】回折光学素子に４種類のパルス光が入射する様子を示す図である。
【図４】空間光変調器の構成および作用を説明する図である。
【図５】空間光変調器の要部の部分斜視図である。
【図６】第１実施形態におけるパルス光の周波数的な多重化を説明する図である。
【図７】所定の周波数帯域幅の範囲に収まるパルス光の種類数と独立なスペックルパターンの数との関係を示す図である。
【図８】第１実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】遅延光学系の内部構成を概略的に示す図である。
【図１０】第２実施形態におけるパルス光の時間的な多重化を説明する図である。
【図１１】所定の発光可能時間幅の範囲に収まるパルス光の数と独立なスペックルパターンの数との関係を示す図である。
【図１２】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１３】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、第１実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、その紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面において鉛直方向にＹ軸を、図１の紙面において水平方向にＺ軸をそれぞれ設定している。感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）は、ＸＺ平面に平行に設定されている。第１実施形態にかかる露光装置は、可変パターン形成用の空間光変調器（spatial light modulator:ＳＬＭ）を使用するマスクレス方式の露光装置である。
【００１６】
図１を参照すると、第１実施形態の露光装置では、光源部１から露光光（照明光）が供給される。光源部１は、図２に示すように、互いに異なる中心周波数を有するパルス光を射出する複数の光源を備えている。以下、説明の理解を容易にするための一例として、光源部１は、４つの光源ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３，ＬＳ４を有し、中心周波数が等間隔に設定された４種類のパルス光を供給するものとする。図２を参照すると、光源ＬＳ２〜ＬＳ４からの各パルス光が、それぞれ一対の光路折曲げミラーを経て、光源ＬＳ１からのパルス光と合流した状態で、光源部１から射出される。ここで、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４には、１又は複数の電源部（不図示）が接続されている。露光装置の制御系ＣＲは、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を電源部に供給する。その発光トリガパルスに同期して電源部は、指示されたタイミング及び光量で各光源ＬＳ１〜４にパルス発光を行わせる。
【００１７】
光源ＬＳ１〜ＬＳ４として、例えば米国特許第５，８３８，７０９Ｂ１号明細書、米国特許第６，５９０，６９８Ｂ１号明細書、米国特許第６，９０１，０９０Ｂ１号明細書、米国特許第６，９４７，１２３Ｂ１号明細書、米国特許第７，０９８，９９２Ｂ２号明細書、米国特許第７，３９７，５９８Ｂ２号明細書、および米国特許第７，１３６，４０２Ｂ１号明細書、米国特許公開第２００６／０５０７４８Ａ１号公報、および米国特許公開第２００９／１８５５８３Ａ１号公報等に開示されているように、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザなどの固体レーザ光源、ファイバーアンプなどを有する光増幅部、及び波長変換部などを含み、波長１９３ｎｍのパルス光を出力する高調波発生装置を用いてもよい。
また、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４ごとに基本波レーザ光を射出するシード光源としての固体レーザ光源を設けるのではなく、共通のシード光源を用いてもよい。この場合、共通のシード光源（固体レーザ光源）からの基本波レーザ光を４つに分岐した後、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４が備える光増幅部に導けばよい。この構成では、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４から射出されるパルス光の発光タイミングを揃えることができる。
【００１８】
光源部１から供給された高コヒーレンスの４種類のパルス光は、ビーム送光部２および光路折曲げミラーＭＲ１を経て、回折光学素子３において互いに異なる４つの領域に入射する。一例として、図３に示すように、光源ＬＳ１から射出されたパルス光は領域Ｌａに入射し、光源ＬＳ２から射出されたパルス光は領域Ｌｂに入射し、光源ＬＳ３から射出されたパルス光は領域Ｌｃに入射し、光源ＬＳ１から射出されたパルス光は領域Ｌｄに入射する。ここで、高コヒーレンス光とは、エキシマレーザ光源が供給するレーザ光の横モード数よりも少ない横モード数の光とすることができる。
【００１９】
ビーム送光部２は、光源部１から入射した光束を適切な大きさおよび形状の断面を有する光束に変換しつつ回折光学素子３へ導くとともに、回折光学素子３に入射する光の位置変動および角度変動をアクティブに補正する。回折光学素子３は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。すなわち、回折光学素子３は、入射光を空間的に変調して射出する空間光変調素子である。
【００２０】
具体的に、円形照明用（輪帯照明用、複数極照明用など）の回折光学素子は、例えば矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に円形状（輪帯状、複数極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。一例として、回折光学素子３は、円形照明用の回折光学素子であり、輪帯照明用の回折光学素子、複数極照明用の回折光学素子などと交換可能に設置されている。回折光学素子３を経た光は、リレー光学系４により集光された後に、マイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）５に入射する。
【００２１】
リレー光学系４は、その前側焦点位置が回折光学素子３の近傍に位置し、且つその後側焦点位置がマイクロフライアイレンズ５の入射側の面に位置している。すなわち、リレー光学系４は、回折光学素子３とマイクロフライアイレンズ５の入射側の面とを光学的にフーリエ変換の関係に位置決めしている。円形照明用の回折光学素子３を経た光は、例えば照明光学系の光軸ＡＸを中心とした円形状の光強度分布（照野）を、マイクロフライアイレンズ５の入射側の面に形成する。すなわち、回折光学素子３の領域Ｌａ〜Ｌｄを経た４種類のパルス光は、マイクロフライアイレンズ５の入射側の面に重畳される。
【００２２】
マイクロフライアイレンズは、二次元的に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子であり、平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成されている。マイクロフライアイレンズでは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズが互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。しかしながら、レンズレット（レンズ要素）が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。
【００２３】
具体的に、マイクロフライアイレンズ５は、例えば矩形状の断面を有する多数のレンズレット５ａを縦横に且つ稠密に配列することにより構成されている。ただし、図１では、図示および説明の簡単のために、実際よりもはるかに少ないレンズレット５ａによりマイクロフライアイレンズ５を構成した例を示している。マイクロフライアイレンズ５として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号明細書に開示されている。
【００２４】
マイクロフライアイレンズ５に入射した光束は多数のレンズレット５ａにより二次元的に分割され、光が入射したレンズレット（光分割要素）５ａの射出面の近傍にはそれぞれ１つのスポット光（小光源）が形成される。すなわち、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面（レンズレット５ａの入射側の屈折面と射出側の屈折面との合成光学系の後側焦点位置）またはその近傍の照明瞳には、入射側の面に形成された光強度分布とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源（多数の小光源からなる実質的な面光源：瞳強度分布）が形成される。
【００２５】
マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に形成された二次光源からの光は、コンデンサー光学系６を介して、マスクブラインド７を照明する。コンデンサー光学系６は、その前側焦点位置がマイクロフライアイレンズ５の後側焦点面に位置し、且つその後側焦点位置がマスクブラインド７の面に位置している。すなわち、コンデンサー光学系６は、マイクロフライアイレンズ５の後側焦点面とマスクブラインド７の面とを光学的にフーリエ変換の関係に位置決めしている。その結果、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に形成された多数の小光源からの光は、コンデンサー光学系６を介して、マスクブラインド７を重畳的に照明する。
【００２６】
照明視野絞りとしてのマスクブラインド７の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、光路折曲げミラーＭＲ２、結像光学系８、および光路折曲げミラーＭＲ３を介して、可変パターン形成用の空間光変調器９の複数のミラー要素の配列面（ミラー配列面）を重畳的に照明する。すなわち、結像光学系８は、マスクブラインド７の矩形状の開口部の像を、空間光変調器９のミラー配列面に形成することになる。こうして、照明光学系（２〜８）は、光源部１から供給されるパルス光により、空間光変調器９のミラー配列面（被照射面）上に矩形状の照明領域を形成する。
【００２７】
空間光変調器９は、図４に示すように、照明光学系（２〜８）の被照射面（投影光学系ＰＬの物体面）に沿って二次元的に配列された複数のミラー要素９ａと、複数のミラー要素９ａを保持する基盤９ｂと、基盤９ｂに接続されたケーブル（不図示）を介して複数のミラー要素９ａの姿勢（位置、傾きなど）を個別に制御駆動する駆動部９ｃとを備えている。空間光変調器９では、制御系ＣＲからの指令に基づいて作動する駆動部９ｃの作用により、複数のミラー要素９ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素９ａがそれぞれ所定の向き（または位置）に設定される。
【００２８】
空間光変調器９は、図５に示すように、二次元的に配列された複数の微小なミラー要素９ａを備え、入射したパルス光に対して、その入射位置に応じた空間的な変調を可変的に付与して射出する。説明および図示を簡単にするために、図４および図５では空間光変調器９が４×４＝１６個のミラー要素９ａを備える構成例を示しているが、実際には１６個よりもはるかに多数のミラー要素９ａを備えている。
【００２９】
一例によれば、空間光変調器９は、図５に示すように、平面状の反射面を上面にした状態で１つの平面に沿って規則的に且つ二次元的に配列された多数の微小な反射素子であるミラー要素９ａを含む可動マルチミラーである。各ミラー要素９ａは可動であり、その反射面の傾き、すなわち反射面の傾斜角および傾斜方向は、制御系ＣＲからの制御信号に基づいて作動する駆動部９ｃの作用により独立に制御される。各ミラー要素９ａは、その反射面に平行な二方向であって互いに直交する二方向（Ｘ方向，Ｚ方向）を回転軸として、所望の回転角度だけ連続的（または離散的）に回転することができる。すなわち、各ミラー要素９ａの反射面の傾斜を二次元的に制御することが可能である。
【００３０】
図５には外形が正方形状のミラー要素９ａを示しているが、ミラー要素９ａの外形形状は正方形に限定されない。ただし、光利用効率の観点から、ミラー要素９ａの隙間が少なくなるように配列可能な形状（最密充填可能な形状）とすることができる。また、光利用効率の観点から、隣り合う２つのミラー要素９ａの間隔を必要最小限に抑えることができる。
【００３１】
第１実施形態では、可変パターン形成用の空間光変調器９として、二次元的に配列されて平面状の反射面を有する複数のミラー要素の向きを連続的または離散的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いることができる。この場合、複数の光学要素は、少なくとも１つの軸廻りに傾斜可能な平面状の反射面をそれぞれ有する。このようなチルトミラー型の空間光変調器として、たとえば米国特許第６，５２２，４５４号明細書および第７，４０５，８６２号明細書に開示される空間光変調器を用いることができる。
【００３２】
また、可変パターン形成用の空間光変調器９として、たとえば二次元的に配列されて平面状の反射面を有する複数のミラー要素の反射面の高さ（位置）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。この場合、複数のミラー要素は、空間光変調器に入射する光の進行方向における位置を変更するように移動する平面状の反射面をそれぞれ有する。このようなピストン型の空間光変調器として、例えば米国特許第５，３１２，５１３号および第７，２０６，１１７号明細書並びに米国特許公開第２０１３／０２７８９１２号明細書に開示される空間光変調器を用いることができる。
【００３３】
また、可変パターン形成用の空間光変調器９として、二次元的に配列されて段差状の反射面を有する複数のミラー要素の向きを連続的または離散的にそれぞれ変化させる空間光変調器を用いることもできる。この場合、複数のミラー要素は、少なくとも１つの軸廻りに傾斜可能であり且つ段差状の反射面をそれぞれ有する。このような位相段差型の空間光変調器として、たとえば米国特許第７，１１０，１５９号明細書に開示される空間光変調器を用いることができる。また、可変パターン形成用の空間光変調器として、二次元的に配列されて個別に制御される複数の透過光学要素を備えた透過型の空間光変調器を用いることもできる。
【００３４】
パターン形成装置としての空間光変調器９では、制御系ＣＲからの制御信号（複数のミラー要素９ａの駆動データ）にしたがって、複数のミラー要素９ａの姿勢がそれぞれ変化し、各ミラー要素９ａがそれぞれ所定の向き（または位置）に設定される。投影光学系ＰＬは、照明光学系（２〜８）により照明された空間光変調器９からの反射光により、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗの単位露光領域に、複数のミラー要素９ａが形成したミラーパターン（複数のミラー要素９ａの傾きパターン、凹凸パターンなど）に対応した所定のパターン像を投影する。
【００３５】
ウェハＷは、ウェハステージＷＳ上においてＸＺ平面とほぼ平行に保持されている。ウェハステージＷＳには、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、Ｘ軸廻りの回転方向、Ｙ軸廻りの回転方向およびＺ軸廻りの回転方向に、ウェハステージＷＳ（ひいてはウェハＷ）を移動させる機構が組み込まれている。第１実施形態にかかる露光装置は、マスクレス方式で、且つステップ・アンド・スキャン方式にしたがって所定のパターンを基板（ウェハＷ）に走査露光する露光装置である。
【００３６】
ステップ・アンド・スキャン方式では、制御系ＣＲは、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じて、空間光変調器９のミラーパターンおよびウェハステージＷＳを例えばＺ方向に移動させつつ、空間光変調器９のミラーパターンに対応したデバイスパターンをウェハＷの１つの単位露光領域に走査露光する。その後、制御系ＣＲは、ウェハステージＷＳをＸＺ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの別の単位露光領域を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。こうして、空間光変調器９のミラーパターンに対応したデバイスパターンをウェハＷの単位露光領域に走査露光する動作を繰り返す。
【００３７】
第１実施形態の露光装置は、ウェハステージＷＳおよび空間光変調器９を制御し且つ露光装置の動作を統括的に制御する制御系ＣＲを備えている。第１実施形態では、マイクロフライアイレンズ５により形成される二次光源を光源として、照明光学系（２〜８）の被照射面に配置される空間光変調器９のミラー配列面（ひいてはウェハＷの露光面）をケーラー照明する。マイクロフライアイレンズ５による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ５の入射側の面に形成される大局的な光強度分布と、マイクロフライアイレンズ５の直後の照明瞳に形成される二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。
【００３８】
第１実施形態の露光装置では、制御系ＣＲからの指令にしたがって空間光変調器９が可変的に形成するミラーパターンに対応するデバイスパターンを、投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷに走査露光（スキャン露光）する。二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素（光学要素）を有する空間光変調器が可変的に形成するミラーパターンに対応するデバイスパターンを、投影光学系を介して基板に露光するマスクレス方式の露光装置の詳細については、米国特許第８，７９２，０８１Ｂ２号明細書などを参照することができる。
【００３９】
光源部１が高コヒーレンスのパルス光を供給するため、マイクロフライアイレンズ５のレンズレット５ａ間の干渉などに起因して、照明光学系（２〜８）の被照射面である空間光変調器９のミラー配列面には、不均一な照度分布が形成される。この不均一な照度分布のコントラストは、照度分布における独立なスペックルパターンの数に依存する。具体的に、照度分布のコントラストＣと、独立なスペックルパターンの数Ｎｓの間には、次の式（ａ）に示すような関係が成立する。ちなみに、照度分布のコントラストＣは、照度分布における光強度の平均値をＡとするとき、照度分布における強度平均値Ａからの光強度の分散σ２の平方根、すなわち標準偏差σを用いて、Ｃ＝σ／Ａと定義される。
【００４０】
【数１】
0006613826.tif 000002
【００４１】
式（ａ）を参照すると、照度分布のコントラストＣを低減するには、独立なスペックルパターンの数Ｎｓを増やす必要があることがわかる。第１実施形態では、パルス光の周波数的な多重化により、独立なスペックルパターンの数Ｎｓを増やし、ひいては照度分布のコントラストＣを低減する。具体的に、パルス光の周波数的な多重化では、図６に示すように、光源１から供給された互いに異なる中心周波数を有する複数種類（第１実施形態では一例として４種類）のパルス光が所定の周波数帯域幅Ωの範囲に収まるように設定される。周波数帯域幅Ωは、投影光学系ＰＬが許容する周波数帯域幅であって、例えば投影光学系ＰＬの色収差により求められる。ここで、周波数帯域幅Ωは、投影光学系の色収差の許容範囲とみなすことができる。
光源からのパルス光の中心波長をλ、光速をｃとするとき、パルス光の中心周波数ωは、ω＝２πｃ／λとなる。この光源からのパルス光の中心波長は、このパルス光のスペクトル分布（波長に対する光強度の変化の分布）における、光強度のピーク値としてもよい。また、このパルス光のスペクトル分布のピーク値に対して光強度が１／２に低下するときの２つの波長の平均値としてもよい。また、このパルス光の９５％エネルギ純度幅Ｅ９５における下限側波長と上限側波長との平均値としてもよい。なお、パルス光の９５％エネルギ純度幅Ｅ９５とは、パルス光のスペクトル分布をピーク値よりも低い所定レベルでスライスしたときの２つの波長の幅内の光強度の積分値が、そのパルス光のスペクトル分布の全積分値に対して９５％になるときの幅である。
そして、周波数帯域幅Ωは、例えば以下の通り定めることができる。
投影光学系の波長ずれ量に対する光軸方向および光軸直交方向の色収差量をそれぞれ求める。そして、実施形態の露光装置で基板上に形成可能な最小線幅のパターンに関して、波長ずれ量に対する線幅変化量を求める。次に、この線幅変化量がその最小線幅のパターンについての線幅誤差の許容範囲内に収まるような波長ずれの許容量を求める。この求められた波長ずれの許容量の逆数が、投影光学系ＰＬが許容する周波数帯域幅Ωとなる。
【００４２】
本発明者は、周波数帯域幅Ωの範囲に収まるパルス光の種類数Ｂを増やしても、独立なスペックルパターンの数Ｎｓを増やす効果、ひいては照度分布のコントラストＣを低減する効果が頭打ちになるという知見を得た。具体的に、光源部１から射出される各パルス光の強度分布の標準偏差（１σ）に対応する周波数幅をσωとするとき、コントラストＣが次の式（ｂ）で表されることを見出した。ただし、式（ｂ）の導出に際して、各パルス光の強度分布をガウス分布と想定している。この点は、後述の式（ｄ）および（ｆ）の導出に際しても同様である。
【００４３】
【数２】
0006613826.tif 000003
【００４４】
したがって、周波数帯域幅Ωの範囲に収まるパルス光の種類数Ｂを無限大に近づけたときのコントラストＣの極限値（上限値）は、次の式（ｃ）で表される。式（ａ）と式（ｃ）とを参照すると、パルス光の周波数的な多重化により達成される独立なスペックルパターンの数Ｎｓの上限値は、Ｍ（Ω／２σω）で表されることがわかる。
【００４５】
【数３】
0006613826.tif 000004
【００４６】
図７は、周波数帯域幅Ωの範囲に収まるパルス光の種類数Ｂと独立なスペックルパターンの数Ｎｓとの関係を示す図である。図７において、横軸はパルス光の種類数Ｂを示し、縦軸は独立なスペックルパターンの数Ｎｓを示している。ただし、図７におけるＢおよびＮｓの数値は、種類数Ｂとパターン数Ｎｓとの関係の理解を容易にするための一例に過ぎない。参照符号４１はパルス光の種類数Ｂと独立なスペックルパターンの数Ｎｓとの関係を表す曲線を示し、参照符号４２はパルス光の種類数Ｂが無限大に近づいたときの独立なスペックルパターンの数Ｎｓの上限値に対応する破線を示している。
【００４７】
第１実施形態では、パルス光の周波数的な多重化に際して、次の式（１）に示す条件を満足するようにパルス光の種類数Ｂを決定することにより、光源のコヒーレンスの低下を図ることができ、ひいては照明光学系（２〜８）の被照射面に配置される空間光変調器９のミラー配列面に形成される照度分布のコントラストを低減することができる。換言すれば、パルス光の周波数的な多重化に際して、周波数帯域幅Ωの範囲に収めるべきパルス光の種類数Ｂを過度に増大させることなく効率的な多重化により、被照射面に形成される照度分布のコントラストＣを低減することができる。
【００４８】
【数４】
0006613826.tif 000005
【００４９】
あるいは、周波数帯域幅Ωの範囲に収めるべきパルス光の種類数Ｂを過度に増大させることなく効率的な多重化により、被照射面に形成される照度分布のコントラストＣを低減するために、次の式（２）に示す条件を満足するようにパルス光の種類数Ｂを決定しても良い。
【００５０】
【数５】
0006613826.tif 000006
【００５１】
また、上述の第１実施形態では、周波数帯域幅Ωと周波数幅σωとが所与の値である場合、光源部１が射出する複数種類のパルス光の種類数Ｂを、投影光学系ＰＬが許容する周波数帯域幅（投影光学系の色収差の許容範囲）Ωと、パルス光の周波数幅σωとから定めている。また、第１実施形態において、パルス光の種類数Ｂと、周波数幅σωとが所与の値である場合、投影光学系ＰＬが許容する周波数帯域幅（投影光学系の色収差の許容範囲）Ωを、光源部１が射出する複数種類のパルス光の種類数Ｂと、パルス光の周波数幅σωとから定めてもよい。また、第１実施形態において、パルス光の種類数Ｂと、周波数帯域幅Ωとが所与の値である場合、パルス数の周波数幅σωを、光源部１が射出する複数種類のパルス光の種類数Ｂと、投影光学系ＰＬが許容する周波数帯域幅（投影光学系の色収差の許容範囲）Ωとから定めてもよい。
こうして、第１実施形態にかかる照明光学系（２〜８）では、パルス光の周波数に関する効率的な多重化により、空間光変調器９のミラー配列面（被照射面）に形成される照度分布のコントラストを低減することができる。また、第１実施形態にかかる露光装置では、被照射面に形成される照度分布のコントラストを低減する照明光学系（２〜８）を用いて、ウェハ（基板）Ｗに露光されるパターン線幅の均一性を良好にすることができる。
なお、上述の実施形態では、各パルス光の強度分布をガウス分布と想定したが、各パルス光の強度分布はガウス分布に限定されず、任意の強度分布でよい。
また、上述の実施形態では、光源から供給される光をパルス光としたが、連続光（ＣＷ(continuous wave)光）としてもよい。
さて、上述では、光の周波数的な多重化により、独立なスペックルパターンの数Ｎｓを増やすように、露光装置、照明光学系または光源の設計値を定めたが、投影光学系ＰＬが許容する周波数帯域幅（投影光学系の色収差の許容範囲）Ω、光源部１が射出する複数種類のパルス光の種類数Ｂ、パルス光の周波数幅σωを能動的に調整（変更）してもよい。
たとえば光源部１が供給する複数種類のパルス光の種類数Ｂを変更するために、光源部１中の各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の発光を独立にＯＮ／ＯＦＦしてもよい。このとき、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４がそれぞれ供給する光の中心波長を変更してもよい。これらの中心波長を変更するために、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の内部または各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の射出側に能動的な調整が可能な分光器等を設けてもよい。また、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の内部の光学素子の位置や姿勢等を変更することによって中心波長を変更してもよい。
ここで、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４からの光の中心波長と、波長スペクトル幅または波長スペクトルのプロファイルを検出する計測器（波長計）を設けてもよい。このような計測器（波長計）は、たとえば米国特許第５，８５６，９９１号に開示されている。
また、たとえば、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４からの光の周波数幅σωを変更するために、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の内部または各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の射出側に能動的な調整が可能な分光器等を設けてもよい。また、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の内部の光学素子の位置や姿勢等を変更することによって光の周波数幅σωを変更してもよい。光の周波数幅σωを変更する場合においても、上記波長計を設けてもよい。
また、能動的な調整が可能な光学素子（例えば回折光学素子等）を用いて、投影光学系の色収差の許容範囲を変更してもよい。
【００５２】
図８は、第２実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態は第１実施形態と類似の構成を有するが、光源部１に代えて、１つの光源ＬＳおよび遅延光学系１０が配置されていることが、第１実施形態と相違している。図９では、図１の第１実施形態における構成要素と同様の機能を果たす要素に図１と同じ参照符号を付している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態の構成および作用を説明する。
【００５３】
第２実施形態の露光装置では、光源ＬＳから露光光（照明光）が供給される。光源ＬＳとして、第１実施形態における光源ＬＳ１〜ＬＳ４と同様に、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザなどの固体レーザ光源、ファイバーアンプなどを有する光増幅部、及び波長変換部などを含み、波長１９３ｎｍのパルス光を出力する高調波発生装置を用いてもよい。
【００５４】
遅延光学系１０は、図９に示すように、光の入射側に設けられたハーフミラー１１ａを備えている。光源ＬＳから供給された１つのパルス光Ｌ１は、ハーフミラー１１ａにより、透過光Ｌ１１と反射光Ｌ１２とに分割される。ハーフミラー１１ａを透過した光Ｌ１１は、直進して別のハーフミラー１１ｂに入射する。ハーフミラー１１ａで反射された光Ｌ１２は、一対のミラー１２ａ，１２ｂが配置された光路、すなわち光Ｌ１１の光路よりも長い遅延光路を経て、ハーフミラー１１ｂに入射する。
【００５５】
光Ｌ１１は、ハーフミラー１１ｂにより、透過光Ｌ１１１と反射光Ｌ１１２とに分割される。ハーフミラー１１ｂを透過した光Ｌ１１１は、直進して偏光ビームスプリッタ１３に入射する。ハーフミラー１１ｂで反射された光Ｌ１１２は、一対のミラー１２ｃ，１２ｄおよび半波長板１４が配置された光路、すなわち光Ｌ１１１の光路よりも長い遅延光路を経て、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。
【００５６】
一方、ハーフミラー１１ａで反射されてミラー１２ａ，１２ｂを含む遅延光路を経た光Ｌ１２は、ハーフミラー１１ｂにより、透過光Ｌ１２２と反射光Ｌ１２１とに分割される。ハーフミラー１１ｂを透過した光Ｌ１２２は、光Ｌ１１２と同じ遅延光路を経て、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。ハーフミラー１１ｂで反射された光Ｌ１２１は、光Ｌ１１１と同じ直進光路を経て、偏光ビームスプリッタ１３に入射する。光源ＬＳから供給されたパルス光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ１３の偏光分離面１３ａに対してｐ偏光に設定されている。
【００５７】
したがって、半波長板１４を経ることなく偏光ビームスプリッタ１３に入射したｐ偏光の光Ｌ１１１およびＬ１２１は、偏光ビームスプリッタ１３を透過し、互いにほぼ同じ光路に沿って、遅延光学系１０から射出される。半波長板１４を経て偏光ビームスプリッタ１３に入射したｓ偏光の光Ｌ１１２およびＬ１２２は、偏光ビームスプリッタ１３で反射され、光Ｌ１１１およびＬ１２１とほぼ同じ光路に沿って、遅延光学系１０から射出される。
【００５８】
ここで、一対のハーフミラー１１ａ，１１ｂを透過した光Ｌ１１１は、最も短い光路を経て遅延光学系１０から射出される。ハーフミラー１１ａを透過し且つハーフミラー１１ｂで反射された光Ｌ１１２は、二番目に短い光路を経て射出される。一対のハーフミラー１１ａ，１１ｂで反射された光Ｌ１２１は、三番目に短い光路を経て射出される。ハーフミラー１１ａで反射され且つハーフミラー１１ｂを透過した光Ｌ１２２は、最も長い光路を経て射出される。
【００５９】
こうして、遅延光学系１０は、光源ＬＳから供給された１つのパルス光Ｌ１から、時間的に多重化された４つのパルス光Ｌ１１１，Ｌ１１２，Ｌ１２１，Ｌ１２２を生成する動作を繰り返す。なお、図９では、入射した１つのパルス光から時間的に多重化された４つのパルス光を生成する構成を例示したが、分割部材としてのハーフミラーと、一対のミラー（必要に応じて、一対のリレーレンズも含む）を有する遅延光路との組を付設することにより、時間的に多重化された所望数のパルス光を生成することができる。
【００６０】
以下、説明の理解を容易にするために、光源ＬＳと遅延光学系１０との協働作用により、互いに同じ光強度を有する多数のパルス光が、一定の時間間隔にしたがって射出されるものとする。換言すれば、光源ＬＳおよび遅延光学系１０は、光源ＬＳがパルス光を出力する周期よりも短い周期にしたがって、光源ＬＳが出力するパルス光の強度よりも小さい強度のパルス光を供給する。
【００６１】
第２実施形態では、パルス光の時間的な多重化により、独立なスペックルパターンの数Ｎｓを増やし、ひいては照度分布のコントラストＣを低減する。具体的に、パルス光の時間的な多重化では、図１０に示すように、所定の発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒを所要の範囲に規定する。発光可能時間幅Ｔは、例えばウェハＷに対するパターン像の像ブレの許容範囲から求められる。図１０では、一例として、遅延光学系１０から等時間間隔で射出された３つのパルス光が発光可能時間幅Ｔの範囲に収まっている様子を示している。
【００６２】
本発明者は、発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒを増やしても、独立なスペックルパターンの数Ｎｓを増やす効果、ひいては照度分布のコントラストＣを低減する効果が頭打ちになるという知見を得た。具体的に、遅延光学系１０から一定の時間間隔にしたがって射出される各パルス光の強度分布の標準偏差（１σ）に対応するパルス発光時間をσｔとするとき、コントラストＣが次の式（ｄ）で表されることを見出した。
【００６３】
【数６】
0006613826.tif 000007
【００６４】
したがって、発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒを無限大に近づけたときのコントラストＣの極限値（上限値）は、次の式（ｅ）で表される。式（ａ）と式（ｅ）とを参照すると、パルス光の時間的な多重化により達成される独立なスペックルパターンの数Ｎｓの上限値は、Ｍ（Ｔ／２σｔ）で表されることがわかる。
【００６５】
【数７】
0006613826.tif 000008
【００６６】
図１１は、発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒと独立なスペックルパターンの数Ｎｓとの関係を示す図である。図１１において、横軸はパルス光の数Ｒを示し、縦軸は独立なスペックルパターンの数Ｎｓを示している。ただし、図１１におけるＲおよびＮｓの数値は、パルス光の数Ｒとパターン数Ｎｓとの関係の理解を容易にするための一例に過ぎない。参照符号５１はパルス光の数Ｒと独立なスペックルパターンの数Ｎｓとの関係を表す曲線を示し、参照符号５２はパルス光の数Ｒが無限大に近づいたときの独立なスペックルパターンの数Ｎｓの上限値に対応する破線を示している。
【００６７】
第２実施形態では、パルス光の時間的な多重化に際して、次の式（３）に示す条件を満足するようにパルス光の数Ｒを決定することにより、光源のコヒーレンスの低下を図ることができ、ひいては照明光学系（２〜８）の被照射面に配置される空間光変調器９のミラー配列面に形成される照度分布のコントラストを低減することができる。換言すれば、パルス光の時間的な多重化に際して、発光可能時間幅Ｔの範囲に収めるべきパルス光の数Ｒを過度に増大させることなく効率的な多重化により、被照射面に形成される照度分布のコントラストＣを低減することができる。
【００６８】
【数８】
0006613826.tif 000009
【００６９】
あるいは、発光可能時間幅Ｔの範囲に収めるべきパルス光の数Ｒを過度に増大させることなく効率的な多重化により、被照射面に形成される照度分布のコントラストＣを低減するために、次の式（４）に示す条件を満足するようにパルス光の数Ｒを決定しても良い。
【００７０】
【数９】
0006613826.tif 000010
【００７１】
また、物体Ｗ上に投影されるパターン像がぶれないためのパルス光の発光時間の最大値である発光可能時間幅Ｔと、前記パルス光のパルス発光時間とが所与の値であるとき、第２実施形態では、前記発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒを、前記パルス光のパルス発光時間から定めている。
こうして、第２実施形態にかかる照明光学系（２〜８）では、パルス光の時間に関する効率的な多重化により、空間光変調器９のミラー配列面（被照射面）に形成される照度分布のコントラストを低減することができる。また、第２実施形態にかかる露光装置においても、被照射面に形成される照度分布のコントラストを低減する照明光学系（２〜８）を用いて、ウェハ（基板）Ｗに露光されるパターン線幅の均一性を良好にすることができる。
【００７２】
第２実施形態では、遅延光学系１０を用いて、光源ＬＳが供給する１つのパルス光から時間的に多重化された複数のパルス光を生成している。しかしながら、光源ＬＳが供給するパルス光の周期が十分に小さい場合には、遅延光学系１０の設置を省略することができる。
また、第２実施形態の遅延光学系１０に代えて、たとえば米国特許第６，２３８，０６３号明細書および第６，５８７，１８２号明細書等に開示される遅延光学系を用いてもよい。
さて、上述では、光の周波数的な多重化により、独立なスペックルパターンの数Ｎｓを増やすように、露光装置、照明光学系または光源の設計値を定めたが、露光時のウェハステージＷＳ（移動体）の移動速度、パルス光の発光可能時間幅Ｔ、パルス光の数Ｒ、パルス発光時間σｔを能動的に調整（変更）してもよい。ここで、遅延光学系１０の各遅延光路にシャッタを設け、特定のシャッタを閉じることでパルス光の数Ｒを変更してもよい。
また、別の特定のシャッタを閉じることで、複数のパルス光全体の発光時間の幅を変更することができる。
また、たとえば、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４からの光の発光時間σｔを変更するために、各光源ＬＳ１〜ＬＳ４の内部の光学素子の位置や姿勢等を変更してもよい。
【００７３】
第１実施形態ではパルス光の周波数的な多重化により光源のコヒーレンスを低下させ、第２実施形態ではパルス光の時間的な多重化により光源のコヒーレンスを低下させている。しかしながら、これに限定されることなく、パルス光の周波数的な多重化とパルス光の時間的な多重化とを併用することにより、光源のコヒーレンスを低下させることもできる。この場合、被照射面に形成される照度分布のコントラストＣは、次の式（ｆ）で表される。
【００７４】
【数１０】
0006613826.tif 000011
【００７５】
したがって、周波数帯域幅Ωの範囲に収まるパルス光の種類数Ｂおよび発光可能時間幅Ｔの範囲に収まるパルス光の数Ｒを無限大に近づけたときのコントラストＣの極限値（上限値）は、次の式（ｇ）で表される。
【００７６】
【数１１】
0006613826.tif 000012
【００７７】
なお、関数Ｍ（ｘ）は、ｘ＞２程度のとき、次の式（ｈ）で示すように一次関数で近似することができる。
【００７８】
【数１２】
0006613826.tif 000013
【００７９】
さて、不確定性原理からパルス発光時間σｔと周波数帯域幅σωの積（時間帯域幅積）は一定値以上の値をとる。この時間帯域幅積は、パルス発光時間σｔとパルスの形状によって決定される。最小の時間帯域幅積は、下記（ｉ）式のフーリエ変換限界（Fourier Transform Limit）で与えられる。
【００８０】
【数１３】
0006613826.tif 000014
【００８１】
上記の実施形態では、パルス発光時間σｔと周波数帯域幅σωとを所与の値として、パルス光の種類数Ｂまたはパルス数Ｒの関係を説明したが、パルス光の種類数Ｂを所与の値として、周波数帯域幅σωが満足すべき条件を決定してもよい。
この場合、周波数帯域幅Ωから、バンドルを構成している各光源の最適な周波数帯域幅σωを上記式（１）または式（２）から求める。そして、この周波数帯域幅σωが得られるように各光源を調整すると、パルス発光時間σｔを決定できる。時間帯域幅積が上記（ｉ）式において下限となる場合、次の式（ｊ）を得ることができる。
【００８２】
【数１４】
0006613826.tif 000015
【００８３】
上記（ｊ）式で求めたパルス発光時間σｔと発光可能時間幅Ｔから、最適な時間方向の多重化数であるパルス数Ｒを、式（３）又は式（４）から求めることができる。
例えば、露光装置に要求される光源部ＬＳの出力値から必要な光源の数が定められる場合には、パルス光の種類数Ｂを所与の条件として、上述の通り、各パラメータを決定すればよい。
なお、パルス光の種類数Ｂは光源部ＬＳが有する光源の数以下であれば良く、パルス光の種類数Ｂと光源部ＬＳが有する光源の数とは等しくなくてもよい（光源部ＬＳが有する光源のうちの少なくとも２つが同じ周波数のパルス光を出力するものであってもよい）。
また、上述とは逆に、パルス数Ｒを所与の値として、パルス発光時間σｔ、周波数帯域幅σω、およびパルス光の種類数Ｂを求めてもよい。
なお、この場合においても、パルス数Ｒ、パルス発光時間σｔ、周波数帯域幅σω、およびパルス光の種類数Ｂを能動的に変更してもよい。
【００８４】
上述の実施形態では、マイクロフライアイレンズ５の入射側の面に所要形状の照野を固定的に形成する回折光学素子３を用いている。しかしながら、回折光学素子３に代えて、チルトミラー型の空間光変調器、ピストン型の空間光変調器、位相段差型の空間光変調器、または透過型の空間光変調器を用いて、マイクロフライアイレンズ５の入射側の面に所要形状の照野を可変的に形成しても良い。
【００８５】
上述の実施形態では、パターン形成装置として、二次元的に配列されて個別に制御される複数のミラー要素（光学要素）９ａを有する空間光変調器９を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、転写すべきパターンが形成されたマスク（レチクル）を、パターン形成装置として投影光学系の物体面に設置しても良い。
【００８６】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【００８７】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１２は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１２に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、可変パターン形成用の空間光変調器のミラーパターン（あるいはマスクに形成されたパターン）に応じた所定のパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００８８】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００８９】
図１３は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１３に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００９０】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００９１】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００９２】
上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、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ェハ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。液浸型の場合には解像度をさらに高めることができる。
【００９３】
上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。
また、上述の実施形態において、光源ＬＳとして、波長１９３ｎｍのパルス光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や、波長２４８ｎｍのパルス光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源を用いることもできる。
なお、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とり得る。
【符号の説明】
【００９４】
１  光源部
２  ビーム送光部
３  回折光学素子
４  リレー光学系
５  マイクロフライアイレンズ（オプティカルインテグレータ）
６  コンデンサー光学系
７  マスクブラインド
８  結像光学系
９  可変パターン形成用の空間光変調器（パターン形成装置）
１０  遅延光学系
ＬＳ；ＬＳ１〜ＬＳ４  光源
ＣＲ  制御系
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
0006613826.tif 000027
【図２】
0006613826.tif 000028
【図３】
0006613826.tif 000029
【図４】
0006613826.tif 000030
【図５】
0006613826.tif 000031
【図６】
0006613826.tif 000032
【図７】
0006613826.tif 000033
【図８】
0006613826.tif 000034
【図９】
0006613826.tif 000035
【図１０】
0006613826.tif 000036
【図１１】
0006613826.tif 000037
【図１２】
0006613826.tif 000038
【図１３】
0006613826.tif 000039