(57)【要約】目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で形成するため、レチクルに照射する照明条件の変更に伴い生じる、基板（４）上における濃度フィルタ（Ｆｊ）の減光部（１２３）の像の幅の変化を、濃度フィルタ（Ｆｊ）のレチクル共役面（ＰＬ１）に対するデフォーカス量（ｄ）を調整することにより補正する。
2003065427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域をそれぞれパターンを介してエネルギービームで照射する露光装置において、
前記エネルギービームの照射による前記周辺部における積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置と、
前記パターンの照明条件の変更に伴い生じる、前記周辺部の幅の変化を補正する補正装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分における透過エネルギー量を除々に減少させる減衰部を有する濃度フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記設定装置は、前記濃度フィルタの前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記濃度フィルタの位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記設定装置は、前記減衰部の幅が互いに異なる複数の濃度フィルタを含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記エネルギービームの進路上に配置する前記濃度フィルタを交換することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分で該エネルギービームの照射中に移動する遮光板を有するブラインド装置、及び前記ブラインド装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方向との少なくとも一方での位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記ブラインド装置の位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項６】
前記補正装置は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項８】
感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれパターンを転写するために、前記周辺部での積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置を介して前記各領域をエネルギービームで照射する露光方法であって、
前記パターンの構成に応じて照明条件を変更する照明条件変更工程と、
前記照明条件に応じて前記周辺部の幅を補正する補正工程とを備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項９】
前記補正工程は、前記設定装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記設定装置は、前記周辺部に対応する部分で前記エネルギービームのエネルギー量を徐々に減少させる濃度フィルタを含み、前記補正工程では前記濃度フィルタの位置を調整することを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
前記設定装置は、前記エネルギービームの照射中に前記エネルギービームの照射領域を規定するブラインド装置を移動し、前記補正工程では、前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方法との少なくとも一方での前記ブラインド装置の位置を調整することを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記補正工程は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整する特性調整工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するエネルギー量調整工程をさらに備えたことを特徴とする請求項８〜１２の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の露光方法を用いて物体上に回路パターンを形成する工程を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、半導体集積回路、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイス、又はフォトマスク等をリソグラフィ技術を用いて製造する際に使用される露光装置及び露光方法に関する。
背景技術
マイクロデバイスの製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程では、露光対象としての基板（フォトレジストが塗布された半導体ウエハやガラスプレート、又はブランクスと称される光透過性の基板等）にフォトマスク又はレチクル（以下、レチクルと総称する）のパターンの像を投影露光する露光装置が使用される。近時においては、基板の大型化等に伴う被露光領域の大面積化に対応するため、基板の被露光領域を複数の単位領域（以下、ショット又はショット領域という場合がある）に分割して、各ショットに対して対応するパターンの像を順次投影露光するようにしたスティチング型の露光装置が開発されている。
このような露光装置においては、投影光学系の収差、レチクルや基板の位置決め誤差等により、各ショットの継ぎ目部分に不整合が生じることがあるため、一のショットについてのパターンの像の一部とこれに隣接する他のショットについてのパターンの像の一部を重ね合わせて露光するようにしている。かかるパターンの像の重合部においては、露光量が重合部以外の部分に対して大きくなるので、例えば、基板上に形成されたパターンの該重合部における線幅（ライン又はスペースの幅）がフォトレジストの特性に応じて細く又は太くなる。
そこで、各ショットの重合部となる部分の露光量分布をその外側に行くに従って小さくなるように傾斜的に設定して、該重合部の露光量が２回の露光によって全体として、該重合部以外の部分の露光量と等しくなるようにして、かかる重合部における線幅変化を防止するようにしている。
ショットの重合部におけるかかる傾斜的な露光量分布を実現するための技術としては、レチクル自体の該重合部に対応する部分に透過光量を傾斜的に制限する減光部を形成するようにしたものが知られている。しかし、レチクル自体に減光部を形成するのは、レチクルの製造工数やコストが増大し、マイクロデバイス等の製造コストを上昇させる。このため、ガラスプレートに上記と同様な減光部を形成してなる濃度フィルタを、レチクルのパターン形成面とほぼ共役な位置に設けるようにしたもの、あるいは、レチクルのパターン形成面とほぼ共役な位置に光路に対して進退可能な遮光板（ブラインド）を有するブラインド機構を設けて、基板に対する露光処理中に該遮光板を進出又は退去させることにより、かかる傾斜的な露光量分布を実現するようにしたものが開発されている。
ところで、上述した露光装置を用いてレチクルのパターンを基板上に転写する際には、ΔＣＤのパターン疎密依存性（ＯＰＥ特性：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｅｆｆｅｃｔ）が小さいことが求められる。ここで、ΔＣＤとは基板上に形成すべきパターンの目標線幅に対するずれ量（線幅誤差）をいう。ＯＰＥ特性とは、ΔＣＤがレチクル上のパターンの線幅が同一であっても、そのパターンが孤立パターンであるか、密集パターンであるか、更にはラインであるか、スペースであるかに依存して変化する性質をいう。また、ΔＣＤの変化の度合いは、単にパターンの疎密のみに依存するだけではなく、レチクルを照明する照明光の波長、投影光学系の開口数（ＮＡ）、パターンサイズ、及び照明σ（σ値＝照明光学系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）等に依存することが知られている。
ここで、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）光源を備え、開口数が０．７５の投影光学系を備える露光装置のＯＰＥ特性の一例について説明する。図１４は、パターンサイズが３６０ｎｍであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのＯＰＥ特性を示す図であり、図１５は、パターンサイズが２００ｎｍであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのＯＰＥ特性を示す図である。ここにいうパターンサイズは基板上におけるパターンのサイズ（線幅）である。図１４及び図１５において、横軸はラインとスペースとの比率であり、縦軸は、目標線幅からのずれ量（ΔＣＤ）である。
図１４を参照すると、パターンサイズが３６０ｎｍである場合には、ラインとスペースとの比を変化させたときの目標線幅からのずれ量は、照明σを０．５５に設定した場合を除き、パターンが孤立ラインになるにつれて悪化する傾向があることが分かる。また、図１４の結果から、照明σを０．５５に設定したときに、パターンの疎密度を変化させたときの目標線幅からのずれ量の幅（ΔＣＤの幅）が最小になるため、このパターンサイズ（３６０ｎｍ）に対する最適な照明σは０．５５であることが分かる。
次に、図１５を参照すると、パターンサイズが２００ｎｍである場合には、ラインとスペースとの比を変化させたときの目標線幅からのずれ量は、照明σの設定値に拘わらず、パターンが孤立ラインになるにつれて悪化する傾向があることが分かる。また、図１５に示した結果の中で、パターンの疎密度を変化させたときの目標線幅からのずれ量の幅（ΔＣＤの幅）が最小になるのは、照明σを０．８５に設定した場合であるため、パターンサイズ（２００ｎｍ）に対する最適な照明σは０．８５であることが分かる。以上から、ＯＰＥ特性（ΔＣＤのパターン疎密依存性）を良好にするためには、パターンサイズ毎に最適な照明σを設定する必要がある。
ところで、例えば上述したＯＰＥ特性を良好にするため転写するパターンのパターンサイズ毎に照明σを変更すると、前述したショットの重合部の幅が変化してしまう。この理由は、ショットの重合部において傾斜的な露光量分布を得るため、例えば微少ドットの存在確率を変化させた減光部を有する濃度フィルタを用いた場合に、その微少ドットが解像しないように、濃度フィルタをレチクルのパターン形成面の共役面からずらして配置することがある。このような配置のときには、照明σを変化させると濃度フィルタに対する光束の入射角が変化してしまい、その結果としてショットの重合部の幅が変化する。
図１６は、照明σを変化させたときの露光量分布の変化を示す図であり、図１７は、照明σを変化させたときの重合部における露光量を示す図である。図１６及び図１７において、ＰＲ０は標準的な値に照明σを設定したときの露光量分布である。また、Ｗは標準的な値に照明σを設定したときの露光領域の幅（パターンが転写される幅）であり、Ｗ０は重合部の幅である。さらに、ＰＲ１は照明σを縮小したときの露光量分布であり、ＰＲ２は照明σを拡大したときの露光量分布である。
図１６及び図１７から分かるように、照明σを縮小すると、重合部の幅はＷ０からＷ１に縮小変化し、重合部における露光量の勾配が急峻になる。このため、ショットの位置ずれが僅かでも生じていると、位置ずれに対する重合部の露光量が大きく変化し、その結果として位置ずれに対して線幅変化が敏感になる。逆に、照明σを拡大すると、重合部の幅はＷ０からＷ２に拡大変化し、重合部における露光量の勾配が緩やかになるため、ショットの位置ずれに対する重合部の露光量の変化は小さくなる。しかしながら、重合部の一部が露光領域外に拡大され、その露光領域外の部分はレチクルに形成されている遮光帯に遮られてしまう。
図１７に示すように、標準的な値に照明σを設定した場合には重合部Ｗ０における合成露光量ＰＲ１０は重合部以外の露光量と同一となり、照明σを縮小した場合にも重合部Ｗ１における合成露光量ＰＲ１１は重合部以外の露光量と同一になる。しかしながら、照明σを拡大した場合には重合部Ｗ２内の合成露光量ＰＲ１２が重合部以外の露光量と異なる箇所（図１７中符号Ｑを付した箇所）が生じるため、重合部Ｗ２内において線幅変化が生ずる。
このように、従来は、例えばＯＰＥ特性を良好にするために、照明σ等の照明条件を変更すると、ショットの位置ずれに対する重合部の合成露光量の変化量が大きくなって線幅変化が敏感になり、また、重合部内における合成露光量が不足する箇所が生じて重合部内において線幅変化が生ずるという問題があった。
発明の開示
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、照明条件を変更しても、重合部における露光量の不足が生じず、且つショットの位置誤差に対して敏感に重合部の露光量の変化が生じず、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度（忠実度）で形成することができる露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
以下、この項に示す説明では、本発明を、実施形態を表す図面に示す部材符号に対応付けて説明するが、本発明の各構成要件は、これら部材符号を付した図面に示す部材に限定されるものではない。
本発明の第１の観点によると、感応物体（４）上で周辺部が部分的に重なる複数の領域をそれぞれパターンを介してエネルギービーム（ＩＬ）で照射する露光装置において、前記エネルギービームの照射による前記周辺部における積算エネルギー量が徐々に減少する傾斜的な分布となるように設定する設定装置（Ｆｊ、ＢＬ）と、前記パターンの照明条件の変更に伴い生じる、前記周辺部の幅の変化を補正する補正装置（９、ＤＲ１）とを備えた露光装置が提供される。
照明条件を変更すると、積算エネルギー量が傾斜的に設定される当該周辺部の幅が変化し、周辺部とこれに隣接する他の周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量が所望の値にならないことは上述した通りである。これに対して、本発明では、照明条件が変更されても当該周辺部の幅が変化しないように補正装置により補正するようにしたので、照明条件を変更しても、当該重合部の幅を所望の値に設定することができる。従って、当該重合部内で部分的に積算エネルギー量の不足が生じたり、あるいはパターンが転写される領域の位置誤差に対する重合部のエネルギー量の変化が敏感となることが無くなり、当該重合部における積算エネルギー量を均一的に所望の値にすることができるようになる。その結果、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で忠実に形成することができる。
前記設定装置としては、特に限定されないが、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分における透過エネルギー量を除々に減少させる減衰部を有する濃度フィルタ（Ｆｊ）、あるいは前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分で該エネルギービームの照射中に進退する遮光板（１２７Ａ〜１２７Ｄ）を有するブラインド装置（ＢＬ）を含むものを採用することができる。なお、このような設定装置は、前記パターンの近傍又は前記パターンと光学的に共役な面の近傍に配置されることが好ましい。
前記設定装置は、前記濃度フィルタ又は前記ブラインド装置の前記エネルギービームの進路（ＡＸ）に沿う方向の位置を調整する位置調整装置（ＤＲ１）を含むことができ、この場合において、前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記濃度フィルタ又は前記ブラインド装置を該エネルギービームの進路に沿う方向に移動することにより、当該周辺部の幅を補正するようにできる。また、前記エネルギービームの進路（ＡＸ）と直交する方向に前記ブラインド装置を移動することによっても、当該周辺部の幅を補正することができる。
前記設定装置として、前記減衰部の幅が互いに異なる複数の濃度フィルタを含むものを採用することができ、この場合において、前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記エネルギービームの進路上に配置する前記濃度フィルタを、当該周辺部の幅の変化を補正し得る濃度フィルタに交換することにより、当該周辺部の幅を補正するようにできる。
前記補正装置は、前記設定装置の位置の変更を行わずに、あるいはこれとともに、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学素子（１１３、１１４、１１６）の光学特性を調整することにより、当該周辺部の幅を補正するようにしてもよい。
周辺部の幅の補正に伴い該周辺部が重ね合わされる重合部と該重合部以外の部分とで、積算エネルギー量に相違が生じる場合、あるいは該積算エネルギー量を積極的に異ならせたい場合には、前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するようにするとよい。
本発明の第２の観点によると、感応物体（４）上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれパターンを転写するために、前記周辺部での積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置（ＦＪ，ＢＬ）を介して前記各領域をエネルギービームで照射する露光方法であって、前記パターンの構成に応じて照明条件を変更する照明条件変更工程と、前記照明条件に応じて前記周辺部の幅を補正する補正工程とを備えた露光方法が提供される。
この場合において、前記補正工程は、前記設定装置と前記エネルギービームの進路（ＡＸ）に沿う方向の位置を調整する位置調整工程を含むことができる。また、前記補正工程は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学素子（１１３、１１４、１１６）の光学特性を調整する特性調整工程を含むことができる。
周辺部の幅の補正に伴い該周辺部が重ね合わされる重合部と該重合部以外の部分とで、積算エネルギー量に相違が生じる場合、あるいは該積算エネルギー量を積極的に異ならせたい場合には、前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するエネルギー量調整工程をさらに備えるとよい。
本発明の第３の観点によると、本発明の第２の観点に係る露光方法を用いて物体上に回路パターンを形成する工程を含むデバイス製造方法が提供される。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図であり、この露光装置は、ステップ・アンド・リピート方式のスティチング型投影露光装置である。なお、以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｙ軸が紙面に対して垂直となる方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。
図１において、光源１００からの光（ここでは、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザとする）としての紫外パルス光ＩＬ（以下、露光光ＩＬと称する）は、照明光学系１との間で光路を位置的にマッチングさせるための可動ミラー等を含むビームマッチングユニット（ＢＭＵ）１０１を通り、パイプ１０２を介して光アッテネータとしての可変減光器１０３に入射する。
主制御系９は基板４上のレジストに対する露光量を制御するため、光源１００との間で通信することにより、発光の開始及び停止の制御、発振周波数及びパルスエネルギーで定まる出力の制御を行うとともに、可変減光器１０３における露光光ＩＬに対する減光率を段階的又は連続的に調整する。
可変減光器１０３を通った露光光ＩＬは、所定の光軸に沿って配置されるレンズ系１０４、１０５よりなるビーム整形光学系を経て、オプチカル・インテグレータ（ホモジナイザー）１０６に入射する。本例では、オプチカル・インテグレータ１０６としてフライアイレンズを用いるので、以下ではオプチカル・インテグレータをフライアイレンズ１０６とも呼ぶ。ここで、オプチカル・インテグレータ１０６としてフライアイレンズを用いる代わりに、ロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）あるいは回折光学素子などを採用してもよい。なお、フライアイレンズ１０６は、照度分布均一性をさらに高めるために、直列に２段配置してもよい。
フライアイレンズ１０６の射出面には開口絞り系１０７が配置されている。開口絞り系１０７には、通常照明用の円形の開口絞り、複数の偏心した小開口よりなる変形照明用の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り等が切り換え自在に配置されている。従って、本例では開口絞り系１０７により照明光学系１の瞳面上での露光光ＩＬの光量分布（２次光源の大きさ（照明σに相当）や形状）、即ちマスターレチクルＲｉの照明条件を任意に変更可能となっている。なお、開口絞り系１０７の代わりに、あるいはそれと組み合わせて、例えば照明光学系１の瞳面上で異なる領域に露光光ＩＬを分布させるために、照明光学系１内に交換して配置される複数の回折光学素子、照明光学系１の光軸方向に関する間隔を可変とするために、少なくとも１つが照明光学系１の光軸ＡＸに沿って可動である複数のプリズム（円錐プリズム、多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニット（照明条件変更装置）を、光源１００（特に可変減光器１０３、又はレンズ系１０４，１０５）オプチカル・インテグレータ１０６との間に配置し、オプチカル・インテグレータ１０６がフライアイレンズであるときはその入射面上での露光光ＩＬの強度分布、オプチカル・インテグレータ１０６が内面反射型インテグレータであるときはその入射面に対する露光光ＩＬの入射角度範囲などを可変とすることで、前述の照明条件の変更に伴う光量損失を抑えることが望ましい。また、本例では内面反射型インテグレータによって形成される複数の光源像（虚像）をも２次光源と呼ぶものとする。さらに、本例における照明条件の変更は照明σ、即ち２次光源の大きさだけでなくその形状の変更も含むものである。
フライアイレンズ１０６から射出されて開口絞り系１０７の所定の開口絞りを通過した露光光ＩＬは、透過率が高く反射率が低いビームスプリッタ１０８に入射する。ビームスプリッタ１０８で反射された光は光電検出器よりなるインテグレータセンサ１０９に入射し、インテグレータセンサ１０９の検出信号は不図示の信号線を介して主制御系９に供給される。
ビームスプリッタ１０８の透過率及び反射率は予め高精度に計測されて、主制御系９内のメモリに記憶されており、主制御系９は、インテグレータセンサ１０９の検出信号より間接的に投影光学系３を通る露光光ＩＬの基板４上での強度（又は光量）をモニタできるように構成されている。
ビームスプリッタ１０８を透過した露光光ＩＬは、レチクルブラインド機構１１０に入射する。レチクルブラインド機構１１０は、４枚の可動式のブラインド（遮光板）１１１（Ａ〜Ｄ）及びその駆動機構（例えばリニアモータなど）を備えて構成されている。本実施形態では、レチクルブラインド機構１１０はその４枚のブラインド１１１が照明光学系１内でマスターレチクルＲｉのパターン形成面と実質的に共役な面に配置されており、これら４枚のブラインド１１１をそれぞれ適宜な位置に設定することにより、投影光学系３の視野（本例では円形）内に矩形状の照明領域が形成される。なお、照明光学系１内で４枚のブラインド１１１をマスターレチクルＲｉのパターン形成面との共役面から離して配置する、例えば濃度フィルタＦｉとほぼ共役に配置してもよい。
レチクルブラインド機構１１０のブラインド１１１により矩形状に整形された露光光ＩＬは、フィルタステージＦＳ上に載置された設定装置（減光部材）としての濃度フィルタＦｊに入射する。本実施形態では、濃度フィルタＦｊはレチクルブラインド機構１１０、即ち照明光学系１内でマスターレチクルＲｉのパターン形成面と実質的に共役な面から所定距離だけ離れて配置されている。濃度フィルタＦｊ（ここでは、Ｆ１〜Ｆ９の９枚とする）は、基本的に図２Ａに示されているような構成である。図２Ａは、濃度フィルタＦｊの構成の一例を示す上面図である。この濃度フィルタＦｊは、例えば石英ガラス、またはフッ素がドープされた石英ガラスなどのような光透過性の基板上に、クロム等の遮光性材料を蒸着した遮光部１２１と、該遮光性材料を蒸着しない透光部１２２と、該遮光性材料をその存在確率を変化させながら蒸着した減光部（減衰部）１２３とを有している。
減光部１２３は、ドット状に遮光性材料を蒸着したもので、ドットサイズは、濃度フィルタＦｊを図１に示した位置に設置している状態で、本例では濃度フィルタＦｊとマスターレチクルＲｉとの間に配置される複数の光学素子（１１２〜１１６）を有する光学系の解像限界以下となるものである。そのドットは、内側（透光部１２２側）から外側（遮光部１２１側）に行くに従って傾斜直線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されている。但し、そのドットは、内側から外側に行くに従って曲線的に減光率が高くなるようにその存在確率を増大させて形成されていてもよい。
なお、ドット配置方法は、透過率を同一とする所定領域でドットを同一ピッチＰで配置するよりも、Ｐに対して、ガウス分布をもつ乱数Ｒを各ドット毎に発生させたものを加えたＰ＋Ｒで配置するのがよい。その理由は、ドット配置によって回折光が発生し、場合によっては照明系の開口数（ＮＡ）を超えて感光基板まで光が届かない現象が起き、設計透過率からの誤差が大きくなるためである。
また、ドットサイズは全て同一サイズが望ましい。その理由は、複数種のドットサイズを使用していると、前述の回折による設計透過率からの誤差が発生した場合に、その誤差が複雑、即ち透過率補正が複雑になるからである。ところで、濃度フィルタの描画は、ドット形状誤差を小さくするため高加速ＥＢ描画機で描画するのが望ましく、またドット形状は、プロセスによる形状誤差が測定しやすい長方形（正方形）が望ましい。形状誤差がある場合は、その誤差量が計測可能であれば透過率補正がしやすい利点がある。
遮光部１２１には、複数のアライメント用のマーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄが形成されている。これらのマーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄは、図２Ａに示されているように、濃度フィルタＦｊの遮光部１２１の一部を除去して、矩形状あるいはその他の形状の開口（光透過部）１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄを形成して、該マークとすることができる。また、図２Ｂに示したマークを用いることもできる。図２Ｂは濃度フィルタＦｊに形成されるマークの一例を示す上面図である。図２Ｂでは、複数のスリット状の開口からなるスリットマーク１２５を採用している。このスリットマーク１２５は、Ｘ方向及びＹ方向の位置を計測するために、Ｙ方向に形成されたスリットをＸ方向に配列したマーク要素と、Ｘ方向に形成されたスリットをＹ方向に配列したマーク要素とを組み合わせたものである。濃度フィルタＦｊの位置及び投影倍率は、マーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄの位置情報を計測した結果に基づいて調整される。
なお、濃度フィルタに設けるマークの数は４つに限られるものではなく、濃度フィルタの設定精度などに応じて少なくとも１つを設けておけばよい。さらに、本例では照明光学系の光軸と中心がほぼ一致するように濃度フィルタが配置され、その中心（光軸）に関して対称に４つのマークを設けるものとしたが、濃度フィルタに複数のマークを設けるときはその中心に関して点対称とならないようにその複数のマークを配置する、あるいはその複数のマークは点対称に配置し、別に認識パターンを形成することが望ましい。これは、照明光学系内に濃度フィルタを配置してエネルギー分布を計測した後にその濃度フィルタを取り出してその修正を加えて再設定するとき、結果として照明光学系の光学特性（ディストーションなど）を考慮して濃度フィルタの修正が行われているため、その濃度フィルタが回転して再設定されると、その修正が意味をなさなくなるためであり、元の状態で濃度フィルタを再設定可能とするためである。
フィルタステージＦＳは、保持している濃度フィルタＦｊをＸＹ平面内で回転方向及び並進方向に微動又は移動する。不図示のレーザ干渉計によって、フィルタステージＦＳのＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系９からの制御情報によってフィルタステージＦＳの動作が制御される。また、本実施形態では、フィルタステージＦＳがＺ方向に移動可能に構成されている。
前述したように、濃度フィルタＦｊの減光部１２３は、ドット状に遮光性材料を蒸着したものであり、このドットがレチクル上で解像しないように、濃度フィルタＦｊは、マスターレチクルのパターン形成面と共役な面から一定量デフォーカスした位置に配置されている。このため、開口絞り系１０７によって照明光学系１の射出側開口数（照明σ）などを変更して濃度フィルタＦｊに入射する光束の入射角（入射角度範囲）を変化させると、マスターレチクルＲｉ上における減光部１２３の基板４上における像の幅の変化、ひいては基板４上における重合部の幅が変化する。このため、本実施形態では、マスターレチクルのパターン形成面と共役な面に対する濃度フィルタＦｊのデフォーカス量を制御することにより、上記の重合部の幅の変化を補正している。なお、デフォーカス量の制御方法の詳細については後述する。また、前述の照明σ、即ち２次光源の大きさだけでなくその形状を変更しても、同様に濃度フィルタＦｊに入射する光束の入射角度範囲が変化することになる。
濃度フィルタＦｊのＺ方向の位置及びＺ方向チルト量については、例えば試料台５に少なくとも一部が設けられ、濃度フィルタＦｊのマークを撮像素子で検出する装置などを用い、濃度フィルタＦｊを光軸方向に移動して複数Ｚ位置でマーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄ又はマーク１２５を計測し、信号強度又は信号コントラストが最大となるＺ位置をベストフォーカスとし、このベストフォーカス位置を基準として上記のデフォーカス量を制御する。
本実施形態においては、フィルタステージＦＳの側方に棚状のフィルタライブラリ１６ａが配置され、このフィルタライブラリ１６ａはＺ方向に順次配列されたＬ（Ｌは自然数）個の支持板１７ａを有し、支持板１７ａに濃度フィルタＦ１，…，ＦＬが載置されている。フィルタライブラリ１６ａは、スライド装置１８ａによってＺ方向に移動自在に支持されており、フィルタステージＦＳとフィルタライブラリ１６ａとの間に、回転自在でＺ方向に所定範囲で移動できるアームを備えたローダ１９ａが配置されている。主制御系９がスライド装置１８ａを介してフィルタライブラリ１６ａのＺ方向の位置を調整した後、ローダ１９ａの動作を制御して、フィルタライブラリ１６ａ中の所望の支持板１７ａとフィルタステージＦＳとの間で、所望の濃度フィルタＦ１〜ＦＬを受け渡しできるように構成されている。また、詳細は後述するが、マスターレチクルＲｉは複数のマスターレチクルＲ１〜ＲＮの何れかであり、それぞれ親パターン３６を分割した親パターンＰ１〜ＰＮが形成されたレチクルである。
本実施形態では、濃度フィルタＦｊは、図３Ａ〜図３Ｉに示されているように、Ｆ１〜Ｆ９の９枚が設けられている。図３Ａ〜図３Ｉは、本発明の実施形態に係る露光装置が備える濃度フィルタの構成を示す図である。これらは、相互に減光部１２３の形状又は位置が異なっており、露光処理を行うべきショット領域の４辺について、隣接するショット領域間でパターンの像が重ね合わされる部分である重合部（以下、画面継ぎ部ともいう）が有るか否かに応じて選択的に使用される。
即ち、ショット領域配列がｐ（行）×ｑ（列）の行列である場合、ショット領域（１，１）については図３Ａの濃度フィルタが、ショット領域（１，２〜ｑ−１）については図３Ｂの濃度フィルタが、ショット領域（１，ｑ）については図３Ｃの濃度フィルタが、ショット領域（２〜ｐ−１，１）については図３Ｄの濃度フィルタが、ショット領域（２〜ｐ−１，２〜ｑ−１）については図３Ｅの濃度フィルタが、ショット領域（２〜ｐ−１，ｑ）については図３Ｆの濃度フィルタが、ショット領域（ｐ，１）については図３Ｇの濃度フィルタが、ショット領域（ｐ，２〜ｑ−１）については図３Ｈの濃度フィルタが、ショット領域（ｐ，ｑ）については図３Ｉの濃度フィルタが使用される。
なお、濃度フィルタＦｊとしては、上述のような９種類に限定されることはなく、ショット形状若しくはショット配列に応じて、その他の形状の減光部１２３を有するものを採用することができる。
濃度フィルタＦｊを９０度又は１８０度回転させて使用できるようにすれば、例えば、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｅの３種類の濃度フィルタＦｊを準備すれば、その余の濃度フィルタは不要となり効率的である。さらには、濃度フィルタＦｊは図３Ｅに示すもの（即ち、詳細構成が図２Ａに示されるもの）１種類とし、レチクルブラインド機構１１０の４枚のブラインド１１１の位置を選択的に設定して、また、マスターレチクルＲｉの遮光帯を利用して、減光部１２３の４辺のうちの一又は複数を対応するブラインド１１１で遮蔽するようすれば、単一の濃度フィルタで、図３Ａ〜図３Ｉに示したような濃度フィルタ、その他の濃度フィルタの機能を実現することができ、高効率的である。
また、濃度フィルタＦｊとしては、上述のようなガラス基板上にクロム等の遮光性材料で減光部や遮光部を形成したもののみならず、液晶素子等を用いて遮光部や減光部の位置、減光部の減光特性を必要に応じて変更できるようにしたものを用いることもでき、この場合には、濃度フィルタを複数準備する必要がなくなるとともに、製造するワーキングレチクル（マイクロデバイス）の仕様上の各種の要請に柔軟に対応することができ、高効率的である。
濃度フィルタＦｊを通過した露光光ＩＬは、反射ミラー１１２及びコンデンサレンズ系１１３、結像用レンズ系１１４、反射ミラー１１５、及び主コンデンサレンズ系１１６を介して、マスターレチクルＲｉの回路パターン領域上でブラインド１１１の矩形状の開口部と相似な照明領域（マスターレチクルＲｉに露光光ＩＬが照射される領域）を一様な強度分布で照射する。即ち、ブラインド１１１の開口部の配置面は、コンデンサレンズ系１１３、結像用レンズ系１１４、及び主コンデンサレンズ系１１６との合成系によってマスターレチクルＲｉのパターン形成面とほぼ共役となっている。
なお、本実施形態では、コンデンサレンズ系１１３、結像用レンズ系１１４、及び主コンデンサレンズ系１１６の少なくとも１つは、照明光学系１、特に濃度フィルタＦｊとマスターレチクルＲｉとの間に配置されるその一部（本例では光学系１１２〜１１６）の光学特性（フォーカス位置、収差等）を可変とするために可動に構成されており、主制御系９の制御の下で光学特性の制御（調整）が行われる。照明光学系１の少なくとも一部、即ち光学系１１２〜１１６（後述する光学部材に対応）の光学特性を可変（調整可能）とするのは、照明光学系１（即ち、前述の開口絞り系１０７又は光学ユニット）によるマスターレチクルＲｉの照明条件の変更によって生じるマスターレチクルＲｉ上における濃度フィルタＦｊの減光部１２３の基板４上における像の幅の変化、ひいては基板４上における重合部の幅の変化を補正するためである。
このように、本実施形態では、上記の減光部１２３の像の幅の変化を補正するために、フィルタステージＦＳがＺ方向に可変に構成され、コンデンサレンズ系１１３等の光学特性が可変に構成されている。濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像の幅の変化を補正するには、濃度フィルタＦｊのＺ方向の位置制御のみで行っても良く、コンデンサレンズ系１１３等の光学特性の調整のみで行ってもよい。また、濃度フィルタＦｊのＺ方向の位置制御とコンデンサレンズ系１１３等の光学特性の調整とを組み合わせて行ってもよい。
照明光学系１から射出された露光光ＩＬにより、レチクルステージ２に保持されたマスターレチクルＲｉが照明される。レチクルステージ２には、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）のマスターレチクルＲｉが保持されている。レチクルステージ２の側方に棚状のレチクルライブラリ１６ｂが配置され、このレチクルライブラリ１６ｂはＺ方向に順次配列されたＮ（Ｎは自然数）個の支持板１７ｂを有し、支持板１７ｂにマスターレチクルＲ１，…，ＲＮが載置されている。
レチクルライブラリ１６ｂは、スライド装置１８ｂによってＺ方向に移動自在に支持されており、レチクルステージ２とレチクルライブラリ１６ｂとの間に、回転自在でＺ方向に所定範囲で移動できるアームを備えたローダ１９ｂが配置されている。主制御系９がスライド装置１８ｂを介してレチクルライブラリ１６ｂのＺ方向の位置を調整した後、ローダ１９ｂの動作を制御して、レチクルライブラリ１６ｂ中の所望の支持板１７ｂとレチクルステージ２との間で、所望のマスターレチクルＦ１〜ＦＬを受け渡しできるように構成されている。
マスターレチクルＲｉの照明領域内のパターンの像は、投影光学系３を介して縮小倍率１／α（αは例えば５、又は４等）で、ワーキングレチクル用の基板（ブランクス）４の表面に投影される。
レチクルステージ２は、保持しているマスターレチクルＲｉをＸＹ平面内で回転方向及び並進方向に移動する。レチクルステージ２には不図示のレーザ干渉計が設けられており、このレーザ干渉計によって、レチクルステージ２のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、この計測値、及び主制御系９からの制御情報によってレチクルステージ２の動作が制御される。また、レチクルステージ２は、投影光学系３の光軸ＡＸ方向に移動可能に構成されるとともに、光軸ＡＸに対する角度を変更可能に構成されている。これにより、マスターレチクルＲｉのＺ方向の位置及び姿勢をそれぞれ調整することができる。これらは、主制御系９からの制御情報によって制御される。
一方、感応物体としての基板４は、基板の変形による位置ずれが起きないように、本例では３本のピンで構成されるホルダ上に無吸着またはソフト吸着され、この基板ホルダは試料台５上に固定され、試料台５は基板ステージ６上に固定されている。なお、基板ホルダとしてピンチャックホルダなどを用いて基板４を保持してもよい。試料台５は、オートフォーカス方式で基板４のフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）、及び傾斜角を制御することによって、基板４の表面を投影光学系３の像面に合わせ込む。この試料台５上には位置決め用の基準マーク部材１２及び基板４上での露光光ＩＬの照度分布を検出する照度分布検出センサ（いわゆる照度ムラセンサ）１２６が固定されている。また、基板ステージ６は、ベース７上で例えばリニアモータによりＸ方向、Ｙ方向に試料台５（基板４）を移動し位置決めする。
また、試料台５の上部には移動鏡８ｍが固定されており、この移動鏡８ｍにはレーザ干渉計８が対向して配置されている。なお、図１においては、図示を簡略化しているが、移動鏡８ｍは、試料台５上においてＸ方向に延びた移動鏡とＹ方向に延びた移動鏡とが設けられており、各々の移動鏡に対向してレーザ干渉計が設けられている。レーザ干渉計８によって試料台５のＸ座標、Ｙ座標、及び回転角が計測され、この計測値がステージ制御系１０、及び主制御系９に供給されている。ステージ制御系１０は、その計測値、及び主制御系９からの制御情報に基づいて、基板ステージ６のリニアモータ等の動作を制御する。さらに、図１においては図示を省略しているが、レチクルステージ２に設けられたレーザ干渉計からの計測結果が主制御系９に供給されており、この計測結果に応じて主制御系９はレチクルステージ２のＸ座量、Ｙ座標、及び回転角、Ｚ座標、及び光軸ＡＸに対する角度を制御する。なお、前記移動鏡の代わりに、例えば試料台５の端面（側面）を鏡面加工して形成される反射面を用いてもよい。
次に、照度分布検出センサ１２６の詳細について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは照度分布検出センサ１２６の構成を示す図である。この照度分布検出センサ１２６は、露光光ＩＬが投影光学系３を介して照明されている状態で基板ステージ６を基板４に水平な面内で移動させることにより露光光ＩＬの空間分布、即ち露光光の強度分布（照度分布）を計測するためのものである。図４Ａに示すように、照度分布検出センサ１２６は、矩形（本実施形態においては正方形）状の開口（又はピンホール）５４を有する遮光板５５の下側に光電センサ５６を設けて構成され、光電センサ５６による検出信号は、主制御系９に出力される。なお、開口５４の下側に光電センサ５６を設けずに、ライトガイドなどにより光を導いて他の部分で光電センサなどにより受光量を検出するようにしてもよい。
遮光板５５は、通常石英等の基板にクロム（Ｃｒ）等の金属を蒸着することにより形成されるが、クロム等の金属を蒸着すると、遮光板５５上に露光された露光光の反射率が高く露光光の反射量が多い。その結果、遮光板５５による反射光が投影光学系やレチクルで反射されることによりフレアが発生する。この照度分布検出センサ１２６は、基板４が露光されるときの露光光の照度分布を計測するために設けられるものであり、実際の露光時における露光光の照度分布を計測することが最も好ましい。しかし、露光光の照度分布の計測を行う際に、実際の露光時の状況と異なる状況、つまり露光光の反射量が多くなる状況があると、実際の露光時における露光光の照度分布を正確に計測することができない。
そこで、本実施形態においては、露光時における実際の露光光の照度分布になるべく近い計測を行うために、遮光板５５上面の反射率を、基板４の反射率とほぼ同程度として反射光による影響を低減している。遮光板５５の上面には露光光の波長域において基板４の反射率と同程度の反射率を有する膜が形成されている。この膜を実現するためには、例えば、図４Ｂに示すように、石英の透明基板５７上にクロム５８を蒸着し、さらにクロム５８上に酸化クロムの薄膜５９を形成し、その上に基板４に塗布されるフォトレジストと同じフォトレジスト６０を同じ膜厚で塗布してもよい。このような遮光板５５上面の反射率は、その表面に形成される膜の材質のみならず、膜厚や構成（積層数、各層厚、各層の材質等）適宜に選択することにより調整することができる。基板４に反射防止膜等が形成されている場合には、そのような条件の全てをも考慮して、該遮光板５５上面の反射率を設定する。
かかる照度分布検出センサ１２６を用いて、遮光板５５に形成された開口５４を通過してきた露光光を、基板ステージ６を基板４表面に水平な面内で移動させつつ計測することにより、実際の露光時における露光光の照度分布とほぼ同じ照度分布を計測することができる。
また、主制御系９には、磁気ディスク装置等の記憶装置１１が接続され、記憶装置１１に、露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、マスターレチクルＲ１〜ＲＮの設計情報、マスターレチクルＲ１〜ＲＮの相互の位置関係、マスターレチクルＲ１〜ＲＮに対応する濃度フィルタＦ１〜ＦＬの対応関係、アライメント情報等が記録されている。
本実施形態による露光装置は、複数のマスターレチクルを用いて、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域をそれぞれ露光する、即ちショット間の重ね継ぎ露光を行うものである。この露光装置は、半導体集積回路を製造する際に用いられるのみならず、レチクルを製造する際にも用いられる。なお、１つのショット領域で複数のパターンを用いて重ね継ぎ露光を行っても良い。ここで、マスターレチクルＲｉとこの露光装置を用いて製造されるレチクル、即ちワーキングレチクルの製造方法の概略について説明する。
図５は、マスターレチクルＲｉを用いてレチクル（ワーキングレチクル）を製造する際の製造工程を説明するための図である。図５中に示したワーキングレチクル３４が最終的に製造されるレチクルである。このワーキングレチクル３４は、石英ガラス等からなる光透過性の基板（ブランクス）の一面に、クロム（Ｃｒ）、ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ２等）、又はその他のマスク材料によって転写用の原版パターン２７を形成したものである。また、その原版パターン２７を挟むように２つのアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂが形成されている。
ワーキングレチクル３４は、光学式の投影露光装置の投影光学系を介して、１／β倍（βは１より大きい整数、又は半整数等であり、一例として４，５，又は６等）の縮小投影で使用されるものである。即ち、図５において、ワーキングレチクル３４の原版パターン２７の１／β倍の縮小像２７Ｗを、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の各ショット領域４８に露光した後、現像やエッチング等を行うことによって、その各ショット領域４８に所定の回路パターン３５が形成される。
図５において、まず最終的に製造される半導体デバイスのあるレイヤの回路パターン３５が設計される。回路パターン３５は直交する辺の幅がｄＸ，ｄＹの矩形の領域内に種々のライン・アンド・スペースパターン（又は孤立パターン）等を形成したものである。この実施形態では、その回路パターン３５をβ倍して、直交する辺の幅がβ・ｄＸ，β・ｄＹの矩形の領域からなる原版パターン２７をコンピュータの画像データ上で作成する。β倍は、ワーキングレチクル３４が使用される投影露光装置の縮小倍率（１／β）の逆数である。なお、反転投影されるときは反転して拡大される。
次に、原版パターン２７をα倍（αは１より大きい整数、又は半整数等であり、一例として４，５，又は６等）して、直交する辺の幅がα・β・ｄＸ，α・β・ｄＹの矩形の領域よりなる親パターン３６を画像データ上で作成し、その親パターン３６を縦横にそれぞれα個に分割して、α×α個の親パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，…，ＰＮ（Ｎ＝α２）を画像データ上で作成する。図５では、α＝５の場合が示されている。なお、倍率αはワーキングレチクル３４の製造に用いられる投影露光装置の投影倍率（本例では図１中の投影光学系３の倍率）の逆数である。また、この親パターン３６の分割数αは、必ずしも原版パターン２７から親パターン３６への倍率αに合致させる必要はないし、縦横で分割数を同数としなくてもよい。その後、それらの親パターンＰｉ（ｉ＝１〜Ｎ）について、それぞれ電子ビーム描画装置（又はレーザビーム描画装置等も使用できる）用の描画データを生成し、その親パターンＰｉをそれぞれ等倍で、親マスクとしてのマスターレチクルＲｉ上に転写する。
例えば、１枚目のマスターレチクルＲ１を製造する際には、石英ガラス等の光透過性の基板上にクロム、又はケイ化モリブデン等のマスク材料の薄膜を形成し、この上に電子線レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置を用いてその電子線レジスト上に１番目の親パターンＰ１の等倍の潜像を描画する。その後、電子線レジストの現像を行ってから、エッチング、及びレジスト剥離等を施すことによって、マスターレチクルＲ１上のパターン領域２０に親パターンＰ１が形成される。
また、マスターレチクルＲ１上には、親パターンＰ１に対して所定の位置関係で２次元マークよりなるアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂを形成しておく。同様に他のマスターレチクルＲｉにも、電子ビーム描画装置等を用いてそれぞれ親パターンＰｉ、及びアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂが形成される。このアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂは、基板又は濃度フィルタに対する位置合わせに使用される。
このように、電子ビーム描画装置（又はレーザビーム描画装置）で描画する各親パターンＰｉは、原版パターン２７をα倍に拡大したパターンであるため、各描画データの量は、原版パターン２７を直接描画する場合に比べて１／α２程度に減少している。さらに、親パターンＰｉの最小線幅は、原版パターン２７の最小線幅に比べてα倍（例えば５倍、又は４倍等）であるため、各親パターンＰｉは、それぞれ従来の電子線レジストを用いて電子ビーム描画装置によって短時間に、かつ高精度に描画できる。また、一度Ｎ枚のマスターレチクルＲ１〜ＲＮを製造すれば、後はそれらを繰り返し使用することによって、必要な枚数のワーキングレチクル３４を製造できるため、マスターレチクルＲ１〜ＲＮを製造するための時間は、大きな負担ではない。
このようにして製造されたＮ枚のマスターレチクルＲｉを用い、マスターレチクルＲｉの親パターンＰｉの１／α倍の縮小像を画面継ぎを行いながら転写することによりワーキングレチクル３４が製造される。
以上説明したワーキングレチクル３４を製造する際には、例えば前述したＯＰＥ特性を良好にするために、マスターレチクルＲｉに形成されているパターンの疎密等に応じて照明σ等の照明条件が設定される。照明σ等の照明条件を変更した場合には、前述した通りマスターレチクルＲｉ上における濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像の幅の変化、ひいては基板４上における重合部の幅の変化が生ずる。以下、この幅の変化の補正方法について詳細に説明する。
図６は、図１中のブラインド１１１から基板４までの光路中に配置される光学部材を示す図であり、図７は、照明σ等の照明条件を変更したときの濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像の幅の変化を示す図である。
図６に示すように、マスターレチクルＲｉと共役な面ＰＬ１（以下、レチクル共役面ＰＬ１という）の近傍にはブラインド１１１及び、濃度フィルタＦｊが配置される。このレチクル共役面ＰＬ１とマスターレチクルＲｉとの間の光学部材（コンデンサレンズ系１１３、結像用レンズ系１１４、及び主コンデンサレンズ系１１６）の投影倍率をＭとし、マスターレチクルＲｉと基板４との間に配置される投影光学系３の投影倍率をＮ（＝１／α）とする。なお、以下の説明ではその光学部材（光学系）が拡大系であるものとして、Ｍ＝２、Ｎ＝１／４とし、投影光学系３の開口数を０．７５とする。
また、図７に示すように、減光部１２３の幅をａとし、レチクル共役面ＰＬ１からの濃度フィルタＦｊのデフォーカス量をｄとする。ここで、露光光ＩＬの入射角をθとすると、レチクル共役面ＰＬ１での露光光ＩＬの開口数ＮＡ１、マスターレチクルＲｉの位置での露光光ＩＬの開口数ＮＡ２、及び基板４の位置での露光光ＩＬの開口数ＮＡ３はそれぞれ以下の（１）式〜（３）式で表される。
ＮＡ１＝ｓｉｎθ                ……（１）
ＮＡ２＝ｓｉｎθ／Ｍ            ……（２）
ＮＡ３＝ｓｉｎθ／（Ｍ・Ｎ）    ……（３）
さらに、レチクル共役面ＰＬ１に対して濃度フィルタＦｊがデフォーカスしているため、レチクル共役面ＰＬ１における減光部１２３の像の幅ＷＧ１、マスターレチクルＲｉの位置での減光部１２３の像の幅ＷＧ２、及び基板４の位置での減光部１２３の像の幅ＷＧ３はそれぞれ以下の（４）式〜（６）式となる。
ＷＧ１＝ａ＋２・ｄ・ｔａｎθ＋ｂ              ……（４）
ＷＧ２＝（ａ＋２・ｄ・ｔａｎθ＋ｂ）・Ｍ      ……（５）
ＷＧ３＝（ａ＋２・ｄ・ｔａｎθ＋ｂ）・Ｍ・Ｎ  ……（６）
なお、上記（４）式〜（６）式中において、ｂは照明光学系１の収差等によって生ずるぼけ量である。
ここで、図１４に示したように、基板４上におけるパターンサイズが３６０ｎｍであるパターンを転写する場合には、照明σを０．５５に設定したとき、つまり基板４上における露光光ＩＬの開口数ＮＡ３が０．７５×０．５５＝０．４１３であるときに、ＯＰＥ特性が最も良好であった。このとき、基板４に照射される露光光ＩＬの入射角は上記（３）式から以下の通り求められる。
ｓｉｎθ＝ＮＡ３・Ｍ・Ｎ
＝０．７５×０．５５×２×（１／４）
＝０．２０６
θ    ＝  １１．９度
また、基板４の位置での減光部１２３の像の幅ＷＧを、例えば１０００μｍ（１ｍｍ）にするためには、上記（６）式から、減光部１２３の幅ａ、レチクル共役面ＰＬ１からの濃度フィルタＦｊのデフォーカス量ｄ、及び照明光学系１の収差等によって生ずるぼけ量ｂを、例えば以下の通り設定すればよい。
ａ＝１３６８μｍ
ｄ＝１５００μｍ
ｂ＝０μｍ
ここで、基板４上におけるパターンサイズが３６０ｎｍであるパターンに替えて、パターンサイズが２００ｎｍであるパターンを転写する場合には、図１５を用いて説明したように、照明σを０．８５に設定したとき、つまり基板４上における露光光ＩＬの開口数ＮＡ３が０．７５×０．８５＝０．６３８であるときに、ＯＰＥ特性が最も良好であった。このとき、基板４に照射される露光光ＩＬの入射角は上記（３）式から以下の通り求められる。
ｓｉｎθ＝ＮＡ３・Ｍ・Ｎ
＝０．７５×０．８５×２×（１／４）
＝０．３１９
θ    ＝  １８．６度
従来は、照明条件（本例では照明σ、即ちコヒーレンスファクター）の変更時にレチクル共役面ＰＬ１に対する濃度フィルタＦｊのデフォーカス量ｄを変化させていないため、照明σを０．５５から０．８５に変化させると、上記（６）式から基板４の位置での減光部１２３の像の幅ＷＧ３は、１１８９μｍに拡大してしまう。
ここで、上記（６）式を参照すると、基板４の位置での減光部１２３の像の幅ＷＧ３は、減光部１２３の幅ａ、レチクル共役面ＰＬ１からの濃度フィルタＦｊのデフォーカス量ｄ、露光光ＩＬの入射角θ、照明光学系１の収差等によって生ずるぼけ量ｂ、レチクル共役面ＰＬ１とマスターレチクルＲｉとの間の光学部材の拡大倍率Ｍ、及び投影光学系３の縮小倍率Ｎによって定まる。従って、これら６つのパラメータの少なくとも１つを可変とすることで、基板４の位置での減光部１２３の像の幅ＷＧ３を調整可能となる。本実施形態では、これらのパラメータの内、駆動機構ＤＲ１（図６参照）により可変が容易なレチクル共役面ＰＬ１からの濃度フィルタＦｊのデフォーカス量ｄを制御することにより、基板４の位置での減光部１２３の像の幅ＷＧ３を調整している。
具体的には、（６）式を変形すると、以下の（７）式となる。
ｄ＝（ＷＧ３／（Ｍ・Ｎ）−ａ−ｂ）／（２・ｔａｎθ）    ……（７）
この（７）式において、ＷＧ３＝１０００μｍにするとともに、θ＝１８．６度とすると、ｄ＝９４０μｍとなる。よって、基板４上におけるパターンサイズが３６０ｎｍであるパターンを転写するために０．５５に設定されていた照明σを、パターンサイズが２００ｎｍであるパターンを転写するために、０．８５に変化させたときには、併せてレチクル共役面ＰＬ１に対する濃度フィルタＦｊのデフォーカス量を１５００μｍから９４０μｍに変更すればよい。このように、本実施形態においては、マスターレチクルＲｉに形成されているパターンサイズ及びその疎密に応じて、ＯＰＥ特性が最良となるように照明光学系１によるマスターレチクルＲｉの照明条件（例えば、照明σ）を変更するとともに、濃度フィルタＦｊのＺ方向の位置を調整することにより、基板４上における濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像の幅ＷＧ３を調整しつつマスターレチクルＲｉのパターンを基板４上に転写している。なお、主制御系９は、記憶装置１１内の露光データファイルに格納されているマスターレチクルＲ１〜ＲＮの設計情報に基づき、前述の開口絞り系１０７又は光学ユニットによって基板４上に転写すべきパターン毎に最適な照明条件を設定するとともに、濃度フィルタＦｊのＺ方向の位置を調整することが好ましい。また、マスターレチクルＲ１〜ＲＮ毎に設定する照明光学系１の照明条件及びレチクル共役面ＰＬ１に対する濃度フィルタＦｊのデフォーカス量ｄを予め求めておき、その実測値（又は計算値）をマスターレチクルＲ１〜ＲＮに対応させて記憶装置１１に記憶させておくようにしてもよい。
さて、このようにマスターレチクルＲ１〜ＲＮの縮小像を基板４上に投影露光する際には、隣接する縮小像間の画面継ぎ（つなぎ合わせ）を高精度に行う必要がある。このアライメントのために、本実施形態の投影露光装置にはレチクル及び基板用のアライメント機構が備えられている。
図８は、レチクルのアライメント機構を示し、この図８において、試料台５上で基板４の近傍に光透過性の基準マーク部材１２が固定され、基準マーク部材１２上にＸ方向に所定間隔で例えば十字型の１対の基準マーク１３Ａ，１３Ｂが形成されている。また、基準マーク１３Ａ，１３Ｂの底部には、露光光ＩＬから分岐された照明光で投影光学系３側に基準マーク１３Ａ，１３Ｂを照明する照明系が設置されている。マスターレチクルＲｉのアライメント時には、図１の基板ステージ６を駆動することによって、図８に示すように、基準マーク部材１２上の基準マーク１３Ａ，１３Ｂの中心がほぼ投影光学系３の光軸ＡＸに合致するように、基準マーク１３Ａ，１３Ｂが位置決めされる。
また、マスターレチクルＲｉのパターン面（下面）のパターン領域２０をＸ方向に挟むように、一例として十字型の２つのアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂが形成されている。基準マーク１３Ａ，１３Ｂの間隔は、アライメントマーク２１Ａ，２１Ｂの投影光学系３による縮小像の間隔とほぼ等しく設定されており、上記のように基準マーク１３Ａ，１３Ｂの中心をほぼ光軸ＡＸに合致させた状態で、基準マーク部材１２の底面側から露光光ＩＬと同じ波長の照明光で照明することによって、基準マーク１３Ａ，１３Ｂの投影光学系３による拡大像がそれぞれマスターレチクルＲｉのアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂの近傍に形成される。
これらのアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂの上方に投影光学系３側からの照明光を±Ｘ方向に反射するためのミラー２２Ａ，２２Ｂが配置され、ミラー２２Ａ，２２Ｂで反射された照明光を受光するようにＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式で、画像処理方式のアライメントセンサ１４Ａ，１４Ｂが備えられている。アライメントセンサ１４Ａ，１４Ｂはそれぞれ結像系と、ＣＣＤカメラ等の２次元の撮像素子とを備え、その撮像素子がアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂ、及び対応する基準マーク１３Ａ，１３Ｂの像を撮像し、その撮像信号が図１のアライメント信号処理系１５に供給されている。
アライメント信号処理系１５は、その撮像信号を画像処理して、基準マーク１３Ａ，１３Ｂの像に対するアライメントマーク２１Ａ，２１ＢのＸ方向、Ｙ方向への位置ずれ量を求め、これら２組の位置ずれ量を主制御系９に供給する。主制御系９は、その２組の位置ずれ量が互いに対称に、かつそれぞれ所定範囲内に収まるようにレチクルステージ２の位置決めを行う。これによって、基準マーク１３Ａ，１３Ｂに対して、アライメントマーク２１Ａ，２１Ｂ、ひいてはマスターレチクルＲｉが位置決めされる。
言い換えると、マスターレチクルＲｉの投影光学系３による縮小像の中心（露光中心）は、実質的に基準マーク１３Ａ，１３Ｂの中心（ほぼ光軸ＡＸ）に位置決めされる。この状態で図１の主制御系９は、レーザ干渉計８によって計測される試料台５のＸ方向、Ｙ方向の座標（ＸＦ０，ＹＦ０）を記憶することで、マスターレチクルＲｉのアライメントが終了する。この後は、親パターンＰｉの露光中心に、試料台５上の任意の点を移動することができる。
また、図１に示されているように、投影光学系３の側部には、基板４上のマークの位置検出を行うために、オフ・アクシス方式で、画像処理方式のアライメントセンサ２３が備えられている。アライメントセンサ２３は、フォトレジストに対して非感光性で広帯域の照明光で被検マークを照明し、被検マークの像をＣＣＤカメラ等の２次元の撮像素子で撮像し、撮像信号をアライメント信号処理系１５に供給する。なお、アライメントセンサ２３の検出中心とマスターレチクルＲｉのパターンの投影像の中心（露光中心）との間隔（ベースライン量）は、基準マーク部材１２上の所定の基準マークを用いて予め求められて、主制御系９内に記憶されている。
図８に示すように、基板４上のＸ方向の端部に例えば十字型の２つのアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂが形成されている。そして、マスターレチクルＲｉのアライメントが終了した後、基板ステージ６を駆動することによって、図１のアライメントセンサ２３の検出領域に順次、図８の基準マーク１３Ａ，１３Ｂ、及び基板４上のアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂを移動して、それぞれ基準マーク１３Ａ，１３Ｂ、及びアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂのアライメントセンサ２３の検出中心に対する位置ずれ量を計測する。これらの計測結果は主制御系９に供給され、これらの計測結果を用いて主制御系９は、基準マーク１３Ａ，１３Ｂの中心がアライメントセンサ２３の検出中心に合致するときの試料台５の座標（ＸＰ０，ＹＰ０）、及びアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂの中心がアライメントセンサ２３の検出中心に合致するときの試料台５の座標（ＸＰ１，ＹＰ１）を求める。これによって、基板４のアライメントが終了する。
この結果、基準マーク１３Ａ，１３Ｂの中心とアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂの中心とのＸ方向、Ｙ方向の間隔は（ＸＰ０−ＸＰ１，ＹＰ０−ＹＰ１）となる。そこで、マスターレチクルＲｉのアライメント時の試料台５の座標（ＸＦ０，ＹＦ０）に対して、その間隔（ＸＰ０−ＸＰ１，ＹＰ０−ＹＰ１）分だけ図１の基板ステージ６を駆動することによって、マスターレチクルＲｉのアライメントマーク２１Ａ，２１Ｂの投影像の中心（露光中心）に、基板４のアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂの中心（基板４の中心）を高精度に合致させることができる。この状態から、図１の基板ステージ６を駆動して試料台５をＸ方向、Ｙ方向に移動することによって、基板４上の中心に対して所望の位置にマスターレチクルＲｉの親パターンＰｉの縮小像ＰＩｉを露光できる。
なお、１枚の基板４の露光に際しては、マスターレチクルＲｉの交換にかかわらず、基板４は３本のピンで構成された試料台５上に無吸着またはソフト吸着され、基板４のステッピング時には基板４の位置がずれないように基板ステージ６を超低加速度、超低速度で移動させる。従って、１枚の基板４の露光中に、基準マーク１３Ａ，１３Ｂと基板４との位置関係が変化することはないので、マスターレチクルＲｉの交換時には、マスターレチクルＲｉを基準マーク１３Ａ，１３Ｂに対して位置合わせすればよく、１枚のマスターレチクル毎に、基板４上のアライメントマーク２４Ａ，２４Ｂの位置を検出する必要はない。
以上マスターレチクルＲｉと基板４との位置合わせについて説明したが、マスターレチクルＲｉと濃度フィルタの相対的な位置合わせもマーク１２４Ａ，１２４Ｂ，１２４Ｃ，１２４Ｄやスリットマーク１２５の位置情報を計測した結果に基づいて行われる。このとき、基板ステージ６の特性上、ヨーイング誤差等の誤差によって基板４に微小な回転を生じることがあり、このためマスターレチクルＲｉと基板４の相対姿勢に微小なズレを生じる。このような誤差は、予め計測され、あるいは実処理中に計測され、これが相殺されるように、レチクルステージ２又は基板ステージ６が制御されて、マスターレチクルＲｉと基板４の姿勢が整合するように補正されるようになっている。
このようにして、図１のＮ個のマスターレチクルＲ１〜ＲＮの親パターンＰ１〜ＰＮの縮小像を重ね継ぎを行いながら順次基板４上の対応するショット領域に露光することで、各親パターンＰ１〜ＰＮの縮小像は、それぞれ隣接する親パターンの縮小像と画面継ぎを行いながら露光されたことになる。これによって、基板４上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域からなる被露光領域に、図１の親パターン３６を１／α倍で縮小した投影像２６が露光転写される。その後、基板４上のフォトレジストを現像して、エッチング、及び残っているレジストパターンの剥離等を施すことによって、基板４上の投影像２６は、図５に示すような原版パターン２７となって、ワーキングレチクル３４が完成する。
以上説明した実施形態では、マスターレチクルＲｉに形成されているパターンのパターンサイズ及びその疎密度に応じて、照明光学系１の照明条件を変更し、さらに照明条件の変更に伴い濃度フィルタＦｊのＺ方向の位置（レチクル共役面に対する濃度フィルタＦｊのデフォーカス量）を調整して基板４上における濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像の幅、即ち重合部の幅を調整しながらステップ・アンド・リピートによりマスターレチクルＲｉのパターンを基板４に順次転写してワーキングレチクル３４を製造していた。
ここで、濃度フィルタＦｊのデフォーカスを調整すると、重合部における合成露光量と重合部以外における露光量との間にずれを生じることがある。この場合、ブラインド１１１、濃度フィルタＦｊ、マスターレチクルＲｉ、及び基板４の相対的な位置を制御することにより、該重合部の合成露光量を調整することができる。以下、その調整方法の一例について説明する。
図９Ａ〜図９Ｃ、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、及び図１２Ａ〜１４Ｃは、露光量分布の調整方法を説明するための図である。なお、これらの図においては、理解を容易にするため、ブラインド、濃度フィルタ、及びマスターレチクルのみを図示している。まず、図９Ａ〜図９Ｃについて説明する。
図９Ａは第１のショット領域を露光するときの濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を示す図であり、図９Ｂは第１のショット領域に隣接した第２のショット領域を露光するときの濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を示す図であり、図９Ｃは図９Ａ、図９Ｂに示す状態で露光が行われた場合に露光された領域における露光量分布を示す図である。
図９Ａ〜図９Ｃにおいて、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号が付してある。つまり、図９Ａ、図９Ｂにおいて、Ｆ１，Ｆ２は濃度フィルタ、１１１Ａ，１１１Ｂはブラインド、Ｒ１，Ｒ２はマスターレチクルである。なお、図９Ａ、図９Ｂにおいては、投影光学系３の光軸ＡＸを中心として濃度フィルタＦ１，Ｆ２、ブラインド１１１Ａ，１１１Ｂ、及びマスターレチクルＲ１，Ｒ２を図示しており、理解を容易にするために光軸ＡＸを折り曲げず直線的に示している。また、図１では、光軸ＡＸに沿って、ブラインド１１１Ａ，１１１Ｂ、濃度フィルタＦｊ、及びレチクルＲｉの順に配列されているが、図９Ａ、図９Ｂにおいては、理解を容易にするため、濃度フィルタＦ１，Ｆ２とブラインド１１１Ａ，１１１Ｂの配列順番を入れ替えて図示している。また、マスターレチクルＲ１，Ｒ２に関しては、マスターレチクルＲ１，Ｒ２に形成されたパターンの位置を特定するため、図９Ａ〜図９Ｃに示した位置に応じた番号を付している。なお、パターン位置を特定する場合には、以下パターン「１」、パターン「２」等のように記す。
まず、図９Ａを参照して第１のショット領域に対して露光を行う場合について説明する。図９Ａにおいて、濃度フィルタＦ１に入射する露光光ＩＬは、光軸ＡＸに垂直な面内において均一な露光量分布を有するが、濃度フィルタＦ１に入射すると、減光部１２３において減光されるため、濃度フィルタＦ１を通過した後は符号ＰＦ１を付した露光量分布となる。なお、図９Ａ〜図９Ｃにおいて露光量分布を示す場合には、光軸ＡＸ軸に平行な方向に露光量を示す軸をとっている。
濃度フィルタＦ１を通過した露光光はブラインド１１１Ａ，１１１Ｂに入射することにより所定の形状に整形される。図９Ａに示した例ではマスターレチクルＲ１に形成されたパターン「１」からパターン「１１」までを照明する形状に整形される。ブラインド１１１Ａ，１１１Ｂを通過した露光光がマスターレチクルＲ１に入射すると、符号Ｉｍ１を付して示したように各々パターンの形状を反映した像が射出される。なお、この像Ｉｍ１の露光量分布は、符号ＰＦ１１を付したものとなる。つまり、透光部１２２を通過した露光光は一定の露光量分布であるが、減光部１２３を通過した露光光はパターン「７」からパターン「１１」にかけて直線的に減衰する露光量分布となる。
また、図９Ｂには、第２のショット領域に対して露光を行う場合について図示している。図９Ｂに示したように、濃度フィルタＦ２を通過した後は符号ＰＦ２を付した露光量分布となる。なお、図９Ａ及び図９Ｂにおいては理解を容易にするため、露光量分布ＰＦ１と露光量分布ＦＰ２とは同一の分布として図示している。
第２のショット領域に対して露光を行う場合のブラインド１１１Ａ，１１１Ｂの位置は第１のショット領域を露光する場合のブラインド１１１Ａ，１１１Ｂの位置とは異なる位置に配置される。つまり、ブラインド１１１Ａ，１１１Ｂは、マスターレチクルＲ２のパターン「７」からパターン「１７」までを照明する形状に露光光を整形する。
ブラインド１１１Ａ，１１１Ｂを通過した露光光がマスターレチクルＲ２に入射すると、符号Ｉｍ２を付して示したように各々パターンの形状を反映した像が射出される。なお、この像Ｉｍ２の露光量分布は、符号ＰＦ１２を付したものとなる。つまり、透光部１２２を通過した露光光は一定の露光量分布であるが、減光部１２３を通過した露光光はパターン「１１」からパターン「７」にかけて直線的に減衰する露光量分布となる。
図９Ａに示した像Ｉｍ１と図９Ｂに示した像Ｉｍ２は、図９Ｃに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「７」からパターン「１１」の像が重ね合わされて、重合部に露光転写される。このようにして露光されると、理論的には図９Ｃ中で符号ＰＦ１３を付したように、該重合部の露光量が該重合部以外の部分の露光量と等しくなる。なお、図９Ｃにおいて、第１のショット領域の露光位置と第２のショット領域の露光位置との距離をステップピッチＳＰ１と称する。つまり、ステップピッチＳＰ１は、第１のショット領域を露光した後、第２のショット領域を露光位置までに移動させる距離である。図９Ａ〜図９Ｃ、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、及び図１２Ａ〜図１２Ｃに示した例では、ステップピッチＳＰ１を２１ｍｍつまり２１０００μｍに設定している。
なお、この実施形態において、「重合部」とは基板４上でショット領域の周辺部が重ね合わされる部分、基板４上で濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像が重ね合わされる部分、又は基板４上でマスターレチクルのパターンの像が重ね合わされる部分をいい、以上の説明では、これらは一致していたので、特に区別していない。しかし、以下の説明では、これらは一致しないことがあるので、単に「重合部」という場合には主として基板４上でショット領域の周辺部が重ね合わされる部分をいうものとし、これと区別するために、基板４上で濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像が重ね合わされる部分を「減光像重合部」といい、基板４上でマスターレチクルのパターンの像が重ね合わされる部分を「パターン像重合部」という場合がある。
次に、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、及び図１２Ａ〜図１２Ｃを参照して露光量分布の調整方法について説明する。以下に説明する方法は、濃度フィルタによって規定されるエネルギービームの分布と、転写すべきパターンとの相対位置を変化させることにより、ショットの周辺部が重ね合わされる重合部での露光量を調整する方法である。より具体的には、濃度フィルタとマスターレチクルとの相対的な位置を変化させて、減光像重複部の幅を変化させることにより、重合部における露光量を調整するものである。以下の説明では、重合部及び減光像重合部の幅が１ｍｍ、即ち１０００μｍである場合を例にあげて説明する。
かかる場合、減光像重合部の幅が１０μｍ変化すると露光量が１％の割合で変化する点に留意すべきである。即ち、１００％／１０００μｍ＝１％／１０μｍである。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃ、図１１Ａ〜図１１Ｃ、及び図１２Ａ〜図１２Ｃを用いた説明において、マスターレチクルＲ１，Ｒ２を移動させているが、この場合にはマスターレチクルＲ１，Ｒ２の移動に合わせて基板４も移動する点に注意すべきである。この場合に基板４の移動量は、マスターレチクルＲ１，Ｒ２の移動量の１／α倍（αは投影光学系３の縮小倍率）である。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、減光像重合部の幅を減少させて、重合部の露光量を減少させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の例を示す図である。なお、以下の説明では便宜のため、濃度フィルタＦ１，Ｆ２の位置を変えずにブラインド１１１Ａ，１１１Ｂ及びマスターレチクルＲ１，Ｒ２の位置を変化させて濃度フィルタＦ１，Ｆ２とマスターレチクルＲ１，Ｒ２の相対位置を変化させる場合について説明するが、マスターレチクルＲ１，Ｒ２を移動させずに濃度フィルタＦ１，Ｆ２の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
いま、重合部における露光量を１％だけ少なくしたい場合には、減光像重合部の幅を１０μｍだけ狭くすればよい。このため、基板４上において第２のショット領域の露光を行う際に、第１のショット領域の露光位置から２１０００μｍ＋１０μｍ＝２１０１０μｍだけ基板４をステップさせる。
また、図９Ａと図１０Ａとの対比からもわかるように、ブラインド１１１Ａ及びマスターレチクルＲ１を図１０Ａ中Ｄ１方向へ、マスターレチクルＲ１に形成された１パターン分移動する。よって、マスタレチクルＲ１のパターン「１」が図９Ａに示したマスターレチクルＲ１のパターン「２」の位置へ移動したことになる。いま、重合部の幅を１０μｍだけ狭くする場合を考えているので、マスターレチクルＲ１の移動量は、基板４上に換算して５μｍであればよい。つまり投影光学系３の縮小倍率が１／αであるから、５×αμｍだけマスターレチクルＲ１を重合部がある方向、即ち図１０Ａ中のＤ１方向へ移動させればよい。図１０Ａにおいては、ブラインド１１１Ａのみが移動したことにより、マスターレチクルＲ１に対する照明領域も図９Ａの場合と比べ狭くなっている。図１０Ａに示すように、かかる場合にはパターン「１」〜パターン「１０」の像Ｉｍ３が形成される。
第１のショット領域を露光した後、前述したように基板４を２１０１０μｍだけ移動させ、第２のショット領域を露光位置へ位置合わせする。また、ブラインド１１１ＢとマスターレチクルＲ２を、図９Ｂに示した位置に対して重合部がある方向、即ち図１０Ｂ中のＤ２方向へ５・αμｍだけ移動させる。図１０Ｂに示すように、かかる場合にはパターン「８」〜パターン「１７」のみの像Ｉｍ４が形成される。
図１０Ａに示した像Ｉｍ３と図１０Ｂに示した像Ｉｍ４は、図１０Ｃに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「８」からパターン「１０」の像が重合部に露光される。即ち、基板４のステップピッチＳＰ１をＳＰ１＋ＳＰ２＝２１０００μｍ＋１０μｍ＝２１０１０μｍとし、マスターレチクルＲ１，Ｒ２を図９Ａ〜図９Ｃに示した場合に比べ、Ｄ１方向及びＤ２方向へそれぞれ移動させて露光を行うことにより、重合部における露光量を減少させている。図１０Ｃに示すように、重合部における露光量の分布は、分布ＰＦ２３となる。
図１１Ａ〜図１１Ｃは、減光像重合部の幅を増加させることより重合部の露光量を増加させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の例を示す図である。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃの場合と同様に、マスターレチクルＲ１，Ｒ２を移動させずに濃度フィルタＦ１，Ｆ２の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
いま、重合部における露光量を１％だけ多くしたい場合には、重合部の幅を１０μｍだけ広くすればよい。このため、基板４上において第２のショット領域の露光を行う際に、第１のショット領域の露光位置から２１０００μｍ−１０μｍ＝２０９９０μｍだけ基板４をステップさせる。
また、図１１Ａに示したように、ブラインド１１１Ａ及びブラインド１１１Ｂ並びにマスターレチクルＲ１を図中Ｄ３方向へ、マスターレチクルＲ１に形成された１パターン分、即ち５・αμｍだけ移動する。図１１Ａでは、ブラインド１１１Ａ及びブラインド１１１Ｂが移動しているため、マスターレチクルＲ１に対する照明領域は図９Ａの場合と同一である。図１１Ａに示すように、かかる場合にはパターン「１」〜パターン「１１」の像Ｉｍ５が形成される。
第１のショット領域を露光した後、前述したように基板４を２０９９０μｍだけ移動させ、第２のショット領域を露光位置へ位置合わせする。また、ブラインド１１１Ａ，１１１ＢとマスターレチクルＲ２を図９Ｂに示した位置から重合部がない方向、即ち図１１Ｂ中のＤ４方向へ５・αμｍだけ移動させる。図１１Ｂに示すように、かかる場合にはパターン「７」〜パターン「１７」の像Ｉｍ６が形成される。
これらの像Ｉｍ５及び像Ｉｍ６は、図９Ａ〜図９Ｃに示した像Ｉｍ１及び像Ｉｍ２とそれぞれ同様の像であるが、露光量分布及び基板４上において結像される位置が異なる。例えば、図１１Ａ中の像Ｉｍ５と図９Ａ中の像Ｉｍ１とを比較すると、像Ｉｍ１はパターン「１」の像からパターン「６」の像までが一定の露光量分布となっているが、像Ｉｍ５はパターン「１」の像からパターン「７」の像までが一定の露光量分布であって、一定の露光量分布となっている箇所が像Ｉｍ１の場合と比べ１パターン分長い。
また、像Ｉｍ１はパターン「７」の像からパターン「１１」の像までが線形的に減衰する露光量分布であり、パターン「１１」の像の端部で露光量がなだらかに０となっているのに対し、像Ｉｍ５はパターン「８」の像からパターン「１１」の像までが線形的に減衰しており、この分布を有する区間が像Ｉｍ１と比べ１パターン分短い。しかも、パターン「１１」の像の端部で露光量がある値から急峻に０となっている点も異なる。
図１１Ａに示した像Ｉｍ５と図１１Ｂに示した像Ｉｍ６は、図１１Ｃに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「７」からパターン「１１」の像が重合部に露光される。即ち、基板４のステップピッチＳＰ１をＳＰ１−ＳＰ３＝２１０００μｍ−１０μｍ＝２０９９０μｍとし、マスターレチクルＲ１，Ｒ２を図９Ａ〜図９Ｃに示した場合に比べ、Ｄ３方向及びＤ４方向へそれぞれ移動させて露光を行うことにより、重合部における露光量を増加させている。
図１１Ｃにおいて、像Ｉｍ５の分布ＰＦ３１と像Ｉｍ６の分布ＰＦ３２の重合部における露光量が増加しているため、重合部の露光量の分布は、分布ＰＦ３３となる。
なお、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、ブラインド１１１Ａ，１１１Ｂによって濃度フィルタＦ１，Ｆ２の減光部１２３の一部を遮光しているが、これはマスクの対応する部分にパターンが存在しないためである。その結果、図１１Ｃでは、減光像重複部の幅は変化していないように見えるが、ブラインド１１１Ａ，１１１Ｂ等の遮光物がないとした場合には、減光像重複部の幅は変化（拡大）している。
図１１Ａ〜図１１Ｃに示した方法で重合部における露光量を増加させる場合、図１１Ａに示したようにパターン「１１」の端部における露光量の分布ＰＦ３１が急峻に変化するとともに、図１１Ｂに示したようにパターン「７」の端部における露光量の分布ＰＦ３３が急峻に変化している。かかる急峻な変化がある場合、当該箇所に形成されるパターンの線幅も急峻に変化する可能性が考えられる。次に、この問題を解決する方法について説明する。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、減光像重合部の幅を増加させることにより重合部の露光量を増加させる場合の濃度フィルタ、ブラインド、及びマスターレチクルの相対的な位置関係の変形例を示す図である。なお、図１０Ａ〜図１０Ｃ及び図１１Ａ〜図１１Ｃの場合と同様に、マスターレチクルＲ１，Ｒ２を移動させずに濃度フィルタＦ１，Ｆ２の位置を変えて相対位置を変えることもできる。
図１１Ａにおいては、ブラインド１１１Ａとブラインド１１１Ｂとを共に移動させていたが、図１２Ａではブラインド１１１Ａのみを図中Ｄ３方向に移動させている点が異なる。ブラインド１１１Ｂを移動させないため、図１１Ａでは得られなかったパターン「１２」の像を含んだ像Ｉｍ７が得られる。この場合において、パターン「１２」の端部においてなだらかに０となる露光量分布ＰＦ４１が得られる。また、図１１Ｂにおいてもブラインド１１１Ａとブラインド１１１Ｂとを共に移動させていたが、図１２Ｂではブラインド１１１Ｂのみを図中Ｄ４方向に移動させている点が異なる。ブラインド１１１Ａを移動させないため、図１１Ｂでは得られなかったパターン「６」の像を含んだ像Ｉｍ８が得られ、パターン「６」の端部においてなだらかに０となる露光量分布ＰＦ４２が得られる。
図１２Ａに示した像Ｉｍ７と図１２Ｂに示した像Ｉｍ８は、図１２Ｃに示した位置関係で画面継ぎが行われる。つまり、パターン「６」からパターン「１２」の像が重合部に露光される。即ち、基板４のステップピッチＳＰ１は図１１Ａ〜図１１Ｃの場合と同様にＳＰ１−ＳＰ３であり、マスターレチクルＲ１，Ｒ２の移動量も図１１Ａ〜図１１Ｃの場合と同様であるが、マスターレチクルＲ１，Ｒ２に描画されているパターンが、重合部がある方向に延長ないし拡張されており、図１２Ａにおいてブラインド１１Ｂを移動させず、図１２Ｂにおいてブラインド１１１Ａを移動させないことによって、重合部の幅を広げている。この場合には、重合部における露光量の分布は、分布ＰＦ４３となり、図１２Ｃの露光量分布ＰＦ３３に比べなだらかに変化しており、線幅の急峻な変化を抑えることができる。
以上説明した通り、ブラインド１１１、濃度フィルタＦｊ、マスターレチクルＲｉ、及び基板４の相対的な位置を制御することにより、照明条件の変化に伴う重合部の合成露光量の変化を補正することができる。これにより、マスターレチクルに形成されているパターンのパターンサイズ及び疎密度に応じてＯＰＥ特性が最適になるように照明光学系１の照明条件を設定できるとともに、照明条件の変更（即ち、濃度フィルタＦｊに入射する露光光ＩＬの入射角又は角度範囲の変化）による重合部の幅の変化も生じず、且つ重合部における合成露光量も高精度に調整することができようになり、その結果として均一な線幅のパターンを高い精度をもって形成することができる。なお、重合部の合成露光量を必ずしも重合部以外の露光量と等しく設定しなくてもよく、上記方法により重合部の合成露光量を、重合部以外の露光量と異ならせる、即ち重合部以外の露光量よりも小さい、あるいは大きい露光量に設定しても良い。
以上説明した実施形態では、レチクル共役面ＰＬ１に対する濃度フィルタＦｊのデフォーカス量を調整することにより、重合部の幅、つまり基板４上における濃度フィルタＦｊの減光部１２３の像の幅を調整していたが、減光部１２３の幅が種々に設定された濃度フィルタを予め複数用意しておき、設定した照明条件に応じて濃度フィルタＦｊを切り替えるようにしてもよい。
例えば、前述した例では、基板４上におけるパターンサイズが３６０ｎｍであるパターンを転写する場合には、照明σを０．５５に設定し、減光部１２３の幅ａが１３６８μｍである濃度フィルタを用い、レチクル共役面ＰＬ１に対する濃度フィルタのデフォーカス量ｄを１５００μｍとすることにより、重合部の幅を１０００μｍ（１ｍｍ）にしていた。
レチクル共役面ＰＬ１に対するデフォーカス量ｄを変化させず、濃度フィルタを交換することで重合部の幅を調整するには、前述した（６）式を変形した以下の（８）式で示される幅ａを有する減光部１２３が形成されている濃度フィルタを用いればよい。
ａ＝ＷＧ３／（Ｍ・Ｎ）−２・ｄ・ｔａｎθ−ｂ    ……（７）
具体的に、上記（７）式に重合部の幅としてＷＧ＝１０００μｍ、Ｍ＝２、Ｍ＝１／４、ｄ＝１５００μｍ、θ＝１８．６、ｂ＝０を代入すると、ａ＝９９０μｍとなる。つまり、パターンサイズが２００ｎｍであるパターンを転写する場合には、ＯＰＥ特性が最良となるように照明σを０．８５に設定し、レチクル共役面ＰＬ１に対するデフォーカス量１５００μｍを変更せずに、９９０μｍの幅で減光部１２３が形成された濃度フィルタに交換すればよい。
なお、予め複数用意する濃度フィルタは、重合部における幅の変化のみに着目して設計されているのではなく、照明条件の変化に伴う合成露光量の変化を補正しうるように、ドットピッチが調整されていることが望ましい。また、濃度フィルタの交換を行う代わりに、例えば液晶素子などで濃度フィルタを構成することで、照明条件の変更に応じて減光部１２３の幅ａを変更可能としてもよい。
以上説明した実施形態においては、設定装置（減光手段）として濃度フィルタＦｊを用いた場合を例に挙げて説明したが、濃度フィルタ以外の設定装置を用いることができる。例えば、図１３に示すようなブラインド機構ＢＬにより濃度フィルタと同様の機能を達成することもできる。図１３は、傾斜分布を形成する他の構成例を示す図である。
このブラインド機構ＢＬは、図１に示したレチクルブラインド機構１１０と基本的に同様の構成を有しており、４枚の可動式のブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄ及びその駆動機構（不図示）を備えて構成されている。これら４枚のブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄをそれぞれ適宜な位置に設定することにより、各ブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄの先端縁１２８Ａ〜１２８Ｄによって、投影光学系３の視野内に矩形状の照明領域が形成される。
この照明領域は、基本的に基板４上のショット領域（ショット領域に転写すべきレチクルパターン）に対応する大きさに設定される。露光中において、これらの４枚のブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄのうちの一又は複数を、露光光ＩＬが通る照明光学系１の光路に対して進出又は退去するように所定の速度で連続的に移動することにより、ブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄの先端縁１２８Ａ〜１２８Ｄの移動した領域の透過光量を傾斜的に設定することができる。
各ショット領域の画面継ぎ部に対応する部分でブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄを全体的にあるいは選択的に移動することにより、該画面継ぎ部における露光量を外側に行くに従って傾斜的に減少させることができ、これにより濃度フィルタと同様の機能が実現される。この減光用ブラインド機構ＢＬは、各ブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄの駆動機構が必要である点で濃度フィルタに対して構成がやや複雑化するが、濃度フィルタのようにショット領域に応じて複数のものを準備し、取り換える必要がなく、単一の機構で柔軟に対応できる点で優れている。
図１３に示したブラインド機構ＢＬを用いた場合においても、例えば各ブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄをレチクル共役面からデフォーカスした状態に配置することにより、濃度フィルタと同様の問題が生ずる。このため、照明条件の変更に応じてブラインド機構ＢＬ全体をＺ方向に移動可能に構成しておく。または、各ブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄは、その移動に応じて透過光量を設定するものであるため、露光光ＩＬが照射されている状態で先端縁１２８Ａ〜１２８Ｄの移動した領域が濃度フィルタＦｊの減光部１２３に相当する。従って、照明条件の変更に応じて先端縁１２８Ａ〜１２８Ｄの移動する領域を可変にする、即ち照明光学系１の光軸ＡＸに沿った方向（図１ではＺ方向）と直交する方向（図１ではＸ方向又はＹ方向）における、ブラインド１２７Ａ〜１２７Ｄの少なくとも１つ（例えば、基板４上での露光光ＩＬの積算光量分布をその周辺部（重合部）で徐々に減少させるために露光光ＩＬの照射中に移動されるブラインド）の移動量を変更することで、重合部の幅の変化を補正することが可能となる。なお、ブラインド機構ＢＬを用いる場合には重合部の幅の変化を補正するために、照明光学系１の光軸ＡＸに沿う方向（Ｚ方向）、及び光軸ＡＸと直交する方向（Ｘ方向又はＹ方向）の少なくとも一方でのブラインド機構ＢＬの位置（移動量）を調整すればよい。また、ブラインド機構ＢＬを濃度フィルタＦｊと併用してもよく、この場合には重合部の幅の変化を補正するために、ブラインド機構ＢＬと濃度フィルタＦｊとの少なくとも一方の位置を調整すればよい。さらに、ブラインド機構ＢＬは前述のレチクルブラインド機構１１０とは別に設けてもよいが、前述のレチクルブラインド機構１１０を兼用することでブラインド機構ＢＬを特別に設けなくてもよい。
上述した実施形態では、複数のマスターレチクルＲｉを用いて、ブランクス４上に順次パターンを画面継ぎを行いながら転写するようにしたレチクル露光装置について説明しているが、このようにして製造されたあるいは別の方法により製造された複数のワーキングレチクルを用いて、基板（ブランクス）４の代わりにデバイス基板（ウエハ、ガラスプレートなど）上に順次パターンを画面継ぎを行いがら転写するようにしたデバイス露光装置（例えば、半導体素子あるいは液晶表示素子などの製造用の露光装置）についても同様に適用することができる。
前述の実施形態では微小開口５４を有する照度分布検出センサ１２６を用いて露光光ＩＬの強度分布を検出するものとしたが、例えばラインセンサ、あるいは一次元または二次元のＣＣＤなどを用いて露光光ＩＬを検出して強度分布の計測時間の短縮を図るようにしてもよい。また、前述の実施形態では濃度フィルタＦｊを照明光学系内に設けるものとしたが、例えばレチクルに近接して配置してもよいし、あるいは投影光学系３がレチクルパターンの中間像（一次像）を形成するときはその中間像の形成面またはその近傍に配置しても構わない。なお、オプチカル・インテグレータ１０６としてロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）を用いる場合、例えばレチクルのパターン形成面とほぼ共役に配置されるロッドインテグレータの射出面に近接して濃度フィルタを配置してもよい。さらに、濃度フィルタＦｊと同様にレチクルブラインド機構１１０も照明光学系以外に設けてもよい。また、レチクルブラインド機構１１０は４枚のブラインド１１１を有するものとしたが、例えば２枚のＬ字状の遮光板を用いてもよく、その構成は任意で構わない。
また、上述した実施の形態では、ショット領域の形状は矩形状としているが、必ずしも矩形状である必要はなく、例えば、５角形、６角形、その他の多角形とすることができる。また、各ショット領域及びショット領域が同一形状である必要もなく、異なる形状や大きさとすることができる。さらに、画面継ぎが行われる部分の形状も、長方形である必要はなく、ジグザグ帯状、蛇行帯状、その他の形状とすることができる。また、本願明細書中における「画面継ぎ」とは、パターン同士をつなぎ合わせることのみならず、パターンとパターンとを所望の位置関係で配置する（即ち、パターン同士のつなぎ部が存在しない）ことをも含む意味である。さらに、複数のショット領域の重合部（多重露光される周辺部）にパターンの転写が行われなくてもよい。
ワーキングレチクル３４に形成するデバイスパターンを拡大したデバイスパターンを要素パターン毎に分ける、例えば密集パターンと孤立パターンとに分けてマスターレチクルに形成し、基板４上での親パターン同士のつなぎ部をなくす、あるいは減らすようにしてもよい。この場合、ワーキングレチクルのデバイスパターンによっては、１枚のマスターレチクルの親パターンを基板４上の複数の領域にそれぞれ転写することもあるので、ワーキングレチクルの製造に使用するマスターレチクルの枚数を減らすことができる。又は、その拡大したパターンを機能ブロック単位で分ける、例えばＣＰＵ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータをそれぞれ１単位として、少なくとも１つの機能ブロックを、複数のマスターレチクルにそれぞれ形成するようにしてもよい。このことは、半導体素子などを製造するデバイス製造用の露光装置でも全く同様であり、デバイス基板上に形成すべき回路パターンの拡大パターンを機能ブロック単位で分けて複数のワーキングレチクルに形成してもよい。
また、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域にそれぞれ転写するパターンはその全てが異なっている必要はなく、例えば少なくとも２つのショット領域に転写するパターンが同一でもよい。さらに、上述した実施形態では複数枚のレチクルを用いてスティッチング方式で基板上の複数のショット領域をそれぞれ露光するものとしたが、複数のパターンが形成された１枚のレチクルのみを用いて同様にスティッチング方式の露光を行っても良い。また、基板上の各ショット領域の露光は、前述の実施形態で採用した静止露光方式だけでなく、レチクルと基板とを同期移動する走査露光方式で行ってもよい。この走査露光方式では、レチクル及び基板の移動に同期して濃度フィルタも移動されることになる。なお、上述した実施形態によれば、例えばスティッチング方式の露光（重ね継ぎ露光）時に照明条件が変更されても、基板上で周辺部が部分的に重なる複数のショット領域の全面で、均一な線幅の微細なパターンを形成できるとともに、線幅が異なるパターンが混在していても、パターン毎に正確な線幅で形成可能、即ち高い忠実度でその混在パターンを基板上に形成可能となっている。
上述した実施形態では露光用照明光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を用いているが、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）、又はＡｒ２レーザ光（波長１２６ｎｍ）などを用いることができる。Ｆ２レーザを光源とする露光装置では、例えば投影光学系として反射屈折光学系が採用されるとともに、照明光学系や投影光学系に使われる屈折光学部材（レンズエレメント）は全て蛍石とされ、かつレーザ光源、照明光学系、及び投影光学系内の空気は、例えばヘリウムガスで置換されるとともに、照明光学系と投影光学系との間、及び投影光学系と基板との間などもヘリウムガスで満たされる。
Ｆ２レーザを用いる露光装置では、レチクルや濃度フィルタは、蛍石、フッ素がドープされた合成石英、フッ化マグネシウム、ＬｉＦ、ＬａＦ３、リチウム・カルシウム・アルミニウム・フロライド（ライカフ結晶）又は水晶等から製造されたものが使用される。
エキシマレーザの代わりに、例えば波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍのいずれかに発振スペクトルを持つＹＡＧレーザなどの固体レーザの高調波を用いるようにしてもよい。
また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いてもよい。
例えば、単一波長レーザの発振波長を１．５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が出力される。特に発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
発振波長を１．０３〜１．１２μｍの範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１５８ｎｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単一波長発振レーザとしてはイットリビウム・ドープ・ファイバーレーザを用いる。また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いるようにしてもよい。
また、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置のみならず、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも適用することが可能である。投影光学系は縮小系だけでなく等倍系、又は拡大系（例えば、液晶ディスプレイ又はプラズマディスプレイ製造用露光装置など）を用いてもよい。さらに投影光学系は、反射光学系、屈折光学系、及び反射屈折光学系のいずれを用いてもよい。なお、プロキシミティ方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナー、及び例えば国際公開ＷＯ９９／４９５０４などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用してもよい。
さらに、フォトマスクや半導体素子の製造に用いられる露光装置だけでなく、液晶表示素子などを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられる、デバイスパターンをセラミックウエハ上に転写する露光装置、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置等にも本発明を適用することができる。
フォトマスク（ワーキングレチクル）の製造以外に用いられる露光装置では、デバイスパターンが転写される被露光基板（デバイス基板）が真空吸着又は静電吸着などによって基板ステージ６上に保持される。ところで、ＥＵＶ光を用いる露光装置では反射型マスクが用いられ、プロキシミティ方式のＸ線露光装置、又は電子線露光装置などでは透過型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）が用いられるので、マスクの原版としてはシリコンウエハなどが用いられる。
複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージや基板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、さらに総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施形態の露光装置を製造することができる。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内で行うことが望ましい。
半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいて、上述した実施形態の露光装置によりワーキングレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを製造するステップ、上述した実施形態の露光装置等によりレチクルのパターンをウエハに露光転写するステップ、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、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができることは言うまでもない。
本発明によると、照明条件が変更されても、積算エネルギー量が傾斜的に設定される周辺部の幅が変化しないように補正するようにしたので、転写するパターンに最適な照明条件を制約なく用いることができる。また、当該周辺部とこれに隣接する周辺部とが重ね合わされる重合部の積算エネルギー量をむら無く均一にできるとともに、該重合部と該重合部以外の部分の積算エネルギー量を実質的に一致させることができるようになる。その結果、目標とする線幅の微細なパターンを高い精度で形成することができるようになる。
本開示は、２００２年１月２９日に提出された日本国特許出願第２００２−２０３３６号に含まれた主題に関連し、その開示の全てはここに参照事項として明白に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図、
図２Ａは濃度フィルタの構成の一例を示す上面図、
図２Ｂは濃度フィルタに形成されるマークの一例を示す図、
図３Ａ〜図３Ｉは濃度フィルタの減光部の構成のバリエーションを示す図、
図４Ａ，図４Ｂは照度分布検出センサの構成を示す図、
図５はマスターレチクルを用いてレチクル（ワーキングレチクル）を製造する際の製造工程を説明するための図、
図６は図１中のブラインドから基板までの光路中の光学部材の配置を示す図、
図７は照明σ等の照明条件を変更したときの濃度フィルタの減光部の像の幅の変化を示す図、
図８はレチクルのアライメント機構を示す図、
図９Ａ〜図９Ｃは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図１０Ａ〜図１０Ｃは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図１１Ａ〜図１１Ｃは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図１２Ａ〜図１２Ｃは露光量分布の調整方法を説明するための図、
図１３は傾斜分布を形成する他の構成例を示す図、
図１４はパターンサイズが３６０ｎｍであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのＯＰＥ特性を示す図、
図１５はパターンサイズが２００ｎｍであるパターンの疎密度及び照明σを変化させたときのＯＰＥ特性を示す図、
図１６は照明σを変化させたときの露光量分布の変化を示す図、
図１７は照明σを変化させたときの重合部における露光量を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2003065427.tif 000019
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月1日(2003.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域をそれぞれパターンを介してエネルギービームで照射する露光装置において、
前記エネルギービームの照射による前記周辺部における積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置と、
前記パターンの照明条件の変更に伴い生じる、前記周辺部の幅の変化を補正する補正装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分における透過エネルギー量を除々に減少させる減衰部を有する濃度フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記設定装置は、前記濃度フィルタの前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記濃度フィルタの位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記設定装置は、前記減衰部の幅が互いに異なる複数の濃度フィルタを含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記エネルギービームの進路上に配置する前記濃度フィルタを交換することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】
前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分で該エネルギービームの照射中に移動する遮光板を有するブラインド装置、及び前記ブラインド装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方向との少なくとも一方での位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記ブラインド装置の位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項６】
前記補正装置は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
（補正）前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項８】
感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれパターンを転写するために、前記周辺部での積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置を介して前記各領域をエネルギービームで照射する露光方法であって、
前記パターンの構成に応じて照明条件を変更する照明条件変更工程と、
前記照明条件に応じて前記周辺部の幅を補正する補正工程とを備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項９】
前記補正工程は、前記設定装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１０】
前記設定装置は、前記周辺部に対応する部分で前記エネルギービームのエネルギー量を徐々に減少させる濃度フィルタを含み、前記補正工程では前記濃度フィルタの位置を調整することを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】
（補正）前記設定装置は、前記エネルギービームの照射中に前記エネルギービームの照射領域を規定するブラインド装置を移動し、前記補正工程では、前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方向との少なくとも一方での前記ブラインド装置の位置を調整することを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１２】
前記補正工程は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整する特性調整工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１３】
前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するエネルギー量調整工程をさらに備えたことを特徴とする請求項８〜１２の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の露光方法を用いて物体上に回路パターンを形成する工程を含むデバイス製造方法。
【請求項１５】
（追加）エネルギービームをパターンに照射する照明系を有し、感応物体上の複数の領域をそれぞれ前記パターンを介して前記エネルギービームで露光する装置において、
前記エネルギービームの光路上に配置され、前記感応物体上で所定方向に関する前記エネルギービームの強度分布を実質的に台形状に設定する光学装置と、
前記照明系の瞳面上での前記エネルギービームの強度分布を変化させることで前記エネルギービームによる前記パターンの照明条件を変更する変更装置と、
前記照明条件の変更に起因して生じる、前期エネルギービームの強度分布で強度が徐々に減少する端部の幅の変化を補正する補正装置とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
（追加）前記補正装置は、前記端部の幅の変化を補正するために、前記照明条件の変更に応じて前記光学装置の位置を変化させ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】
（追加）前記補正装置は、前記端部の幅の変化を補正するために、前記光学装置と前記感応物体との間に配置される光学系の光学特性を調整することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の露光装置。
【請求項１８】
（追加）前記変更装置は、前記エネルギービームを発生するビーム源と前記照明系のオプティカル・インテグレータとの間に配置されるとともに、前記照明系内に交換して配置される複数の回析光学素子と、前記照明系の光軸に沿って可動な複数の光学素子とを含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の露光装置。
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月28日(2003.8.28)
【手続補正００１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域をそれぞれパターンを介してエネルギービームで照射する露光装置において、
前記エネルギービームの照射による前記周辺部における積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置と、
前記パターンの照明条件の変更に伴い生じる、前記周辺部の幅の変化を補正する補正装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分における透過エネルギー量を除々に減少させる減衰部を有する濃度フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記設定装置は、前記濃度フィルタの前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記濃度フィルタの位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】前記設定装置は、前記減衰部の幅が互いに異なる複数の濃度フィルタを含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記エネルギービームの進路上に配置する前記濃度フィルタを交換することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】前記設定装置は、前記エネルギービームの前記周辺部に対応する部分で該エネルギービームの照射中に移動する遮光板を有するブラインド装置、及び前記ブラインド装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方向との少なくとも一方での位置を調整する位置調整装置を含み、
前記補正装置は、前記照明条件の変更に応じて前記ブラインド装置の位置を変更することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項６】前記補正装置は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整することにより前記補正を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項７】前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項８】感応物体上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれパターンを転写するために、前記周辺部での積算エネルギー量が徐々に減少する分布となるように設定する設定装置を介して前記各領域をエネルギービームで照射する露光方法であって、
前記パターンの構成に応じて照明条件を変更する照明条件変更工程と、
前記照明条件に応じて前記周辺部の幅を補正する補正工程とを備えたことを特徴とする露光方法。
【請求項９】前記補正工程は、前記設定装置の前記エネルギービームの進路に沿う方向の位置を調整する位置調整工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１０】前記設定装置は、前記周辺部に対応する部分で前記エネルギービームのエネルギー量を徐々に減少させる濃度フィルタを含み、前記補正工程では前記濃度フィルタの位置を調整することを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１１】前記設定装置は、前記エネルギービームの照射中に前記エネルギービームの照射領域を規定するブラインド装置を移動し、前記補正工程では、前記エネルギービームの進路に沿う方向と前記進路と直交する方向との少なくとも一方での前記ブラインド装置の位置を調整することを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１２】前記補正工程は、前記設定装置から前記パターンに至る前記エネルギービームの進路上に配置された光学系の光学特性を調整する特性調整工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
【請求項１３】前記設定装置によって規定される前記エネルギービームの分布と前記パターンとの相対位置を変化させることにより、前記周辺部が重ね合わされる重合部における積算エネルギー量を調整するエネルギー量調整工程をさらに備えたことを特徴とする請求項８〜１２の何れか一項に記載の露光方法。
【請求項１４】請求項１３に記載の露光方法を用いて物体上に回路パターンを形成する工程を含むデバイス製造方法。
【請求項１５】エネルギービームをパターンに照射する照明系を有し、感応物体上の複数の領域をそれぞれ前記パターンを介して前記エネルギービームで露光する装置において、
前記エネルギービームの光路上に配置され、前記感応物体上で所定方向に関する前記エネルギービームの強度分布を実質的に台形状に設定する光学装置と、
前記照明系の瞳面上での前記エネルギービームの強度分布を変化させることで前記エネルギービームによる前記パターンの照明条件を変更する変更装置と、
前記照明条件の変更に起因して生じる、前期エネルギービームの強度分布で強度が徐々に減少する端部の幅の変化を補正する補正装置とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】前記補正装置は、前記端部の幅の変化を補正するために、前記照明条件の変更に応じて前記光学装置の位置を変化させ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】前記補正装置は、前記端部の幅の変化を補正するために、前記光学装置と前記感応物体との間に配置される光学系の光学特性を調整することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の露光装置。
【請求項１８】前記変更装置は、前記エネルギービームを発生するビーム源と前記照明系のオプティカル・インテグレータとの間に配置されるとともに、前記照明系内に交換して配置される複数の回析光学素子と、前記照明系の光軸に沿って可動な複数の光学素子とを含むことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の露光装置。
【請求項１９】前記光学装置は、前記照明系内で前記エネルギービームによる前記パターンの照明領域を規定するブラインド装置を含み、前記補正装置は、前記端部の幅の変化を補正するために、前記照明系の光軸と平行な方向に関する前記ブラインド装置の位置を変化させることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項２０】前記光学装置は、前記照明系内で前記パターンの配置面との間に光学系を挟んで配置され、前記補正装置は、前記端部の幅の変化を補正するために、前記照明系の光軸と平行な方向に関する前記光学装置の位置と前記光学系の光学特性との少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項２１】前記光学装置は、前記照明系内で前記パターンの配置面との共役面と異なる所定面に配置され、前記補正装置は、前記照明系の光軸と平行な方向に関する前記光学装置の位置を調整することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項２２】前記光学装置は、前記所定面上で前記エネルギービームを部分的に減衰させる減衰部を有する濃度フィルタを含むことを特徴とする請求項２１に記載の露光装置。
【請求項２３】前記感応物体上で複数の領域はそれぞれその周辺部が前記エネルギービームで多重露光されるとともに、前記端部の幅の補正に起因して生じる前記周辺部での積算エネルギー量の変化を調整する調整装置を更に備えることを特徴とする請求項１５、１６、１９〜２２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項２４】前記調整装置は、前記光学装置を介して前記パターンに照射される前記エネルギービームと前記パターンとの相対位置を変化させて前記積算エネルギー量を調整することを特徴とする請求項２３に記載の露光装置。露光装置。




【国際調査報告】
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