(57)【要約】【課題】所定の透過率分布を持つように製造された減光フィルタを用いて複数のパターンを一部が重なるように露光する場合に、露光量むらを低減する。【解決手段】露光光源１からの露光光ＩＬが、振動ミラー６を経てマイクロフライアイ・インテグレータ２Ａに入射し、これからの射出光がレチクルブラインド４、濃度フィルタ５５、及びコンデンサレンズ系８等を介してレチクルＲを照明し、レチクルＲのパターンが投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｇ上に投影される。必要に応じて振動ミラー６で露光光ＩＬを振動させる。【効果】マイクロフライアイ・インテグレータ２Ａの射出面の光源像が微細ピッチの格子状であるため、濃度フィルタ５５中のパターンによって一種のピンホールカメラの原理でその光源像が感光基板Ｇ上に転写される場合でも、その光源像による露光量むらは低減されている。【選択図】        図８
2004311897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームでマスクを照明する照明系を備え、基板上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれマスクのパターンを転写するために、前記周辺部で前記露光ビームの強度を変化させて前記各領域を露光する露光装置において、
前記照明系は、
前記露光ビームの複数の光源像を形成するマイクロフライアイ・インテグレータと、
前記マスク上の照明領域を規定する視野絞りと、
前記マイクロフライアイ・インテグレータの射出側に配置されて、前記複数の領域の前記周辺部での前記露光ビームの強度を少なくとも一方向に関して徐々に変化させるために、前記少なくとも一方向に対応して前記露光ビームに対する透過率が変化する透過率分布を持つ減衰部が一部に形成される減光フィルタとを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記照明系は、露光中に前記マイクロフライアイ・インテグレータに対する前記露光ビームの入射角を変化させるために、前記露光ビームを振動させる振動部材を更に有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
１回の露光中の前記振動部材による前記露光ビームの振動量は、前記マイクロフライアイ・インテグレータの射出面において、前記マイクロフライアイ・インテグレータによって形成される複数の光源像の明暗のピッチの１／２以上の振幅で前記複数の光源像が振動する程度であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項４】
露光ビームでマスクを照明する照明系を備え、基板上で周辺部が部分的に重なる複数の領域にそれぞれマスクのパターンを転写するために、前記周辺部で前記露光ビームの強度を変化させて前記各領域を露光する露光装置において、
前記照明系は、
前記露光ビームの複数の光源像を形成するオプティカル・インテグレータと、
前記マスク上の照明領域を規定する視野絞りと、
前記オプティカル・インテグレータの射出側に配置されて、前記複数の領域の前記周辺部での前記露光ビームの強度を少なくとも一方向に関して徐々に変化させるために、前記少なくとも一方向に対応して前記露光ビームに対する透過率が変化する透過率分布を持つ減衰部が一部に形成される減光フィルタと、
前記オプティカル・インテグレータに入射する前記露光ビームを拡散させる拡散部材とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
前記オプティカル・インテグレータは、複数のレンズエレメントを束ねて形成されるフライアイ・インテグレータであり、
前記拡散部材は、前記フライアイ・インテグレータを構成する各レンズエレメントに入射する前記露光ビームをそれぞれ拡散する程度の粗さを持つことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記照明系は、露光中に前記オプティカル・インテグレータに対する前記露光ビームの位置が変化するように前記露光ビームを振動させる振動部材を更に有することを特徴とする請求項４又は５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記オプティカル・インテグレータは、複数のレンズエレメントを束ねて形成されるフライアイ・インテグレータであり、
１回の露光中の前記振動部材による前記露光ビームの振動量は、前記フライアイ・インテグレータの入射面における前記露光ビームの変位の振幅が、前記各レンズエレメントの幅の１／２以上となる程度であることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載の露光装置を用いて、マスクのパターンを画面継ぎを行いながら基板上に露光する露光方法であって、
第１のマスクのパターンの継ぎ部を前記減光フィルタを介して前記基板上に露光する第１工程と、
第２のマスクのパターンの継ぎ部を前記減光フィルタを介して前記基板上の前記第１のマスクのパターンの前記継ぎ部の像の上に露光する第２工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項９】
リソグラフィ工程を含みマスク又はデバイスを製造するためのデバイス製造方法であって、
請求項１〜７の何れか一項に記載の露光装置によって複数のパターンを画面継ぎを行いながら露光する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のデバイス製造方法を用いて、複数のマスクパターンの画面継ぎによって形成されたマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で使用される露光技術に関し、更に詳しくは複数個のパターンを画面継ぎを行いながら転写（つなぎ露光）してより大きなパターンを露光する露光技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体集積回路は、一般にマスクとしての一枚のレチクルのパターンを基板としてのウエハ上の各ショット領域に転写する工程を繰り返すことによって製造されていた。これに対して最近、大型化した半導体デバイスの製造を行うために、転写すべき一つの回路パターンの原版パターンを複数枚のレチクルのパターンに分割し、この複数枚のレチクルのパターンをウエハ上の一つのショット領域に画面継ぎを行いながら転写する露光方法、即ちつなぎ露光する露光方法も用いられている。つなぎ露光は、「画角合成」とも呼ばれている。
【０００３】
また、従来の実際に露光工程で使用されるレチクル（ワーキングレチクル）は、一般にガラス基板上に金属膜を形成し、この上のレジスト層に電子線描画装置によってデバイスパターンを直接描画した後、現像及びエッチング等の処理を施すことによって製造されていた。しかしながら、デバイスの大型化に対応してレチクルを大型化した場合に、その１枚のレチクルの全パターンを電子線描画装置で描画するのは、長い描画時間を要するために製造コストが上昇する。そこで、特に大型のワーキングレチクルについては、電子線描画装置を用いて製造した複数枚のマスクーレチクルのパターンを、１枚のガラス基板上に画面継ぎを行いながら縮小して露光することによって製造する方法も用いられている。
【０００４】
このように複数枚のレチクルのパターンのつなぎ露光を行って、１つのデバイス又は１枚のレチクルを製造する場合には、隣接するパターンの継ぎ部（境界部）でのパターンの切断を防止する必要がある。そこで、ステッパー等の投影露光装置を用いてつなぎ露光を行う際には、隣接するパターンの像の所定幅の周辺部を外側に向かって次第に透過率が減少する減光フィルタを介して重ね合わせて露光する方法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開（ＷＯ）第００／０５９０１２号パンフレット（図４、図７）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く画面継ぎを行いながら露光を行う際には、従来より継ぎ部で減光フィルタを介して二重露光を行っていた。また、従来の減光フィルタの外側に向かって次第に透過率が減少する部分は、例えばガラス基板上に電子線描画装置を用いて多数の微細なドットパターンを局所的にはランダムで、かつ全体として所定の傾向で透過率が変化するような配置で描画することによって形成されていた。また、その減光フィルタは、例えばレチクルのパターン面との共役面に対して或る程度デフォーカスした面に配置されるため、個々のドットパターンの像がデバイス又はレチクル用の基板上にそのまま転写されることはない。
【０００７】
しかしながら、その減光フィルタの多数のドットパターン中には、光透過部中に形成された孤立パターンのようなパターン、又は光透過部中に形成されたラインパターンのようなパターンが存在することがある。この場合に照明系中にフライアイ・インテグレータが配置されていると、その孤立パターン又はラインパターンのようなパターンが一種のピンホールカメラの開口の作用をして、ウエハ（又はガラス基板）上にそのフライアイ・インテグレータの射出面のデフォーカスした像である２次元又は１次元の格子状パターンの像が転写される恐れがあった。このような減光フィルタを用いて画面継ぎを行うと、隣接するパターンの継ぎ部付近において露光量むらが生じて、最終的に形成される回路パターンの線幅のばらつきが大きくなる恐れがあり、ひいてはデバイス又はマスクの歩留まり低下を招く恐れもある。
【０００８】
本発明は斯かる点に鑑み、例えば複数のパターンを画面継ぎを行いながら露光する場合のように、所定の透過率分布を持つ減光フィルタを用いて複数のパターンを一部が重なるように露光する場合、露光対象の基板上での露光量むらを低減できる露光技術を提供することを目的とする。
更に本発明は、そのような露光技術を用いて複数のパターンを一部が重なるように露光することによって、大型のデバイス又はマスクを高精度に製造できる製造技術を提供することをも目的とする。
【０００９】
更に本発明は、そのような露光技術を用いて製造できる大型のマスクを提供することをも目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の露光装置は、露光ビームでマスクを照明する照明系（１０）を備え、基板（Ｇ）上で周辺部（３０ＡＢ）が部分的に重なる複数の領域（３０Ａ，３０Ｂ）にそれぞれマスクのパターンを転写するために、その周辺部でその露光ビームの強度を変化させてその各領域を露光する露光装置において、その照明系は、その露光ビームの複数の光源像を形成するマイクロフライアイ・インテグレータ（２Ａ）と、そのマスク上の照明領域を規定する視野絞り（４）と、そのマイクロフライアイ・インテグレータの射出側に配置されて、その複数の領域のその周辺部でのその露光ビームの強度を少なくとも一方向に関して徐々に変化させるために、その少なくとも一方向に対応してその露光ビームに対する透過率が変化する透過率分布を持つ減衰部（５５ａ〜５５ｄ）が一部に形成される減光フィルタ（５５）とを備えるものである。
【００１１】
斯かる本発明によれば、マイクロフライアイ・インテグレータは通常のフライアイ・インテグレータに比べて各レンズエレメントの形状が例えば１／１００程度に小さいため、仮にその減光フィルタの減衰部のパターンによってピンホールカメラと同様の作用によって、そのマイクロフライアイ・インテグレータの射出面の像がその基板上の複数の領域の周辺部（継ぎ部）の近くに形成されても、その射出面の像はピッチの小さい格子状である。従って、その周辺部での露光量むらは小さくなる。
【００１２】
この場合、その照明系は、露光中にそのマイクロフライアイ・インテグレータに対するその露光ビームの入射角を変化させるために、その露光ビームを振動させる振動部材（６）を更に有することが望ましい。
その振動部材によって、露光中にそのマイクロ・フライアイ・インテグレータの射出面の多数の光源像の位置が変位するため、平均化効果によって露光量むらは更に低減される。
【００１３】
また、１回の露光中のその振動部材によるその露光ビームの振動量は、そのマイクロフライアイ・インテグレータの射出面において、そのマイクロフライアイ・インテグレータによって形成される複数の光源像の明暗のピッチの１／２以上の振幅でその複数の光源像が振動する程度であることが望ましい。これによって、露光量むらが殆どなくなる。
【００１４】
次に、本発明による第２の露光装置は、露光ビームでマスクを照明する照明系を備え、基板（Ｇ）上で周辺部（３０ＡＢ）が部分的に重なる複数の領域（３０Ａ，３０Ｂ）にそれぞれマスクのパターンを転写するために、その周辺部でその露光ビームの強度を変化させてその各領域を露光する露光装置において、その照明系は、その露光ビームの複数の光源像を形成するオプティカル・インテグレータ（２Ｂ）と、そのマスク上の照明領域を規定する視野絞り（４）と、そのオプティカル・インテグレータの射出側に配置されて、その複数の領域のその周辺部でのその露光ビームの強度を少なくとも一方向に関して徐々に変化させるために、その少なくとも一方向に対応してその露光ビームに対する透過率が変化する透過率分布を持つ減衰部（５５ａ〜５５ｄ）が一部に形成される減光フィルタ（５５）と、そのオプティカル・インテグレータに入射するその露光ビームを拡散させる拡散部材（６４）とを有するものである。
【００１５】
斯かる本発明によれば、拡散部材によって露光ビームが拡散されるため、そのオプティカル・インテグレータによって形成される複数の光源像の明部が大きくなる。従って、仮にその減光フィルタの減衰部のパターンによってピンホールカメラと同様の作用によって、そのフライアイ・インテグレータの射出面の像がその基板上の複数の領域の周辺部（継ぎ部）の近くに形成されても、その射出面の像は全体としてほぼ均一な明るさとなるため、その周辺部での露光量むらは小さくなる。
【００１６】
この場合、そのオプティカル・インテグレータが、複数のレンズエレメントを束ねて形成されるフライアイ・インテグレータであるとき、その拡散部材は、そのフライアイ・インテグレータを構成する各レンズエレメントに入射するその露光ビームをそれぞれ拡散する程度の粗さを持つことが望ましい。これによって、各レンズエレメント毎に形成される光源像の明部が大きくなるため、露光量むらが大きく低減される。
【００１７】
また、その照明系は、露光中にそのオプティカル・インテグレータに対するその露光ビームの位置が変化するようにその露光ビームを振動させる振動部材（６）を更に有することが望ましい。その露光ビームが振動することで、露光中にそのフライアイ・インテグレータによって形成される複数の光源像が変位するため、平均化効果によって露光量むらは更に低減される。
【００１８】
この場合、そのオプティカル・インテグレータは、複数のレンズエレメントを束ねて形成されるフライアイ・インテグレータであり、１回の露光中のその振動部材によるその露光ビームの振動量は、そのフライアイ・インテグレータの入射面におけるその露光ビームの変位の振幅が、その各レンズエレメントの幅の１／２以上となる程度であることが望ましい。これによって、露光量むらが殆どなくなる。
【００１９】
また、本発明による露光方法は、本発明の何れかの露光装置を用いて、マスクのパターンを画面継ぎを行いながら基板（Ｇ；Ｗ）上に露光する露光方法であって、第１のマスク（ＲＡ）のパターンの継ぎ部をその減光フィルタを介してその基板上に露光する第１工程と、第２のマスク（ＲＢ）のパターンの継ぎ部をその減光フィルタを介してその基板上のその第１のマスクのパターンのその継ぎ部の像の上に露光する第２工程とを有するものである。
【００２０】
この露光方法によれば、複数のパターンの画面継ぎによって大きいパターンを露光することができると共に、露光量むらが低減されてる。
また、本発明のデバイス製造方法は、リソグラフィ工程を含みマスク又はデバイスを製造するためのデバイス製造方法であって、本発明の何れかの露光方法又は露光装置によって複数のパターン（ＲＡ〜ＲＤ）を画面継ぎを行いながら露光する工程を含むものである。この際に複数のマスクパターンをつなぎ露光することによって、その基板上に直接電子線描画装置等を用いてマスクパターンを描画する方式に比べて、高精度かつ高スループットにマスク又はデバイスを量産できる。
【００２１】
また、本発明のマスクは、本発明のデバイス製造方法を用いて製造されたものである。本発明の適用によって、大型マスクを高精度に製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図８を参照して説明する。本例は、投影露光装置を用いて複数のマスクパターンの像を画面継ぎを行いながら１つの基板上に転写する場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光光源１としてはＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）、Ｆ２  レーザ光源（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ２  レーザ（波長１４６ｎｍ）、Ａｒ２  レーザ光源（波長１２６ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、半導体レーザの高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用することができる。
【００２３】
露光時に露光光源１からパルス発光された露光ビームとしての露光光（露光用の照明光）ＩＬは、シリンドリカルレンズを含むビーム整形光学系ＢＥ１を通過して断面形状がほぼ正方形に整形された後、ミラーＭ１及びＭ２で反射されて、ビームエキスパンダＢＥ２によって断面形状が所定の大きさまで拡大される。ビームエクスパンダＢＥ２から射出されたほぼ平行な露光光ＩＬは、ミラーＭ３で反射された後、振動部材としての振動ミラー６によって光路が折り曲げられて、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としてのマイクロフライアイ・インテグレータ２Ａに入射して、照度分布が均一化される。
【００２４】
振動ミラー６には、回転軸６ａの周りにこの振動ミラー６を所定の角度範囲で振動させる駆動モータ６１が設けられており、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２４が駆動モータ６１の動作を制御する。なお、更に回転軸６ａに直交する回転軸６ｂの周りに振動ミラー６を振動させる機構を設け、振動ミラー６を直交する２軸の周りに振動できるようにしてもよい。また、マイクロフライアイ・インテグレータ２Ａは、断面形状が幅数１０μｍ程度の角型又は直径が数１０μｍ程度の円形の多数の微小レンズを束ねたものである。
【００２５】
また、マイクロフライアイ・インテグレータ２Ａの射出面（照明光学系の瞳面）には、露光光ＩＬの開口数、ひいてはコヒーレンスファクタ（σ値）を設定すると共に、露光光の光量分布を円形、輪帯状、複数の偏心した領域などに設定して照明条件を決定するための照明系開口絞り（σ絞り）７が配置されている。照明系開口絞り７を通過した露光光ＩＬは、リレーレンズ３を経て可変視野絞りとしてのレチクルブラインド４に入射する。レチクルブラインド４は、一例として図２に示すように、２枚の移動自在のＬ字型の遮光板４１，４２の４箇所のエッジ４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂで囲まれる可変開口（斜線を施した領域）Ｓによって、転写対象のレチクルＲ上の照明領域（露光画角）を決定する。遮光板４１，４２は、不図示の駆動機構によってそれぞれ照明光学系の光軸に垂直な平面内の直交するＸ方向、Ｙ方向に駆動される。図１の主制御系２４が、その駆動機構を介してレチクルブラインド４の開口の位置及び大きさを制御する。
【００２６】
図１において、レチクルブラインド４を通過した露光光ＩＬは、濃度フィルタ５５を通過して、後述のように画面継ぎを行いながら露光する（つなぎ露光する）際に適した強度分布（照度分布）を与えられる。即ち、減光フィルタとしての濃度フィルタ５５は、つなぎ露光する際の継ぎ部の積算露光量を他の部分の積算露光量と同一にするための透過率分布を有している（詳細後述）。濃度フィルタ５５を通過した露光光は、リレーレンズ８Ａ、光路折り曲げ用のミラーＭ４及びコンデンサレンズ８Ｂを経て、転写用の原版パターンの形成されたマスクとしてのレチクルＲのパターン面（下面）を照明する。リレーレンズ８Ａ及びコンデンサレンズ８Ｂに関してレチクルＲのパターン面（レチクル面）に共役な面を面Ｐ１（図８参照）とすると、レチクルブラインド４は面Ｐ１又は面Ｐ１に近接した面上に配置されており、濃度フィルタ５５のフィルタ形成面は面Ｐ１からΔＦだけ僅かにレチクルＲ側（露光光源１側でもよい）にデフォーカスした位置に設定されている。濃度フィルタ５５の作用によって、露光光ＩＬはレチクルＲのパターン領域の周辺部で外側に向けて次第に小さくなる強度分布（照度分布）を有する。
【００２７】
露光光源１、ビーム整形光学系ＢＥ１、ビームエクスパンダＢＥ２、ミラーＭ１〜Ｍ３、マイクロフライアイ・インテグレータ２Ａ、照明系開口絞り７、リレーレンズ３、レチクルブラインド４、濃度フィルタ５５、リレーレンズ８Ａ、ミラーＭ４、及びコンデンサレンズ８Ｂを含んで照明光学系１０が構成されている。露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは１／４，１／５等）で感光基板Ｇ上の一つのショット領域に投影される。基板としての感光基板Ｇは、ワーキングレチクル用の四角形のガラス基板にクロム等の金属膜を被着した後、フォトレジストを塗布したものである。更に、感光基板Ｇの周辺部には複数のアライメントマーク（不図示）が形成されている。なお、露光対象の基板としては、例えば半導体（シリコン等）又はＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）等の直径が２００〜３００ｍｍ程度の円板状の基板であるウエハＷも使用することができる。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、感光基板Ｇ上のＺ軸に垂直な平面内で互いに直交する方向にＸ軸及びＹ軸を取って説明する。なお、図２のＸ方向、Ｙ方向は、それぞれ図１のＸ方向、Ｙ方向に対応する方向である。
【００２８】
図１において、濃度フィルタ５５は、可動テーブル５３及び可動テーブル５２を介して不図示のベース上で、駆動モータ５２ｘ，５２ｙ等によって照明光学系１０の光軸に垂直な平面内でＸ方向、Ｙ方向に対応する方向に移動可能で、且つその光軸の周りに回転可能に支持されている。可動テーブル５２，５３には濃度フィルタ５５の位置及び回転角を検出するセンサが組み込まれており、そのセンサの検出結果が駆動系２９に供給されている。そして、主制御系２４が駆動系２９を介して可動テーブル５２，５３を駆動することによって、濃度フィルタ５５の位置及び回転角を制御できるように構成されている。可動テーブル５２，５３等から濃度フィルタ５５の位置決め装置５が構成されている。通常は、濃度フィルタ５５の回転角はレチクルブラインド４によって規定される四角形の照明領域（図２の可変開口Ｓの投影像）に合わせて固定されており、画面継ぎの位置に応じて濃度フィルタ５５のレチクルブラインド４に対する相対位置が制御される。また、本例では、濃度フィルタ５５は、照明光学系１０の光軸に垂直に配置されているが、例えば国際公開（ＷＯ）第００／０５９０１２号パンフレットに開示されているように、濃度フィルタ５５の照明光学系１０の光軸に垂直な面に対する傾斜角、及びその光軸に沿った位置を制御するための機構を設けてもよい。
【００２９】
また、レチクルＲはレチクルステージ２１上に保持され、レチクルステージ２１はレチクルベース２２上をＸ方向、Ｙ方向、回転方向に微動して、レチクルＲの位置決めを行う。レチクルステージ２１の位置（回転量を含む）は、この上に設けられた移動鏡２０Ｘｍ，２０Ｙｍ及び外部に配置されたレーザ干渉計２０Ｘ，２０Ｙによって計測され、この計測値及び主制御系２４からの制御情報に基づいて、レチクルステージ駆動系２３はレチクルステージ２１の位置を制御する。レチクルＲの周辺部の上方には、レチクルＲ上のアライメントマークとレチクルアライメント用の基準マークとを検出するためのレチクルアライメント顕微鏡（不図示）が配置されており、この検出結果に基づいて主制御系２４はレチクルＲのアライメントを行う。
【００３０】
また、レチクルステージ２１の近傍には、不図示であるがレチクルステージ２１上のレチクルを交換するレチクルローダ、及び画面継ぎに使用される複数のレチクルが収納されたレチクルライブラリが設置されている。これによって、レチクルステージ２１上のレチクルＲは別のレチクルと高速に交換される。
一方、感光基板Ｇ（又はウエハＷ）は、不図示のウエハホルダを介してウエハステージ２５上に保持され、ウエハステージ２５はウエハベース２６上でＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する。ウエハステージ２５のＸＹ平面内での位置（回転量を含む）はレーザ干渉計２７Ｘ，２７Ｙによって計測され、この計測値及び主制御系２４からの制御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系２８はウエハステージ２５の動作を制御する。更に、ウエハステージ２５は、オートフォーカス方式で感光基板Ｇの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む。ウエハステージ２５上の感光基板Ｇの近傍には、ピンホールを通過した光を集光して光電変換する照度センサ６３が固定され、マーク検出系としても機能する照度センサ６３の検出信号が主制御系２４に供給されている。照度センサ６３の検出信号より、濃度フィルタ５５を通過した露光光ＩＬのウエハステージ２５上での強度分布を計測することができる。
【００３１】
更に、ウエハステージ２５上の感光基板Ｇの近傍には、例えばレチクルアライメント用の２つの２次元の基準マークと、ウエハアライメント用の１つの２次元の基準マークとが形成された基準マーク部材（不図示）が設置されている。また、ウエハステージ２５の上方には、ウエハアライメント用の基準マーク及び感光基板Ｇ上のアライメントマークの位置を検出するためのアライメントセンサ（不図示）が配置されており、この検出結果に基づいて主制御系２４は、感光基板Ｇのアライメントを行う。
【００３２】
さて、本例の投影露光装置では、感光基板Ｇ上の各ショット領域への露光に際して、複数のレチクルのパターンの縮小像を画面継ぎを行いながら露光（つなぎ露光）する。この際に、隣接する２つのパターンの縮小像の境界部では所定幅の継ぎ部（つなぎ部）を重ね合わせて露光すると共に、４個のパターンの縮小像が隣接する領域では、その４個の縮小像のそれぞれの隅の継ぎ部としての角部を重ね合わせて露光する。これによって、最終的にその継ぎ部に形成される回路パターンの切断を防止している。
【００３３】
ところが、単に複数の縮小像を重ね合わせて露光すると、積算露光量が他の部分よりも増加してしまうため、本例では濃度フィルタ５５を用いて各レチクルのパターンの縮小像を露光する際に、その周辺部の照度（ひいては露光量）を外側に向かって次第に減少するように設定している。なお、そのようにつなぎ露光する際に、レチクルパターンによってはその継ぎ部（例えば、第１パターンの転写時に露光光ＩＬで露光される１つのショット領域内の第１部分と、第２パターンの転写時に露光光ＩＬで露光されるその１つのショット領域内の第２部分との重畳部）に必ずしもデバイス用の回路パターンが存在しない、或いは回路パターンが存在してもその接続部が存在しないこともあり得る。この場合でも積算露光量をその他の領域に合わせるために、濃度フィルタ５５が有効である。以下、濃度フィルタ５５の構成及び使用方法につき説明する。
【００３４】
先ず、図１において、本例では濃度フィルタ５５のフィルタ面の透過率分布によってレチクル面での照度分布を設定するため、理論的にはそのフィルタ面はレチクル面と共役な面上にあるのが望ましい。しかしながら、その配置でそのフィルタ面に欠陥部や塵等の異物が存在すると、その欠陥部や異物もレチクルＲのパターンと共に感光基板Ｇ上に転写される恐れがある。そこで、濃度フィルタ５５のフィルタ面は、その共役な面から僅かにレチクル側（又は露光光源側でもよい）にデフォーカスした位置に配置されている。
【００３５】
図８は、図１の投影露光装置の光学系を簡略化して示し、この図８において、図１のビーム整形光学系ＢＥ１からミラーＭ３までの光学系が一つのビーム整形光学系ＢＥで表され、図１のリレーレンズ８Ａからコンデンサレンズ８Ｂまでの光学系が一つのコンデンサレンズ系８で表されている。この図８において、レチクルブラインド４は、レチクル面Ｐ２と共役な面Ｐ１又はこれに近接した面上に配置され、濃度フィルタ５５のフィルタ面Ｐ５は、面Ｐ１からΔＦだけレチクルＲ側にデフォーカスして配置されている。また、レチクル面Ｐ２に対して感光基板Ｇの露光面Ｐ３は共役であり、フィルタ面Ｐ５に対してコンデンサレンズ系８に関して共役な面Ｐ６、及びコンデンサレンズ系８及び投影光学系ＰＬに関して共役な面Ｐ７はそれぞれレチクル面Ｐ２及び露光面Ｐ３からデフォーカスしている。
【００３６】
但し、濃度フィルタ５５のフィルタ面Ｐ５の異物を少なくできる環境下では、そのフィルタ面Ｐ５をほぼ面Ｐ１上に設置してもよい。なお、本例のように濃度フィルタ５５に多数の微細パターンを局所的にランダムに、且つ全体として所定の分布となるように描画する場合にも、各微細パターンの像が感光基板Ｇ上に転写されないように、フィルタ面Ｐ５は面Ｐ１から僅かにデフォーカスしておくことが望ましい。
【００３７】
また、つなぎ露光後のデバイスの線幅精度等を向上させようとすると、継ぎ部での露光光ＩＬの照度分布（強度分布）を高精度に制御する必要があると共に、レチクルＲと濃度フィルタ５５との相対的な位置決め精度を高める必要がある。例えば、図５において、感光基板Ｇ上にＸ方向に隣接するショット領域３０Ａとショット領域３０Ｂとを継ぎ部３０ＡＢで重ね合わせて露光する場合、継ぎ部３０ＡＢのＸ方向の幅は一定値に維持する必要がある。そこで、レチクルＲと濃度フィルタ５５との相対的な位置関係を所定の状態に設定するために、図１の可動テーブル５２，５３を含む位置決め装置５が使用される。更に、照明領域の周辺部の少なくとも一部で強度が徐々に変化する照度分布を正確に形成するために、図１の面Ｐ１に対する濃度フィルタ５５のフィルタ面のデフォーカス量は、周辺の複数点でほぼ等しくなるように設定されている。更に、濃度フィルタ５５のデフォーカス量が大きくなり過ぎると、照明光学系１０の収差によってレチクル面上での強度分布が濃度フィルタ５５の透過率分布から許容範囲を超えてずれる恐れがある。そこで、濃度フィルタ５５のデフォーカス量は、所定の許容範囲内に収まるように設定されている。
【００３８】
また、濃度フィルタ５５のレチクルＲに対する位置関係を検出する際に、照度センサ６３を使用することができる。そのためには、一例として図１において主制御系２４が、ウエハステージ２５を駆動して投影光学系ＰＬの露光領域（投影光学系ＰＬに関して前述の照明領域と共役な照明光ＩＬの照射領域）に照度センサ６３を移動させて、露光光ＩＬの照射を開始させる。その後、主制御系２４が、ウエハステージ２５を駆動して照度センサ６３でその露光領域を横切らせて、ウエハステージ２５の座標に対応させて照度センサ６３の検出信号を取り込むことによって、濃度フィルタ５５の位置及び回転角をモニタする。この際に、例えば濃度フィルタ５５及びレチクルＲの双方に対応するようにアライメントマークを設けておき、これらのアライメントマークの像の位置も検出することによって、濃度フィルタ５５のレチクルＲ上での投影像と、レチクルＲとの位置関係（Ｘ方向の位置関係、Ｙ方向の位置関係、及びＺ軸回りの相対回転の少なくとも１つ）を高精度に検出することができる。主制御系２４は、このように検出される位置関係が所定の関係になるように、駆動系２９を介して位置決め装置５の動作を制御する。これによって、濃度フィルタ５５の位置決めが行われる。
【００３９】
また、そのレチクルＲとして、レチクルステージ２１上にアライメントマークのみが形成されたガラス基板を設置して、ウエハステージ２５のＸ方向、Ｙ方向の座標に対応させて照度センサ６３の検出信号を検出することによって、濃度フィルタ５５の照明光学系１０及び投影光学系ＰＬを介した投影像の照度分布（強度分布）、ひいては濃度フィルタ５５の透過率分布を計測することもできる。また、濃度フィルタ５５中の所定のパターンによって一種のピンホールカメラの原理によってオプティカル・インテグレータの射出面の像がウエハステージ２５上に投影される場合にも、その射出面の２次元又は１次元の像は照度センサ６３の検出信号によってモニタすることができる。
【００４０】
なお、濃度フィルタ５５を他の透過率分布を有する濃度フィルタと交換できるようにしてもよい。このように濃度フィルタを交換する際には、可動テーブル５３を複数の濃度フィルタを保持できるような大きさに形成しておくか、又は濃度フィルタを保持するホルダ（不図示）を可動テーブル５３に対して着脱できるようにしておけばよい。また、濃度フィルタが保管される収納部と可動テーブル５３との間で濃度フィルタを移送する交換機構を設けてもよい。
【００４１】
次に、濃度フィルタ５５のフィルタの透過率分布につき説明する。
図３（Ａ）は、濃度フィルタ５５のフィルタ部の透過率分布を示す図であり、図３（Ａ）において、図１のＸ方向、Ｙ方向に対応する方向をそれぞれｘ方向、ｙ方向としてある。また、濃度フィルタ５５のフィルタ部に形成されている格子パターンは、座標を示すために仮想的に描いたパターンであり、実際にはそのフィルタ部内の透過率は１（１００％）と０（０％）との間で実質的に連続的に変化している。即ち、そのフィルタ部内には、その一部の拡大図である図４に示すように、極めて微細な多数の角形（円形でもよい）のドットパターン５６が、局所的にはランダムに、且つ平均的には位置に応じて所望の透過率分布が得られるような密度で形成されている。なお、位置に応じて各ドットパターン５６の密度の他にその大きさを変えることも可能である。また、透過率が１であるとは、濃度フィルタ５５用の透過性の基板自体の透過率をいう。また、ドットパターンから発生する回折光及び照明光学系の光学特性（ディストーションなど）をも考慮して、レチクル又は感光基板（ウエハ）上で所望の照明光量分布が得られるようにドットパターンの密度（又は更にその大きさ）を調整してその透過率分布を設定することが望ましい。
【００４２】
そのような濃度フィルタ５５は、透過性の基板上にクロム等の遮光膜を形成し、その上に電子線レジストを塗布し、その上に電子線描画装置によって対応するパターンを描画した後、現像、エッチング及びレジスト剥離等の工程を経ることによって製造することができる。この製造工程で一部の領域に欠陥又は連続するエッジ等が形成された場合でも、そのフィルタ面はレチクルＲとの共役面からデフォーカスしているため、その欠陥等がウエハ上に転写されることはない。そこで、その濃度フィルタ５５のデフォーカス量は、濃度フィルタ５５の製造時の電子線描画装置の描画精度、各ドットパターンの大きさ、及びウエハ上での露光量（ドーズ）の誤差に対する許容度等をも考慮して設定される。
【００４３】
図３（Ａ）の濃度フィルタ５５の矩形のフィルタ部において、つなぎ露光する際に重ね合わせて露光するｘ方向の両端の継ぎ部（重ね合わせ部）５５ａ，５５ｂの幅をａ、ｙ方向の両端の継ぎ部（重ね合わせ部）５５ｃ，５５ｄの幅をｂとして、継ぎ部５５ａ〜５５ｄで囲まれた内部の領域のｘ方向の幅をａ０  、ｙ方向の幅をｂ０  とする。また、その矩形のフィルタ部の左下の頂点を位置ｘ及び位置ｙの原点とすると、そのフィルタ部のｘ方向及びｙ方向の範囲は次のようになる。
【００４４】
０≦ｘ≦２ａ＋ａ０  ，０≦ｙ≦２ｂ＋ｂ０
通常は、幅ａと幅ｂとは等しく設定される。そして、フィルタ部内の座標（ｘ，ｙ）の点Ｐでの透過率をＴ（ｘ，ｙ）  とすると、透過率Ｔ（ｘ，ｙ）  は次のように領域（Ａｉ）（ｉ＝１〜９）別にＴＡｉ  に設定されている。なお、透過率ＴＡｉ  に比例してウエハ上での露光量Ｑｉ  が決定されるため、透過率ＴＡｉ  を露光量Ｑｉ  （又は透過する露光光ＩＬの強度）で置き換えることも可能である。この場合には、１００％とは最大露光量（又は最大強度）を意味することになる。
【００４５】
領域（Ａ１）：０≦ｘ＜ａ，０≦ｙ＜ｂ
ＴＡ１  ＝１００（ｘ／ａ）・（ｙ／ｂ）［％］    （１）
領域（Ａ２）：ａ≦ｘ≦ａ＋ａ０  ，０≦ｙ＜ｂ
ＴＡ２  ＝１００（ｙ／ｂ）［％］    （２）
領域（Ａ３）：ａ＋ａ０  ＜ｘ≦２ａ＋ａ０  ，０≦ｙ＜ｂ
ＴＡ３  ＝１００［１−｛ｘ−（ａ＋ａ０  ）｝／ａ］・（ｙ／ｂ）［％］（３）
領域（Ａ４）：０≦ｘ＜ａ，ｂ≦ｙ≦ｂ＋ｂ０
ＴＡ４  ＝１００（ｘ／ａ）［％］    （４）
領域（Ａ５）：ａ≦ｘ≦ａ＋ａ０  ，ｂ≦ｙ≦ｂ＋ｂ０
ＴＡ５  ＝１００［％］              （５）
領域（Ａ６）：ａ＋ａ０  ＜ｘ≦２ａ＋ａ０  ，ｂ≦ｙ≦ｂ＋ｂ０
ＴＡ６  ＝１００［１−｛ｘ−（ａ＋ａ０  ）｝／ａ］［％］    （６）
領域（Ａ７）：０≦ｘ＜ａ，ｂ＋ｂ０  ＜ｙ≦２ｂ＋ｂ０
ＴＡ７  ＝１００（ｘ／ａ）・［１−｛ｙ−（ｂ＋ｂ０  ）｝／ｂ］［％］（７）
領域（Ａ８）：ａ≦ｘ≦ａ＋ａ０  ，ｂ＋ｂ０  ＜ｙ≦２ｂ＋ｂ０
ＴＡ８  ＝１００［１−｛ｙ−（ｂ＋ｂ０  ）｝／ｂ］［％］    （８）
領域（Ａ９）：ａ＋ａ０＜ｘ≦２ａ＋ａ０，ｂ＋ｂ０＜ｙ≦２ｂ＋ｂ０
ＴＡ９  ＝１００［１−｛ｘ−（ａ＋ａ０  ）｝／ａ］・［１−｛ｙ−（ｂ＋ｂ０  ）｝／ｂ］［％］    （９）
そのフィルタ部の外部の領域では、以下のように透過率は０である。
【００４６】
Ｔ（ｘ，ｙ）  ＝０［％］    （１０）
この場合、領域（Ａ１）〜（Ａ４）及び領域（Ａ６）〜（Ａ９）が減光フィルタの減衰部に対応している。そして、フィルタ領域の左下の矩形の角部である領域（Ａ１）の透過率ＴＡ１  は、ｘ方向に外側に一次元的に低下する分布（ｘ／ａ）と、ｙ方向に外側に一次元的に低下する分布（ｙ／ａ）とを掛け合わせた分布である。また、フィルタ領域の右下、左上、及び右上の矩形の角部の領域の透過率ＴＡ３  ，ＴＡ７  及びＴＡ９  も、それぞれｘ方向に外側に一次元的に低下する分布と、ｙ方向に外側に一次元的に低下する分布とを掛け合わせた分布である。また、図３（Ａ）のＢＢ線に沿う領域での透過率Ｔは、図３（Ｂ）に示すように位置ｘが０からａに変化するのに応じて、位置ｘに関して線形に０から１（１００％）まで変化しており、同様に図３（Ａ）のＣＣ線に沿う領域での透過率Ｔは、図３（Ｃ）に示すように位置ｙが０からｂに変化するのに応じて、位置ｙに関して線形に０から１（１００％）まで変化している。
【００４７】
このような濃度フィルタ５５では、その中に孤立的な点状パターン、又は孤立的なラインパターンが存在する場合がある。
即ち、図４は、濃度フィルタ５５中の継ぎ部５５ｂの多数のドットパターンの分布の一例を示し、この図４において、例えばドットパターン６２は、光透過部中の点状パターンとみなし得る。また、例えば所定個数以上のドットパターンがＸ方向又はＹ方向に連なったパターンなどは、光透過部中のラインパターンとみなし得る。このように孤立的な点状パターン又はラインパターンが存在すると、オプティカル・インテグレータの射出面の像が僅かに感光基板Ｇ上に転写される恐れがある。
【００４８】
即ち、図８において、フィルタ面Ｐ５上に点状パターン又はラインパターンが存在すると、上記のように一種のピンホールカメラの原理によって、オプティカル・インテグレータの射出面の像がフィルタ面Ｐ５と共役な面Ｐ６及びＰ７上に形成される。この場合、面Ｐ７は露光面Ｐ３からデフォーカスしているため、露光面Ｐ３には、その射出面のデフォーカスした淡い像が投影されることになる。但し、本例ではオプティカル・インテグレータとして、多数の微細なレンズエレメントがほぼ密着して配置されたマイクロフライアイ・インテグレータ２Ａが使用されているため、その射出面の露光面Ｐ３に投影される像は、ピッチの極めて小さいデフォーカスした２次元の格子状パターンとなっており、ほぼ露光量むらは発生しない。
【００４９】
なお、より露光量むらを小さくするため、本例ではレチクルＲのパターンを感光基板Ｇ（又はウエハＷ）上に露光しているときに、振動ミラー６を回転軸６ａの周りに所定の角度範囲で往復回転（振動）させている。マイクロフライアイ・インテグレータ２Ａの射出面における光源像の所定方向（例えばＸ方向に対応する方向）のピッチをＰＭとすると、その振動ミラー６の振動の角度範囲は、その光源像がそのピッチＰＭの１／２倍以上変位する程度で、望ましくは１／２倍から数倍変位する程度でよい。これによって、感光基板Ｇ上での露光量むらは更に低減される。また、マイクロフライアイ・インテグレータ２Ａの使用によって露光量むらが十分に小さくなっている場合には、振動ミラー６による露光光ＩＬの振動は必ずしも行う必要はない。
【００５０】
なお、本例の露光光ＩＬはレーザ光であるため、その露光光ＩＬによって発生する干渉パターン（スペックルパターン）を低減するために、振動ミラー６によって露光光ＩＬを振る場合がある。この場合には、その干渉パターン低減用の振動ミラー６によって、オプティカル・インテグレータの射出面の像の転写を防止するための振動ミラーを兼用することもできる。
【００５１】
次に、本例の濃度フィルタ５５を用いてつなぎ露光を行う場合の露光シーケンスの一例につき、図５及び図７を参照して説明する。
図５は、本例の画面継ぎを行う露光によって図１の感光基板Ｇ上に露光される大きい投影像を示し、この図５において、互いに異なるマスターレチクル（ＲＡ，ＲＢ，ＲＣ，ＲＤとする）のパターンの縮小像がそれぞれ隣接する矩形のショット領域３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄに露光される。この際に、ショット領域３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０ＤのＸ方向の境界部の継ぎ部３０ＡＢ，３０ＣＤ、及びＹ方向の境界部の継ぎ部３０ＡＣ，３０ＢＤが二重に重ね合わせて露光される。更に、４個のショット領域３０Ａ〜３０Ｄが隣接する矩形の継ぎ部３１では、それら４個のショット領域３０Ａ〜３０Ｄの矩形の角部が４重に重ね合わせて露光される。この際に、仮に図３（Ａ）の濃度フィルタ５５と図１のレチクルステージ２１上のレチクルとの回転誤差が位置決め装置５によっては取りきれないときには、その回転誤差を相殺するようにレチクルステージ２１を回転し、かつウエハステージ２５の座標系をその回転誤差分だけ補正し、補正後の座標系に基づいて感光基板Ｇを斜めにステップ移動させるようにすればよい。これによって、継ぎ部の露光量の誤差（ドーズ誤差）を低減できる。
【００５２】
また、本例ではマスターレチクルのパターンを２行×２列で感光基板Ｇ上に露光するため、図５の枠状の周辺部１１は、パターンのない領域、即ち露光されない領域であるとする。また、例えばマスターレチクルのパターンを３行×３列以上で露光する場合には、最外周の枠状の周辺部が露光されない領域となる。
先ず、図１の主制御系２４の制御のもとで、ウエハステージ２５上にワーキングレチクル用の感光基板Ｇをロードし、レチクルステージ２１上に第１のマスターレチクルＲＡ（図７（Ａ）参照）をロードして、投影光学系ＰＬの露光領域内にウエハステージ２５上の基準マーク部材（不図示）を移動する。そして、不図示のレチクルアライメント顕微鏡を用いてそのマスターレチクルＲＡ上の所定のアライメントマークと、対応する基準マークとの位置ずれ量を検出することによって、マスターレチクルＲＡのアライメントを行う。続いて、不図示のアライメントセンサによって対応する基準マーク及び感光基板Ｇ上の所定のアライメントマークの位置を順次検出し、この検出結果に基づいて図５の感光基板Ｇ上の第１のショット領域３０Ａに相当する領域を投影光学系ＰＬの露光領域に位置決めする。
【００５３】
次に図１のレチクルブラインド４及び濃度フィルタ５５の位置決めを行う。
図７（Ａ）は、図１のリレーレンズ３側からレチクルブラインド４、濃度フィルタ５５、及びマスターレチクルＲＡの共役像を見た図を示し、説明の便宜上、その共役像をマスターレチクルＲＡ、照明光学系１０の光軸を光軸ＡＸとして、感光基板Ｇ上のＸ方向、Ｙ方向に対応する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向としている。更に、説明の便宜上、レチクル面から感光基板Ｇ上への投影像も正立像としている。この場合、レチクルブラインド４はマスターレチクルＲＡ上の転写すべき領域を正確に囲み、濃度フィルタ５５の＋Ｘ方向、−Ｙ方向の継ぎ部５５ｂ，５５ｃがマスターレチクルＲＡの継ぎ部を正確に覆う位置に位置決めされる。この状態で、マスターレチクルＲＡのパターン像を感光基板Ｇ上の第１のショット領域３０Ａに適正露光量Ｅ０  で露光する。この際に、図１の振動ミラー６を振動させる。なお、図１の照度センサ６３を用いて計測によって露光量むらが十分に小さくなっているときには、振動ミラー６の振動は省略することができる（以下同様）。
【００５４】
次に、図１のレチクルステージ２１上のレチクルを第２のマスターレチクルＲＢに交換する。そして、マスターレチクルＲＢのアライメントを行った後、感光基板Ｇ上の第２のショット領域３０Ｂを投影光学系ＰＬの露光領域に移動する。そして、図７（Ｂ）に示すように、レチクルブラインド４はマスターレチクルＲＢ上の転写すべき領域を正確に囲み、濃度フィルタ５５の−Ｘ方向、−Ｙ方向の継ぎ部５５ａ，５５ｃがマスターレチクルＲＢの継ぎ部を正確に覆うように位置決めされる。その後、マスターレチクルＲＢのパターン像を感光基板Ｇ上の第２のショット領域３０Ｂに露光する。
【００５５】
続いて、図１のレチクルステージ２１上のレチクルを第３のマスターレチクルＲＣに交換し、感光基板Ｇ上の第３のショット領域３０Ｃを投影光学系ＰＬの露光領域に移動する。そして、図７（Ｃ）に示すように、レチクルブラインド４がマスターレチクルＲＣ上の転写すべき領域を正確に囲んだ状態で、且つ濃度フィルタ５５の＋Ｘ方向、＋Ｙ方向の継ぎ部５５ｂ，５５ｄがマスターレチクルＲＣの継ぎ部を正確に覆う状態で、マスターレチクルＲＣのパターン像を感光基板Ｇ上の第３のショット領域３０Ｃに露光する。
【００５６】
次に、図１のレチクルステージ２１上のレチクルを第４のマスターレチクルＲＤに交換し、感光基板Ｇ上の第４のショット領域３０Ｄを投影光学系ＰＬの露光領域に移動する。そして、図７（Ｄ）に示すように、レチクルブラインド４がマスターレチクルＲＤ上の転写すべき領域を正確に囲んだ状態で、且つ濃度フィルタ５５の−Ｘ方向、＋Ｙ方向の継ぎ部５５ａ，５５ｄがマスターレチクルＲＤの継ぎ部を正確に覆う状態で、マスターレチクルＲＤのパターン像を感光基板Ｇ上の第４のショット領域３０Ｄに露光する。これで全てのマスターレチクルの露光が終了したため、ウエハステージ２５から感光基板Ｇがアンロードされ、続いてその感光基板Ｇの現像、エッチング、レジスト剥離等を行うことによって、感光基板Ｇからワーキングレチクルが得られる。
【００５７】
この場合、図７（Ｅ）に示すように、感光基板Ｇ上の継ぎ部３２での露光量ＥのＸ方向への分布は、図７（Ｅ）の折れ線３３Ａの露光量と折れ線３３Ｂの露光量との合成となる。この際に、折れ線３３Ａの傾斜部と折れ線３３Ｂの傾斜部との和は一定であるため、継ぎ部３２での露光量は、直線３３Ｃで示すように、その他の部分と同じく適正露光量Ｅ０  になる。
【００５８】
これに対して、本例のような対策を施さない場合には、その継ぎ部３２の近傍の露光量Ｅに曲線３３Ｄで示すようにオプティカル・インテグレータの射出面の像に起因する露光量むらが残存する恐れがある。
なお、ウエハステージ２５上にウエハＷがロードされている場合にも、同様にして複数枚のレチクルのパターンの縮小像を画面継ぎを行いながら転写することによって、ウエハＷ上に大面積のデバイスパターンを転写することができる。この際に、ウエハＷ上の複数の領域にその大面積のデバイスパターンを転写してもよい。また、１つの大面積のパターンを構成する複数のショット領域を全体として１つの大きいショット領域とみなし、個々のショット領域をその大きいショット領域内の部分領域とみなすことも可能である。また、複数枚のレチクルを使用する代わりに、レチクルＲとして大型のレチクルを使用し、このレチクルのパターン面からレチクルブラインド４によって順次選択された複数のパターンを画面継ぎを行いながら感光基板Ｇ（又はウエハＷ）上の各領域に転写するようにしてもよい。
【００５９】
また、図５では、ショット領域３０Ａ〜３０Ｄは同じ大きさであるが、これらの大きさは異なっていてもよい。
図６は、隣接するショット領域の大きさが異なる場合を示し、この図６において、４個のマスターレチクルのパターンの投影像をつなぎ合わせて感光基板Ｇが露光されると共に、最外周の領域１１の内側の枠状の領域９Ａ〜９Ｄが遮光帯とされている。この場合、各マスターレチクルのパターンを露光する際に、図１のレチクルブラインド４の遮光板４１，４２のエッジ４１Ａ，４１Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ（図２参照）の像がその遮光帯９Ａ〜９Ｄの範囲内に収まるように、主制御系２４が不図示の駆動部を介してレチクルブラインド４を駆動する。これによって、感光基板Ｇ上の４個のショット領域の大きさが異なる場合にも、感光基板Ｇ上の不要な部分への露光を防止することができる。
【００６０】
また、図１において、レチクルＲのパターン面と共役な面Ｐ１の近傍には濃度フィルタ５５のフィルタ面が存在するため、レチクルブラインド４は濃度フィルタ５５と機械的に干渉しないように、面Ｐ１から照明光学系の光軸方向に僅かにずれた位置に退避している。しかしながら、このようにレチクルブラインド４がパターン面と共役な面Ｐ１から外れるのを防止するために、更に面Ｐ１を別の共役面にリレーするリレー光学系を配置し、その共役面にレチクルブラインド４を配置するようにしてもよい。
【００６１】
これらの場合、図１のレチクルＲに設ける遮光帯の幅は、レチクルブラインド４をデフォーカスさせたときには、このデフォーカスによるレチクルブラインド４の遮光板のエッジのぼけ量と、その遮光板の制御誤差と、その遮光板の機械的な精度と、レチクルブラインド４からレチクルＲまでの光学系の収差と、その光学系のディストーション量とを総合的に考慮して設定する必要がある。
【００６２】
それ以外に、レチクルブラインド４を例えばレチクルＲのパターン面（下面）の底面に近接して配置するようにしてもよい。逆に、濃度フィルタ５５をレチクルＲのパターン面の底面に配置して、そのパターン面と共役な面Ｐ１上にレチクルブラインド４を配置するようにしてもよい。また、投影光学系ＰＬがレチクルパターンの中間像をウエハ上に再結像する場合は、投影光学系ＰＬ内でその中間像が形成される所定面からレチクルブラインド４又は濃度フィルタ５５をずらして配置してもよく、要は感光基板Ｇ（又はウエハＷ）上で外側に向けて次第に減少する光量分布が得られればよい。
【００６３】
また、濃度フィルタ５５のフィルタ面を上記のように面Ｐ１に対して適正量だけデフォーカスさせて配置した場合でも、その周囲環境のクリーン度が低い場合には、そのフィルタ面に許容範囲を超える大きさの塵等の異物が付着して、その異物がレチクルＲを通して感光基板Ｇ上に転写される恐れがある。これを防止するためには、そのフィルタ面を保護するように例えばセルロース等の光学的に影響を与えない薄膜（防塵膜としてのぺリクル）、又は透過性のガラス基板を張設することが望ましい。
【００６４】
また、濃度フィルタ５５の減衰部の透過率分布は、図３の分布には限定されず、例えば国際公開（ＷＯ）第００／０５９０１２号パンフレットに開示されているように、外側に向けて次第に減少する分布で、且つ画面継ぎ露光後の露光量が均一になる分布であれば、任意の分布を使用することができる。
次に、本発明の第２の実施形態につき図９を参照して説明する。本例はオプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）として、通常のフライアイ・インテグレータを用いるものであり、図９において、図１及び図８に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
【００６５】
図９は、本例の投影露光装置の照明光学系１０及び投影光学系ＰＬを含む光学系を簡略化して示し、この図９において、オプティカル・インテグレータとして、通常の幅数ｍｍ程度の断面形状のレンズエレメントを束ねて形成されるフライアイ・インテグレータ２Ｂが配置されている。また、フライアイ・インテグレータ２Ｂの入射面の近傍に拡散板６４が配置されている。拡散板６４は、露光光ＩＬを透過するガラス基板の表面を粗くしたものであり、フライアイ・インテグレータ２Ｂを構成する各レンズエレメントの幅をｄとすると、拡散板６４の粗さは幅ｄの範囲内の光を十分に拡散する程度に細かく設定されている。これによって、露光光源１から射出されて振動ミラー６及び拡散板６４を介してフライアイ・インテグレータ２Ｂの各レンズエレメントに入射する露光光ＩＬは、それぞれ十分に進行方向が拡散されている。
【００６６】
これ以外の構成は第１の実施形態と同様であり、フライアイ・インテグレータ２Ｂから射出された露光光ＩＬは、リレーレンズ３、レチクルブラインド４、濃度フィルタ５５、コンデンサレンズ系８を介してレチクルＲを照明し、レチクルＲのパターン像は投影光学系ＰＬを介して感光基板Ｇ上に投影される。そして、本例においても、図７に示した方法で画面継ぎ方式で複数のレチクルのパターンの像を感光基板Ｇ（又はウエハ）上に露光することができる。
【００６７】
本例によれば、図９において、フライアイ・インテグレータ２Ｂの入射面に拡散板６４が配置されているため、フライアイ・インテグレータ２Ｂの射出面に形成される多数の光源像はそれぞれ各レンズエレメントの断面形状程度まで拡がっている。従って、濃度フィルタ５５中のパターンによって一種のピンホールカメラの原理によってフライアイ・インテグレータ２Ｂの射出面のデフォーカスした像が感光基板Ｇ上に投影されたとしても、その像はほぼ均一な明るさの像であり露光量むらは殆ど発生しない。
【００６８】
また、より露光量むらを小さくするためには、本例でもレチクルＲのパターンを感光基板Ｇ（又はウエハＷ）上に露光しているときに、振動ミラー６を回転軸６ａの周りに所定の角度範囲で往復回転（振動）させることが望ましい。この場合、フライアイ・インテグレータ２Ｂを構成するレンズエレメントの幅ｄに対して、その振動ミラー６の振動の角度範囲は、その露光光ＩＬがその幅ｄの１／２倍以上変位する程度で、望ましくは１／２倍から数倍変位する程度でよい。本例においても、露光光ＩＬによって発生する干渉パターン（スペックルパターン）を低減するために、振動ミラー６によって露光光ＩＬを振る場合には、その干渉パターン低減用の振動ミラー６によって、オプティカル・インテグレータの射出面の像による露光量むらを更に低減するための振動ミラーを兼用することができる。
【００６９】
なお、上記各実施形態では感光基板上でつなぎ露光（スティッチング露光）が行われる複数のショット領域にそれぞれ異なるパターンを転写するものとしたが、その複数のショット領域の少なくとも２つに同一のパターンを転写してもよい。また、上記各実施形態では照度センサ６３を用いて露光領域内の照度分布を計測するものとしたが、例えばラインセンサなどを用いて照度分布の計測を行ってもよい。
【００７０】
なお、上記の実施の形態は、つなぎ露光方式でワーキングレチクルを製造する場合に本発明を適用したものであるが、本発明はつなぎ露光方式で撮像デバイス（ＣＣＤ等）を含む半導体デバイス、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示素子、薄膜磁気ヘッド、又はＤＮＡチップ等を製造する場合にも適用することができる。なお、電子線露光装置やＥＵＶ露光装置ではワーキングレチクルのマスク基板としてシリコンウエハなどが用いられる。特にＥＵＶ露光装置では反射型のワーキングレチクルが使用される。
【００７１】
なお、上記の実施の形態の投影露光装置において、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光等の真空紫外域の短波長の紫外光を使用する場合には、露光光の光路上には窒素ガス（Ｎ２  ）やヘリウムガス（Ｈｅ）等の透過率の高い気体がパージされる。
また、濃度フィルタ５５の位置合わせ用マークを検出する装置は照度センサ６３に限られるものではなく、例えば照度センサ６３とは別にウエハステージ２５に少なくとも受光部を有する光学系を設置して用いてもよいし、あるいは照明光学系内に専用の光学系を組み込んでもよい。また、その位置合わせ用マークの検出光として前述の露光光ＩＬを用いてもよいし、露光光源１とは別の光源を用意して露光光ＩＬと波長が実質的に同一の光を用いるようにしてもよい。
【００７２】
また、上記の実施の形態は本発明を一括露光型の投影露光装置に適用したものであるが、本発明はプロキシミティ方式の露光装置でつなぎ露光を行う場合にも同様に適用することができる。更に本発明は、ステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置でつなぎ露光を行う場合にも適用することができる。そして、本発明は、例えば波長５ｎｍ〜１５ｎｍ程度の軟Ｘ線やＸ線等の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビームとするＥＵＶ露光装置でつなぎ露光を行う場合にも適用することができる。ＥＵＶ光を用いる場合には、透過性の材料が殆ど無いため、濃度フィルタ（減光フィルタ）としては反射型の基板上に所定の反射率分布で反射膜（例えばモリブデンとシリコンとの多層膜、又はモリブデンとベリリウムとの多層膜）を形成した反射型のフィルタを使用してもよい。
【００７３】
さらに、例えば国際公開（ＷＯ）９９／４９５０４号パンフレットなどに開示される、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でつなぎ露光を行う場合にも本発明を適用することができる。また、例えば国際公開（ＷＯ）９８／２４１１５号、９８／４０７９１号パンフレットに開示されるように、露光動作とアライメント動作（マーク検出動作）とをほぼ平行して行うために、２つのウエハステージを備える露光装置でつなぎ露光を行う場合にも本発明を適用することができる。
【００７４】
また、露光光源や照度均一化光学系等から構成される照明光学系、及び投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、上述の実施の形態の濃度フィルタ５５を取り付け、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより上述の実施の形態の投影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及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００７５】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、所定の透過率分布を持つ減光フィルタを用いて複数のパターンを一部が重なるように露光する場合、露光対象の基板上での露光量むらを低減することができる。
また、本発明のデバイス製造方法によれば、画面継ぎ方式で複数のパターンを露光することによって、大型のデバイス又はマスクを高精度に且つ高スループットで製造することができ、本発明のマスクによれば、大型のマスクを高精度に且つ高スループットで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態で使用される投影露光装置を示す概略構成図である。
【図２】図１中のレチクルブラインド４の構成例を示す拡大図である。
である。
【図３】図１中の濃度フィルタ５５の透過率分布を示す図である。
【図４】濃度フィルタ５５のドットパターンの分布の一部を示す拡大図である。
【図５】図３の濃度フィルタ５５を用いて画面継ぎを行いながら転写を行って得られる投影像を示す図である。
【図６】画面継ぎを行いながら転写を行って得られる別の投影像を示す図である。
【図７】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は画面継ぎを行う場合のレチクルブラインド４、濃度フィルタ５５、及びレチクルの位置関係を示す図、（Ｅ）は画面継ぎを行って得られる継ぎ部の露光量を示す図である。
【図８】図１の投影露光装置の光学系を簡略化して示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の投影露光装置の光学系を簡略化して示す図である。
【符号の説明】
Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｇ…感光基板、Ｗ…ウエハ、ＲＡ〜ＲＤ…マスターレチクル、１…露光光源、２Ａ…マイクロフライアイ・インテグレータ、２Ｂ…フライアイ・インテグレータ、４…レチクルブラインド、５…位置決め装置、２９…駆動系、３０Ａ〜３０Ｄ…ショット領域、３０ＡＢ〜３０ＡＣ，３１…継ぎ部、５５…濃度フィルタ、５５ａ〜５５ｄ…継ぎ部、６４…拡散板
【図１】
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【図２】
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【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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