(57)【要約】【課題】  照明光学系に用いられて瞳強度分布を被照射面上の位置毎に調整することのできる調整ユニット。【解決手段】  調整ユニット（１０）は、光源（１）からの光により被照射面（Ｍ）を照明する照明光学系（２〜１１）に用いられて、照明光学系の照明瞳に形成される瞳強度分布を調整する。調整ユニットは、被照射面と光学的に共役な共役位置に隣接する位置に配置されて、光束の入射位置に応じた角度分布を該光束に付与して射出する角度分布付与素子を備えている。角度分布付与素子は、瞳強度分布を被照射面上の位置毎に調整するために所定の軸線（ＡＸ）廻りに回転可能である。【選択図】  図１
2011171563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系に用いられて、該照明光学系の照明瞳に形成される瞳強度分布を調整する調整ユニットであって、
前記被照射面に隣接する位置、前記被照射面と光学的に共役な共役位置、または該共役位置に隣接する位置に配置されて、光束の入射位置に応じた角度分布を該光束に付与して射出する角度分布付与素子を備え、
前記角度分布付与素子は、前記瞳強度分布を前記被照射面上の位置毎に調整するために所定の軸線廻りに回転可能であることを特徴とする調整ユニット。
【請求項２】
前記角度分布付与素子が射出光束に付与する角度分布の範囲は、該射出光束に対応する入射光束の角度分布の範囲以上であることを特徴とする請求項１に記載の調整ユニット。
【請求項３】
前記角度分布付与素子は、前記照明光学系の光軸、または該光軸と平行な軸線廻りに回転可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の調整ユニット。
【請求項４】
前記角度分布付与素子は、回折光学素子を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の調整ユニット。
【請求項５】
前記角度分布付与素子は、互いに異なる特性を有する複数の領域を有し、各領域はその全体に亘って一定の角度分布付与特性を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整ユニット。
【請求項６】
前記角度分布付与素子は、前記所定の軸線を中心とする円の周方向に沿って分割された複数の領域を有し、隣り合う２つの領域は互いに異なる角度分布付与特性を有することを特徴とする請求項５に記載の調整ユニット。
【請求項７】
前記角度分布付与素子は、前記所定の軸線を中心とする円の周方向および径方向に沿って分割された複数の領域を有し、周方向に隣り合う２つの領域は互いに異なる角度分布付与特性を有し、径方向に隣り合う２つの領域は互いに異なる角度分布付与特性を有することを特徴とする請求項５に記載の調整ユニット。
【請求項８】
前記角度分布付与素子は、互いに異なる特性を有する複数の領域を有し、該複数の領域のうちの少なくとも１つの領域において角度分布付与特性が所定方向に沿って変化していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整ユニット。
【請求項９】
前記角度分布付与素子は、前記所定の軸線を中心とする円の径方向に沿って分割された複数の領域を有し、隣り合う２つの領域は互いに異なる特性を有することを特徴とする請求項８に記載の調整ユニット。
【請求項１０】
前記角度分布付与素子は、第１の構成を有する第１素子と、該第１素子に隣接して配置されて前記第１の構成とは異なる第２の構成を有する第２素子とを備え、前記第１素子と前記第２素子とは前記所定の軸線廻りに相対的に回転可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整ユニット。
【請求項１１】
前記角度分布付与素子は、互いに同じ構成を有し且つ互いに隣接して配置された第１素子と第２素子とを備え、前記第１素子と前記第２素子とは前記所定の軸線廻りに相対的に回転可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の調整ユニット。
【請求項１２】
光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の調整ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項１３】
前記被照射面と光学的に共役な位置に配置された照明視野絞りを備え、
前記調整ユニットは、前記照明視野絞りの前記光源側の隣接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の照明光学系。
【請求項１４】
前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の照明光学系。
【請求項１５】
所定のパターンを照明するための請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調整ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、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、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。
【０００３】
二次光源からの光束は、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。マスクに形成されたパターンは高集積化されており、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を得ることが不可欠である。
【０００４】
マスクの微細パターンをウェハ上に正確に転写するために、例えば輪帯状や複数極状（２極状、４極状など）の瞳強度分布を形成し、投影光学系の焦点深度や解像力を向上させる技術が提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００５５８３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
露光装置の照明光学系では、マスクの微細パターンを露光領域の全体に亘って所望の線幅でウェハ上に正確に転写することのできる適切な照明条件を実現するために、被照射面（マスクのパターン面、ひいてはウェハの転写面）上の位置毎に瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）などを調整することが望まれる。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明光学系に用いられて瞳強度分布を被照射面上の位置毎に調整することのできる調整ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、瞳強度分布を被照射面上の位置毎に調整する調整ユニットを用いて、所望の照明条件を実現することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の照明条件を実現する照明光学系を用いて、転写すべきパターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系に用いられて、該照明光学系の照明瞳に形成される瞳強度分布を調整する調整ユニットであって、
前記被照射面に隣接する位置、前記被照射面と光学的に共役な共役位置、または該共役位置に隣接する位置に配置されて、光束の入射位置に応じた角度分布を該光束に付与して射出する角度分布付与素子を備え、
前記角度分布付与素子は、前記瞳強度分布を前記被照射面上の位置毎に調整するために所定の軸線廻りに回転可能であることを特徴とする調整ユニットを提供する。
【０００９】
本発明の第２形態では、光源からの光で被照射面を照明する照明光学系において、
第１形態の調整ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。
【００１０】
本発明の第３形態では、所定のパターンを照明するための第２形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様にしたがう調整ユニットは、被照射面と光学的に共役な位置に隣接して配置されて所定の軸線廻りに回転可能な回折光学素子を備えている。回折光学素子は、例えば互いに異なる回折特性を有する複数の領域を有し、各領域はその全体に亘って一定の回折特性（角度分布付与特性）を有する。したがって、回折光学素子は、光束の入射位置に応じた角度分布を該光束に付与して射出する角度分布付与素子として機能する。
【００１３】
その結果、本発明の調整ユニットでは、照明光学系の照明瞳に形成される瞳強度分布を被照射面上の位置毎に調整することができる。本発明の照明光学系では、瞳強度分布を被照射面上の位置毎に調整する調整ユニットを用いて、所望の照明条件を実現することができる。本発明の露光装置では、所望の照明条件を実現する照明光学系を用いて、転写すべきパターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の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】照明瞳に形成される円形状の二次光源を示す図である。
【図３】本実施形態の調整ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図４】本実施形態の調整ユニットの作用を概略的に示す図である。
【図５】第１変形例にかかる調整ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図６】第２変形例にかかる調整ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図７】一対の回折光学素子からなる調整ユニットを概略的に示す図である。
【図８】第３変形例にかかる調整ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図９】第４変形例にかかる調整ユニットの構成を概略的に示す図である。
【図１０】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１１】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】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の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において、感光性基板であるウェハＷの露光面（転写面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの露光面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１６】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。光源１として、たとえば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１から射出された光は、整形光学系２および円形照明用の回折光学素子３を介して、アフォーカルレンズ４に入射する。整形光学系２は、光源１からの光束を所定の矩形状の断面を有する平行光束に変換して回折光学素子３へ導く機能を有する。
【００１７】
アフォーカルレンズ４は、前側レンズ群４ａと後側レンズ群４ｂとからなり、前側レンズ群４ａの前側焦点位置と回折光学素子３の位置とが一致し且つ後側レンズ群４ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面５の位置とが一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。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。具体的に、円形照明用の回折光学素子３は、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）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。
【００１８】
したがって、回折光学素子３に入射した平行光束は、アフォーカルレンズ４の瞳面に円形状の光強度分布を形成した後、円形状の角度分布でアフォーカルレンズ４から射出される。アフォーカルレンズ４を介した光は、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ６を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）７に入射する。マイクロフライアイレンズ７は、例えば縦横に且つ稠密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って、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。
【００１９】
マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、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（微小屈折面）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、正屈折力を有する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。なお、マイクロフライアイレンズ７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。
【００２０】
所定面５の位置はズームレンズ６の前側焦点位置またはその近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ７の入射面はズームレンズ６の後側焦点位置またはその近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ６は、所定面５とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ４の瞳面とマイクロフライアイレンズ７の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ７の入射面上には、アフォーカルレンズ４の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野が形成される。この円形状の照野の全体形状は、ズームレンズ６の焦点距離に依存して相似的に変化する。
【００２１】
マイクロフライアイレンズ７における各微小レンズの入射面（すなわち単位波面分割面）は、例えばＺ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状であって、マスクＭ上において形成すべき照明領域の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状である。マイクロフライアイレンズ７に入射した光束は二次元的に分割され、その後側焦点面またはその近傍の位置（ひいては照明瞳の位置）には、マイクロフライアイレンズ７の入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした円形状の実質的な面光源からなる二次光源（瞳強度分布）が形成される。
【００２２】
マイクロフライアイレンズ７の後側焦点位置またはその近傍には、必要に応じて、円形状の二次光源に対応した円形状の開口部（光透過部）を有する照明開口絞り（不図示）が配置されている。照明開口絞りは、照明光路に対して挿脱自在に構成され、且つ大きさおよび形状の異なる開口部を有する複数の開口絞りと切り換え可能に構成されている。開口絞りの切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。照明開口絞りは、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定する。
【００２３】
マイクロフライアイレンズ７を経た光は、コンデンサー光学系８を介して、マスクブラインド９を重畳的に照明する。こうして、マスクブラインド９には、マイクロフライアイレンズ７の微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。照明視野絞りとしてのマスクブラインド９は被照射面であるマスクＭのパターン面と光学的に共役な位置に配置され、マスクブラインド９の光源１側の隣接した位置には調整ユニット１０が配置されている。調整ユニット１０の構成および作用については後述する。マスクブラインド９の矩形状の開口部（光透過部）を経た光は、前側レンズ群１１ａと後側レンズ群１１ｂとからなる結像光学系１１を介して、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。すなわち、結像光学系１１は、マスクブラインド９の矩形状の開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。
【００２４】
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭには転写すべきパターンが形成されており、パターン領域全体のうちＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状（スリット状）のパターン領域が照明される。マスクＭのパターン領域を透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上においてもＹ方向に沿って長辺を有し且つＸ方向に沿って短辺を有する矩形状の静止露光領域（実効露光領域）にパターン像が形成される。
【００２５】
こうして、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内において、Ｘ方向（走査方向）に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域のＹ方向寸法に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有するショット領域（露光領域）に対してマスクパターンが走査露光される。
【００２６】
本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ７により形成される二次光源を光源として、照明光学系（２〜１１）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（２〜１１）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。
【００２７】
なお、瞳強度分布とは、照明光学系（２〜１１）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ７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７の入射面に形成される大局的な光強度分布と、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。このため、マイクロフライアイレンズ７の入射面および当該入射面と光学的に共役な面における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。
【００２８】
図１の構成において、回折光学素子３、アフォーカルレンズ４、ズームレンズ６、およびマイクロフライアイレンズ７は、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳に瞳強度分布を形成する分布形成光学系を構成している。さらに、マイクロフライアイレンズ７の後側焦点位置またはその近傍の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳位置、すなわち結像光学系１１の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳの位置）にも、マイクロフライアイレンズ７の直後の光強度分布に対応する瞳強度分布が形成される。
【００２９】
円形照明用の回折光学素子３に代えて、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、複数極照明を行うことができる。複数極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の所定形状（円弧状、円形状など）の照野からなる複数極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、その入射面に形成された照野と同じ複数極状の瞳強度分布が形成される。
【００３０】
また、円形照明用の回折光学素子３に代えて、輪帯照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、輪帯照明を行うことができる。輪帯照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、輪帯照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ７の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、その入射面に形成された照野と同じ輪帯状の瞳強度分布が形成される。また、円形照明用の回折光学素子３に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。回折光学素子３の切り換え方式として、たとえば周知のターレット方式やスライド方式などを用いることができる。
【００３１】
以下の説明では、本実施形態の作用効果の理解を容易にするために、マイクロフライアイレンズ７の直後の照明瞳には、図２に示すように、光軸ＡＸを中心とした円形状の瞳強度分布２０が形成されるものとする。また、調整ユニット１０が照明光路中に介在しない状態において、結像光学系１１の光路中の照明瞳にも光軸ＡＸを中心とした円形状の瞳強度分布２１が形成され、マスクＭのパターン面上に形成される照明領域内の任意の１点に関する瞳強度分布（当該点に達する光が結像光学系１１の光路中の照明瞳に形成する光強度分布）は互いに同じ大きさの円形状であるものとする。また、以下の説明において、単に「照明瞳」という場合には結像光学系１１の光路中の照明瞳を指すものとし、単に「瞳強度分布」という場合には結像光学系１１の光路中の照明瞳における光強度分布を指すものとする。
【００３２】
本実施形態では、マスクＭのパターン面（ひいてはウェハＷの転写面）上の位置毎に瞳強度分布の形状（大きさを含む広い概念）などを調整するための調整手段として、調整ユニット１０を備えている。調整ユニット１０は、例えば石英または蛍石のような光学材料により形成された円形状の平行平面板の形態を有し且つ光軸ＡＸ廻り（あるいは光軸ＡＸと平行な軸線廻り）に回転可能な回折光学素子からなる。回折光学素子１０は、例えば照明光路に対して挿脱可能であり、特性の異なる別の回折光学素子（例えば後述する各変形例にかかる回折光学素子）と交換可能に構成されている。
【００３３】
具体的に、回折光学素子１０は、図３に示すように、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って分割された８つの領域１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅ，１０１ｆ，１０１ｇおよび１０１ｈを有する。光軸ＡＸを挟んで対向する一対の領域１０１ａおよび１０１ｅには、回折光学面が形成されていない。すなわち、領域１０１ａ，１０１ｅは、入射光に対して平行平面板として機能する。領域１０１ａ，１０１ｅを除く領域１０１ｂ〜１０１ｄ，１０１ｆ〜１０１ｈには、その全体に亘って一定の特性を有する回折光学面がそれぞれ形成されている。光軸ＡＸを挟んで対向する一対の領域１０１ｂと１０１ｆとは互いに同じ回折特性を有し、一対の領域１０１ｃと１０１ｇとは互いに同じ回折特性を有し、一対の領域１０１ｄと１０１ｈとは互いに同じ回折特性を有し、隣り合う２つの領域（例えば１０１ｂと１０１ｃ）は互いに異なる回折特性を有する。
【００３４】
したがって、回折光学素子１０では、図４に示すように、領域１０１ａ，１０１ｅの任意の１点に角度分布範囲αの光束が入射すると、入射光束の角度分布範囲αと等しい角度分布範囲を有する光束（図４において破線で示す）が射出される。図４では、説明の理解を容易にするために、調整ユニットとしての回折光学素子１０とマスクＭとの間の光路を光軸ＡＸに沿って直線状に展開している。一方、領域１０１ａ，１０１ｅを除く領域１０１ｂ〜１０１ｄ，１０１ｆ〜１０１ｈの任意の１点に角度分布範囲αの光束が入射すると、入射光束の角度分布範囲αよりも大きい角度分布範囲α＋Δを有する光束（図４において実線で示す）が射出される。
【００３５】
換言すると、回折光学素子１０は、光束の入射位置に応じた角度分布を該光束に付与して射出する角度分布付与素子として機能し、射出光束に付与する角度分布の範囲は該射出光束に対応する入射光束の角度分布の範囲以上である。調整ユニットとしての回折光学素子１０は、被照射面であるマスクＭのパターン面と光学的に共役な位置に配置されたマスクブラインド９の光源１側の隣接した位置に配置されている。したがって、回折光学素子１０の点Ｐ１に入射して射出された光束は、マスクＭのパターン面において点Ｐ１と光学的に対応する点Ｐ２に達する。
【００３６】
単純な一例として、領域１０１ｂ，１０１ｆの光学回折面は入射光束の角度分布範囲αよりもあらゆる方向に１度だけ大きい角度分布範囲を有する光束を射出するように設定され、領域１０１ｃ，１０１ｇの光学回折面は入射光束の角度分布範囲αよりもあらゆる方向に２度だけ大きい角度分布範囲を有する光束を射出するように設定され、領域１０１ｄ，１０１ｈの光学回折面は入射光束の角度分布範囲αよりもあらゆる方向に３度だけ大きい角度分布範囲を有する光束を射出するように設定されているものとする。
【００３７】
この場合、回折光学面が形成されていない領域１０１ａ，１０１ｅの１点を経て、マスクブラインド９の矩形状の開口部（図４中破線で示す）９ａを通過してマスクＭのパターン面上の対応する１点に入射する光束の角度分布範囲は、図４において破線で示すように回折光学素子１０が照明光路中に介在しないときと同じである。領域１０１ｂ，１０１ｆの１点を経て開口部９ａを通過してマスクＭのパターン面上の対応する１点に入射する光束の角度分布範囲は、領域１０１ａ，１０１ｅの１点を経てマスクＭのパターン面上の対応する１点に入射する光束の角度分布範囲よりも大きくなる。
【００３８】
同様に、領域１０１ｃ，１０１ｇの１点を経て開口部９ａを通過してマスクＭのパターン面上の対応する１点に入射する光束の角度分布範囲は、領域１０１ｂ，１０１ｆの１点を経てマスクＭのパターン面上の対応する１点に入射する光束の角度分布範囲よりも大きくなる。領域１０１ｄ，１０１ｈの１点を経て開口部９ａを通過してマスクＭのパターン面上の対応する１点に入射する光束の角度分布範囲は、領域１０１ｃ，１０１ｇの１点を経てマスクＭのパターン面上の対応する１点に入射する光束の角度分布範囲よりも大きくなる。
【００３９】
その結果、領域１０１ａ，１０１ｅのうちの開口部９ａの内側に対応する領域を経てマスクＭのパターン面上の１点に入射する光に関する瞳強度分布は、回折光学素子１０が照明光路中に介在しない状態で得られる円形状の瞳強度分布２１と同じ大きさの円形状の分布になる。領域１０１ｂ，１０１ｆのうちの開口部９ａの内側に対応する領域を経てマスクＭのパターン面上の１点に入射する光に関する瞳強度分布は、瞳強度分布２１よりも角度分布範囲にしてβ度分だけ大きい円形状の分布になる。
【００４０】
同様に、領域１０１ｃ，１０１ｇのうちの開口部９ａの内側に対応する領域を経てマスクＭのパターン面上の１点に入射する光に関する瞳強度分布は、瞳強度分布２１よりも角度分布範囲にして２β度分だけ大きい円形状の分布になる。領域１０１ｄ，１０１ｈのうちの開口部９ａの内側に対応する領域を経てマスクＭのパターン面上の１点に入射する光に関する瞳強度分布は、瞳強度分布２１よりも角度分布範囲にして３β度分だけ大きい円形状の分布になる。こうして、回折光学素子１０が照明光路中に介在する場合には、マスクＭのパターン面上の各点に関する瞳強度分布は円形状の外形を維持するが、各点に関する円形状の瞳強度分布の大きさは当該点に達する光束が回折光学素子１０を通過する位置（すなわち回折光学素子１０への光束の入射位置）に応じて異なることになる。
【００４１】
回折光学素子１０は光軸ＡＸ廻りに回転可能であるため、マスクＭのパターン面に形成される照明領域と光学的に対応するマスクブラインド９の矩形状の開口部９ａと回折光学素子１０の各領域１０１ａ〜１０１ｈとの相対的な位置関係は可変である。このことは、マスクＭのパターン面上の任意の１点に達する光に着目した場合、この任意の１点に達する光が回折光学素子１０を通過する位置は回折光学素子１０の光軸ＡＸ廻りの角度位置に依存して変化し、ひいては上記任意の１点に関する円形状の瞳強度分布の大きさおよび強度が変化することを意味している。
【００４２】
以上のように、本実施形態にかかる調整ユニットとしての回折光学素子１０は、被照射面であるマスクＭのパターン面と光学的に共役な位置に配置されたマスクブラインド９の光源１側の隣接した位置において光軸ＡＸ廻りに回転可能に配置され、光束の入射位置に応じた角度分布を該光束に付与して射出する角度分布付与素子として機能する。したがって、回折光学素子１０のパターンと入射光束とのコンボリューションにより、結像光学系１１の光路中の照明瞳（ひいては投影光学系ＰＬの光路中の照明瞳）に形成される瞳強度分布を、マスクＭのパターン面上（ひいてはウェハＷの転写面上）の位置毎に調整することができる。
【００４３】
本実施形態の照明光学系（２〜１１）では、結像光学系１１の光路中の照明瞳に形成される瞳強度分布をマスクＭのパターン面上の位置毎に調整する調整ユニットとしての回折光学素子１０を用いて、所望の照明条件を実現することができる。また、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、所望の照明条件を実現する照明光学系（２〜１１）を用いて、転写すべきマスクパターンに応じた適切な照明条件のもとで良好な露光を行うことができる。
【００４４】
上述の説明では、マスクＭのパターン面上の各点に関する瞳強度分布が円形状の外形を維持しつつその大きさを拡大する（あるいは維持する）単純な例に基づいて、本実施形態の調整ユニットの作用効果を説明している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば各領域１０１ａ〜１０１ｈを経てマスクＭのパターン面上の１点に入射する光に関する瞳強度分布が円形状の外形から楕円状の外形へ調整されるように各領域１０１ａ〜１０１ｈの回折特性をそれぞれ設定する構成も可能である。この場合、例えば、各領域１０１ａ〜１０１ｈのうち開口部９ａの内側に対応する領域を経てマスクＭのパターン面上の１点に入射する光に関する楕円状の瞳強度分布の形状パラメータ（長径と短径との比など）または大きさが互いに異なるように設定することができる。
【００４５】
上述の実施形態では、調整ユニットが角度分布付与素子として機能する単一の回折光学素子１０を有する。回折光学素子１０は、互いに異なる特性を有する４種類の領域を有し、各領域はその全体に亘って一定の回折特性（角度分布付与特性）を有する。また、回折光学素子１０は、円の周方向に沿って分割された８つの領域を有し、隣り合う２つの領域は互いに異なる回折特性を有する。しかしながら、これに限定されることなく、調整ユニットとして回折光学素子を用いる場合、回折光学素子の配置位置、回折光学素子の数、領域の分割、分割領域の数、各分割領域の回折特性などについて様々な形態が可能である。
【００４６】
例えば、図５の第１変形例に示すように、例えば光軸ＡＸを中心とする円の周方向および径方向に沿って分割された複数（図５では８×４＝３２個）の領域を有し、各領域はその全体に亘って一定の回折特性を有する単一の回折光学素子１０Ａからなる調整ユニットを用いることができる。第１変形例の回折光学素子１０Ａでは、周方向に隣り合う２つの領域（例えば領域１０２ａｄと１０２ｂｄ，１０２ａｃと１０２ｂｃ）が互いに異なる回折特性を有し、径方向に隣り合う２つの領域（例えば領域１０２ａｄと１０２ａｃ，１０２ｂｄと１０２ｂｃ）が互いに異なる回折特性を有する。
【００４７】
また、図６の第２変形例に示すように、例えば光軸ＡＸを中心とする円の径方向に沿って分割された複数（図６では４つ）の領域１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄを有し、図６に示す標準的な姿勢において各領域１０３ａ〜１０３ｄの回折特性がＸ方向に沿って変化している単一の回折光学素子１０Ｂからなる調整ユニットを用いることができる。第２変形例の回折光学素子１０Ｂでは、隣り合う２つの領域（領域１０３ａと１０３ｂ，１０３ｂと１０３ｃ，１０３ｃと１０３ｄ）が互いに異なる回折特性を有する。
【００４８】
また、図７に示すように、例えば光軸ＡＸに沿って隣接して配置されて光軸ＡＸ廻りに相対的に回転可能な一対の回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとからなる調整ユニット１０Ｃを用いることができる。回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとは、後述する第３変形例のように互いに異なる構成を有していても良いし、後述する第４変形例のように互いに同じ構成を有していても良い。
【００４９】
図８に示す第３変形例では、回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとが互いに異なる構成を有する。例えば光軸ＡＸ廻りに回転可能な一方の回折光学素子（第１素子）１０Ｃａは、図６の第２変形例の回折光学素子１０Ｂと類似の構成を有するが、回折光学素子１０Ｂの領域１０３ｂ，１０３ｄに対応する領域１０３ｂｘ，１０３ｄｘには回折光学面が形成されていない。また、例えば光軸ＡＸ廻りに回転可能な他方の回折光学素子（第２素子）１０Ｃｂも、第２変形例の回折光学素子１０Ｂと類似の構成を有するが、回折光学素子１０Ｂの領域１０３ａ，１０３ｃに対応する領域１０３ａｘ，１０３ｃｘには回折光学面が形成されていない。その結果、第３変形例では、光軸ＡＸの方向に沿って見たときに回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとの間で回折光学面が重なり合っていないため、回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとの間でコンボリューションが起こらない。
【００５０】
図９に示す第４変形例では、回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとが互いに同じ構成を有する。例えば光軸ＡＸ廻りに回転可能な回折光学素子１０Ｃａおよび１０Ｃｂは、光軸ＡＸを通る直線１０４ｃによって分割された２つの領域１０４ａおよび１０４ｂを有する。各領域１０４ａ，１０４ｂでは、例えば分割線１０４ｃと直交する方向に沿って回折特性が変化している。第４変形例では、光軸ＡＸの方向に沿って見たときに回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとの間で回折光学面が重なり合っているため、回折光学素子１０Ｃａと１０Ｃｂとの間でコンボリューションが起こる。
【００５１】
上述の実施形態の回折光学素子１０および第１変形例の回折光学素子１０Ａにおいて、複数の領域のうちの少なくとも１つの領域において回折特性が例えば所定方向に沿って変化していても良い。また、第２変形例の回折光学素子１０Ｂでは、複数の領域のうちの全ての領域または少なくとも１つの領域において回折特性が一定であっても良い。また、上述の実施形態、第１変形例および第２変形例において、例えば光軸ＡＸ廻りに回転可能な一対の回折光学素子（１０，１０Ａ，１０Ｂ）を光軸ＡＸに沿って隣接配置することもできる。
【００５２】
上述の実施形態および各変形例では、調整ユニットが、光軸ＡＸ廻りに回転可能な１つまたは複数の回折光学素子により構成されている。しかしながら、一般には、所定の軸線廻りに回転可能に構成されて、光束の入射位置に応じた角度分布を該光束に付与して射出する角度分布付与素子を用いて、調整ユニットを構成することができる。この場合、角度分布付与素子が射出光束に付与する角度分布の範囲は、該射出光束に対応する入射光束の角度分布の範囲以上である。
【００５３】
上述の実施形態および各変形例では、調整ユニットが、被照射面であるマスクＭのパターン面と光学的に共役な位置に配置されたマスクブラインド９の光源１側の隣接した位置に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、例えばマスクブラインド９のマスクＭ側の隣接した位置、結像光学系１１とマスクＭとの間の光路中においてマスクＭに隣接した位置（すなわち被照射面に隣接する位置）、結像光学系１１の光路中においてマスクＭのパターン面と光学的に共役な位置（すなわち被照射面と光学的に共役な共役位置）などに、調整ユニットを配置することができる。ただし、マスクブラインド９の光源１側の隣接した位置に調整ユニットを配置することにより、結像光学系１１の結像性能に対する調整ユニットの悪影響を回避することができる。
【００５４】
上述の説明では、照明瞳に円形状の瞳強度分布が形成される円形照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、円形照明に限定されることなく、例えば輪帯状の瞳強度分布が形成される輪帯照明、複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などの変形照明に対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。
【００５５】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。
【００５６】
また、上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ７を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ（典型的にはロッド型インテグレータ）を用いても良い。この場合、ズームレンズ６の後側にその前側焦点位置がズームレンズ６の後側焦点位置と一致するように集光レンズを配置し、この集光レンズの後側焦点位置またはその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を配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端が照明視野絞り９の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の視野絞り結像光学系１１内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。ここで、ズームレンズ６、上記の集光レンズおよびロッド型インテグレータを分布形成光学系とみなすことができる。
【００５７】
また、上述の実施形態において、回折光学素子３に代えて、或いは回折光学素子３に加えて、たとえばアレイ状に配列され且つ傾斜角および傾斜方向が個別に駆動制御される多数の微小な要素ミラーにより構成されて入射光束を反射面毎の微小単位に分割して偏向させることにより、光束の断面を所望の形状または所望の大きさに変換する空間光変調素子を用いても良い。このような空間光変調素子を用いた照明光学系は、例えば特開２００２−３５３１０５号公報に開示されている。
【００５８】
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。
【００５９】
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１０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１０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、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハ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）。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）。
【００６０】
ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の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、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。
【００６１】
図１１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１１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）、カラーフィルター形成工程（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。
【００６２】
ステップＳ５２のカラーフィルター形成工程では、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ーの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルターを形成する。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ー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ー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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００６５】
また、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、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【００６６】
また、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。
【００６７】
また、上述の実施形態では、ウェハＷのショット領域にマスクＭのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハＷの各露光領域にマスクＭのパターンを一括露光する動作を繰り返すステップ・アンド・リピート方式の露光装置に対して本発明を適用することもできる。
【００６８】
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００６９】
１  光源
３  回折光学素子
４  アフォーカルレンズ
６  ズームレンズ
７  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）
８  コンデンサー光学系
９  マスクブラインド
１０  調整ユニット
１１  結像光学系
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
ＡＳ  開口絞り
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【図１】
2011171563.tif 000003
【図２】
2011171563.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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